BR112016003346B1 - Dispositivo para gerar energia elétrica, sistema, e método de fabricação do dispositivo - Google Patents

Abstract

DISPOSITIVO PARA GERAR ENERGIA ELÉTRICA, SISTEMA, E MÉTODO DE FABRICAÇÃO DO DISPOSITIVO. A presente revelação fornece um dispositivo para gerar energia elétrica. O dispositivo compreende um painel que é pelo menos parcialmente transmissivo para luz visível. O painel tem uma superfície de recepção para receber luz incidente e é disposto de modo que uma porção da luz incidente seja redirecionada em direção às regiões que estão nas bordas ou porções laterais do painel. O dispositivo compreende adicionalmente uma pluralidade de elementos fotovoltaicos posicionados em ou na proximidade das bordas ou porções laterais do painel. Cada um dentre a pluralidade de elementos fotovoltaicos é conectado de modo eletricamente paralelo a outro dentre a pluralidade de elementos fotovoltaicos, e o dispositivo é disposto para gerar a eletricidade a partir de pelo menos uma porção da luz incidente redirecionada.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a um dispositivo para gerar energia elétrica e refere-se, particularmente, embora não exclusivamente, a um dispositivo que compreende um elemento fotovoltaico.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] O superaquecimento de espaços internos, tais como espaços que recebem a luz do sol através de uma janela grande, é um problema que pode ser superado com uso de condicionadores de ar. Uma grande quantidade de energia é globalmente usada para resfriar os espaços internos. A maioria da energia elétrica é gerada com uso de fontes não sustentáveis, que é de preocupação ambiental crescente.

[003] Os números de pedidos de PCT internacional PCT/AU2012/000778 e PCT/AU2012/000787 (ambos de propriedade do presente requerente) revelam um painel espectralmente seletivo que pode ser usado como uma vidraça e que é grandemente transmissivo para luz visível, mas desvia uma porção de luz incidente para porções laterais do painel, onde é absorvida por elementos fotovoltaicos para gerar eletricidade.

[004] A presente invenção fornece aprimoramentos adicionais.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[005] Em um primeiro aspecto da presente invenção é fornecido um dispositivo para gerar energia elétrica, sendo que o dispositivo compreende:

[006] um painel que é pelo menos parcialmente transmissivo para luz visível, sendo que o painel tem uma superfície de recepção para receber luz incidente e é disposto de modo que uma porção da luz incidente seja redirecionada em direção às regiões que estão nas bordas do painel; e

[007] uma pluralidade de elementos fotovoltaicos que compreendem um primeiro e um segundo elementos fotovoltaicos que são posicionados em ou na proximidade da mesma borda do painel, sendo que o primeiro elemento fotovoltaico tem uma orientação em relação à superfície de recepção do painel que é diferente de uma orientação do segundo elemento fotovoltaico em relação à superfície de recepção do painel;

[008] em que um dentre o primeiro e o segundo elementos fotovoltaicos é posicionado para receber luz que é redirecionada através da borda do painel, e o outro elemento fotovoltaico é posicionado para receber luz que é redirecionada através de uma área na proximidade da borda; e

[009] em que o dispositivo é disposto para gerar a eletricidade a partir de pelo menos uma porção da luz redirecionada.

[010] Ao longo deste relatório descritivo, o termo “elemento fotovoltaico” é usado para células fotovoltaicas únicas ou módulos fotovoltaicos que podem compreender uma pluralidade de células fotovoltaicas únicas conectadas em série.

[011] Em uma modalidade da presente invenção o primeiro elemento fotovoltaico está voltado para a borda e disposto para receber luz que é redirecionada através da borda, e o segundo elemento fotovoltaico é posicionado de modo adjacente à borda e está voltado para uma porção de superfície que é paralela ou orientada ao longo da superfície de recepção do painel para receber luz que é redirecionada através da área na proximidade da borda.

[012] O primeiro e o segundo elementos fotovoltaicos podem ser orientados ao longo daquela mesma borda do painel. Adicionalmente, o primeiro e o segundo elementos fotovoltaicos podem ser conectados de modo eletricamente paralelo um ao outro. O primeiro elemento fotovoltaico pode ser orientado ao longo daquela borda do painel e pode ser substancialmente perpendicular à superfície de recepção do painel. O segundo elemento fotovoltaico também pode ser orientado em ou ao longo daquela borda do painel, mas pode ser substancialmente paralelo e sobre a superfície de recepção do painel ou paralelo e abaixo da mesma.

