JP6599856B2 - 電力供給システムを備える光学デバイス - Google Patents

Description

説明:
本発明は、少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリアを含む光学デバイスに関し、それによってアクティブマトリクスが少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリアと接触して位置し、光学デバイスは、電力供給システムも含む。
かかる光学デバイスは、切り替え可能な窓（switchable windows）の形態において知られている。

文書JP 2004012818は、太陽電池およびバッテリーを備える液晶窓を開示し、それは、合せガラスの間にバッテリーおよびコントローラを置くことを示唆する。この解決策の不都合な点は、ガラスへのコネクタが、通常、ガラス平面の端上にあることである。また、バッテリーおよびコントローラは目に見え、それは望ましくない。バッテリーおよびコントローラは、太陽熱放射に曝され、それゆえ、かなり高い温度まで熱くなる。コントローラまたはバッテリーが故障する場合、それらを容易に取り換えることはできない。

文書US 8 213 074は、エレクトロクロミック窓（electrochromic window）を開示し、ここで、窓コントローラは、絶縁ガラスユニット内に統合される。この統合されるコントローラは、別のコントローラの据え付けを省いてもよいため、非局在化されるコントローラのうえで利点を提示する一方で、それでも送電網を介してシステムに電力を給送することが求められる。送電網との接続のために正面を通じてケーブル配線を据え付けることは、余分な作業およびコストをもたらすかもしれない。

文書US 6 055 089は、ガラス表面上の光起電力要素（photovoltaic element）によって電力を与えられるエレクトロクロミック窓を開示する。この構成は、外部バッテリーを加える必要性を克服する。しかしながら、それは、絶縁ガラスユニットの組み立て中にＰＶ要素がコントローラに接続されなければならないため、追加の組み立て課題を提示する。この組み立てプロセスは、今の絶縁ガラス製作機械類と両立せず、それゆえ、追加のコストをもたらす。加えて、ガラス表面上の光起電力要素の配置によって、光起電力要素は、高い応力歪みを有する。

文書US 7 259 730は、窓上に固定されるディスプレイ要素を開示する。いくらかの位置は、窓に電力を与えるバッテリーパックを包含する制御システムのために示唆される。バッテリーを再充電するために包含されるシステムがないため、バッテリーは、放電される場合に替えられるべきである。これは、すべての位置が容易にアクセス可能であるわけではないため、いくつかの応用にとって、例えば、窓としての使用にとって望ましくないかもしれない。さらに、バッテリーの交換は、追加の作業をもたらし、それは、据え付けられる少しだけの窓がある場合にはなされ得るが、非常に多くの窓の据え付けにとっては、これは高い維持コストにつながるであろう。

本発明の目的は、それゆえ、先行技術の不利な点を克服することである。
この目的は、少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリアを含む光学デバイスによって達成され、それによって、アクティブマトリクスは、少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリアと接触して位置づけられ、光学デバイスは、電力供給システムを含み、それによって、電力供給システムは、上部に配列され、少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリアとほぼ平行な第１補助平面と、ほぼ平行に、第１補助平面から１０ｃｍ未満の距離Ｌ’において、かつ、第３補助平面または第４補助平面から離れて２１ｃｍ未満の距離Ｌにおいて配列される第２補助平面との間に、位置づけられ、それは、少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリアの主な伸張方向に対してほぼ垂直に配列され、それによって、Ｌもまた、第３補助平面と少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリアの側、および、少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリアの同じ側と第４補助平面の間の距離である。電力供給システムは、少なくともコントローラおよび少なくとも１つのエネルギー蓄積システムを含む。光学デバイスは、少なくとも１つの光起電力要素を含み、それによって、少なくとも１つの光起電力要素は、少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリアの主な伸張エリアに対してほぼ垂直に配列される。

１つの態様において、コントローラは、バッテリーを制御するために使用される。
少なくとも１つのエネルギー蓄積システムは、好ましくは、少なくとも１つのバッテリーである。
光学デバイスは、少なくとも１つ、好ましくは２つ以上および最も好ましくは４つまたは５つ以上の光起電力要素（単数、複数）を含む。コントローラは、好ましくは、光学デバイスの状態を制御するために、バッテリーにおいて（少なくとも１つまたは２つ以上の光起電力要素（単数、複数）の）発生電力を一時的に蓄積し、バッテリーにおいて蓄積される電力を使用する。光学デバイスが切り替え可能な窓である場合、光起電力要素、コントローラおよびバッテリーを備える切り替え可能な窓の利益は、切り替え可能な窓を切り替えるために外部電気を必要としないこと、および、（外部電力供給のための）正面を通じたケーブル配線が減らされ得ることである。好ましくは、少なくとも１つの光起電力要素は、少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリアと物理的に接触している。
物理的な接触とは、ガラスまたはポリマーエリアに機械的に固定されることを意味する。

少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリアは、主な伸張方向を有し、および、少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリアの２つの表面は、この主な伸張方向に対して平行する。第１補助平面の主な伸張方向は、少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリアの主な伸張方向に対して平行である。加えて、少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリアは、エリアの２つの表面に対してほぼ垂直な４つの側（または端）を有し、および、側によって、少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリアの２つの表面は、互いに接触している。少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリアの側の厚さは、エリアそれ自身の厚さによって与えられる。

アクティブマトリクスは、少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリアと接触しており、それによって、「接触（contact）」という用語は、好ましくは物理的な接触を意味する。これは、アクティブマトリクスが、好ましくは、少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリアに、またはそれ上に、付着され、適用され、および／または挿入されることを意味する。

