CN102094568B - 建筑物的窗体、展示装置的窗体及其多功能窗体结构 - Google Patents

Abstract

本发明揭露一种多功能窗体结构，包括一第一透明基板、一第二透明基板、一波长转换层、一间隔层、多个太阳能电池接收单元以及多个光源，其中太阳能电池接收单元以及光源分别设置于第一、第二透明基板的侧边。前述第一透明基板具有一入射面以及一第一表面，其中第一表面与入射面形成一倾斜角。波长转换层设置于第一表面上，间隔层则用以隔开第一、第二透明基板。波长转换层可将太阳光的一部分入射波段转换为太阳能电池接收单元的可吸收波段，使太阳能电池接收单元能将太阳能储存于一电池模块中。本发明还揭露一种具有上述多功能窗体结构的建筑物的窗体、展示装置的窗体。

Description

建筑物的窗体、展示装置的窗体及其多功能窗体结构

技术领域

本发明有关于一种窗体结构，特别是一种节能环保并且可提供照明功能的窗体结构。 

背景技术

建材一体成型太阳电池模板(Building-integrated photovoltaic，简称BIPV)是以建筑设计手法将具有太阳光电模板导入建筑物中，使太阳光电模板***组件不单只有发电的功能，也是建筑外壳的一部份，降低建筑物初置时的成本，同时是具有绿能环保的建筑。 

目前称为绿建筑(Green Building)的BIPV大楼，其帷幕玻璃主要使用无框式双层玻璃硅芯片太阳能电池板，此种太阳能电池板多为晶硅(poly-silicon)或是非晶硅(amorphous-silicon)的大面积面板，其主要是将深色不透光的面板贴附于建筑物表面，且只能透过改变太阳能电池板的间隔来进行采光调整，然而如此不仅严重影响建筑物的美观，且太阳能电池板与主建筑结构的墙面中间往往需要设置C型钢梁来架设空气层以提高散热与光吸收效率，这会使太阳能电池板的建置成本偏高，导致民众采用装设的普及率与意愿欠佳。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种多功能窗体结构及具有其的建筑物的窗体、展示装置的窗体。 

本发明一实施例提供一种多功能窗体结构，包含一第一透明基板、多个太阳能电池接收单元、一波长转换层、一第二透明基板以及一间隔层。前述第一透明基板具有一第一侧壁、一入射面以及一第一表面，其中第一侧壁与入射面邻接，第一表面则与入射面形成一第一倾斜角。前述太阳能电池接收单元设置于第一侧壁上，前述波长转换层设置于第一表面上，其中太阳光由入射面进入第一透明基板，并透过波长转换层将太阳光的一部分入射波段转换为太阳能电 池接收单元的可吸收波段，其中可吸收波段的光线经过第一透明基板内部多次反射后到达太阳能电池接收单元并被转换成电能。前述第二透明基板具有一第二表面以及一第二侧壁，其中第二表面与第一表面相对。前述光源设置于第二侧壁上，前述间隔层位于第一、第二表面之间，使得第一、第二表面相隔一距离。 

本发明再一实施例还提供一种建筑物的窗体，包括如上所述的多功能窗体结构。 

本发明又一实施例还提供一种展示装置的窗体，包括如上所述的多功能窗体结构。 

本发明另一实施例还提供一种多功能窗体结构，包括一第一透明基板、多个太阳能电池接收单元、一波长转换层、一第二透明基板、多个光源以及一间隔层。前述第一透明基板大致呈四边形结构，具有一入射面及一第一表面，其中第一表面与入射面形成于第一透明基板的相反侧。前述太阳能电池接收单元分别设置于第一透明基板的四个侧边中的至少一侧边，前述波长转换层设置于第一表面上，其中太阳光由入射面进入第一透明基板，并透过波长转换层将太阳光的一部分入射波段转换为太阳能电池接收单元的一可吸收波段，前述可吸收波段的光线经过第一透明基板内部多次反射后到达太阳能电池接收单元并被转换成电能。前述第二透明基板大致呈四边形结构并且具有一第二表面，其中第二表面与第一表面相对。前述光源分别设置于第二透明基板的四个侧边中的至少一侧边，前述间隔层位于该第一表面和该第二表面之间，使得第一、第二表面相隔一距离。 