[013] O painel pode ter uma pluralidade de bordas e o primeiro elemento fotovoltaico pode ser um dentre uma pluralidade de elementos fotovoltaicos que são posicionados em bordas diferentes e também o segundo elemento fotovoltaico pode ser um dentre uma pluralidade de elementos fotovoltaicos que são posicionados em bordas diferentes.

[014] Em um segundo aspecto da presente invenção, é fornecido um dispositivo para gerar energia elétrica, sendo que o dispositivo compreende:

[015] um painel que é pelo menos parcialmente transmissivo para luz visível, sendo que o painel tem uma superfície de recepção para receber luz incidente e é disposto de modo que uma porção da luz incidente seja redirecionada em direção às regiões que estão nas bordas ou porções laterais do painel; e

[016] uma pluralidade de elementos fotovoltaicos posicionados em ou na proximidade das bordas ou porções laterais do painel;

[017] em que cada um dentre a pluralidade de elementos fotovoltaicos é conectado de modo eletricamente paralelo a outro dentre a pluralidade de elementos fotovoltaicos, e o dispositivo é disposto para gerar a eletricidade a partir de pelo menos uma porção da luz incidente redirecionada.

[018] Pelo menos dois dos elementos fotovoltaicos podem ser posicionados em ou na proximidade da mesma borda ou porção lateral do painel. Os pelo menos dois elementos fotovoltaicos podem ser orientados ao longo da mesma borda ou porção lateral do painel.

[019] Alternativamente, pelo menos dois dos elementos fotovoltaicos podem ser posicionados em ou na proximidade das respectivas bordas ou porções laterais do painel.

[020] Pelo menos dois dos elementos fotovoltaicos podem ser posicionados de modo que cada plano de recepção dos pelo menos dois elementos fotovoltaicos tenha uma orientação diferente em relação ao painel. Alternativa ou adicionalmente, pelo menos dois dos elementos fotovoltaicos podem ser posicionados de modo que cada plano de recepção dos pelo menos dois elementos fotovoltaicos tenha a mesma orientação em relação ao painel.

[021] A descrição a seguir introduz os recursos que a invenção, de acordo com o primeiro aspecto ou o segundo aspecto, pode ter.

[022] A estrutura de armação pode compreender uma sustentação para sustentar elementos fotovoltaicos em ou na proximidade da porção de borda do painel. Pelo menos um elemento fotovoltaico adicional também pode ser posicionado na estrutura de armação e disposto para coletar luz que é direcionada em direção à estrutura de armação.

[023] Em uma modalidade específica o painel tem um componente que é disposto de modo que pelo menos uma porção de luz que é incidente no painel seja redirecionada pelo componente em pelo menos uma direção que é transversal a uma superfície normal do painel.

[024] A estrutura de armação pode compreender um suporte para suportar pelo menos um elemento fotovoltaico e que é disposto de modo que o pelo menos um elemento fotovoltaico seja substituível. Adicionalmente, a estrutura de armação pode ser disposta de modo que o painel seja substituível, sem substituir pelo menos um elemento fotovoltaico.

[025] O painel pode ter projeções que se projetam dentro de um plano do painel e em que a estrutura de armação sustenta o painel espectralmente seletivo. Pelo menos um elemento fotovoltaico pode ser posicionado em uma reentrância do painel entre as reentrâncias adjacentes das projeções.

[026] A estrutura de armação pode ter um sulco ou canal em que o pelo menos um elemento fotovoltaico seja posicionado. Uma cobertura opticamente transmissiva pode ser posicionada sobre o pelo menos um elemento fotovoltaico e no sulco ou canal para proteger o pelo menos um elemento fotovoltaico. Uma borda do painel é posicionada dentro do sulco ou canal ou no mesmo. Pelo menos um elemento fotovoltaico pode ter uma largura que é maior do que uma espessura do painel e pode ser posicionado de modo que pelo menos uma porção de luz, que é guiada em direção à borda do painel, mas é difundida para fora do painel na proximidade da borda, seja coletada por pelo menos um elemento fotovoltaico. Alternativamente, o pelo menos um elemento fotovoltaico pode ter uma largura que aproxima uma espessura do painel.