好ましくは、光学デバイスは、少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリアの代わりに、２つまたは３つ以上のガラスまたはポリマーエリアを含む（例えば図５、エリア１５／１および１５／２を参照）。この好ましい場合において、ガラスまたはポリマーエリアは、互いに対して平行である；これは、エリアの主な伸張方向が互いに平行であることを意味する。かかる態様において、アクティブマトリクスは、好ましくは少なくとも２つのガラスまたはポリマーエリアの間に配列される。好ましくは、エリアは、アクティブマトリクスによって互いに接触して〜表面を介して〜いる。

好ましくは、光学デバイスは、少なくとも１つの追加のエリア（追加のエリアとしても参照される）を含む。少なくとも１つの追加のエリアは、少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリアの主な伸張方向に対してほぼ平行な主な伸張方向を有し、それによって、追加のエリアは、少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリアに対する距離において位置づけられる。誤解を避けるため、たとえ少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリアが２つまたは３つ以上のガラスまたはポリマーエリアで製作され得る場合でも、これらのエリアは、少なくとも１つの追加のエリアではない（例えば図５、エリア２を参照）。また、追加のエリアは、２つまたは３つ以上のガラスまたはポリマーエリアを含んでもよい。１つの好まれる態様において、少なくとも１つの追加のエリアは、請求項１に記載の光学デバイスのように作り上げられる。好ましくは、追加のエリアは、少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリアを保護し、および、好ましくは絶縁機能を有する。光学デバイスが切り替え可能な窓である場合、少なくとも１つの追加のエリアは、二重、三重または四重ガラスの一部でもよい。

「ほぼ平行に（approximately parallel）」という用語は、すべての場合において５〜１０°以下の相違があることを意味する。「ほぼ垂直に（approximately perpendicular）」という用語は、約８５〜９５°の範囲内の角度であることを意味する。

電力供給システムは、少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリアおよび第２補助平面の間の空間または部屋（または体積）において位置づけられる。電力供給システムのためのこの空間または部屋は、少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリアに平行であって、その上部にあり、および、少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリアの主な伸張平面に対して平行な、第１補助平面によって作り上げられる。「上部に（on top）」という用語は、少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリアの外表面上に第１補助平面が位置づけられることを意味する。少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリアの外表面は、第２補助平面の主な伸張方向に対して最大の距離を有する少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリアの表面である。第２補助平面は、好ましくは追加のエリアを通じてあるが、すべての場合において、第１補助平面に対する距離および少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリアの主な伸張方向に対して平行にある。

第１および第２補助平面は、互いに対して１０ｃｍ未満の距離、好ましくは８〜１ｃｍの間の距離、より好まれるのは３〜０．５ｃｍの間の距離を有する。第１および第２補助平面は、水平方向において電力供給システムを配列するための部屋または空間のための伸張を限定する。第３補助平面および第４補助平面は、第１および第２補助平面に対してほぼ垂直であり、および、少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリアの側に対してほぼ平行である。第３補助平面および第４補助平面もまた、垂直方向において（電力供給システムを配列するための）空間または部屋のための伸張を限定する。第３補助平面および第４補助平面は、少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリアの１つの側から２１ｃｍ未満離れて位置づけられる（図１３を参照）。第３補助平面および第４補助平面は、互いに４２ｃｍ未満、好ましくは４１〜２０ｃｍ、より好まれるのは３０〜１０ｃｍの間の距離を有する。

上述のとおり、少なくとも１つのエネルギー蓄積要素は、好ましくはバッテリー、より好まれるのは再充電可能なバッテリーである。再充電可能なバッテリーは、少なくとも１つの光起電力要素による発生エネルギーを蓄積し、および、（求められる場合）光学デバイスにエネルギーを適用する。バッテリーは、好ましくは光学デバイスのエネルギー要件に基いて選択される。この点において、光学デバイスの種類（例えば窓またはスクリーン）、バッテリーの最小限寿命、バッテリーの動作温度、バッテリーの寸法およびコストは、選択基準である。１つの態様において、バッテリーは、スーパーキャパシタ、ニッケル水素（ＮｉＭＨ）バッテリーまたは薄膜バッテリーであり得る。スーパーキャパシタの例は、Ｍａｘｅｌｌ ＢＣＡＰ ０３５０であり、ＮＩＭＨバッテリーの例は、Ｖａｒｔａ Ｖ１５０ＨＴであり、および、薄膜バッテリーの例は、Ｃｙｍｂｅｔ ＣＢＣ３１５０である。

電力供給システムは、少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリアおよび少なくとも１つの追加のガラスまたはポリマーエリアの間に、および／または、少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリアの１つの側までの間隔に、配列される。すべての態様において、電力供給システムは、上記の第１、第２、第３および第４補助平面によって作り上げられる空間または部屋（または体積）において配列される。１つの特別な態様において、少なくとも電力供給システム（コントローラまたはエネルギー蓄積デバイス）の一部は、定義される部屋または空間において配列される。この特別な態様において、電力供給システムの部分は、この定義される部屋または空間の外側に配列されてもよい。他の１つの（より好まれる）態様において、エネルギー供給システムのすべての部分は、定義される部屋または空間において配列される。

記載された部屋または空間において配列される電力供給システムを備える光学デバイスは、複数の利点を有する。これらの利点の１つは、光学デバイスが、工場において統合された製品として作られ得ること、および、製品の失敗の原因になり得、建設プロセスにおいて複雑である現場での接続ケーブルを必要としないことである。

