電気エネルギー生成装置

著者らは特許

E06B9/24 - 光,とくに日光に対して保護することができるスクリーンまたはその他の構造;プライバシーまたは体裁のための同様のスクリーン(巻き取り型閉鎖部材の操作,案内または固定のための装置または配置E06B9/56,自由につるせる可とう性の幕A47H23/00)
G02F1/133 - 構造配置;液晶セルの作動;回路配置(マトリックスをなす複数の液晶素子の制御のための装置または回路であって,液晶素子と構造的に結びついていないものG09G3/36)
H01L31/0443 - 装置と一体化または直接結合したバイパスダイオード,例.光起電素子と同じ基板内または上に一体化または形成されたバイパスダイオード,を備えるもの
H01L31/048 - モジュールの封緘
H01L31/05 - PVモジュール内のPV素子間の電気的相互接続手段,例.PV素子の直列接続(電極H01L31/0224;1つの共通基板上に形成された薄膜太陽電池の電気的相互接続H01L31/046;モジュール内の隣接する薄膜太陽電池の電気的相互接続のための特定の構造H01L31/0465;2以上のPVモジュール間の電気的接続に特に適合した電気的相互接続手段H02S40/36)
H01L31/054 - PV素子と直接結合したまたは一体化した光学素子,例.光反射手段または集光手段
H02S30/10 - フレーム構造
H02S40/22 - 光反射手段または集光手段(PV素子と直接結合したものまたは一体化したものH01L31/054)

の所有者の特許 JP2016528866:

トロピグラス テクノロジーズ リミテッド

 

本開示は電気エネルギーを生成するための装置を提供する。この装置は、可視光に対して少なくとも部分的に透過性のパネルを含む。このパネルは、入射光を受け取るための受光面を有し、入射光の一部がパネルの縁または側部にある領域に向けて向け直されるように構成されている。この装置は、パネルの縁もしくは側部においてまたは近接して配置されている複数の光起電力素子を更に含む。複数の光起電力素子の各々が、複数の光起電力素子のうちの別の1つに電気的に並列に接続されており、かつ、装置が、向け直された入射光の少なくとも一部から電気を生成するように構成されている。

 

 

