Модуль умного окна

Полезная модель относится к фотоэлектрическим преобразователям и светоизлучающим приборам и может быть использована, в частности, в качестве полупрозрачных фасадных панелей и окон, а также полупрозрачных энергосберегающих светоизлучающих элементов дизайна.
Известно устройство «Люминесцирующий солнечный элемент и метод его изготовления» (см. WO №2019144561 А1, МПК H01L 31/02167, дата публикации: 01.08.2019). Данное устройство представляет собой комбинацию светопоглощающего и люминесцирующеого слоев, способного работать как солнечный элемент и как светодиод.
Недостатком технического решения являются непрозрачность устройств и низкие прочностные качества.
Известно устройство «Модуль солнечного элемента с интегрированным устройством для люминесценции в ночное время» (см. KR №100680654 В1, МПК F21L 4/08, дата публикации: 02.02.2007). Данное устройство представляет собой многослойную структуру, состоящую из нескольких слоев, часть из которых отвечает за освещение, а часть за сбор солнечной энергии, являясь комбинацией солнечного элемента и светодиода.
Однако известный модуль непрозрачен, что исключает возможность использования его в качестве окна.
Известно устройство «Светодиодный фотоэлектрический преобразователь солнечной энергии» (см. CN №201000888 Y, МПК Υ02Β 10/14, дата публикации: 02.01.2008). Данное устройство представляет собой кремниевые непрозрачные солнечные модули, закрепленные на прозрачной основе с сохранением технологических промежутков, обеспечивающих пропускание света. В перекрестиях технологических промежутков располагаются точечные светодиоды. Данное устройство может выполнять три функции - пропускать свет, излучать свет и преобразовывать солнечную энергию в электрическую.
Однако использование в известном устройстве стандартных кремниевых модулей делает невозможным полноценную реализацию функций окна для обзора внешнего пространства, не позволяет эффективно использовать его в вертикальном положении за счет особенностей кремниевой технологии, и не обеспечивают конструкционную прочность устройства. Также использование точечных источников не обеспечивает равномерность свечения.
Прототипом предлагаемой полезной модели является устройство «Тонкопленочное окно солнечный элемент - светодиод» (см. WO №2017028290А1, МПК F21S 9/02, дата публикации: 23.02.2017). Настоящее изобретение относится к умным окнам, состоящим из рамы окна, тонкопленочного фотоэлектрического преобразователя (ФЭП), нанесенного на стекло, линейки светодиодов, закрепленной в верхней части рамы окна, контроллеров светодиодов и заряда от ФЭП и аккумуляторной батареи, закрепленных на раме окна. Данное устройство может работать как солнечный элемент и источник света, с сохранением функциональности окна
Недостатком прототипа является использование точечных источников света (светодиодной ленты), что допускает дискомфортное попадание прямых светодиодных лучей в глаза наблюдателю и не позволяет полноценно имитировать естественное освещение от окна.
Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является повышение эргономичности устройства модуля умного окна.
Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в имитации излучения окном естественного света.
Данный технический результат достигается тем, что модуль умного окна, содержащий раму окна с интегрированными в нее светодиодами, нанесенный на стекло слой тонкопленочного фотоэлектрического преобразователя и блок управления и питания с аккумуляторной батареей, контроллерами светодиодов и ее заряда от фотоэлектрического преобразователя, отличающийся тем, что в состав модуля включен полупрозрачный фотолюминесцентный слой, нанесенный на стекло, покрывающее слой фотоэлектрического преобразователя, и защищенный с другой стороны третьим защитным стеклом, а светодиоды с длиной волны излучения 395-410 нм установлены внутри рамы с возможностью свечения параллельно плоскости окна.
Сущность полезной модели поясняется фигурой, на которой представлена схема предлагаемого устройства. Оно состоит из рамы окна 1, светодиодов с длиной волны излучения 395 - 410 нм 2, установленных внутри рамы с возможностью свечения параллельно плоскости окна, слоя тонкопленочного фотоэлектрического преобразователя 3, полупрозрачного фотолюминесцентного слоя 4, трех защитных стекол 5, разделяющих слои 3 и 4 и слой 4 от окружающей среды, а также блока управления и питания 6, включающего в себя аккумуляторную батарею, контроллер заряда батареи от фотоэлектрического преобразователя, контроллер управления светодиодами.
Устройство работает следующим образом. Солнечный свет, попадая на слой тонкопленочного фотоэлектрического преобразователя 3, частично поглощается и преобразуется в электрическую энергию, частично проходит сквозь полупрозрачный фотолюминесцентный слой 4 и защитные стекла 5, освещая в дневное время помещение. Электроэнергия передается в блок управления и питания 6 и заряжает аккумуляторную батарею. Процесс заряда батареи управляется контроллером, входящим в состав блока.
В вечернее время могут быть включены светодиоды 2, возбуждающие фотолюминесцентный слой 4 по всей плоскости модуля умного окна. Переизлученный слоем свет диффузионно распространяется от модуля в помещение, имитируя естественное освещение. Питание светодиодов обеспечивается аккумуляторной батареей и контроллером светодиодов блока управления и питания 6.
Высокая яркость свечения и прозрачность фотолюминесцентного слоя обеспечивается наличием в его составе квантовых точек (нанокристаллов с размерами 5-25 нм) неорганического свинцового галоидного перовскита с высоким внешним квантовым выходом (>85%), внедренных в полимерную матрицу.
Использование трех стекол в конструкции полезной модели повышает ее прочностные качества по сравнению с прототипом.
Благодаря полупрозрачности модуля умного окна он также играет роль тонировки окна в течение дня, снижая эффект нагрева воздуха внутри помещения солнечными лучами.