好ましくは、電力供給システムは、フレームによって少なくとも部分的に覆われる。フレームは、好ましくは光学デバイスの部分、好ましくは少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリアの部分も覆う。光学デバイスが切り替え可能な窓である場合、フレームは、好ましくは窓フレームである。記載された部屋または空間において電力供給システムを配列する他の１つの利益は、電力供給システムが、光学デバイスを見る者に対して目に見えないことである。これに加えて、電力供給システムは、フレームによって覆われ、それゆえ、外部の力、埃、湿気および直接の日射に対して保護される。

「少なくとも部分的に覆われる（at least partially covered）」という用語は、電力供給システムの少なくとも７０％、より好まれるのは少なくとも９０％および最も好まれるのは９５％が、フレームによって覆われることを意味する。１つの好まれる態様において、電力供給システムのすべての部分は、全体的にフレームによって覆われる。

好ましくは、コントローラは、光学デバイスの状態を制御するために、バッテリーにおいて一時的に（少なくとも１つの光起電力要素の）発生電力を蓄積し、および、バッテリーにおいて蓄積される電力を使用する。光学デバイスが切り替え可能な窓である場合、光起電力要素、コントローラおよびバッテリーを備える切り替え可能な窓の利益は、切り替え可能な窓を切り替えるための外部電気を必要とせず、および、（外部電力供給のための）正面を通じたケーブル配線が減らされ得ることである。好ましくは、少なくとも１つの光起電力要素は、少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリアにおいて物理的に接触する。かかる物理的な接触の例において、少なくとも１つの光起電力要素は、少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリア、例えば少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリアの側上に付着され、および／または、適用される。

好ましくは、少なくとも１つの光起電力要素は、薄膜である。薄い、とは、膜が好ましくは９０μｍよりも小さい、より好まれるのは５０μｍよりも小さい、最も好まれるのは１０μｍよりも小さい、および特に好まれるのは６０ｎｍよりも小さい、厚さを有することを意味する。光起電力要素のための有用な例は、色素増感太陽電池（ＤＳＳＣ）（二酸化チタンおよび有機色素混合物）のような有機光起電力電池（ＯＰＶ）または有機／ポリマー太陽電池（ポリマーおよび有機色素およびフラーレン誘導体混合物）である。さらにアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、薄膜シリコン（ＴＦ−ＳＩ）テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、セレン化銅インジウムガリウム（ＣＩＳまたはＣＩＧＳ）のような無機薄膜太陽電池（ＴＦＳＣ）は、有用である。一般的に、少なくとも１つの光起電力要素は、好ましくは赤外線および紫外線の範囲における光を吸収する。好ましくは、光起電力要素は、３０％より大きい、より好まれるのは５０％より大きい、および最も好まれるのは７０％より大きい透明度を有する。

少なくとも１つの光起電力要素のためのエレクトロニクスは、好ましくは、光学デバイスのフレームにおいて、目に見えずに位置づけられる。エレクトロニクスのための位置の利益は、太陽からの直接の放射機会がないことであり、それゆえ、そこの環境はやや、より穏やかであり、それによってエレクトロニクスへの寿命の需要を和らげる。この態様において、機械的な接続は、少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリアおよび追加のエリアの間に置かれるべきである。

少なくとも１つの光起電力要素は、好ましくはスペーサとともに、または、スペーサーの上に固定される。かかるスペーサは、絶縁ガラスまたはポリマーユニットを作るために、ガラスまたはポリマーエリア（例えば、少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリアおよび追加のエリア）のスペースを空けるように機能する管または棒である。少なくとも１つの光起電力要素は、少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリアの主な伸張方向に対してほぼ垂直に、デバイスの内側に対して面するこのスペーサ上へと配列される。したがって、少なくとも１つの光起電力要素は、第３または第４補助平面に対して平行に配列される。光学デバイスが窓である場合、スペーサは、好ましくは窓スペーサである。かかる場合において、スペーサは任意に、窓コントローラのための固定および光起電力（ＰＶ）配線のための貫通を包含し得る。２つ以上の光起電力要素が使用される場合、２つ以上の光起電力要素は、好ましくはスペーサの異なる側上に配列され、デバイスの内側に対して面する（図８を参照）。

光学デバイス内の上述の位置に、少なくとも光起電力要素を、特にスペーサを備えて統合したことの利益は、電力供給ＰＶ要素（単数、複数）を包含する窓制御システムが、切り替え可能なガラス要素から別のプロセスにおいて製造され得ることである。ガラスおよびスペーサは、絶縁ユニット製造プロセスにおいて接合される。スペーサ上のこのコントローラセットアップを備えて、このプロセスは、まるで標準的な窓であるかのように、標準的な絶縁ガラス製作ライン上で実施され得る。さらに、窓コントローラまたはＰＶの組み立てにおけるいかなる生産上の課題も、切り替え可能な窓の製造（または逆も同様に）の出来高に影響を与えず、したがってコスト節約を提示するであろう。