発明の分野
本発明は電気エネルギーを生成するための装置に関し、具体的には、これに限定するものではないが、光起電力素子を含む装置に関する。
発明の背景
大きな窓を通して太陽光を浴びる空間などの屋内空間の過熱は、空調装置を用いて克服することのできる問題である。大量のエネルギーが、屋内空間を冷却するために世界的に用いられている。電気エネルギーの大半は持続不可能な供給源を用いて生成されており、このことは日増しに増している環境問題になっている。
PCT国際出願番号PCT/AU2012/000778号およびPCT/AU2012/000787号(両方とも本出願人によって所有されている)は、スペクトル選択性パネルについて開示しており、このスペクトル選択性パネルは、窓ガラスとして用いることができ、可視光に対しては大部分を透過させるが入射光の一部をパネルの側部に向けて進路をそらし、そこで光が光起電力素子によって吸収されて電気を生成する。
本発明は、更なる改善を提供する。
本発明の第1の態様では、電気エネルギーを生成するための装置が提供され、装置が、
少なくとも部分的に可視光に対して透過性であるパネルであって、パネルが、入射光を受け取るための受光面を有し、入射光の一部がパネルの縁にある領域に向けて向け直されるように構成されているパネルと、
複数の光起電力素子であって、パネルの同一の縁においてまたは近接して配置される第1および第2の光起電力素子を含み、第1の光起電力素子が、パネルの受光面に対する第2の光起電力素子の配向とは異なる、パネルの受光面に対する配向を有する、複数の光起電力素子と、を含み、
第1および第2の光起電力素子のうちの1つがパネルの縁を通して向け直された光を受光するように配置され、もう片方の光起電力素子が縁に近接した領域を通して向け直された光を受光するように配置されており、
装置が向け直された光の少なくとも一部から電気を生成するように構成されている。
本明細書全体を通じて、「光起電力素子」という用語は、複数の直列に接続された単一の光電池を含むことができる、単一の光電池または光起電性モジュールに対して用いられる。
本発明の1つの実施形態においては、第1の光起電力素子が縁に面しており、かつ、縁を通して向け直された光を受光するように構成されており、第2の光起電力素子が縁に隣接して配置されており、かつ、パネルの受光面と平行になっているまたはこれに沿って配向されている表面部分に面して、縁に近接した領域を通して向け直された光を受光する。
第1および第2の光起電力素子が、パネルの同一の縁に沿って配向されていてもよい。更に、第1および第2の光起電力素子が、互いに電気的に並列に接続されていてもよい。第1の光起電力素子がパネルのその縁に沿って配向されていてもよく、パネルの受光面に実質的に垂直になっていてもよい。第2の光起電力素子もパネルのその縁においてまたはこれに沿って配向されていてもよいが、パネルの受光面に実質的に平行にかつ上に、または平行にかつ下になっていてもよい。
パネルが複数の縁を有してもよく、第1の光起電力素子が異なる縁に配置された複数の光起電力素子のうちの1つであってもよく、第2の光起電力素子も異なる縁に配置された複数の光起電力素子のうちの1つであってもよい。
本発明の第2の態様では、電気エネルギーを生成するための装置が提供され、装置が、
少なくとも部分的に可視光に対して透過性であるパネルであって、パネルが、入射光を受け取るための受光面を有し、入射光の一部がパネルの縁または側部にある領域に向けて向け直されるように構成されているパネルと、
パネルの縁もしくは側部においてまたは近接して配置されている複数の光起電力素子と、を含み、
複数の光起電力素子の各々が、複数の光起電力素子のうちの別の1つに電気的に並列に接続されており、かつ、装置が向け直された入射光の少なくとも一部から電気を生成するように構成されている。
光起電力素子のうちの少なくとも2つが、パネルの同一の縁もしくは側部においてまたは近接して配置されてもよい。この少なくとも2つの光起電力素子が、パネルの同一の縁または側部に沿って配向されることでもよい。
あるいは、光起電力素子のうちの少なくとも2つが、パネルのそれぞれの縁または側部においてまたは近接して配置されてもよい。
光起電力素子のうちの少なくとも2つが、この少なくとも2つの光起電力素子の各受光面がパネルに対して異なる配向を有するように配置されてもよい。あるいは、または加えて、光起電力素子のうちの少なくとも2つが、この少なくとも2つの光起電力素子の各受光面がパネルに対して同一の配向を有するように配置されてもよい。
以下では、第1の態様または第2の態様のいずれかに従った発明が有することができる特徴について紹介する。
フレーム構造は、パネルの縁部分においてまたは近接して光起電力素子を支持するための支持部を含んでもよい。少なくとも1つの更なる光起電力素子が、フレーム構造上に配置され、フレーム構造に向けられた光を集光するように構成されることでもよい。
1つの特定の実施形態においては、パネルがある部材を有し、この部材は、パネルに入射する光の少なくとも一部がこの部材によってパネルの表面法線に対して横断する少なくとも1つの方向に向け直されるように構成される。
フレーム構造は、少なくとも1つの光起電力素子を保持するための、この少なくとも1つの光起電力素子が交換可能なように構成される保持器を含んでもよい。更に、フレーム構造は、この少なくとも1つの光起電力素子を交換することなくパネルが交換可能であるように構成されることでもよい。
パネルは、パネル平面内に突出している突起部を有してもよく、この突起部において、フレーム構造がスペクトル選択性パネルを支持している。少なくとも1つの光起電力素子が、隣接する突起部同士の間のパネルのくぼみに配置されてもよい。
フレーム構造は、少なくとも1つの光起電力素子が配置される溝またはチャネルを有してもよい。光学的に透過性のカバーが、この少なくとも1つの光起電力素子上におよび溝またはチャネル中に配置されて、この少なくとも1つの光起電力素子を保護してもよい。パネルの縁が、溝またはチャネルにおいてまたは内部に配置される。この少なくとも1つの光起電力素子は、パネルの厚みより大きな幅を有することでもよく、パネルの縁に向かって導かれるが縁の近傍でパネルの外部へ散乱される光の少なくとも一部が、この少なくとも1つの光起電力素子によって集光されるように配置されることでもよい。あるいは、この少なくとも1つの光起電力素子はパネルの厚みに近い幅を有してもよい。
本発明の1つの実施形態においては、パネルが、パネルの角の近傍などの縁において穴を有し、フレームからパネルの穴へと延在するブラケットによってパネルが装置内部に固定され、穴を通じて突出している突起物によってパネルがブラケットに結合されている。突起物は、ボルトであってもよい。少なくとも1つの光起電力素子が、フレームとパネルの間に配置され、パネルの厚みより大きな幅を有することでもよく、パネルの縁に向かって導かれるが縁の近傍でパネルの外部へ散乱される光の少なくとも一部が、この少なくとも1つの光起電力素子によって集光されるように配置される。この実施形態においては、この少なくとも1つの光起電力素子がフレームの溝内に配置されてもよく、パネルの縁もまた、溝内に配置されてもよい。あるいは、パネルの縁が溝内に配置されなくてもよく(かつ、この少なくとも1つの光起電力素子が溝内に配置されてもされなくてもよく)、パネルがもっぱら、ボルトを備えるブラケットと、パネルの縁とフレームの間に塗布することのできる適切なシール剤とによって、保持されることでもよい。
幾つかの実施形態においては、パネルはスペクトル選択的である。パネルの部材が、入射赤外光および/または可視光の少なくとも一部がパネルの表面法線に対して横断する方向に向け直されるように構成され、それによって、パネル上に入射する赤外光および/または可視光および/または紫外光の少なくとも一部が、この少なくとも1つの光起電力素子に向けられるように装置が構成される。
パネルは、入射可視光の80%、70%、50%、30%、20%、または10%より多くを透過することができ、可視光の少なくとも一部がパネルの表面法線に対して横断する少なくとも1つの方向に向けられることでもよい。
フレーム構造は、パネルの縁または側部である位置、ならびにパネルの縁または側部の正面および/または背面である位置において、この少なくとも1つの光起電力素子を支持するように構成されてもよい。
ある実施形態においては、パネルが、パネルの受光面に沿った方向に配置される少なくとも1つの追加の光起電力素子を含み、装置が、向け直された入射光の少なくとも一部がこの少なくとも1つの追加の光起電力素子に向けられるように構成される。
1つの実施形態では、パネルは、入射光の少なくとも一部が完全にパネルの固体材料内部に、かつ、パネルの側部または縁に向かってパネルに沿って向けられるように構成される。
パネルは、実質的に互いに平行に配置された、少なくとも2つの離間した構成パネルも含んでもよい。少なくとも1つのまたは追加の光起電力素子が、隣接する構成パネル同士の間の領域に向けてパネルによって向け直された光の少なくとも一部が、この少なくとも1つのまたは追加の光起電力素子に向けられるように、少なくとも部分的に、隣接する構成パネル同士の間であり、構成パネルの縁部分またはその近くである位置において支持されていてもよい。
装置は、装置のこの少なくとも1つの光起電力素子によって生成された電流の流れの方向を制御するように構成される、少なくとも1つのダイオードを更に含んでもよい。たとえば、並列に接続される複数の光起電力素子を装置が含む場合、この少なくとも1つのダイオードは、装置の電気出力の低下につながらない光起電力素子における電流の方向のように、構成されてもよい。電流の方向を制御することにより、光を遮られているまたは欠陥のある光起電力素子による、装置の電気出力に対する影響を、低減することができる。
建物または他の建造物の窓の形態で供給されることがあるこの装置は、フレーム構造の側部上に配置される、少なくとも1つの更なる光起電力素子を含んで、使用中はフレーム構造に向けられている入射光を集光してもよい。この少なくとも1つの更なる光起電力素子は、パネルの平面に実質的に平行な平面内に配置されてもよい。あるいは、この少なくとも1つの更なる光起電力素子は、パネルの平面に対して傾斜している平面内に配置されてもよい。たとえば、この少なくとも1つの更なる光起電力素子は、フレーム構造上に、かつ、使用中のこの少なくとも1つの更なる光起電力素子による太陽光の集光が容易になるような方式で傾斜している平面内に、配置されてもよい。傾斜角度は、70〜60、60〜50、50〜40、40〜30、30〜20、20〜10、および10〜1度の範囲内の角度などの、任意の適切な大きさのものであってもよい。この少なくとも1つの更なる光起電力素子が配置される平面は、装置が使用中のときには、実質的に水平である軸などの任意の適切な軸のまわりに傾斜していてもよい。更に、この少なくとも1つの更なる光起電力素子は、装置が使用中であり概して垂直方向に配置されているときには、地表面に対して90度より大きな角度だけ傾斜していてもよい。
1つの実施形態においては、装置は、パネルの縁に配置されてパネルの縁に向けられた光を集光する第1の複数の光起電力素子と、フレーム構造上に配置されて使用中にフレーム構造に向けられた光を集光する第2の複数の更なる光起電力素子と、を含む。第1の複数の光起電力素子のうちの少なくとも2つが互いに並列に接続されていてもよく、かつ、第2の複数の更なる光起電力素子のうちの少なくとも2つもまた互いに並列に接続されていてもよい。装置は、第1の複数の光起電力素子のそれぞれに直列に接続された第1の複数のダイオードと、第2の複数の光起電力素子のそれぞれに直列に接続された第2の複数のダイオードとを、装置の部品(欠陥のある部品または影で覆われた光電池など)中の、装置の出力に不都合な影響を与える方向に流れる電流を低減できるように、更に含んでもよい。第1の複数の光起電力素子が、第2の複数の更なる光起電力素子と並列に接続されてもよい。
光起電力素子は同じ種類のものでもよく、または、光起電力素子のうちの少なくとも幾つかが異なる種類のものでもよい。たとえば、光起電力素子は、Si、CdS、CdTe、GaAs、CIS、CIGSのうちの1つ以上などの半導体材料の異なる種類を含んでもよい。
前記少なくとも1つの電気素子が、前記少なくとも1つの光起電力素子に結合した少なくとも1つの電気リード線を含んでもよい。前記少なくとも1つの電気リード線は、たとえばチャネル部分の内部などのフレーム構造の内部に配置されてもよく、フレーム構造に囲まれていてもよい。
装置は、外部の電気装置と結合するための少なくとも1つの連結器を含んでもよい。前記少なくとも1つの連結器は、前記少なくとも1つの連結器が装置の外部の位置からアクセス可能になるように、フレーム構造の表面部分に配置されてもよい。前記少なくとも1つの連結器は、前記少なくとも1つの光起電力素子に直接的にまたは間接的に電気的に結合した差し込み口を含んでもよい。たとえば、差し込み口が、スマートフォン、タブレット、コンピュータ、または任意の他の適切な装置と直接的にまたは間接的に結合するように構成されて、装置を動作させたり、または装置の電池を充電したりしてもよい。前記少なくとも1つの連結器が、前記少なくとも1つの光起電力素子からの出力を変換するように構成される変圧器を更に含んでもよい。特定の例においては、出力が電圧であってもよく、変圧器がその電圧を、モバイル装置の電池を充電するために特に適している実質的に18Vなどの任意の適切な電圧に変換するように構成されてもよい。