[027] Em uma modalidade da presente invenção, o painel tem furos nas bordas, tal como na proximidade de cantos do painel, e o painel é preso dentro do dispositivo por apoios que se estendem da armação aos furos do painel e em que o painel é acoplado aos apoios por projeções que se projetam através dos furos. As projeções podem ser parafusos. Pelo menos um elemento fotovoltaico pode ser posicionado entre a armação e o painel e pode ter uma largura que é maior do que uma espessura do painel e é posicionado de modo que pelo menos uma porção de luz, que é guiada em direção à borda do painel, mas é difundida para fora do painel na proximidade da borda, seja coletada por pelo menos um elemento fotovoltaico. Nessa modalidade, o pelo menos um elemento fotovoltaico pode ser posicionado em um sulco da armação e uma borda do painel também pode ser posicionada no sulco. Alternativamente, a borda do painel não pode ser posicionada em um sulco (e pelo menos um elemento fotovoltaico pode ou não pode ser posicionado em um sulco) e o painel pode ser suportado exclusivamente pelo apoio com o parafuso e um agente de vedação adequado que pode ser aplicado entre as bordas do painel e a armação.

[028] Em algumas modalidades, o painel é espectralmente seletivo. O componente do painel pode ser disposto de modo que pelo menos uma porção de luz IR incidente e/ou luz visível seja redirecionada em uma direção que é transversal à superfície normal do painel, por onde o dispositivo é disposto de modo que pelo menos uma porção de luz IR e/ou luz visível e/ou luz UV que é incidente no painel seja direcionada em direção ao pelo menos um elemento fotovoltaico.

[029] O painel pode ser transmissivo para mais do que 80%, 70%, 50%, 30%, 20% ou 10% de luz visível incidente e pelo menos uma porção da luz visível pode ser direcionada em pelo menos uma direção que é transversal a uma superfície normal do painel.

[030] A estrutura de armação pode ser disposta para sustentar pelo menos um elemento fotovoltaico em uma posição que é na borda ou na porção lateral do painel e em frente e/ou atrás da borda ou porção lateral do painel.

[031] Em uma modalidade, o painel compreende pelo menos um elemento fotovoltaico adicional que é posicionado em uma direção ao longo da superfície de recepção do painel, em que o dispositivo é disposto de modo que pelo menos uma porção da luz incidente redirecionada seja direcionada em direção ao pelo menos um elemento fotovoltaico adicional.

[032] Em uma modalidade, o painel é disposto de modo que pelo menos uma porção de luz incidente seja inteiramente direcionada dentro do material sólido do painel e ao longo do painel, em direção a uma porção lateral ou uma borda do painel.

[033] O painel também pode compreender pelo menos dois painéis de componente separados que são posicionados de modo substancialmente paralelo um ao outro. Pelo menos um elemento fotovoltaico ou um elemento fotovoltaico adicional pode ser sustentado em uma posição que é pelo menos parcialmente entre os painéis de componente adjacentes e nas porções de borda ou próximo às mesmas do painel de componente, de modo que pelo menos uma porção de luz que é redirecionada pelo painel em uma região entre os painéis de componente adjacentes seja direcionada em direção ao pelo menos um elemento fotovoltaico ou o adicional do mesmo.

[034] O dispositivo pode compreender adicionalmente pelo menos um diodo que é disposto para controlar uma direção de um fluxo de uma corrente gerada pelo pelo menos um elemento fotovoltaico do dispositivo. Por exemplo, se o dispositivo compreender uma pluralidade de elementos fotovoltaicos que são paralelamente conectados, o pelo menos um diodo pode ser disposto de modo que uma direção de fluxo de corrente, em um elemento fotovoltaico, não resulte em uma redução de uma saída elétrica do dispositivo. Controlando-se a direção de fluxo de corrente, as influências de elemento fotovoltaico sombreado ou defeituoso em uma saída elétrica do dispositivo podem ser reduzidas.