この構成において、少なくとも１つのＰＶ要素は、光の中に直接に面していないことが言及されるべきである。さらに、光学デバイス、好ましくは切り替え可能な窓が、絶縁ガラスユニットの太陽面側上に典型的に置かれるため、少なくとも１つのＰＶ要素は、光学デバイスの後ろにある（例えば、切り替え可能な窓）。したがって、それらは、それらが太陽における直接の場所の場合において受け取るであろうよりも著しく少ない光を受け取る。それゆえ、かかる構成がそれでも、年間を通じて光学デバイスを動作させるのに十分な電力を提供することを発見するのは驚くべきである。ＰＶ要素のこの位置を使用するための、多くの利益がある。スペーサ上で、ＰＶ要素は、光学デバイス、例えば切り替え可能な窓を通じて視界を限定または妨害しない。また、位置は、ＰＶ要素（単数、複数）がガラス上へと平行（フラット）に置かれる場合よりもずっと邪魔でなく、それゆえ審美的な利点を提示する。解決策の確固さの点において、この位置は、機械的な衝撃から、高い温度および直接の放射からよく保護される。また、それは、スペーサを備えるユニットがガラスまたはポリマー枠から別に準備され得るため、絶縁ガラスユニットの組み立てを単純化する。ガラスまたはポリマー枠がしばしば重く、いくらかの機械的な加工を必要とするため、高価なＰＶ要素（単数、複数）がガラスまたはポリマー枠に対して固定されていたとすると、それへの機械的な衝撃による生産損失の可能性が生じる。

好ましくは１つより多い〜最も好まれるのは２〜４の〜光起電力要素は、光学デバイスのために使用される。好ましくは、少なくとも１つの光起電力要素は、スペーサの内側エリア上に置かれる。スペーサの内側エリアは、光学デバイスの内側に面するエリアである（図８を参照）。１つより多い光起電力要素が使用される場合、光起電力要素のすべてまたはいくらかは、スペーサの内側エリア上に配列される。別の最大電力点追従（maximum power point tracking）デバイス（ＭＰＰＴ）を使用することは、好まれる。特に１つより多い光起電力要素が使用される場合において、最大電力点追従デバイスは、光学デバイスの各側のための光起電力要素に対して接続される。最大電力点追従装置（maximum power point tracker）は、最大電力出力のための光起電力要素によって供給される電圧および電流を最適化する電気デバイスである。光学デバイスのすべての側（および、したがって光起電力要素（単数、複数）を備えるスペーサのすべての側）が、空における太陽の移動によって一日の間に異なる光強度を経験するために、別のＭＰＰＴは、最適の電力が光起電力要素（太陽電池）の各ストリップから抽出されることを確実にする。

好まれる態様において、電力供給システムは、光学デバイスから可逆的に取り外し可能である。この特別な態様において、電力供給システムは、光学デバイス上でクリックされ、光学デバイスを破壊することなしに取り外され得る。これによって、電力供給システムの取り換えは、容易に可能であり、欠陥電力供給システムは、完全に新規の光学デバイスの入手という結果にはならない。この態様において、電力供給システムは、少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリアおよび少なくとも１つの追加のエリアの間ではなく、むしろ第３補助平面から１５ｃｍ未満の距離において（および、それゆえ距離Ｌ内で）少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリアおよび少なくとも１つの追加のガラスまたはポリマーエリアの側上に配列される。

好ましくは、光学デバイスのアクティブマトリクスは、液晶を収容する。
好まれる態様において、液晶は、ポリマー分散液晶、ゲストホスト液晶および／またはポリマー安定コレステリック液晶である。
１つの他の態様において、光学デバイスは、エレクトロクロミックデバイスまたは懸濁粒子デバイスである。

好ましくは、光学デバイスは、切り替え可能な層である。切り替え可能な層は、電流または電圧の影響下でその透過特性を変更する層である。これらの切り替え可能な層は、切り替え可能な窓として技術分野において知られ、および、エレクトロクロミック層、ＰＤＬＣ（ポリマー分散液晶）層、ゲストホスト液晶層、懸濁粒子デバイスまたはコレステリック液晶層であり得る。

本発明は、上の段落において光学デバイスのための例として記載された、切り替え可能な窓のための電力供給システムにも関する。電力供給システムは、少なくとも１つのコントローラ、少なくとも１つのエネルギー蓄積システム（好ましくは少なくとも１つのバッテリー）を含み、それによって、１つの態様において、電力供給システムは、切り替え可能な窓に対して、可逆的に取り外し可能である。「可逆的に取り外し可能（Reversibly removable）」は、電力供給システムが切り替え可能な窓に対して機械的におよび電気的に接続され、それによって、電力供給システムの取り換えが、切り替え可能な窓を破壊しないことを意味する。電力供給システムおよび切り替え可能な窓の間を単純に電気接続することは、本発明の意味において、光学デバイスに対して可逆的に取り外し可能でない。

好ましくは、電力供給システムは、切り替え可能な窓の窓フレームにおいて位置づけ可能であり、それによって、フレームは、少なくとも部分的に光学デバイスを覆う（これは、フレームが少なくとも部分的に電力供給システムを取り囲むことを意味する）。「窓フレームにおいて位置づけ可能（locatable in the window frame）」という用語は、電力供給システムが窓の平面から５ｍｍより大きな差で伸張しないこと、好ましくは２ｍｍ未満を意味する。さらに、窓フレームの空洞が湿気を収容するかもしれないため、電力供給システムは、例えば好適な埋め込み材料を使用することによって、湿気からの進入に対して密封される。

好ましくは少なくとも１つの光起電力要素が、電力供給システムの一部分となっている。
光起電力要素のためのすべての態様、光学デバイスのために記載された少なくとも１つのエネルギー蓄積要素（バッテリー）またはコントローラもまた、この電力供給システムのために、可能であり好まれる。

図１は、光起電力要素および光学デバイスとの組み合わせにおける電力供給システムを模式的に示す。 図２は、側面図における先行技術の電力供給システムの配列を模式的に示す。 図３は、平面図における先行技術の電力供給システムの配列を模式的に示す。 図４は、第１および第２平面に対して垂直に置かれる光起電力要素を備える光学デバイスの２つの写真を示す。 図５は、側面図における電力供給システム、および、垂直に配列される光起電力要素のための配列を備える図４の例を模式的に示す。 図６は、平面図における電力供給システムのための配列を備える図４の例を模式的に示す。