加えて、装置自体が更なる電気部品を含んでもよい。たとえば、装置が電池を含んでもよく、前記少なくとも1つの光起電力素子によって生成される電気エネルギーを用いて、電池を充電するように構成されてもよい。前記電気部品が、前記少なくとも1つの光起電力素子からの出力を受け取るように構成される変圧器も含んでもよい。変換された出力が、差し込み口等を介してアクセス可能であってもよい。更に、装置が電圧レギュレータを含んでもよく、また、インバータも含んでもよい。
前記少なくとも1つの電気素子が、前記少なくとも1つの光起電力素子によって(直接的にまたは間接的に)供給される電気エネルギーを用いて、照射を補うために用いられるLED光源などの光源も含んでもよい。加えて、前記少なくとも1つの電気素子が、追加の適切な電気部品と共に電池を含んでもよく、装置が、日中に充電された電池によって供給される電気エネルギーと光源とを用いて、(たとえば)夜間照明用に構成されてもよい。
フレーム構造が、(金属素材またはプラスチック素材などの)任意の適切な素材を含んでもよく、電気部品および電気リード線を中に配置することができる内部部分を画定してもよい。
フレーム構造が、パネルの縁に沿って配置される部分を含んでもよく、パネルを囲んでもよい。
1つの実施形態では、装置がガラスパネルなどの更なるパネルを含み、パネルは互いに平行に配置される。装置は、建物の二重窓の形態でたとえば供給されてもよい。
装置は、光起電力素子を冷却するために構成される冷却装置を更に含んでもよい。冷却装置は、フレーム構造の部分上に配置することができるヒートシンクを含んでもよい。冷却装置はまた、光起電力素子から更なる媒体へと熱を運ぶように構成されてもよい。たとえば、更なる媒体は水であってもよい。
装置は、建物、自動車、または窓を含む任意の他の構造物の窓の形態で供給されてもよい。
下記では、本発明の第1の態様および第2の態様のいずれかに従った装置のスペクトル選択性パネルの更なる詳細について記載する。
スペクトル選択性パネルは、1つの実施形態においては入射放射線を受光するための受光面を有し、かつ、パネルの奥部を通って反射部材まで到達した受光された入射放射線の一部を反射するように構成された少なくとも1つの反射部材を含み、前記少なくとも1つの反射部材は、反射された放射線の少なくとも一部がパネルの内部でパネルに沿って向け直されるように、受光面に対して傾斜している一連の反射部を含む。
前記少なくとも1つの反射部材は、反射部にまたはその近傍に配置され、かつ、入射放射線の少なくとも一部を反射するように構成される、光学干渉コーティングを含んでもよい。反射部は、たとえば「のこぎり歯」の配置で構成されてもよい。各反射部は典型的に、スペクトル選択性パネルの長さまたは幅の少なくとも一部または全体に沿って延在する長さなどの、任意の適切な長さの帯状の形態で供給される。
代替的な実施形態においては、スペクトル選択性パネルは、
可視波長範囲の波長を有する光に対して少なくとも部分的に透過性であり、適切な光を導くように構成される、第1の材料と、
第1の材料内部に配置される回折素子であって、赤外波長帯の波長を有する光の大部分を偏向させるように構成され、散乱材料または発光材料で少なくとも部分的に充填される複数の溝を有する、回折素子と、を含んでもよく、
スペクトル選択性パネルの少なくとも1つの横断方向から入射する赤外線に関連したエネルギーの少なくとも一部が、パネルの側部または縁に向けられるように、回折素子が構成される。
ある実施形態において、スペクトル選択性パネルはまた、可視波長帯域内部の波長を有する光の少なくとも大部分に対して多分に透過的であり、一方、赤外線(IR)波長帯域内部のおよび/または紫外線(UV)波長帯域内部の入射光を反射するように構成される、光学干渉コーティングも含んでもよく、この光学干渉コーティングは誘電材料の層を含む。
光学干渉コーティングは、使用上は入射光が光学干渉コーティングに到達する前に第1のパネル部分を貫通するように配置されてもよい。
加えて、スペクトル選択性パネルは、入射したおよび/または反射した放射線の少なくとも一部を吸収し、発光により放射線を放出するように構成される発光材料も含んでもよい。
本発明の第3の態様に従って、電気エネルギーを生成するための装置が提供され、装置が、
少なくとも部分的に可視光に対して透過性であるパネルであって、パネルが、パネルの受光面において受光される入射光の少なくとも一部がパネルに沿ってパネルの側部または縁へと向け直されるように構成される部材を有する、パネルと、
少なくとも1つの光起電力素子であって、少なくとも1つの光起電力素子およびパネルが互いに重なり合う関係で構成されている、少なくとも1つの光起電力素子と、を含み、
向け直された入射光の少なくとも一部が、少なくとも1つの光起電力素子に向けられて電気エネルギーを生成するように、装置が構成されている。
前記少なくとも1つの光起電力素子が、パネルの表面の縁部分に配置されてもよい。
前記少なくとも1つの光起電力素子が、パネルの受光面に沿った方向に構成されてもよい。あるいは、前記少なくとも1つの光起電力素子が、パネルの部分に対して傾斜していてもよい。
特定の実施形態においては、前記少なくとも1つの光起電力素子が、パネルの受光面の一部上に、および/または受光面の反対側の表面の一部上に構成される。たとえば、一対の光起電力素子が、それぞれの対向する表面上に配置されて、互いに向き合うように構成されてもよい。
前記少なくとも1つの光起電力素子は典型的に、パネルに面した少なくとも1つの能動面部分を有する。特定の実施形態においては、この少なくとも1つの光起電力素子が少なくとも2つの能動面部分を有し、少なくとも1つの能動面部分が入射光に面している。このようにして、向け直された入射光に加えて、この少なくとも1つの光起電力素子が入射光の一部を直接的に受光することができる。
ある実施形態においては、パネルの側部または縁に配置される、前記少なくとも1つの光起電力素子に対して実質的に垂直な、少なくとも1つの更なる光起電力素子を、装置が更に含む。
幾つかの実施形態においては、パネルはスペクトル選択的であり、入射赤外線(IR)および/または紫外線(UV)の少なくとも一部がこの少なくとも1つの光起電力素子に向けられるように、部材が構成される。
パネルは入射可視光の80%、70%、50%、30%、20%、または10%より多くを透過できてもよく、入射可視光の少なくとも一部が、パネルの表面法線に対して実質的に横断する方向に向けられる。
本発明の第4の態様に従って、本発明の第1、第2、または第3の態様のいずれか1つに従った複数の装置を含むシステムが提供される。
複数の装置は、電気的に並列に接続されてもよい。システムが、複数の装置をモジュール方式で相互接続する少なくとも1つの電気連結器を含んでもよい。更に、システムが、装置の一部における電流の方向による装置の出力に対する不都合な影響が低減されるように、各装置の少なくとも1つの光起電力素子によって生成される電流の流れの方向を制御するように構成される、複数のダイオードを含んでもよい。
本発明の第5の態様に従って、本発明の第1、第2、または第3の態様のいずれかに従った装置を製造する方法が提供され、方法が、以下のステップを含む、すなわち、
パネルを設けるステップと、
フレーム構造を設けるステップと、
光起電力素子を設けるステップと、
フレーム構造上にまたは内部に光起電力素子を配置するステップと、およびその後、
フレーム構造上にまたは内部にパネルを配置するステップと、を含む。
この方法は、溝またはチャネルを形成することと、光起電力素子のうちの少なくとも1つをこの溝またはチャネル内に配置することとを含んでもよい。更に、この方法は、光起電力素子を保護するために、光学的に透過性の材料の覆いを、この少なくとも1つの光起電力素子上におよび溝またはチャネル中に配置することを含んでもよい。
この方法は、光起電力素子のうちの少なくとも1つがフレームとパネルの間に配置されるように実施されてもよい。
本発明の実施形態に従った装置の断面表現である。 本発明の実施形態に従った装置の(図1に示される線ABに沿った)断面表現である。 本発明の別の実施形態に従った装置の(図1に示される線ABに沿った)断面表現である。 本発明の実施形態に従った、図3に示される装置の変形例の断面表現である。 本発明の実施形態に従った、図3に示される装置の変形例の断面表現である。 本発明の実施形態に従った、図3に示される装置の変形例の断面表現である。 本発明の別の実施形態に従った装置の(図1に示される線CDに沿った)断面表現である。 本発明の別の実施形態に従った装置の(図1に示される線CDに沿った)断面表現である。 本発明の更なる実施形態に従った装置の断面表現である。 本発明に従った実施形態の部材の断面図である。 本発明の実施形態に従った、結合された装置の正面図である。 本発明の更なる実施形態に従った装置の断面表現である。 本発明の実施形態に従った装置の概略的な配線図である。 本発明の実施形態に従った複数の装置の概略的な配線図である。 本発明の実施形態に従ったスペクトル選択性パネルの概略表現である。 本発明の実施形態に従ったスペクトル選択性パネルの概略表現である。
特定の実施形態の詳細な説明
初めに図1から図9を参照して、本発明の実施形態に従ったスペクトル選択性パネルを含む装置について説明する。
装置100が、たとえば、建物の窓、天窓、車の窓、または窓を通常含む何らかの他の構造物の窓の形態で、提供されてもよい。当業者であれば、壁および屋根などの異なる構造物に装置100が適用され得ることを理解するであろう。
この特定の実施形態においては、装置は、スペクトル選択性パネル104を保持するフレーム102を含む。スペクトル選択性パネル104は以下で更に詳細に説明される様々な部材を含む。スペクトル選択性パネル104は、太陽光などの入射赤外(IR)光の一部がパネル104の側部または縁に向けられるように構成される。赤外光は、パネル104の内部をパネル104に沿ってパネル104の縁に向かって向けられてもよい。更に、赤外光の一部が、パネル104の側部におけるパネル104の正面または背面にある領域に向かって向けられてもよい。スペクトル選択性パネル104は、可視波長範囲内の少なくとも大部分の光が透過するように構成される。
代替的な実施形態では、パネルは、可視光の少なくとも一部がパネルの側部または縁に向けられるように、かつ、その結果この少なくとも1つの光起電力素子に向けられるように構成される。具体的には、パネルの可視光の透過は80%未満、または70%未満、または50%未満、または30%未満、または20%未満、または10%未満でさえあってもよい。
フレーム構造102は適切な形状で設けられてもよく、金属材料、プラスチック材料、または木材などの任意の適切な材料から形成されてもよい。フレーム102はパネル104を囲んでおり、光起電力素子106も支持する。フレーム102は、使用中の光起電力素子106が向け直された赤外光の少なくとも一部を受光する位置に、光起電力素子106を保持する保持器を、ブラケット等の形態で含む。この実施形態においては、光起電力素子106は交換可能である。具体的には、光起電力素子106用の保持器は、たとえば光起電力素子に欠陥がある場合、または光起電力素子が別の種類の光起電力素子と交換される場合、光起電力素子106を交換できるように構成される。
この特定の実施形態においては、光起電力素子106は同一種類のものである。しかしながら、光起電力素子が異なる種類の素子を含んでもよいことが理解されるべきである。たとえば、光起電力素子は、Si、CdS、CdTe、GaAs、CIS、CIGS、または任意の他の適切な半導体材料などの、異なるそれぞれの半導体材料を含んでもよい。
この実施形態では、フレーム構造102は、光起電力素子106に電気的に接続された差し込み口108を含む。差し込み口108は、スマートフォン、コンピュータ、または任意の他の装置と、装置の作動のために、または装置の電池の充電のために接続されるように構成されてもよい。具体的には、光起電力素子106に電気的に接続される差し込み口108は、モバイル装置の電池を充電するのに特に適している実質的に18Vの電圧を供給するように構成されてもよい。一例では、差し込み口108は、光起電力素子106からの電圧出力を、上述した18Vなどの適切な電圧に変換するための変圧器を更に含む。上述した実施形態の変形例では、フレームは任意の適切な用途のためのプラグも含んでもよい。
フレーム102は電気装置110を更に含み、光起電力素子106からの電圧出力を変換するように構成される変圧器をたとえば含んでもよい。更に、電気装置110は、電圧レギュレータおよびインバータを含み交流を生成してもよい。電気装置110はまた、光起電力素子106から直接的に電荷を受け取るように構成される電池も含んでもよい。この電池は、差し込み口108と結合されてもよい。その結果として、装置100が、赤外光をパネル104の縁または側部に向け、向け直された赤外光を電気エネルギーに変換し、電池を充電したりまたは外部装置を作動させたりするように構成されてもよい。
