節能發電一體窗的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種節能發電一體窗，包括：窗基體，以及在所述窗基體周邊垂直于所述窗基體的表面設置的至少一個太陽能發電裝置，所述窗基體至少具有三層結構，上下兩層為低反射透明介質層，中間層為用于調節太陽能透過率并將太陽光散射傳導至所述至少一個太陽能發電裝置的節能光導層。本實用新型消除了其對窗戶透明性和視覺效果的影響，而且該太陽能發電裝置能夠接收通過節能光導層散射傳導的太陽光進而發電，產生電能，此外，節能光導層還具有適應環境溫度調節太陽熱透過率降低能耗的特性，可以實現窗戶智能節能、產能一體化。
【專利說明】節能發電一體窗
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及節能及太陽能發電領域，涉及一種同時具有節能和太陽能發電功能的多功能一體化窗。
【背景技術】
[0002]節能窗技術是建筑和車用玻璃節能的重要方式，但現有的節能窗一般只具有調節太陽光熱透過的功能，無法和發電系統，尤其是太陽能光伏發電系統聯用，功能單一，綜合能效較低。由于人們對窗戶采光和舒適度的要求，窗戶必須具有較高的可見光透過率。要將太陽能光伏發電系統與窗玻璃集成，則需要考慮上述透明性要求對窗戶結構進行特殊設計。
[0003]傳統的太陽光發電的窗戶中，太陽能電池板都是平行于窗戶表面，這種方式嚴重影響窗戶的視覺效果。但將太陽能光伏板安裝在窗框的四周可以成功避免光伏系統對窗戶透明性的影響，但由于可接收的太陽光量十分有限，發電效率勢必低下。
[0004]常見的窗戶玻璃節能技術通常依賴玻璃表面膜層，該膜層可吸收、反射或者部分吸收反射太陽光，從而調節太陽光尤其是紅外區段的透過率，達到節能的目的。比較理想的節能窗包括電致、熱致和氣致智能窗，這些節能窗可分別通過外加電場、外界溫度或通入氣體改變光譜曲線，改變紅外區段的透過率。金紅石相(R相)二氧化釩是一種具有熱致相變性質的金屬氧化物。在68°C發生由低溫單斜相(M相)到高溫金紅石相(R相)的可逆相轉變。伴隨著這種結構變化，其電導率、磁化率、光透過率等物理性質都發生劇烈變化，使其在智能窗、熱敏電阻材料、紅外探測材料方面具有很好的應用前景。
[0005]本發明針對上述節能窗只具有單一節能功能的局限，提供一種兼具節能和發電的多用途太陽能光伏發電窗戶系統。
實用新型內容
[0006]針對上述存在的問題和不足，本實用新型所要解決的技術問題在于提供一種將太陽能光伏發電系統與節能技術融合的多功能節能發電一體化窗。
[0007]為了解決上述技術問題，本實用新型提供一種節能發電一體窗，包括:窗基體，以及在所述窗基體周邊垂直于所述窗基體的表面設置的至少一個太陽能發電裝置，所述窗基體至少具有三層結構，上下兩層為低反射透明介質層，中間層為用于調節太陽光透過率并將太陽光散射傳導至所述至少一個太陽能發電裝置的節能光導層。
[0008]根據本實用新型，太陽能發電裝置設置在窗基體周邊，消除了其對窗戶透明性和視覺效果的影響，而且該太陽能發電裝置能夠接收通過節能光導層散射傳導的太陽光進而發電，產生電能，此外，節能光導層還具有適應環境溫度調節太陽熱透過率降低能耗的特性，可以實現窗戶智能節能、產能一體化。
[0009]較佳地，所述節能光導層可由透明基質以及位于所述透明基質的表面和/或內部的VO2粒子組成。[0010]較佳地，所述節能光導層可形成為顆粒狀薄膜。
[0011]較佳地，所述VO2粒子的粒徑可在10?IOOOnm之間。
[0012]較佳地，所述節能光導層可配置為電致變色、氣致變色、和/或熱致變色以調節太陽光透過率。
[0013]較佳地，所述太陽能發電裝置為太陽能光伏板。
[0014]本實用新型具有以下優點:
[0015]I)可以響應環境溫度，智能調節透過窗戶的太陽熱；
[0016]2)改變了太陽能發電窗的形式，利用光散射原理，可以在節能的同時發電，且不影響窗戶的整體透明性和美觀性；