综上所述，本发明提供一种多功能窗体结构，可作为建筑物或展示装置的窗体，白天时可透过太阳能电池接收单元将电能储存于电池模块内，在夜间或光线不足时则可透过电池模块驱动光源发光，以提供室内照明或情境照明等多种用途。具体而言，本发明的多功能窗体结构不仅能配合大楼帷幕玻璃结构而做成双楔形体设计，同时可将空气层建置于双楔形玻璃内部以达到阻热、防晒、隔音的效果，对现今提倡节能环保的绿色建筑而言，本发明不仅充分发挥了节能减碳的功效，此外也能通过改变荧光粉染料颜色以增加玻璃帷幕的艺术感与美观，进而提升其实用性。 

为使本发明的上述特征能更明显易懂，下文特举较佳实施例并配合所附附 图做详细说明。 

附图说明

图1表示本发明一实施例的多功能窗体结构示意图； 

图2表示波长转换层将太阳光的一部分入射波段转换为太阳能电池接收单元的可吸收波段的示意图； 

图3本发明一实施例的多功能窗体结构与一电池模块结合的示意图； 

图4表示本发明另一实施例的多功能窗体结构示意图； 

图5表示太阳光的入射方向由10度变化至170度的示意图； 

图6表示太阳能电池接收单元的集光效率随着太阳光的入射角度改变而产生对应变化的示意图； 

图7表示本发明另一实施例的多功能窗体结构示意图；以及 

图8表示本发明另一实施例的多功能窗体结构示意图。 

【主要组件符号说明】 

电池模块B； 

太阳能电池接收单元C； 

间隔层D； 

距离d； 

光源E； 

第一透明基板G1； 

第一表面G11； 

第一侧壁G12； 

入射面G13； 

第二透明基板G2； 

第二表面G21； 

第二侧壁G22； 

出光面G23； 

波长转换层P； 

间隔物S； 

第一倾斜角α1； 

第二倾斜角α2。 

具体实施方式

首先请参阅图1，本发明一实施例的多功能窗体结构主要是由一第一透明基板G1、一第二透明基板G2、一波长转换层P以及一间隔层D所组成。如图1所示，前述第一透明基板G1具有一第一表面G11、一第一侧壁G12以及一入射面G13，其中波长转换层P例如为一荧光粉层，可涂布于第一表面G11或入射面G13上，另外在第一侧壁G12上则设有多个太阳能电池接收单元C；特别地是，前述第一表面G11与入射面G13之间形成有第一倾斜角α1，而第一侧壁G12则是与入射面G13邻接并且相互垂直。 

图1中的第二透明基板G2具有一第二表面G21、一第二侧壁G22以及一出光面G23，其中间隔层D位于第一、第二表面G11、G21之间，第二表面G21与出光面G23之间则形成有第二倾斜角α2。如图1所示，在第二透明基板G2左侧的第二侧壁G22上设有光源E(例如GaN、GaAs或AlGaN发光二极管)，前述光源E可发射光线进入第二透明基板G2内，并透过第二表面G21反射后经由出光面G23穿出第二透明基板G2，其中出光面G23大致平行于第一透明基板G1的入射面G13。以现行主要建筑玻璃的标准厚度1.5cm为例，前述第一、第二倾斜角α1、α2的较佳实施角度约为8.53度，然而仍可视不同设计需求而调整其角度于0.1～20度的范围内。 

需特别说明的是，前述波长转换层P例如可使用罗丹明(rhodamine)、二萘嵌苯(perylene)等有机荧光材料，此外也可以采用无机荧光材料，例如含有CdTe或者ZnTe的量子点材料(quantum dot)，其主要功能是将太阳光的一部分入射波段转换为太阳能电池接收单元C的可吸收波段(如图2所示可将太阳光的一入射波段λ1转换跃升至λ2)，借此可有利于太阳能电池接收单元C进行光能的吸收与转换。 