加えて、電気装置110は、可視光の量が増加できるように、光起電力素子106によって供給される電気エネルギーを用いて動作するLED光源などの光源を含んでもよい。代替的に、または加えて、電気装置110は電池、光源、および適切な電気部品を含んでもよい。この場合、装置100は、フレーム102内に配置されて電池によって供給される電気エネルギーを用いて動作する(LEDランプなどの)光源を用いて、夜間照明用に構成されてもよい。フレーム102は、上述した部品の間に、電気リード線を導くための空洞(図示せず)を含む。
図2は、本発明の第1の特定の実施形態に従った装置の(図1の線ABに沿った)断面図を示す。この実施形態においては、向け直された赤外光がパネル104の縁を介してパネル104を出て、縁において光起電力素子106によって受光されるように、パネル104は、入射赤外光をパネルの内部でかつパネルに沿ってパネルの縁に向かって向けるように構成される。
図3は、本発明の更なる特定の実施形態に従った装置の断面表現を示す。本明細書全体に渡って、同様の要素に対して同様の数字が用いられていることに留意されたい。この場合、パネル104の正面または背面にある領域に向け直された赤外光を集光するように構成される追加の光起電力素子106を、装置が含む。隣接する複数の光起電力素子106が、代替的に単一の光起電力素子106によって置き換えられてもよいことが理解されるであろう。
図4は図3に示された断面表現に関連した断面表現を示すが、装置が、フレーム構造102の面上に配置された更なる光起電力素子200を含む。更なる光起電力素子200は、光起電力素子106と直角をなす。この実施形態においては、装置100は建物用の窓の形態で提供され、更なる光起電力素子200は、使用上はフレーム構造102の外側に配置されてフレーム構造102に向けられた入射光を受光する。更なる光起電力素子200は、(ガラスパネルまたは適切なプラスチック材料から形成されるパネルなどの)カバーパネルの下に配置される。この実施形態においては、パネル104およびフレーム構造102は実質的に長方形であり、フレームは4つの更なる光起電力素子200を、各側部に1つずつ含む。あるいは、更なる光起電力素子200の各々が、複数の光起電力素子を含んでもよい。
ここで図5を参照すると、装置100の更なる特定の実施形態の断面表現が示されている。図示された断面表現は図4に図示された断面表現と関連しているが、この場合には、更なる光起電力素子210は、光起電力素子106と直角をなしておらず、傾斜した表面上に配置されている。装置が、建物の窓の形態で具現化されるときなど、実質的に垂直な配向で配置される場合に、光起電力素子210による入射光の受光が容易になるように、表面が(たとえば、パネル104に対して30度の角度だけ、または別の適切な角度だけ)傾斜している。
図6は、更なる特定の実施形態に従った装置100の断面表現を示す。この実施形態においては、装置100は、図2に例示的に示されるような、パネルの縁に配置された光起電力素子106を含む。
加えて、装置100は更なる光起電力素子220、222を含む。更なる光起電力素子220、222およびパネル104は互いに重なり合う関係にある。具体的には、更なる光起電力素子220、220が、パネル104の受光面に沿った方向に延在する。この例では、更なる光起電力素子220、222が互いに対向するように構成される。とりわけ、更なる光起電力素子222が入射光に対する受光面の縁部分上に延在し、更なる光起電力素子220が受光面の反対側である表面の縁部分上に延在する。具体的には、更なる光起電力素子220、220はパネル104のそれぞれの表面と接している。
更に、パネル104に沿って向け直された光が光起電力素子106によってのみではなく更なる光起電力素子220、222によっても受光されることができるように、光起電力素子220、222の各々が、パネル104の方に向くように構成される能動面部分を有する。
幾つかの実施形態においては、多層スペクトル選択性パネル104の製造は、スパッタリング工程を含む。この工程では、装置100のパネル104は典型的にパネル104の縁部分で固定される。結果として、パネル104の縁部分は、パネル104の残りの部分がもつスペクトル選択特性をもたない素ガラスで構成される。入射光がパネル104の内部でかつパネル104に沿って向け直されるとき、この向け直された光の一部が、縁部分を通ってパネル104の外へ出ることがある。縁部分を更なる光起電力素子220、222で覆うことにより、向け直された入射光が集光される割合を増加することができる。
更なる光起電力素子220の向け直された入射光を受光する面積が、光起電力素子106の面積と等しくても等しくなくてもよいことが、当業者には明らかであろう。
この例では、受光面の縁部分上に配置された更なる光起電力素子222が、追加的に入射光を直接集光するように構成される。とりわけ、更なる光起電力素子222が少なくとも第1および第2の能動面部分を含み、第1の能動面部分がパネルに向くように構成され、第2の能動面部分が入射光に向くように構成される。この例では、更なる光起電力素子の能動面部分が、反対の方向を向くように構成される。
代替の実施形態においては、光起電力素子106が必要ではないことがあることを、当業者は理解するであろう。たとえば、光起電力素子106は、アルミニウムスペーサーなどの反射部材によって置き換えられてもよい。
更に、代替の実施形態においては、フレーム部分102が必要ではないことがあることを、当業者は理解するであろう。
図7は、本発明の特定の実施形態に従った、図1のCからDへの線に沿って得られた、装置100のフレーム構造102の側部を介した断面表現を示す。この実施形態においては、フレーム構造102は、図4に示されるように更なる光電池200を含む。
図8は、図5に示すような実施形態に関連した装置の断面表現を示す。断面はまた、図1のCからDへの線に沿って得られる断面にも関係する。この実施形態においては、装置100のフレーム構造102の各側部は、入射光の集光を容易にするために傾斜した面上にそれぞれ配置される、複数の更なる光起電力素子210を含む。
図9は、本発明の別の実施形態に従ったパネル300を示す。この実施形態では、パネル300は第1の構成パネル302および第2の構成パネル304を含む。第1の構成パネル302および第2の構成パネル304は互いに平行であり、構成パネル302、304の間の間隔を定めるスペーサー306、308によって分離されている。パネル300は、絶縁ガラスユニット(IGU)の形態で設けられてもよい。光起電力素子310、312が、スペーサー306、308の内部表面上に配置されている。この実施形態においては、構成パネル302、304内部で向け直されたが構成パネル302、304の縁に到達する前に構成パネル302、304から漏れ出た入射光の一部が、光起電力素子310または312によって集光されるように、光起電力素子310、312が配置される。
パネル300は、パネル300の縁に配置される更なる光起電力素子を含んでもよい。たとえば、追加の光起電力素子が、(図2を参照して示された実施形態と同様に)構成パネル302、304の縁を通って向けられた光を集光するように配置されてもよい。更に、パネル300が、(図3を参照して示された外側の光起電力素子106と同様に)、パネル300の縁のどちらかの側面上に配置される更なる光起電力素子も含んでもよい。更に、パネル300が、図6に例示的に示されるように、第1の構成パネル302および第2の構成パネル304のうちの少なくとも1つの表面の一部に沿って配置される光起電力素子を含んでもよい。
図9を再び参照すると、構成パネル302、304の内側表面は、エレクトロクロミック・コーティングなどの、パネル部分302、304の透明度の制御を可能にすることができる適切な光学コーティングで覆われてもまたは覆われなくてもよい。1つの実施形態では、電気的に制御された透明度を有するIGUの形態でパネル300が設けられ、電気的制御に必要なエネルギーがパネルの光起電力素子によって生成される。
図10は、本発明に従った装置320の一部の断面図である。装置320は、上記で示した装置100の種類のものであり、この実施形態においては光起電力素子326および327が配置される溝324および325を有するフレーム部分322を有する。保護ガラスカバー328および329が光起電力素子326上でかつ溝の内部に配置される。更なる光起電力素子330が、フレーム部分322に取り付けられているブラケット332上に配置されている。上述した種類のパネル334が、光電池327および328に配置される縁を有する。パネル334は、光起電力素子330を衝撃から保護する。パネル334は入射光をパネル334の縁に向け、その光の少なくとも一部が光起電力素子327および330によって集光される。
図11は、4つの結合された装置350の正面図を示す。各装置350は上述した装置100の種類のものである。装置350はモジュール方式で相互接続されており、ブラケット354によってフレーム352内に保持されている。各ブラケット354は、パネルの内部に設けられる穴を貫通するボルトを用いて、パネル356の角に結合されている。光起電力素子358がフレーム352上に配置されている。光起電力素子は、溝の中に配置されていてもまたは配置されていなくてもよい。1つの変形例においては、パネル356は溝の中に配置されておらず、フレーム352とパネル356の間に配置される光起電力素子に(適切なカバーを伴って)接して載置されており、ボルトを有するブラケット354とパネル356の縁に沿って塗布される適切な接着シール剤とのみによってパネルが所定の位置に固定される。
図12は、更なる実施形態に従ったスペクトル選択性パネルを含む装置400を示す。装置400は、フレーム構造102、スペクトル選択性パネル104、および光起電力素子106も含む。図1に示される装置100と比較すると、装置400のスペクトル選択性パネル104は、パネル104の縁または側部から突出する8つの突起部402を更に含む。突起部はスペクトル選択性パネルの平面内部で突出しており、この突起部において、フレーム102がスペクトル選択性パネル104を支持している。この特定の実施形態においては、パネル104の4つの縁の各々において2つの突起部が配置されている。更に、突起部402はパネル104と一体化して形成されている。突起部402はフレーム構造102によって支持することができるように配置される。たとえば、フレーム構造102は突起部402を受け取るように構成されるチャネル部分を含んでもよい。当業者であれば、突起部の他の構成も考えられることを理解するであろう。たとえば、パネルが4つの突起部を有し、パネル104の縁の対向する縁上に2つの突起部が配置される。
この特定の実施形態においては、光起電力素子106が、突起部402によって画定されるスペクトル選択性パネル104のくぼみに配置される。
更に、装置400のスペクトル選択性パネル104はパネル104が交換可能であるようにフレームによって支持される。この例では、装置400は、光起電力素子106を置き換えることなくスペクトル選択性パネル104を交換できるように構成される。
図13は、図4および図7を参照して示された実施形態に関連した配線図を示す。この場合では、装置100が互いに並列に接続した光起電力素子106を含む。更に、光起電力素子200も互いに並列に接続している。配線図450は、電流の方向を制御し、それによって装置100の全般的な出力に対する不都合な影響(電流の逆流)を低減する、ダイオード452を更に示している。この実施形態においては、各光起電力素子106および各光起電力素子200が、それぞれのダイオード452に直列に接続されている。記載された実施形態の変形例においては、各ダイオード452が光電池の集合に直列に接続されてもよいことが理解されるであろう。一般的に、全般的な電流出力に対する局所的な欠陥の影響、または装置の特定部分における影による影響を低減するために、類似の配置の光起電力素子がひとまとめにされ、別のそのような光起電力素子の集合と並列に接続される。
図13に示したのと同様の配線図が、パネルの表面の一部に沿って更なる光電池220が配置された図6に示す特定の実施形態に適用可能であることを、当業者は理解するであろう。
ここで図14を参照すると、図1で示したような複数の装置100を含む、電気エネルギーを供給するためのシステム500が示されている。しかしながら、システム500が装置100と同様の、しかし必ずしもフレーム構造を有しない複数の装置を含んでもよいことを、当業者は理解するであろう。
図14に示されるこの特定の実施形態においては、システム500は電気的に並列に接続された3つの装置100を含む。しかしながら、この複数の装置は電気的に直列に接続されてもよいことを当業者は理解するであろう。両者の組み合わせもまた考えられ、たとえば、直列の3つの装置を、別の直列の3つの装置と並列に接続することでもよい。
システム500は、各装置100によって生成される電流の流れの方向を制御するように構成される、3つのダイオード502、504、および506を更に含む。