図７は、電力供給システムのための配列のさらなる例を模式的に示す。 図８は、電力供給システムおよび光起電力要素を備える光学デバイスとしての切り替え可能な窓を模式的に示す。 図９は、第１、第２、第３および第４補助平面および距離Ｌ、Ｌ’およびＬ’’を模式的に示す。 図１０は、光学デバイスの異なる側上に置かれる、１日に渡って異なる光起電力要素の発生電力を示す。 図１１ａは、数か月に渡る光起電力要素上の垂直輝度（vertical irradiance）を示す。 図１１ｂは、南に面する光学デバイスのための、数か月に渡るバッテリー充電を示す。

図１において、光学デバイスのための電力供給システムが模式的に示される。照明の下で、光起電力要素７（ＰＶ７としても記述される）は、電力を発生させる。光学デバイス１は、切り替えるための電力を必要とするが、これは典型的には、ＰＶ７によって発生する利用可能な電力と同時ではなく、同じ量でもない。それゆえ、それらは、ＰＶから電力を取るコントローラ５を備えて接続され、エネルギー蓄積システム（例えば、バッテリー６）において一時的にそれを蓄積し、および、光学デバイス１に送出される望ましい信号にそれを変換する。日光がない場合でさえも、光学デバイス１が常に作動することを確実にするため、エネルギー蓄積システム（バッテリー６）が、光学デバイス１に接続される。コントローラ５およびバッテリー６のための正しい位置を発見することは、ひとつの課題である。運転される光学デバイス１のかかるＰＶ７の組み立てを設計することにおいて、上記の利益を保持するために解決される必要がある多くの課題がある：ＰＶ７は、それが動作するのに十分な光を受け取るように置かれる必要がある。

エネルギー蓄積（バッテリー６）は、かさばるシステムであり、いくらかの著しい体積が、適切な動作のために十分な容量を達成することを必要とする。特に、光学デバイス１が切り替え可能な窓である場合、光学デバイス１を通じた視界は、これらの構成物によって妨害されるべきではない。また、記述される構成物（コントローラ５、バッテリー６）は、外部影響から遮蔽される必要があり、それゆえ、すべての場所には置かれ得ない。例えば、（光学デバイス１としての）切り替え可能な窓の表面上の温度は、十分な太陽光において６０度を超過し得、それは、普通、多くの再充電可能なバッテリー６に対して著しい害をもたらすであろう。切り替え可能な窓の外側表面上にあるいかなる電気的な構成物またはケーブルも、ＵＶ放射、機械的な震動および湿気に曝されるかもしれない。場所に関するさらなる要請は、完全な切り替え可能な窓を取り換える必要なく、電気的な構成物が故障した場合に取り換えられ得るように、電気的な構成物にアクセスできるようにしたいということである。

図２は、先行技術によって配列される電力供給システムを備える、光学デバイス１としての切り替え可能な窓を示す。図２によると、光学デバイス１は、２つのガラスまたはポリマーエリア１５および追加のエリア２を含む。エリア１５の間に、アクティブマトリクス１６は位置づけられる。電力供給システムは、エリア１５および追加のエリア２の間に位置づけられるが、図９において定義される部屋または空間の外側であり、それゆえ見る者に対して目に見える。電力供給システムは、バッテリー６およびコントローラ５を含む。加えて、切り替え可能な窓は、スペーサ４および光起電力要素７を含む。

図３は、図２の先行技術の切り替え可能な窓の平面図を模式的に示す。見られ得るとおり、電力供給システムは、見る者に対して目に見え、視界でいらいらさせる。

図４は、光学デバイス１としての切り替え可能な窓の写真を示す。上部の写真は、１６ｍｍ幅の窓スペーサ４の内側に取り付けられる、単結晶太陽電池の側面図を示す。下部の写真は、窓におけるかかるスペーサ４の上面図を示す。かかるセットアップが、電力を発生させることができることを明示するために、出力が、窓の平面に対して垂直に方向付けられる、太陽入射（sun incidence）を備えるソーラーシミュレータ上で測定された。１６．８ｃｍ^２の太陽電池エリアで、３５．６ｍＷの電力が発生した。薄膜光起電力と同様に色素増感太陽電池（ＤＳＳＣ）は、斜めの入射光の下で、標準的な単結晶または多結晶の太陽電池よりも相対的により高い性能を有し、したがって好まれる。とりわけ、ＤＳＳＣは、有利である。それらは、あらゆる角度で（under angles）優れた性能を有し、それらの光電効率は、より低い光強度で増加する。それゆえ、ＤＳＳＣ電池は、ここに追加の利点を提示する。

図５は、（光学デバイス１としての）切り替え可能な窓の側面図であり、この図による、切り替え可能な窓は、本発明の１つの態様である。新しい解決策は、バッテリー６およびコントローラ５が、よく保護された環境にあり、外側から目に見えない、光学デバイス１を製作する方法を提供する。それらは、切り替え可能な窓の平面から突き出ない。それゆえ、切り替え可能な窓を据え付ける二重または三重ガラスのために、あらゆる標準的な窓フレームを使用することが可能である。バッテリー６およびコントローラ５は、窓を通じた視界が妨害されないように、二重ガラスユニットの主要密封３の外側に置かれる。この態様において、光学デバイス１は、好ましくはアクティブマトリクス１６を備える切り替え可能な窓である。かかるＬＣ（液晶）切り替え可能な窓１は、ＰＤＬＣ窓（ポリマー分散液晶）、ゲストホストＬＣ窓、コレステリックＬＣまたは偏光子ベースの液晶窓であり得る。切り替え可能な窓は、典型的に、二重ガラスユニットの外側配置上に置かれる。