举例而言，当使用荧光材料涂布于第一表面G11上以作为波长转换层P时，由于其厚度仅需要约100um，因此仍可达到70％以上的高透光率而不会影响视野与采光，故可广泛地适用于建筑物或大楼的景观玻璃帷幕，此外也可以将波长转换层P直接涂布于入射面G13上，借此同样可将太阳光的一部分入射波段转换为太阳能电池接收单元C的可吸收波段。再者，在第二透明基板G2表面另可视需要涂布各种光学薄膜，例如半反射半穿透薄膜、抗反射膜(anti-reflection film)、抗眩光膜(anti-glare film)或彩色滤光膜(color filter film)，如此不仅能提升光穿透率以及视觉上的舒适度，同时可提供更丰富且多变的色彩效果。 

图3表示本发明一实施例的多功能窗体结构与一电池单元B结合的示意图。当太阳光由入射面G13进入第一透明基板G1后，少部分光线会被反射回外界，其余部分光线则可透过波长转换层P将太阳光的一部分入射波段转换为太阳能电池接收单元C的可吸收波段，且经转换后的可吸收波段光线会在第一透明基板G1内部经过多次反射后到达太阳能电池接收单元C。由图3中可以看出，第一、第二表面G11、G21之间设有间隔物S，利用间隔物S可使第一、第二透明基板G1、G2相隔一距离d以形成间隔层D，其中该距离d约介于0.1mm～10mm之间。举例而言，前述间隔层D可为一气体层，该气体层内可含有空气、氮气或是惰性气体(例如He、Ne、Ar)，借此不仅能透过气体对流以达到散热的目的，同时能大幅提升太阳能电池接收单元C的使用效率，另外通过气体层的阻隔更可以有效抑制热能传导到第二透明基板G2上，故可具有阻热防晒的效果。 

请继续参阅图3，本实施例的太阳能电池接收单元C电性连接至一电池模块B，其中通过太阳能电池接收单元C可将接收到的光线转换成电能，进而储存于电池模块B内。举例而言，前述太阳能电池接收单元C可采用硅基半导体材料(例如单晶硅、多晶硅及非晶硅薄膜…等等)、化合物半导体材料(如砷化镓、磷化镓、氮化镓的二元以上材料组合…等等)、碲化镉、铜铟镓二硒等材料的任意组合。应了解的是，前述电池模块B还可同时透过导线电性连接至第二透明基板G2左侧的光源E，其中电池模块B可在夜间或光线不足的情况下驱动光源E发光，以提供室内照明或产生绚烂多变的光影效果。 

如前所述，本发明通过太阳能电池接收单元C在白天将所撷取到的太阳光能转换储存为电能，再将此电能于夜间提供给光源E作为照明使用，借此可大幅节省电力消耗以达到节能环保的目的；在实际应用方面，本发明的多功能窗体结构除了可作为建筑物的景观玻璃帷幕外，同时也能提供室内照明、情境照明等多种用途。 

请参阅图4，在本发明另一实施例的多功能窗体结构中，前述第一、第二 透明基板G1、G2分别为一具有梯形截面的楔形体，其中第一、第二表面G11、G21分别为前述楔形体的斜面。如图4所示，在第一表面G11与入射面G13之间形成有第一倾斜角α1，在第二表面G21与出光面G23之间则形成有第二倾斜角α2，其中入射面G13与出光面G23大致平行，且第一、第二倾斜角α1、α2的范围介于0.1～20度之间。 

请一并参阅图5、6，其中图5表示太阳光的入射方向与入射面G13之间夹角θ由10度变化至170度的示意图，借此来模拟不同时间入射的太阳光对太阳能电池接收单元C集光效率的影响，其中图5所示的多功能窗体结构的预设面积为10cm×10cm，并且在第一表面G11处涂布的荧光粉预设厚度为100um，此外间隔层D的空气界质预设距离介于1～3mm，接着针对多功能窗体结构整体厚度分别在0.5cm、1.0cm以及1.5cm等三种情况下进行模拟。需特别说明的是，当多功能窗体结构整体厚度分别为0.5cm、1.0cm以及1.5cm时，其对应的第一倾斜角α1分别为2.86度、5.71度以及8.53度。 