同様に、各装置の光起電力素子106が電気的に並列に接続されてもよく、各装置の電流が制御できるような方式でダイオードが接続されてもよい。
図14に示されるシステム500に戻ると、システム500が、3つの装置100の光起電力素子を冷却するための冷却装置(図示せず)を更に含む。光起電力素子106は使用中に熱気をおびる傾向がある。光起電力素子106を冷却することにより、素子106の効率を改善することができる。冷却装置は、フレーム102の部分上に配置することができるヒートシンクまたは通気口を含むことができる。冷却装置はそのうえ、熱を水に移動させるように構成されてもよい。
そのような冷却装置が装置100または装置400などの単体の装置に接続されてもよいことが理解されるべきである。
ここで図15を参照して、本発明の実施形態に従ったスペクトル選択性パネル600について説明する。スペクトル選択性パネル600は、たとえば、図1を参照して上述されたスペクトル選択性パネル104および光起電力素子106を置き換えてもよい。スペクトル選択性パネル600は、可視光については大部分は透過的である一方で、赤外波長帯域にある波長を有する放射線の透過を低減させる。この実施形態の変形例においては、パネル600が赤外線および可視光の透過を低減させ、赤外線と可視光を選択パネル600の縁へと向けてもよい。
スペクトル選択性パネル600は第1のパネル602および第2のパネル604を含む。第1のパネル602および第2のパネル604は、空隙が形成されるように離間される。代替の実施形態では、空隙が任意の他の適切な誘電材料で充填されていてもよい。第1のパネル602はパネル部分606および608を含み、パネル部分606は輪郭形成面を有し、その面上に多層光学干渉コーティング610が配置される。光学干渉コーティング610と共に輪郭形成面が反射部材を形成する。
別の変形例(図示せず)では、第1のパネル602が2つのパネル部分を含み、それらの両方が輪郭形成されたかみ合わせ面を有し、その面に多層コーティングが配置され、その面でこれらのパネル部分が適切な光学接着剤を用いて結合される。
スペクトル選択性パネル600は受光面612を有し、この面を介して太陽光などの放射線が受光される。反射部材は、第2のパネル604を貫通し第1のパネル602の奥部を通って反射部材まで到達した入射放射線の一部を反射するように構成される。反射部材は、第2のパネル604の受光面612に対して傾斜している一連の反射部614を含む。受光された入射放射線の一部がスペクトル選択性パネル600の内部をパネルに沿って向け直されるように、反射部614が配向されており層610が構成されている。
パネル600が適切な垂直位置に配置されたときに、水平線より上に40度から50度の角度で入射する、スペクトル選択された太陽光(層610の特性に依存する)が、スペクトル選択性パネル600の縁に向かって向け直されて導かれる(境界面における全反射によって促進される)ように、反射部614は傾斜している。
スペクトル選択性パネル600は、図1から図10を参照して上述されたフレーム102と同様のフレーム(図示せず)によって保持される光起電力素子616に光を向ける。
パネル部分606、608および第2のパネル604は、ガラスまたは高分子材料などの任意の適切な材料から形成されてもよい。
この実施形態では、各反射部614は、0.1mm程度などの、0.01〜1mm、0.05〜0.5、0.7〜0.3mm程度の任意の適切な長さおよび幅を有してもよい帯状の形態で設けられる。代替の実施形態では、各反射部614は、1mm、5mm、10mm、または20mmより広い幅などの、より広い幅を有してもよい。
ここで図16を参照して、本発明の実施形態に従ったスペクトル選択性パネル700について説明する。スペクトル選択性パネル700は、図1を参照して上述されたスペクトル選択性パネル104および光起電力素子106を置き換えてもよい。スペクトル選択性パネル700は、可視光に対しては大部分透過的である一方で、赤外波長帯域にある波長を有する光の透過を低減させ、かつ、赤外光の進路を変えて進路を変えられた赤外光を電気エネルギーを生成するために用いるように構成される。この実施形態の変形例においては、パネル700が赤外線および可視光の透過を低減させ、赤外線と可視光を選択パネル700の縁へと向けてもよい。
スペクトル選択性パネル700は、この実施形態においてはガラスパネル702および704を含む。回折素子706がガラスパネル702の面上に設けられる。散乱材料および/または発光材料が組み込まれて複合機能材料を形成している透明マトリックスとして機能する、加えて接着剤として機能する材料708で充填されている間隙によって、ガラスパネル702および704が離間している。
パネル702および704の外部表面が、それぞれ、多層コーティング712および710で覆われている。
光起電力素子714がスペクトル選択性パネル700の側部に配置され、図1から図9を参照して上述されたフレーム構造102に類似したフレーム構造(図示せず)によって支持されている。
回折素子706が、入射したならびに反射された赤外線および/または可視光をスペクトル的に偏向させるように、かつ、可視光を透過させるように、構成される。この特定の例においては、回折素子706は透過モードのブレーズド回折格子であり、入射太陽(IR(赤外))光の大部分が単一の優先的回折次数へ偏向されるように設計されており、回折格子の設計上の特徴が、予想される典型的な日中の太陽放射線の窓の表面への入射角度によって決定される光の入射角度に対して最適化されている。回折素子706は、反射モードで作用することもでき、加えて、主に赤外スペクトルの範囲内で、透過されたおよび/または反射された回折次数の多重度に偏向するように設計することもできることを、当業者は理解するであろう。
回折素子706のスペクトル特性は、以下のパラメータ、すなわち、屈折率、回折格子の輪郭形状、ブレーズ角、デューティサイクル、格子周期、位相レベル数、エッチング深さ、を調節することにより、当業者によって設計することができる。この特定の例においては、回折光学素子706が複数の溝713を含み、各溝が隣接する溝に対して4μmの範囲の距離(格子周期)を有する。
複数の溝713およびガラスパネル702、704の間の間隙は、材料708で充填される。材料708は、エポキシ樹脂を含む発光散乱粉末である。材料708は接着剤、発光、および散乱機能を提供する。発光散乱粉末による入射光の散乱により、パネル700の側部へ向けられる光の部分が増加する。
スペクトル選択性パネルの横方向から入射する光は発光材料によって吸収されて、ランダムな方向に放射される発光放射線の放出につながる。このことは、入射放射線よりもより横方向に配向されていない放射線につながり、結果として、電気エネルギーの生成のために、太陽電池714に向けてガラスパネル702および704の側部に光を向けることを促進する。
到来する赤外光、可視光、および紫外光の一部を吸収してランダムな方向に発光放射線を放射する発光材料が、ガラスパネル702および704に添加されてもよいことを、当業者は理解するであろう。
コーティング710は多層コーティングであり、この実施形態では、入射赤外光を広域赤外波長帯域内で反射するように構成される。コーティング710については以下で詳細に説明する。
層710によって横方向に反射された赤外光の一部が、多重散乱および/または内部反射によって、太陽電池714の方に、対応する光強度が向けられるように、材料708によって散乱される。その結果として、材料708の散乱特性により、赤外放射線のスループットの低下とエネルギー生成の効率とが促進される。
上部コーティング712は、できる限り多くのパネル構造内部の入射紫外線エネルギーを使用するために、従って無機発光団(inorganic luminophores)の範囲を励起するために、紫外線および可視の波長範囲における反射防止特性を有するか、または、紫外線における高反射特性と可視波長範囲に渡る反射防止特性とを有することができ、かつ同時に、部分赤外反射鏡として機能する。可視範囲の反射防止特性は、入射角の特定の範囲内の入射光エネルギーの反射を最小化するように設計することにより、調節することができる。別の実施形態においては、上部コーティング712は、紫外放射線に対しては高反射性であり、一方、可視光に対しては反射防止的であり、かつ、オプションとして発光団材料が光を放射する赤外波長(サブ)帯域内では高反射性であるように構成される。この例では、紫外線帯域における高反射特性は、入射紫外放射線による不都合な影響から発光団を保護するために用いられる。
多層構造610、710について、更に詳細を説明する。これらのコーティングは光学干渉コーティングであり、入射赤外放射線を反射するように構成される。この実施形態の変形例において、多層構造が可視光、または赤外線および可視光を反射するように光学干渉コーティングが構成されてもよいことを、当業者は理解するであろう。
この例では、多層構造は金属−誘電体エッジフィルタ設計型のものである。多層構造は、1つ以上の積層(光学干渉コーティング)を含んでもよい。
この実施形態においては、多層構造610、710は、700〜1700nmの波長範囲内に含まれる全統合太陽光赤外放射線パワーのうちのわずか、およびそれが約4%のみ光学的に透過するように構成される。代替の実施形態においては、多層構造はたとえば、低熱放射率特性につながる連続する層も含んでもよく、かつ、太陽光制御機能を有してもよい。
この実施形態においては、多層構造610、710は、300〜410nmの間の一般的な制限内で、太陽放射の広域紫外線帯域に渡り、太陽放射の高反射性(>90%、または>98%までも)も有する。多層構造110および710は、金属材料および誘電材料から形成されてもよい。あるいは、多層構造は、もっぱら誘電材料から形成されてもよい。多層構造610、710は、異なる反射特性を有するように代替的に構成されてもよく、また、(特に、パネル600、700が屋内空間の照明用に光を供給するために用いられる用途のために)可視光の一部を反射してもよい。
以下では、多層構造610、710の特定の例の設計について要約する。この例では、多層構造は誘電材料の層を含む多重積層エッジミラーである。たとえば3つの積層体の各々が、典型的に10より多くの構成層を含む。層特性は、適切なソフトウェアルーチンおよび高性能ニードル最適化法、またはランダム最適化法、または遺伝的アルゴリズムを用いて、以下のように計算することができる、たとえば、
S{a}(L/2HL/2){b}(L/2HL/2){c}{L/2HL/2}{d}(LMHML)
ここで、Sは連続膜に対する基材の位置を特定し、L、H、およびMは対応する材料の4分の1波長の光学的厚みの層を示す。各括弧内の設計波長は、基本設計波長に対して前にある「{}」括弧内の増倍係数に従って変化する。たとえば、500nmの設計波長について、下位積層体{2.0}(HLM)10における光学的層厚さは、「()」括弧内の下位積層体内の全ての層について1000nmであると計算される。その結果として、各層「H」の物理的厚さは、1000nm/(4*n(H))である。最適化アルゴリズムの目的は、下位積層体の反復指数m、n、p、およびqを最小化し、加えて、任意の所与の用途について望ましいスペクトル応答形状を達成するために必要な総厚さおよび層数を最小化することである。別の目標は、局所的な(下位積層体の)個別の設計波長増倍係数a、b、c、およびdを最適化することである。所望される場合、結果として得られる多層構造610、710の性能およびスペクトルを更に調節するために、下位積層体または任意の屈折率整合層の合間の連続する層へ任意の追加の層が挿入されてもよい。
この設計アプローチの1つの実施形態の例が、以下でもたらされる。
S{2.11}(L/2HL/2)12{1.64}(L/2HL/2){2.85}(L/2HL/2){1.4}(LMHML)
500nmの(基本)設計波長が最適化のために用いられ、使用された材料はTa、Al、SiOであった。堆積物シーケンス中に61層(放射線の波長の1/4の厚さ)、この例で示されるコーティングの総厚さは9.4μmである。
低波長および高波長の透過勾配の両方ともがスペクトル的にシフト可能であり、従って、設計順序および個々の層厚さを調節することにより、勾配位置が制御できる。この例では、高透過帯域が緑−赤領域に向かってシフトされており、加えて、この設計例からは、むしろ狭い短波阻止帯域が生じる。
多層構造が、様々な異なる形態を取り得ること、および誘電材料および金属材料の両方の連続層を含み得ることを、当業者は理解するであろう。あるいは、多層構造はもっぱら誘電材料を含み得る。
本発明を特定の例を参照して説明したが、本発明が多数の他の形態で具現化され得ることが当業者によって理解されるであろう。たとえば、装置100などの装置が、装置のフレーム102の支持部によって支持される鏡も含んでもよい。鏡は、スペクトル選択性パネル104の側部もしくは縁にまたは近傍に配置されてもよい。スペクトル選択性パネル104上に入射する赤外光の少なくとも一部が、鏡を介して光起電力素子106に向けられる。