少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリア１５／１は、第２（ガラスまたはポリマー）エリア１５／２と組み合わされ、それによって、アクティブマトリクス１６は、エリア１５／１、１５／２の両方の間に位置づけられる。以下において、少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリア１５／１および第２エリア１５／２が、エリア１５として示唆される。追加のガラス（またはポリマー）エリア２を備えて、二重ガラスユニットは、製作される。２つのガラスまたはポリマーエリア１５（または枠）および追加のエリア２（または枠）は、典型的に６〜３０ｍｍのサイズにおいて、窓スペーサ４によって分離され、および、電力供給システム（コントローラ５およびバッテリー６）は、エリア１５および追加のエリア２の間に位置づけられる。切り替え可能な窓スペーサ４上およびその周りに、機械的な強度および気体充満区画８の気密を提供する密封材料３が適用される。

バッテリー６およびコントローラ５は、絶縁ガラスユニットの体積内において、この区画の外側に置かれる。好ましくは、設計は、距離Ｌが２０ｃｍ未満、好ましくは１５ｃｍ未満でさえあって、窓が視界を妨害するいかなる物もなく、普通の窓フレームに合うようにある。光起電力要素７としての太陽電池のための１つの可能な位置は、気体充満区画８の内側である。この図は、本発明の例による切り替え可能な窓の側面図を示す。この態様において、切り替え可能な窓の目に見えるエリアにおいて光起電力要素７を有することは、避けられる。それゆえ、光起電力要素７は、窓スペーサ４の内側上に置かれる。

図６は、図５による態様の上面図である。コントローラ５およびバッテリー６は、光学デバイス１の側上に配列される。光起電力要素７は、光学デバイス１の側上に目に見えて配列されない。光は、エリア１５／２上の反射によって、または、直接の放射によって、光起電力要素７に通過し得る。

図７は、本発明のさらなる例による切り替え可能な窓の側面図を模式的に示す。この第２例において、バッテリー６およびコントローラ５は、エリア１５および２の長さの外側に置かれるが、しかしそれでも絶縁ガラスユニットの２つの外表面のエリア１５および追加のエリア２の間である。この解決策の利益は、それがエレクトロニクスのためにいくらかの追加のスペースを空けることを提供することであり、絶縁ガラスユニットは、標準的な技術で製造され得る。この設計において、外部影響からエレクトロニクスを保護するために、囲い９を伴ってエレクトロニクスを保護することは好まれる。エレクトロニクスは、窓フレーム１０において目に見えずに位置づけられる。この位置の利益は、太陽からの直接の放射の機会がないことであり、それゆえ、気候がやや、より穏やかであり、それによって、エレクトロニクスの寿命の需要を和らげることである。この態様において、機械的な接続は、エリア１５かつ追加のエリア２および囲い９の間に置かれるべきである。

支持は、切り替え可能な窓から囲い９へのあらゆる力をブロックし、エレクトロニクスが損害を受けることを避ける。図７の態様において、囲い９は、コントローラ５およびバッテリー６に場所を与える。光起電力要素７は、光に面することを必要とするため、いま囲い９は、窓フレーム１０を突き出るべきである。それは、ユニット（エリア１５および追加のエリア２）の部分を形成するように、切り替え可能な窓と同じ厚さを有する。しかしながら、それは、密封材３が適用された後に、ユニット上へと組み立てられ得る。これは、生産利益を提示する。さらに、モジュールアプローチが使用され得る。光起電力要素７との組み合わせにおける電力供給システムは、それを自己給電システムにするために、切り替え可能な窓上へと単に「クリックされ（clicked）」得るため、使用され得る。しかしながら、配線システムのために、同じ生産方法が使用され得るが、そこで光起電力要素７との組み合わせにおける電力供給システム『上にクリックすること（clicking on）』は伴わない。また、この態様において、電力供給システムは、第１および第２補助平面１１、１２（図７において示されない）の間に、および、第３および第４補助平面１３、１４（図７において示されない）間に、配列される。

図８は、切り替え可能な窓の形態における光学デバイス１を模式的に示す。少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリア１５／１および第２ガラスまたはポリマーエリア１５／２（示されない）を含む、ガラスまたはポリマーエリア１５は、スペーサ４を介して追加のエリア２（示されない）から離隔される。スペーサ４の内側面上に（内側面は、光学デバイス、例えば切り替え可能な窓の中央に面することを意味する）、光起電力要素７は置かれる。図８の例において、４つの光起電力要素７は、スペーサ４の４つのエリア上に置かれ、それによってすべての光起電力要素７は、それらが光学デバイス１の内側に対して面するような方法において配列される。この配列および光起電力要素７の量によって、光起電力要素７は、光学デバイス１（例えば、切り替え可能な窓）を制御し、切り替えるために十分な仕方において、間接の太陽光を受け取ることができる。図８の切り替え可能な窓は、コントローラ５、バッテリー６（エネルギー蓄積デバイスとして）およびコネクタ１８も含む。

コネクタ１８は、窓および制御システムの間で一度のまたは可逆的な電気接続を可能にし、それは、防水であり、窓フレームの空洞の中に合うのに十分に小さい。例えば、ＪＳＴ ＪＷＰＦシリーズからのコネクタは、この目的のために好適である。