图6中的曲线T1、T2、T3分别表示当多功能窗体结构的整体厚度为0.5cm、1.0cm以及1.5cm时，太阳能电池接收单元C的集光效率随着太阳光的入射角度改变而产生的对应变化情形。由图6中可以看出，太阳能电池接收单元C的集光效率最高甚至可达到18％以上，反观传统平板1cm厚度的帷幕玻璃发集光效率则几乎小于2％以下，因此本发明发多功能窗体结构相较于传统平板玻璃而言显然具有较佳的集光效率。应了解的是，本发明发多功能窗体结构除了可提升集光效率外，入射光线仍有70～80％可穿透而到达室内，因此不会影响室内的采光。 

接着请参阅图7，本发明另一实施例的多功能窗体结构主要包含一第一透明基板G1以及多个太阳能电池接收单元C，其中第一透明基板G1大致呈四边形结构(在图7中为矩形或正方形结构)，太阳能电池接收单元C则分别设置于第一透明基板G1的四个侧边，此外波长转换层P可涂布于第一透明基板G1的下方的第一表面G11以提升多功能窗体结构的集光效率。需特别说明的是，前述太阳能电池接收单元C也可以选择性地仅设置在第一透明基板G1的任何一个或一个以上的侧边，如此同样可具有集光的效果，此外可在透明基板G1四个侧边中的任何一个或是一个以上的侧边贴覆光源E，借以提供光线作为室内照明或情境照明之用。 

再请参阅图8，本发明另一实施例发多功能窗体结构是根据图7的结构再额外增设第二透明基板G2以及多个光源E，其中第二透明基板G2大致呈四边形结构(在图8中为矩形或正方形结构)，前述光源E则分别设置于第二透明基板G2的四个侧边，借此可提升多功能窗体结构的整体亮度以作为室内照明或情境照明之用。需特别说明的是，前述光源E也可以选择性地仅设置在第二透明基板G2的任何一个或一个以上的侧边，如此同样可提供光线以作为室内照明或情境照明之用。如图8所示，第一透明基板G1下方的第一表面G11和第二透明基板G2上方的第二表面G21之间形成有间隔层D，通过设置间隔层D可使第一、第二透明基板G1、G2之间相隔一距离，进而可达到阻热、防晒以及隔音的效果。 

综上所述，本发明提供一种多功能窗体结构，可作为建筑物或展示装置的窗体，白天时可透过太阳能电池接收单元将电能储存于电池模块内，在夜间或光线不足时则可透过电池模块驱动光源发光，以提供室内照明或情境照明等多种用途。具体而言，本发明的多功能窗体结构不仅能配合大楼帷幕玻璃结构而做成双楔形体设计，同时可将空气层建置于双楔形玻璃内部以达到阻热、防晒、隔音的效果，对现今提倡节能环保的绿色建筑而言，本发明不仅充分发挥了节能减碳的功效，此外也能通过改变荧光粉染料颜色以增加玻璃帷幕的艺术感与美观，进而提升其实用性。 

虽然本发明以前述的较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰。因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定的范围为准。 

Claims (21)

1.一种多功能窗体结构，其特征在于，包括：

一第一透明基板，具有一第一侧壁、一入射面以及一第一表面，其中该第一侧壁与该入射面邻接，该第一表面则与该入射面形成一第一倾斜角；

多个太阳能电池接收单元，设置于该第一侧壁上；

一波长转换层，设置于该第一表面上，其中太阳光由该入射面进入该第一透明基板，并透过该波长转换层将太阳光的一部分入射波段转换为该些太阳能电池接收单元的一可吸收波段，该可吸收波段的光线经过该第一透明基板内部多次反射后到达该些太阳能电池接收单元并被转换成电能；