  1. 電気エネルギーを生成するための装置であって、前記装置が、
    少なくとも部分的に可視光に対して透過性であるパネルであって、前記パネルが入射光を受け取るための受光面を有し、前記入射光の一部が前記パネルの縁にある領域に向けて向け直されるように構成されているパネルと、
    複数の光起電力素子であって、前記パネルの同一の縁においてまたは前記同一の縁に近接して配置される第1および第2の光起電力素子を含み、前記第1の光起電力素子が、前記パネルの前記受光面に対する前記第2の光起電力素子の向きとは異なる、前記パネルの前記受光面に対する向きを有する、複数の光起電力素子と、を含み、
    前記第1および前記第2の光起電力素子のうちの1つが前記パネルの前記縁を通して向け直された光を受光するように配置され、もう片方の光起電力素子が前記縁に近接した領域を通して向け直された光を受光するように配置されており、
    前記装置が前記向け直された光の少なくとも一部から電気を生成するように構成されている、装置。

  2. 請求項1に記載の装置であって、前記第1の光起電力素子が、前記縁に面しており、かつ、前記縁を通して向け直された光を受光するように構成されており、前記第2の光起電力素子が、前記縁に隣接して配置されており、かつ、前記パネルの前記受光面と平行であるかまたは前記受光面に沿って配向されている表面部分に面して、前記縁に近接した前記領域を通して向け直された光を受光する、装置。