図９において、請求項１で請求される電力供給システムを配列するための部屋または空間は、第１補助平面１１、第２補助平面１２、第３補助平面１３および第４補助平面１４を使用することによってより詳細に説明される。少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリア１５／１（エリア１５／１としても記述される）は、追加のエリア２に対する距離において配列される。少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリア１５／１が１つより多いエリアを含む場合、エリア１５／１は、少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリアの外のエリアであり、したがって、光学デバイス１の外のエリアである。さらに（少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリア１５／１の部分としての）エリアは、追加のエリア２の方向において配列される。第１補助平面１１は、少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリア１５／１の上部に配列され、および、第１エリア１５／１の主な伸張方向に平行する。第２補助平面１２もまた、第１エリア１５／１の主な伸張方向に平行であるが、第１補助平面１１およびエリア１５／１に対して間隔をあけてある。

第１補助平面１１および第２補助平面１２の間の距離Ｌ’は、好ましくは１０ｃｍ未満および最も好まれるのは１〜６ｃｍの間である。光学デバイス１が追加のエリア２を含む場合、第２補助平面１２は、好ましくは追加のエリア２を通じてあり、および、追加のエリア２の主な伸張方向に対して平行にある。第３補助平面１３は、第１補助平面１１および第２補助平面１２に対してほぼ垂直であり、それによって第３補助平面１３は、少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリア１５／１の側１７から離れて２１ｃｍ未満の距離Ｌにおいて位置づけられる。第４補助平面１４もまた、エリア１５／１および第１補助平面１１に対してほぼ垂直に位置づけられ、および、エリア１５／１（第３補助平面１３について）の同じ側１７に対して２１ｃｍ未満の距離Ｌにおいてあり、および、第３補助平面１３に対して４２ｃｍ未満の距離Ｌ’’（Ｌ＋Ｌ）においてある。電力供給システムは、第１補助平面１１および第２補助平面１２の間、および第３補助平面１３および第４補助平面１４の間にも位置づけられ、それによって、補助平面１１、１２、１３、および１４は、定義される部屋またはスペース（または体積）を作り上げた。

第１補助平面１１および第２補助平面１２は、水平的な方法において、（電力供給システムを配列するための）部屋または体積を制限する。したがって、電力供給システムは、少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリア１５／１および第２補助平面１２（および追加のエリア２）の間に配列されなければならない。第３および第４補助平面１３、１４は、垂直的な方法において、（電力供給システムを配列するための）部屋または空間を制限し、それによって第３補助平面１３および第４補助平面１４も、少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリア１５／１の端に対して（および追加のエリア２に対しても）距離Ｌにおいてあり、それによってＬは２１ｃｍ未満である。「ほぼ垂直に（approximately perpendicular）」という用語は、８５〜９５°の間の角度において、より好まれるのは８９〜９１°の角度において、および最も好まれるのは９０°の角度においてを意味する。

図１０は、１日に渡る、図８による構築を伴う光学デバイス１としての切り替え可能な窓の発生電流を示す。ＥＦカーブは、東に面する光起電力要素の発生電流である。ＵＦカーブは、上方に面する光起電力要素の発生電流である。ＷＦカーブは、西に面する光起電力要素の発生電流であり、およびＤＦカーブは、下方に面する光起電力要素の発生電流カーブである。電流は、ＰＶ要素によって発生した電力の量の指標である。図は、下方に面する要素（カーブＤＦ）が他の要素と同程度の電流を発生させないにもかかわらず、それでもそれは著しい貢献であることを示す。また、それは、発生電力が異なる光起電力要素の間で強く異なることを示す。それゆえ、各要素のために別の最大電力点追従装置を使用することは、すべての側からの電力出力を最適化する。

本発明は、実施例によって詳細に記載され、それによって実施例は、本発明の１つの態様であるのみであり、本発明を制限しない。

実施例
光学デバイスとしての色素添加ゲストホストＬＣ窓は、自立動作のために作られ、および、検証された。絶縁ガラス窓は、２８ｍｍの厚さを備える１１０×１０５ｃｍ寸法を有した。外側から内側に、以下を備える窓が作り上げられた：第１ガラス枠（１５／１）、ＬＣゲストホスト切り替え可能なマトリクス（１６）および第２ガラス枠（１５／２）（共に８ｍｍ）〜アルゴンギャップ（argon gap）（１６ｍｍ）〜低放射コート（low-E coated）ガラス（４ｍｍ）（ガラスおよびポリマーエリア１５）。窓スペーサ上に、単結晶ＳｉＰＶ電池が取り付けられ、６つのＰＶ電池は側ごとに連続で接続された。窓の４つすべての側は、（図８において明示されるように）ＰＶ電池を備えて装備され、および、すべての側は、それ自身の最大電力点追従装置（ＭＰＰＴ）を有した。各側によって受け取られる光の強度が強く変動するかもしれないため、出力電流を限定するために最も低い光強度を受け取る側を有することは、望ましくない。これを克服するための１つの方法は、各側からの電力出力が最適化されるように、各側のための別の最大電力点追従装置を使用することである。

窓コントローラは、絶縁ガラスユニットの部分であった。それは、バッテリー（ＮｉＭＨ型、連続で４つ、４．８Ｖ２２００ｍＡｈ）から電力を与えられ、それは、次に、最大電力点追従装置を通じてＰＶ電池から充電された。窓は、窓の透過状態を変更するために、ビルディング制御システムからの命令を受け取り得る窓コントローラを装備された。ビルディング制御システム（示されない）は、内側および外側での光レベルを登録する多重センサを収容し、窓が暗いまたは明るいのいずれに切り替えられるべきかについて、この情報を使用して決める。外の窓表面上で１００Ｗ／ｍ^２より大きい太陽光を受け取るとすぐに、窓は、ビルディング制御システムによって暗い状態に切り替えられた。入射光が１００Ｗ／ｍ^２より下に落ちたとき、窓は、元の透明状態に切り替えられた。