[0017]3)結構簡單，易于組裝。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1示出本實用新型的原理示意圖；
[0019]圖2示出本實用新型的一個示例結構的示意圖；
[0020]圖3示出本實用新型的一個示例結構的示意圖；
[0021]圖4示出本實用新型的一個示例結構的示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖和具體的實施形態對本實用新型作進一步詳細的說明，應理解，這些實施例僅用于說明本實用新型而不用于限制本實用新型的保護范圍。
[0023]為了克服太陽能電池板平行于窗戶表面安裝的傳統太陽光發電窗戶的視覺效果差的問題，本發明人首先設想將太陽能發電裝置(例如太陽能光伏板)安裝在窗戶四周，以消除發電系統對窗戶透明性和視覺效果的影響。其次，本發明人通過計算機模擬計算設計節能層，發現離散的顆粒狀薄膜可以對太陽光部分進行散射，使其匯聚到四周的太陽能發電裝置而發電。特別是通過選擇顆粒的光物理性質，如折射率，以及設計顆粒大小及其間距可以大幅增強散射效應。特別的，利用選擇折射率較大的透明層，可實現對散射到其表面光的全反射，從而將這部分散射光導向垂直于窗戶的，位于窗框的太陽能發電裝置，產生電倉泛。
[0024]首先，參見圖1?4，其分別示出本實用新型原理圖以及三個示例的結構示意圖，節能發電一體窗包括窗基體I和設置在窗基體I周邊(窗框)太陽能發電裝置2，太陽能發電裝置2垂直于窗基體I的表面設置。窗基體I包括三層結構，上下兩層為低反射透明介質層3，其間夾有節能光導層4。應理解，窗基體I的結構不限于三層，而可以是三層以上。參見圖1，節能光導層4具有調節太陽能透過率的功能，同時具有對太陽光的散射作用，能夠將太陽光散射傳導至位于窗口四周的窗框的太陽能發電裝置發電。
[0025]低反射透明介質層3可以是玻璃或者聚合物，例如石英玻璃，聚乙烯，聚氨酯，聚碳酸酯等透過可見近紅外光的有機或無機材料。
[0026]可以在在窗基體I周邊(窗框)的一面或多面設置一個或多個太陽能發電裝置2，太陽能發電裝置2可以采用常用的太陽能光伏板。
[0027]節能光導層4可以是智能節能光導層，例如含有可以調節太陽光透過率的無機或高分子粒子或其摻雜等改性粒子，其調節太陽光透過率的方式可以是吸收、反射或者部分吸收部分反射等，比如可以是電致、氣致或者熱致變色智能窗。參見圖2?4，節能光導層4由透明基質5以及位于透明基質的表面和/或內部的智能粒子6組成，這樣，節能光導層4不僅能夠適應環境溫度調節太陽熱透過率降低能耗，而且位于透明基質5的表面和/或智能粒子6能夠將入射的太陽光散射傳導至太陽能發電裝置2用于發電。圖1?3示出的節能發電一體窗除了節能光導層4的結構不同，其他結構和部件基本相同。
[0028]下面參照圖2?4詳細說明節能光導層4的組成。首先圖2，節能光導層4由透明基質5和均勻分散在透明基質5中的智能粒子6組成。又參見圖3，節能光導層4由透明基質5和分布在透明基質5表面的智能粒子6形成的離散的顆粒狀薄膜組成。又參見圖4，節能光導層4由透明基質5和連續形成在透明基質5上的智能膜7形成。透明基質5也可以是玻璃或者聚合物，例如石英玻璃，聚乙烯，聚氨酯，聚碳酸酯等透過可見近紅外光的有機或無機材料。智能粒子6的粒徑可以是10?IOOOnm之間。優選用具有熱致相變特性的VO2粒子和/或摻雜VO2粒子作為智能粒子，又，VO2粒子和/或摻雜VO2粒子表面可以包裹有選自Ti02、Si02、Al203、Zn0、Hf02中的至少一種透明金屬氧化物。本實用新型利用VO2納米粒子光散射機理，將入射窗戶太陽光的一部分散射，太陽能電池板位于窗框中，產能的同時不影響窗戶視覺效果，并且VO2納米粒子本身具有相應環境溫度調節太陽熱透過率降低能耗的特性。該設計可以實現窗戶智能節能一體化。
[0029]本實用新型的節能發電一體窗還可以通過導線依次串聯有控制器、逆變器，控制器還與蓄電池串聯在一起，將電能儲存，也可以直接利用。