[035] O dispositivo, que pode ser fornecido na forma de uma janela de uma construção ou outra estrutura, pode compreender pelo menos um elemento fotovoltaico adicional que é posicionado em uma porção lateral da estrutura de armação para coletar luz incidente que está em uso, direcionada em direção à estrutura de armação. O pelo menos um elemento fotovoltaico adicional pode ser posicionado em um plano que é substancialmente paralelo àquele do painel. Alternativamente, o pelo menos um elemento fotovoltaico adicional pode ser posicionado em um plano que é inclinado em relação ao plano do painel. Por exemplo, o pelo menos um elemento fotovoltaico adicional pode ser posicionado na estrutura de armação e em um plano que é inclinado de uma maneira, de modo que uma coleta de luz do sol, por pelo menos um elemento fotovoltaico adicional em uso, seja facilitada. Um ângulo de inclinação pode ser de qualquer magnitude adequada, tal como um ângulo dentro da faixa de 70 a 60, 60 a 50, 50 a 40, 40 a 30, 30 a 20, 20 a 10 e 10 a 1 graus. O plano em que o pelo menos um elemento fotovoltaico adicional é posicionado pode ser inclinado ao redor de qualquer eixo geométrico adequado, tal como um eixo geométrico que é substancialmente horizontal quando o dispositivo está em uso. Adicionalmente, o pelo menos um elemento fotovoltaico adicional pode ser inclinado por um ângulo que é maior do que 90 graus em relação a um plano terrestre quando o dispositivo está em uso e posicionado em uma orientação, de modo geral, vertical.

[036] Em uma modalidade, o dispositivo compreende uma primeira pluralidade de elementos fotovoltaicos que são posicionados nas bordas do painel para coletar luz, sendo que esta é direcionada em direção às bordas do painel, e uma segunda pluralidade de elementos fotovoltaicos adicionais que são posicionados na estrutura de armação para coletar a luz que está em uso, direcionada em direção à estrutura de armação. Pelo menos dois dos elementos fotovoltaicos da primeira pluralidade podem ser paralelamente conectados um ao outro, e pelo menos dois dentre a segunda pluralidade de elementos fotovoltaicos adicionais também podem ser paralelamente conectados um ao outro. O dispositivo pode compreender adicionalmente os primeiros diodos que são conectados em série aos respectivos diodos dos primeiros elementos fotovoltaicos, e os segundos diodos que são conectados em série com respectivo diodos dos segundos elementos fotovoltaicos, de modo que um fluxo de corrente em um componente do dispositivo (tal como um componente defeituoso ou uma célula fotovoltaica que é obscurecida), em uma direção que teria uma influência adversa na saída do dispositivo, possa ser reduzido. A primeira pluralidade dos elementos fotovoltaicos pode ser paralelamente conectada à segunda pluralidade dos elementos fotovoltaicos adicionais.

[037] Os elementos fotovoltaicos podem ser do mesmo tipo ou pelo menos alguns dos elementos fotovoltaicos podem ser de tipos diferentes. Por exemplo, os elementos fotovoltaicos podem compreender tipos diferentes de material semicondutor, tal como um ou mais de Si, CdS, CdTe, GaAs, CIS ou CIGS.

[038] O pelo menos um elemento elétrico pode compreender pelo menos um condutor elétrico que é acoplado ao pelo menos um elemento fotovoltaico. O pelo menos um condutor elétrico pode ser posicionado dentro da estrutura de armação, por exemplo, dentro de uma porção de canal, e pode ser circundado pela estrutura de armação.

[039] O dispositivo pode compreender pelo menos um acoplamento para acoplar-se aos dispositivos elétricos externos. O pelo menos um acoplamento pode ser posicionado em uma porção de superfície da estrutura de armação de modo que o pelo menos um acoplamento seja acessível a partir de um local fora do dispositivo. O pelo menos um acoplamento pode compreender um soquete que é, de modo eletricamente direto ou indireto, acoplado ao pelo menos um elemento fotovoltaico. Por exemplo, o soquete pode ser disposto para acoplar-se direta ou indiretamente a um telefone inteligente, computador do tipo tablet, computador ou qualquer outro dispositivo adequado para operar o dispositivo ou carregar uma bateria do dispositivo. Pelo menos um acoplamento pode compreender adicionalmente um transformador que é disposto para transformar uma saída a partir de pelo menos um elemento fotovoltaico. Em um exemplo específico, a saída pode ser uma tensão e o transformador pode ser disposto para transformar aquela tensão em qualquer tensão adequada, tal como substancialmente 18 V, que é particularmente adequada para carregar uma bateria de um dispositivo móvel.

