基于有机光电的新型中空百叶窗研究
摘要：随着可持续概念的全面展开，节能减排以及生态生活越来越受到公众重视。我国虽然地大物博，能源存储也很丰富，但是人均资源占有量远远低于世界平均水平。因此，对于我国来说，合理利用自然能源，减少能源消耗更是重中之重。目前，太阳能光伏发电技术在国内外已得到了广泛应用。太阳能光伏组件、光伏幕墙、光伏瓦等产品都倍受青睐。因此如何将有机光电融入到日常生活中正是未来有机光电的发展方向。本文从有机光电原理入手开展分析，介绍了一种新型的有机光电中空百叶窗，以供参考。
关键词：有机光电；中空百叶窗；节能减排
百叶窗帘是一种传统的隔热遮阳产品，中空玻璃是近几年形成的保温型产品，近几年的研究中开始把传统的百叶窗帘与中空玻璃结合为一体，即节省了使用空间与不便，又实现中空玻璃保温和百叶窗帘遮阳综合性能。这种结构的百叶中空玻璃结构复杂、依靠人力对外部磁铁的操作实现带动玻璃内的磁铁运动，从而带动传动结构运转而收缩或放下百叶，这种方式的变速结构、传动结构等等所涉及的部件多，而百叶中空玻璃内部空间有限，如果太多、占用太多空间，就失去了做这种百叶中空玻璃遮阳、保温的意义；而且这种方式纯依靠人力对磁铁的操作，对操作者的身高以及操作者对百叶中空玻璃的操作熟练度要求高，不易普及推广。为此，有些厂商设计出了电动百叶窗，但是这种百叶窗又存在着能源消耗大、空气质量下降等问题。
目前，我国由于人口基数大以及现在正处于社会高速发展的阶段，建筑行业对资源的消耗就显得尤为巨大。尽管我国目前存在着大量的能源储备，但是人均资源十分有限。太阳能作为一种重要的可再生能源，具有天然、环保、取之不尽用之不竭的优势，开发利用太阳能前景广阔。目前，太阳能光伏发电技术在国内外已得到了广泛应用。太阳能光伏组件、光伏幕墙、光伏瓦等产品都倍受青睐。对于能源消耗在整个社会能源消耗中占较大比重的建筑物能耗而言，单单利用屋顶太阳能资源已无法满足自身的能源需求。有机光电其基本原理就是利用光电材料的光生伏特效应产生电流。在产生光电流需要经过吸收光子，产生激子，激子解离扩散，电极收集这些过程，这一过程相比较无机材料要困难的多，这也造成OPV的光电转化效率一直不高的原因，但即使如此，如何将有机光电与日常建筑结合起来成为了建筑业未来发展的主要方向。目前我国已经过了建筑业发展的高速时期，但是未来建筑业的需求仍然不可小觑，因此，未来建筑业的可持续发展亦是大势所趋，而大力发展新型建筑材料或者研发先进建筑技术合理利用能源也是保证建筑业可持续发展的重中之重。
1 有机光电中空百叶窗结构分析
本文所介绍的有机光电中空百叶窗系统结构示意图如图1所示。包括窗体和控制装置，窗体包括内层钢化玻璃、外层钢化玻璃、遮阳帘和传感器组件，遮阳帘设置在内层钢化玻璃和外层钢化玻璃之间，遮阳帘包括多个百叶片、升降控制绳和导线，升降控制绳与百叶片为活结连接；每一百叶片上均设有一个或者多个有机光电池片，有机光电池片包括至少一个反式单层元件。这样的百叶窗结构简单、操作方便，且通过新型的有机光电池片采集光能，更加经济环保。传感器组件的设计也使得其可以综合室内的采光度、温度、湿度等因素，继而由中心控制器进行分析，而后经由舵机精确计算角度，控制百叶窗的转动角度，保证室内环境适宜，智能化和人性化程度更高。