[0030]計算機模擬發現，顆粒對入射光的散射隨其尺寸增大而增強，顆粒陣列薄膜有顯著的散射效應。計算機模擬圖1、2、3所示三種結構的散射光譜曲線、可見-近紅外透過率光譜曲線、和電池ι-v曲線，結果發現，三種結構均具有散射功能、溫控節能功能和發電功能，證明這種設計是可以同時實現節能發電的。同時，散射較強烈的顆粒狀薄膜(圖3)效果最佳，連續薄膜(圖4)作為散射層的發電效率最差。
[0031]下面進一步例舉實施例以詳細說明本實用新型。同樣應理解，以下實施例只用于對本實用新型進行進一步說明，不能理解為對本實用新型保護范圍的限制。
[0032]實施例1
[0033]基于圖2組裝節能發電一體窗:包括太陽能電池板2、光導層4、低反射透明介質層3以及VO2分散粉體組成；
[0034]低反射透明介質層I能夠使用玻璃基板等作為基板，但是并不限定于此，是具有可見近紅外透光性的基板即可。含有VO2粉體在光導層4的內部。光導層4采用聚氨酯作為基體，但是并不限定于此。
[0035]實施例2
[0036]基于圖2組裝節能發電一體窗:包括太陽能電池板2、光導層4、低反射透明介質層3以及VO2粉體采用SiO2和TiO2包覆后形成的分散粉體組成；
[0037]低反射透明介質層3能夠使用聚碳酸酯板等作為基板，但是并不限定于此，是具有可見近紅外透光性的基板即可。為調節粉體折射率，VO2粉體采用SiO2和TiO2包覆，但并不限于這兩種材料，可見近紅外透過的金屬氧化物均可。包覆粉體中采用在光導層4的內部。光導層4采用聚氨酯作為基體，但是并不限定于此。[0038]實施例3
[0039]基于圖3組裝節能發電一體窗:包括太陽能電池板2、光導層4、低反射透明介質層3以及VO2粉體組成；
[0040]低反射透明介質層3能夠使用聚氨酯板等作為基板，但是并不限定于此，是具有可見近紅外透光性的基板即可。為調節粉體折射率，VO2粉體分散在光導層4表面。光導層4采用聚氨酯作為基體，但是并不限定于此。
[0041]實施例4
[0042]基于圖4組裝節能發電一體窗:包括太陽能電池板2、光導層4、低反射透明介質層3以及VO2粉體組成；
[0043]低反射透明介質層3能夠使用聚氨酯板等作為基板，但是并不限定于此，是具有可見近紅外透光性的基板即可。為調節粉體折射率，VO2層鍍在光導層4表面形成連續膜。光導層4采用石英玻璃作為基體，但是并不限定于此。
[0044]在不脫離本實用新型的基本特征的宗旨下，本實用新型可體現為多種形式，因此本實用新型中的實施形態是用于說明而非限制，由于本實用新型的范圍由權利要求限定而非由說明書限定，而且落在權利要求界定的范圍，或其界定的范圍的等價范圍內的所有變化都應理解為包括在權利要求書中。
【權利要求】
1.一種節能發電一體窗,其特征在于,所述節能發電一體窗包括:窗基體，以及在所述窗基體周邊垂直于所述窗基體的表面設置的至少一個太陽能發電裝置，所述窗基體至少具有三層結構，上下兩層為低反射透明介質層，中間層為用于調節太陽光透過率并將太陽光散射傳導至所述至少一個太陽能發電裝置的節能光導層。
2.根據權利要求1所述的節能發電一體窗，其特征在于，所述節能光導層由透明基質以及位于所述透明基質的表面和/或內部的VO2粒子組成。
3.根據權利要求2所述的節能發電一體窗，其特征在于，所述節能光導層形成為顆粒狀薄膜。
4.根據權利要求2所述的節能發電一體窗，其特征在于，所述VO2粒子的粒徑在10?IOOOnm 之間。
5.根據權利要求1所述的節能發電一體窗，其特征在于，所述節能光導層配置為電致變色、氣致變色、和/或熱致變色以調節太陽光透過率。
6.根據權利要求1所述的節能發電一體窗，其特征在于，所述太陽能發電裝置為太陽能光伏板。
【文檔編號】E06B3/66GK203684965SQ201320829544
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2013年12月17日 優先權日:2013年12月17日
【發明者】高彥峰 申請人:高彥峰