[040] Além disso, o dispositivo, por si, pode compreender adicionalmente componentes elétricos. Por exemplo, o dispositivo pode compreender uma bateria e pode ser disposto para carregar a bateria com uso de energia elétrica gerada pelo pelo menos um elemento fotovoltaico. O componente elétrico também pode compreender um transformador que é disposto para receber uma saída a partir de pelo menos um elemento fotovoltaico. Uma saída transformada pode ser acessível por meio do soquete ou similar. Adicionalmente, o dispositivo pode compreender um regulador de tensão e também pode compreender um inversor.

[041] O pelo menos um elemento elétrico também pode compreender uma fonte de luz, tal como uma fonte de luz de LED, que é usada para suplementar a iluminação com uso de energia elétrica fornecida (direta ou indiretamente) pelo pelo menos um elemento fotovoltaico. Adicionalmente, o pelo menos um elemento elétrico também pode compreender uma bateria junto com os componentes elétricos adequados adicionais e o dispositivo pode ser disposto para iluminação em período noturno (por exemplo), com uso da fonte de luz e da energia elétrica fornecida pela bateria, que é carregada durante o dia.

[042] A estrutura de armação pode compreender qualquer material adequado (tal como um material plástico ou metálico) e pode definir as porções internas em que os componentes elétricos e os condutores elétricos podem ser posicionados.

[043] A estrutura de armação pode compreender porções que são posicionadas ao longo das bordas do painel e podem circundar o painel.

[044] Em uma modalidade, o dispositivo compreende um painel adicional, tal como um painel de vidro e os painéis são posicionados de modo paralelo um ao outro. O dispositivo pode, por exemplo, ser fornecido na forma de uma janela de vidro duplo de uma construção.

[045] O dispositivo pode compreender adicionalmente uma disposição de resfriamento que é disposta para resfriar os elementos fotovoltaicos. A disposição de resfriamento pode compreender um dissipador de calor que pode ser posicionado em uma porção da estrutura de armação. A disposição de resfriamento também pode ser disposta a fim de transferir calor dos elementos fotovoltaicos para um meio adicional. Por exemplo, o meio adicional pode ser água.

[046] O dispositivo pode ser fornecido na forma de uma janela de uma construção, veículo de motor ou qualquer outra estrutura que compreenda janelas.

[047] A descrição a seguir descreverá detalhes adicionais do painel espectralmente seletivo do dispositivo, de acordo com um dentre o primeiro e o segundo aspectos da presente invenção.

[048] O painel espectralmente seletivo tem, em uma modalidade, uma superfície de recepção para receber radiação incidente e compreende pelo menos um componente refletivo que é disposto para refletir uma porção de radiação incidente recebida que é penetrada, através de uma porção profunda do painel, no componente refletivo, sendo que pelo menos um componente refletivo compreende várias porções refletivas que são inclinadas em relação à superfície de recepção, de modo que pelo menos uma porção da radiação refletida seja redirecionada dentro do painel e ao longo do mesmo.

[049] O pelo menos um componente refletivo pode compreender um revestimento de interferência óptica que é posicionado em ou na proximidade das porções refletivas e disposto para refletir pelo menos uma porção de radiação incidente. As porções refletivas podem, por exemplo, ser dispostas em uma disposição de "dente de serra". Cada porção refletiva é tipicamente fornecida na forma de uma tira de qualquer comprimento adequado, tal como um comprimento que se estende ao longo de pelo menos uma porção, ou a totalidade, do comprimento ou da largura do painel espectralmente seletivo.

[050] Em uma modalidade alternativa, o painel espectralmente seletivo pode compreender:

[051] um primeiro material que é pelo menos parcialmente transmissivo para luz que tem um comprimento de onda na faixa de comprimento de onda visível e que é disposto para guiar a luz adequada; e

[052] um elemento difrativo que é posicionado dentro do primeiro material, sendo que o elemento difrativo é disposto para defletir predominantemente a luz que tem um comprimento de onda em uma banda de comprimento de onda de IR e que tem uma pluralidade de sulcos que são pelo menos parcialmente preenchidos com um material disperso ou um material luminescente;

[053] em que o elemento difrativo é disposto de modo que pelo menos uma porção de energia associada à luz IR incidente, a partir de pelo menos uma direção transversal do painel espectralmente seletivo, seja direcionada em direção a uma porção lateral ou borda do painel.