系统中有机光电池片包括至少一个反式单层元件，这些反式单层元件包括第一电极、第二电极以及位于二者之间的电子传递层、光活性层和电洞传递层，其中第一电极和第二电极中至少一个具有光学透明性。在构造上，第一电极为银金属电极，第二电极为ITO电极，光活性层由一般由P型高分子半导体材料制备而成。系统的主要控制装置由蓄电池、光伏控制器、中心控制器、舵机和执行机构组成，其中有机光电池片与光伏控制器连接，中心控制器与电动机连接，舵机驱动执行机构运转，执行机构控制升降控制绳的动作；光伏控制器、中心控制器、舵机均等与蓄电池连接。而且为了充放电方便，在蓄电池上设置了便于充放电的USB接口。该系统主要由一遥控终端来进行控制，遥控终端与中心控制器通过无线通信模块进行通信。此外，系统控制面板为触摸控制面板，便于拆卸和操作。
2 有机光电中空百叶窗主要技术
首先，该系统的控制装置包括蓄电池、光伏控制器、中心控制器、舵機和执行机构。其系统电气原理图如图2所示。其中有机光电池片与所述光伏控制器连接，中心控制器与所述电动机连接，然后舵机驱动执行机构来进行运转，最后由执行机构控制升降控制绳的动作。光伏控制器、所述中心控制器、舵机均与蓄电池连接。不同于电动机，舵机的控制精度更高，可以精确控制百叶片的转动角度。另外，在系统实际应用中为了保证舵机避免与中心控制器的相互干扰，二者可以分别使用不同的电源进行供电，即舵机的供电装置可以是外接电源。在系统中还设置了用于充放电的USB接口，该充电接口与蓄电池连接。既可以用于给蓄电池充电，又可以给外接电器进行充电。系统的中心控制由内部布设的湿度传感器、温度传感器和光敏传感器等反馈的信息再交给遥控终端与控制面板来实现，遥控终端与中心控制器通过无线通信模块进行通信。
其次，系统中有机光伏电池列阵包括多个串联的反式单层元件，这些反式单层元件包括第一电极、第二电极以及位于二者之间的电子传递层、光活性层和电洞传递层。其中第一电极为银金属电极，第二电极为ITO电极，其中光活性层由P型高分子半导体材料制备而成。由于PV2000具有良好的大气制程稳定性，可采用各种湿式印刷制程技术，涂布在软性PET塑胶基材上，可以达成最佳性能表现的薄膜厚度可达到250300nm，在溶液涂布制程上具有良好的均匀性控制及再现性。PV2000所制作的单层元件热稳定性可达110°C以上，于80°C/65%RH大气测试环境下，无明显劣化现象发生；模拟光源（1，000 W/m2）元件稳定性测试大于20，000小时，相当于七年使用寿命。最后有机光电组件的外表面做成亚光形式以及铺设防水涂层，可以用来避免因为光反射带来的光污染以及增加使用寿命，给用户更好的使用体验。
第三，系统中还设置了电池保护装置，与储能电池连接，用于当异常使用（例如短路）或是电池多度放电、过温度等情况时，装置会自动切断对负载端供电，保护电池和用电终端。达到安全用电的目的。
第四，该有机光电中空百叶窗工作中，当晴天太阳猛烈时，遮阳帘打开遮阳，有机光电池片吸收太阳能通过导线传递到光伏控制器再输入蓄电池。当遮阳帘需要关闭卷起时，蓄电池给中心控制器供电，由中心控制器驱动舵机运转，舵机运转带动卷线控制轴从而实现遮阳帘的关闭卷起。整个系统结构简单、操作方便、经济环保。而且传感器组件的设计也使得其可以综合室内的采光度、温度、湿度等因素，继而由中心控制器进行分析并计算角度，而后经由舵机控制百叶窗的转动角度，保证室内环境适宜。另外控制面板和遥控终端的设计也更加便于使用者操作，智能化和人性化程度更高。
3 总结
有机光电作为一种新型能源，具有取之不尽用之不竭，无污染、随处可用以及能量转换过程简单等特点，在接下来的研究中主要关注如何提高有机光电效率以及增加其应用面。相信在未来的建筑中，有机光电的应用将会越来越多。
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