  3. 請求項1または2に記載の装置であって、前記第1の光起電力素子が前記パネルの前記受光面に実質的に垂直である装置。

  4. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の装置であって、前記第2の光起電力素子が、前記パネルの前記受光面に実質的に平行にかつ上に、または平行にかつ下に配向されている、装置。

  5. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の装置であって、前記第1および前記第2の光起電力素子が前記パネルの同一の縁に沿って配向されている、装置。

  6. 請求項1〜5のいずれか一項に記載の装置であって、前記第1および前記第2の光起電力素子が互いに電気的に並列に接続されている、装置。

  7. 請求項1〜6のいずれか一項に記載の装置であって、前記パネルが複数の縁を有し、前記第1の光起電力素子が、異なる縁に配置された複数の光起電力素子のうちの1つであり、前記第2の光起電力素子が、異なる縁に配置された複数の光起電力素子のうちの1つである、装置。

  8. 電気エネルギーを生成するための装置であって、前記装置が、
    少なくとも部分的に可視光に対して透過性であるパネルであって、前記パネルが入射光を受け取るための受光面を有し、前記入射光の一部が前記パネルの縁または側部にある領域に向けて向け直されるように構成されているパネルと、
    前記パネルの前記縁もしくは前記側部においてまたは近接して配置されている複数の光起電力素子と、を含み、
    前記複数の光起電力素子の各々が、前記複数の光起電力素子のうちの別の1つに電気的に並列に接続されており、前記装置が前記向け直された入射光の少なくとも一部から電気を生成するように構成されている、装置。