[054] Em uma modalidade, o painel espectralmente seletivo também pode compreender um revestimento de interferência óptica que é disposto para refletir luz incidente dentro de uma banda de comprimento de onda infravermelho (IR) e/ou dentro de uma banda de comprimento de onda ultravioleta (UV), enquanto é grandemente transmissivo para pelo menos a maioria de luz que tem um comprimento de onda dentro da banda de comprimento de onda visível, sendo que o revestimento de interferência óptica que compreende camadas de materiais dielétricos.

[055] O revestimento de interferência óptica pode ser posicionado de modo que, em uso, a luz incidente penetre através da primeira porção de painel, antes de alcançar o revestimento de interferência óptica.

[056] Além disso, o painel espectralmente seletivo também pode compreender um material luminescente que é disposto para absorver pelo menos uma porção de radiação incidente e/ou refletida e emitir radiação por luminescência.

[057] De acordo com um terceiro aspecto da invenção, é fornecido um dispositivo para gerar energia elétrica, sendo que o dispositivo compreende:

[058] um painel que é pelo menos parcialmente transmissivo para luz visível, sendo que o painel tem um componente que é disposto de modo que pelo menos uma porção de luz incidente recebida em uma superfície de recepção do painel seja redirecionada, ao longo do painel, a uma porção lateral ou borda do painel;

[059] pelo menos um elemento fotovoltaico, sendo que o pelo menos um elemento fotovoltaico e o painel são dispostos em uma relação de sobreposição mútua um ao outro;

[060] em que o dispositivo é disposto de modo que pelo menos uma porção da luz incidente redirecionada seja direcionada em direção ao pelo menos um elemento fotovoltaico para gerar energia elétrica.

[061] O pelo menos um elemento fotovoltaico pode ser posicionado em uma porção de borda da superfície do painel.

[062] O pelo menos um elemento fotovoltaico pode ser disposto em uma direção ao longo da superfície de recepção do painel. Alternativamente, o pelo menos um elemento fotovoltaico pode ser inclinado em relação à porção do painel.

[063] Em uma modalidade específica, pelo menos um elemento fotovoltaico é disposto em uma porção da superfície de recepção do painel e/ou em uma porção de uma superfície que é oposta à superfície de recepção. Por exemplo, um par de elementos fotovoltaicos pode ser posicionado nas respectivas superfícies opostas e disposto para que estejam voltados um para o outro.

[064] O pelo menos um elemento fotovoltaico tem tipicamente pelo menos uma porção de superfície ativa que está voltada para o painel. Em uma modalidade específica, o pelo menos um elemento fotovoltaico tem pelo menos duas porções de superfície ativas, em que pelo menos uma porção de superfície ativa está voltada em direção à luz incidente. Desse moto, além da luz incidente redirecionada, o pelo menos um elemento fotovoltaico pode receber diretamente uma porção da luz incidente.

[065] Em uma modalidade, o dispositivo compreende adicionalmente pelo menos um elemento fotovoltaico adicional é posicionado na porção lateral ou na borda do painel e é substancialmente perpendicular em relação ao pelo menos um elemento fotovoltaico.

[066] Em algumas modalidades, o painel é espectralmente seletivo, e o componente é disposto de modo que pelo menos uma porção de luz infravermelha incidente (IR) e/ou luz ultravioleta (UV) seja direcionada em direção ao pelo menos um elemento fotovoltaico.

[067] O painel pode ser transmissivo para mais do que 80%, 70%, 50%, 30%, 20% ou 10% de luz visível incidente e pelo menos uma porção da luz visível incidente é direcionada em uma direção que é substancialmente transversal a uma superfície normal do painel.

[068] De acordo com um quarto aspecto da presente invenção, é fornecido um sistema que compreende uma pluralidade de dispositivos, de acordo com qualquer um dentre o primeiro, segundo ou terceiro aspectos da presente invenção.

[069] A pluralidade de dispositivos pode ser eletricamente conectada de modo paralelo. O sistema pode compreender pelo menos um acoplamento elétrico que se interconecta com uma pluralidade dos dispositivos de modo modular. Adicionalmente, o sistema pode compreender uma pluralidade de diodos que são dispostos para controlar uma direção de um fluxo de uma corrente gerada pelo pelo menos um elemento fotovoltaico de cada dispositivo, de modo que uma influência adversa de uma direção de fluxo de corrente, em uma porção do dispositivo em uma saída do dispositivo, seja reduzida.