窓は、オランダにおいて南に面して置かれた。電力出力電圧およびバッテリー電力レベルは、ビルディングのすべての側のための光入射レベルと同様に、監視され、蓄積された。結果は、図１０および１１に示され、および、バッテリーは、決して消えず（drwons）、常に９０％以上充電された状態を保つことを証明している。

参照番号
１ 切り替え可能な窓の例
２ 追加のエリア
３ 密封材（密封材料）
４ スペーサ
５ コントローラ
６ バッテリー
７ 光起電力要素（ＰＶ）
８ 区画
９ 電気設備のための囲い
１０ フレーム
１１ 第１補助平面
１２ 第２補助平面
１３ 第３補助平面
１４ 第４補助平面
１５／１ 少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリア
１５／２ 第２ガラスまたはポリマーエリア
１５ ガラスまたはポリマーエリア
１６ アクティブマトリクス
１７ 少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリア １５／１の側
１８ コネクタ
Ｌ 第３補助平面１３／第４補助平面および少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリアの側１７の間の距離
Ｌ’ 第１補助平面１１および第２補助平面１２の間の距離
Ｌ’’ 第３補助平面１３および第４補助平面の間の距離
ＥＦカーブ
ＵＦカーブ
ＷＦカーブ
ＤＦカーブ

Claims (14)

1. 少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリア（１５／１）を含む光学デバイス（１）であって、アクティブマトリクス（１６）が前記少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリア（１５／１）と接触して位置づけられており、前記光学デバイス（１）は、電力供給システムを含み、前記電力供給システムは、前記少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリア（１５／１）に対してほぼ平行であってその上部にある第１補助平面（１１）と、前記第１補助平面（１１）とほぼ平行に、前記第１補助平面から１０ｃｍ未満の距離Ｌ’ に配列される第２補助平面（１２）との間に、かつ、前記少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリア（１５／１）の主な伸張方向に対してほぼ垂直に、前記少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリア（１５／１）の側面（１７）から２１ｃｍ未満の距離Ｌ離れて配列される、第３補助平面（１３）と第４補助平面（１４）であって、第３補助平面は側面（１７）から外側に離れて、また、第４補助平面は側面（１７）から内側に離れて配列されるものである、前記第３補助平面と第４補助平面との間に、位置づけられることを特徴とし、ここにおいて前記電力供給システムは、少なくともコントローラ（５）および少なくとも１つのエネルギー蓄積デバイス、好ましくはバッテリー（６）を含み、および、ここにおいて前記光学デバイスは、少なくとも１つの光起電力要素（７）を含み、ここにおいて前記少なくとも１つの光起電力要素（７）の、受光面が、前記少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリア（１５／１）の前記主な伸張エリアに対してほぼ垂直に配列される、
   前記光学デバイス（１）。
2. 電力供給システムが、フレーム（１０）によって少なくとも部分的に覆われ、それによって前記フレーム（１０）は、少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリア（１５／１）を覆う、請求項１に記載の光学デバイス（１）。
3. 少なくとも１つの光起電力要素（７）が、少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリア（１５／１）と少なくとも部分的に接触する、請求項１または２に記載の光学デバイス（１）。
4. 少なくとも１つの光起電力要素（７）が、薄膜太陽電池である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学デバイス（１）。
5. 少なくとも１つの光起電力要素は、スペーサ（４）に対して直接の物理的な接触上に、または、直接の物理的な接触において置かれる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学デバイス。
6. １つより多い最大電力点追従デバイスは、少なくとも１つの光起電力要素（７）のために使用される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学デバイス。
7. 光学デバイスが、少なくとも１つの追加のエリア（２）を含み、ここで前記少なくとも１つの追加のエリア（２）は、少なくとも１つのガラスまたはポリマーエリアであり、好ましくは前記少なくとも１つの追加のエリア（２）は、少なくとも１つの追加の光起電力要素と接触している、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学デバイス（１）。
8. 電力供給システムが、光学デバイス（１）から可逆的に取り外し可能である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の光学デバイス（１）。
9. アクティブマトリクス（１６）が、液晶を収容する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の光学デバイス（１）。
10. 液晶が、ポリマー分散液晶、ゲストホスト液晶および／またはポリマー安定コレステリック液晶である、請求項９に記載の光学デバイス（１）。
11. 光学デバイスが、エレクトロクロミックデバイスまたは懸濁粒子デバイスである、請求項１〜９のいずれか一項に記載の光学デバイス（１）。
12. 光学デバイス（１）が、切り替え可能な窓である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光学デバイス（１）。
13. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載の光学デバイスである切り替え可能な窓のための電力供給システムであって、それによって前記電力供給システムが、少なくとも１つのコントローラ（５）および少なくとも１つのエネルギー蓄積システム、好ましくはバッテリー（６）を含み、それによって前記電力供給システムが、切り替え可能な窓（１）に対して可逆的に接続可能であり、前記切り替え可能な窓の内部に位置している、前記電力供給システム。
14. 電力供給システムが、切り替え可能な窓（１）の窓フレーム（１０）において位置づけ可能である、請求項１３に記載の光学デバイス（１）のための電力供給システム。