  9. 請求項8に記載の装置であって、前記光起電力素子のうちの少なくとも2つが、前記パネルの同一の縁もしくは側部においてまたは前記同一の縁もしくは側部に近接して配置される、装置。

  10. 請求項9に記載の装置であって、前記少なくとも2つの光起電力素子が、前記パネルの同一の縁または側部に沿って配向される、装置。

  11. 請求項8に記載の装置であって、前記光起電力素子のうちの少なくとも2つが、前記パネルのそれぞれの縁もしくは側部においてまたは前記それぞれの縁もしくは側部に近接して配置される、装置。

  12. 請求項9〜11のいずれか一項に記載の装置であって、前記光起電力素子のうちの少なくとも2つが、前記少なくとも2つの光起電力素子の各受光面が前記パネルに対して異なる配向を有するように配置される、装置。

  13. 請求項9〜12のいずれか一項に記載の装置であって、前記光起電力素子のうちの少なくとも2つが、前記少なくとも2つの光起電力素子の各受光面が前記パネルに対して同一の配向を有するように配置される、装置。

  14. 請求項1〜13のいずれか一項に記載の装置であって、前記パネルの縁または側部において前記パネルを支持するためのフレーム構造を含む、装置。

  15. 請求項14に記載の装置であって、前記フレーム構造上または前記パネル上に配置され、かつ、前記フレーム構造に向けられた入射光を集光するように構成される、少なくとも1つの更なる光起電力素子を含む、装置。

  16. 請求項14または15に記載の装置であって、前記フレーム構造が、少なくとも1つの光起電力素子が配置される溝またはチャネルを有する、装置。

  17. 請求項14に記載の装置であって、光学的に透過性の覆いが、前記少なくとも1つの光起電力素子上にかつ前記溝または前記チャネル中に配置されて、前記少なくとも1つの光起電力素子を保護する、装置。

  18. 請求項16または17に記載の装置であって、前記パネルの縁が、前記溝または前記チャネルにおいてまたは前記溝または前記チャネルの内部に配置される、装置。

  19. 請求項18に記載の装置であって、前記少なくとも1つの光起電力素子が、前記パネルの厚みより大きな幅を有し、かつ、前記パネルの前記縁に向かって導かれるが前記縁の近傍で前記パネルの外部へ散乱される光の少なくとも一部が、前記少なくとも1つの光起電力素子によって集光されるように配置される、装置。

  20. 請求項18に記載の装置であって、前記少なくとも1つの光起電力素子が前記パネルの厚みに近い幅を有する、装置。

  21. 請求項14〜20のいずれか一項に記載の装置であって、前記パネルが前記パネルの角の近傍において穴を有し、前記フレームから前記パネルの前記角へと延在するブラケットによって前記パネルが前記装置内部に固定され、前記穴を通じて突出している突起物によって前記パネルが前記ブラケットに結合されている、装置。

  22. 請求項21に記載の装置であって、前記突起物がボルトである、装置。

  23. 請求項21または22に記載の装置であって、少なくとも1つの光起電力素子が前記フレームと前記パネルの間に配置され、前記少なくとも1つの光起電力素子が、前記パネルの厚みより大きな幅を有し、かつ、前記パネルの前記縁に向かって導かれるが前記縁の近傍で前記パネルの外部へ散乱される光の少なくとも一部が前記少なくとも1つの光起電力素子によって集光されるように配置される、装置。

  24. 請求項1〜23のいずれか一項に記載の装置であって、前記光起電力素子のうちの少なくとも1つが、前記パネルの縁または側部にある領域に向けて向け直された光を受光するように配置され、かつ、前記パネルの前記受光面に実質的に垂直に配置された受光面を有する、装置。

  25. 請求項1〜24のいずれか一項に記載の装置であって、前記光起電力素子のうちの少なくとも1つが、前記パネルの縁または側部にある領域に向けて向け直された光を受光するように配置され、かつ、前記パネルの前記受光面に実質的に平行に配置された受光面を有する、装置。

  26. 請求項25に記載の装置であって、少なくとも2つの光起電力素子が、前記パネルの縁または側部にある領域に向けて向け直された光を受光するように配置され、かつ、互いに重なり合う関係で構成される、装置。

  27. 請求項1〜26のいずれか一項に記載の装置であって、少なくとも1つのダイオードを更に含み、前記光起電力素子が電気的に並列に接続され、前記少なくとも1つのダイオードが、前記装置中の電流の方向が前記装置の電気出力の低下につながらないように構成される、装置。

  28. 請求項27に記載の装置であって、第1および第2の光起電力素子の集合と、前記装置の前記出力に不都合な影響を有し得る方向に流れる前記装置の部品中の電流を低減できるように、前記第1および前記第2の集合のそれぞれの光起電力素子と直列に接続されているダイオードとを含む、装置。

  29. 請求項1〜28のいずれか一項に記載の装置であって、外部の電気装置と結合するための少なくとも1つの連結器を含み、前記少なくとも1つの連結器が前記装置の外部位置からアクセス可能であるように前記少なくとも1つの連結器が前記フレーム構造の表面部分に配置される、装置。

  30. 請求項1〜29のいずれか一項に記載の装置であって、前記少なくとも1つの光起電力素子を冷却するように構成される冷却装置を含む、装置。

  31. 電気エネルギーを生成するための装置であって、前記装置が、
    少なくとも部分的に可視光に対して透過性であるパネルであって、前記パネルが、前記パネルの受光面において受光される入射光の少なくとも一部が前記パネルに沿って前記パネルの側部または縁へと向け直されるように構成される部材を有する、パネルと、
    少なくとも1つの光起電力素子であって、前記少なくとも1つの光起電力素子および前記パネルが互いに重なり合う関係で構成されている、少なくとも1つの光起電力素子と、を含み、
    前記向け直された入射光の少なくとも一部が、前記少なくとも1つの光起電力素子に向けられて電気エネルギーを生成するように、前記装置が構成されている、装置。

  32. 請求項1〜31のいずれか一項に従っいかつ電気的に接続された複数の装置を含むシステム。

  33. 請求項32に記載のシステムであって、前記複数の装置が電気的に並列に接続されている、システム。

  34. 請求項32または33に記載のシステムであって、複数の前記装置をモジュール方式で電気的に相互接続する少なくとも1つの電気連結器を含む、システム。

  35. 請求項33または34に記載のシステムであって、前記装置の一部における電流の方向による前記装置の出力に対する不都合な影響が低減されるように、各装置の前記少なくとも1つの光起電力素子によって生成される電流の流れの方向を制御するように構成される、複数のダイオードを含む、システム。

  36. 請求項1〜29のいずれか一項に従った前記装置を製造する方法であって、前記方法が、
    前記パネルを設けるステップと、
    前記フレーム構造を設けるステップと、
    前記光起電力素子を設けるステップと、
    前記フレーム構造上にまたは内部に前記光起電力素子を配置するステップと、およびその後、
    前記フレーム構造上にまたは内部に前記パネルを配置するステップと、を含む方法。

  37. 請求項36に記載の方法であって、前記方法が、溝またはチャネルを形成することと、前記溝または前記チャネル内に前記光起電力素子のうちの少なくとも1つを配置することと、前記少なくとも1つの光起電力素子の上および前記溝または前記チャネルの内部に光学的に透過性の材料のカバーを配置し前記光起電力素子を保護することと、を含む、方法。

  38. 請求項35または37に記載の方法であって、前記方法が、前記光起電力素子のうちの少なくとも1つが前記フレームと前記パネルの間に配置されるように実施される、方法。

 

 

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