一第二透明基板，具有一第二表面以及一第二侧壁，其中该第二表面与该第一表面相对；

多个光源，设置于该第二侧壁上；以及

一间隔层，位于该第一表面和该第二表面之间，使得该第一、第二表面相隔一距离。

2.根据权利要求1所述的多功能窗体结构，其特征在于，该波长转换层由有机荧光材料所组成。

3.根据权利要求2所述的多功能窗体结构，其特征在于，该有机荧光材料包括罗丹明或二萘嵌苯。

4.根据权利要求1所述的多功能窗体结构，其特征在于，该波长转换层由无机荧光材料所组成。

5.根据权利要求4所述的多功能窗体结构，其特征在于，该无机荧光材料包括量子点材料CdTe或ZnTe。

6.根据权利要求1所述的多功能窗体结构，其特征在于，该间隔层含有空气、氮气或惰性气体。

7.根据权利要求6所述的多功能窗体结构，其特征在于，该间隔层的厚度介于0.1mm～10mm之间。

8.根据权利要求1所述的多功能窗体结构，其特征在于，该第一透明基板形成一楔形体，且该第一表面为该楔形体的一斜面。

9.根据权利要求8所述的多功能窗体结构，其特征在于，该第一表面与该入射面之间所形成的该第一倾斜角介于0.1～20度之间。

10.根据权利要求1所述的多功能窗体结构，其特征在于，该第二透明基板形成一楔形体，且该第二表面为该楔形体的一斜面。

11.根据权利要求10所述的多功能窗体结构，其特征在于，该第二透明基板还具有一出光面，该些光源发射光线至该第二透明基板内，并透过该第二表面反射后经由该出光面射出该第二透明基板，且该出光面与该入射面大致平行。

12.根据权利要求11所述的多功能窗体结构，其特征在于，该第二表面与该出光面之间形成一第二倾斜角，且该第二倾斜角介于0.1～20度之间。

13.根据权利要求1所述的多功能窗体结构，其特征在于，该些太阳能电池接收单元选自硅基半导体材料、化合物半导体材料、碲化镉以及铜铟镓二硒所组成的族群。

14.根据权利要求1所述的多功能窗体结构，其特征在于，该些光源包括GaN、GaAs或AlGaN发光二极管。

15.根据权利要求1所述的多功能窗体结构，其特征在于，该多功能窗体结构还包括一电池模块，连接该些太阳能电池接收单元以及该些光源。

16.根据权利要求1所述的多功能窗体结构，其特征在于，该第二透明基板表面涂布有抗反射膜、半反射半穿透薄膜、抗眩光膜或彩色滤光膜。

17.一种建筑物的窗体，其特征在于，包括如权利要求1所述的多功能窗体结构。

18.一种展示装置的窗体，其特征在于，包括如权利要求1所述的多功能窗体结构。

19.一种多功能窗体结构，其特征在于，包括：

一第一透明基板，呈四边形结构并且具有一入射面以及一第一表面，其中该第一表面与该入射面位于该第一透明基板的相反侧；

多个太阳能电池接收单元，分别设置于该第一透明基板的四个侧边中的至少一侧边；

一波长转换层，设置于该第一表面上，其中太阳光由该入射面进入该第一透明基板，并透过该波长转换层将太阳光的一部分入射波段转换为该些太阳能电池接收单元的一可吸收波段，该可吸收波段的光线经过该第一透明基板内部多次反射后到达该些太阳能电池接收单元并被转换成电能；

一第二透明基板，呈四边形结构并且具有一第二表面，其中该第二表面与该第一表面相对；

多个光源，设置于该第二透明基板的四个侧边中的至少一侧边；以及

一间隔层，位于该第一表面和该第二表面之间，使得该第一、第二表面相隔一距离。

20.根据权利要求19所述的多功能窗体结构，其特征在于，该第一透明基板呈矩形或正方形结构。

21.根据权利要求19所述的多功能窗体结构，其特征在于，该第二透明基板呈矩形或正方形结构。

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