[070] De acordo com um quinto aspecto da presente invenção, é fornecido um método de fabricação do dispositivo, de acordo com qualquer um dentre o primeiro, segundo ou terceiro aspectos da presente invenção, sendo que o método compreende as etapas de:

[071] fornecer o painel;

[072] fornecer a estrutura de armação;

[073] fornecer os elementos fotovoltaicos;

[074] posicionar os elementos fotovoltaicos dentro ou na estrutura de armação; e a partir de então

[075] posicionar o painel na estrutura de armação ou na mesma.

[076] O método pode compreender formar um sulco ou canal e posicionar pelo menos um dos elementos fotovoltaicos no sulco ou canal. Adicionalmente, o método pode compreender posicionar uma cobertura de um material opticamente transmissivo sobre o pelo menos um elemento fotovoltaico e no sulco ou canal para proteger o elemento fotovoltaico.

[077] O método pode ser conduzido de modo que pelo menos um dos elementos fotovoltaicos seja posicionado entre a armação e o painel.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[078] A Figura 1 é uma representação em corte transversal de um dispositivo, de acordo com uma modalidade da presente invenção;

[079] A Figura 2 é uma representação em corte transversal (ao longo da linha AB, conforme mostrado na Figura 1) de um dispositivo, de acordo com uma modalidade da presente invenção;

[080] A Figura 3 é uma representação em corte transversal (ao longo de linha AB, conforme mostrado na Figura 1) de um dispositivo, de acordo com outra modalidade da presente invenção;

[081] As Figuras 4, 5 e 6 são representações em corte transversal de variações do dispositivo mostrado na Figura 3, de acordo com modalidades da presente invenção;

[082] As Figuras 7 e 8 são representações em corte transversal (ao longo da linha CD, conforme mostrado na Figura 1) de um dispositivo, de acordo com outra modalidade da presente invenção;

[083] A Figura 9 é uma representação em corte transversal de dispositivos, de acordo com modalidades adicionais da presente invenção;

[084] A Figura 10 é uma vista em corte transversal de um componente de uma modalidade, de acordo com a presente invenção;

[085] A Figura 11 é uma vista frontal de dispositivos acoplados, de acordo com uma modalidade da presente invenção;

[086] A Figura 12 é uma representação em corte transversal de dispositivos, de acordo com modalidades adicionais da presente invenção;

[087] A Figura 13 é um diagrama de fiação esquemático de um dispositivo, de acordo com uma modalidade da presente invenção;

[088] A Figura 14 é um diagrama de fiação esquemático de uma pluralidade dos dispositivos, de acordo com modalidades da presente invenção; e

[089] As Figuras 15 e 16 são representações esquemáticas de painéis espectralmente seletivos, de acordo com modalidades da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE MODALIDADES ESPECÍFICAS

[090] Referindo-se, inicialmente, às Figuras 1 a 9, um dispositivo que compreende um painel espectralmente seletivo, de acordo com uma modalidade da presente invenção, é descrito agora.

[091] O dispositivo 100 pode, por exemplo, ser fornecido na forma de uma janela de uma construção, uma luz celeste, uma janela de um carro ou qualquer outra estrutura que usualmente compreenda janelas. Uma pessoa versada na técnica observará que o dispositivo 100 pode ser aplicado a estruturas diferentes, tais como paredes e telhado e similares.

[092] Nessa modalidade particular, o dispositivo compreende uma armação 102 que suporta um painel espectralmente seletivo 104. O painel espectralmente seletivo 104 compreende vários componentes que serão descritos adicionalmente abaixo em mais detalhes. O painel espectralmente seletivo 104 é disposto de modo que uma porção de luz infravermelha incidente (IR), tal como luz do sol, seja direcionada em direção às porções laterais ou bordas do painel 104. A luz IR pode ser direcionada dentro de e ao longo do painel 104, em direção a uma borda do painel 104. Adicionalmente, uma porção da luz IR também pode ser direcionada em direção a uma região que está em frente ou atrás do painel 104, em porções laterais do painel 104. O painel espectralmente seletivo 104 é disposto, de modo que pelo menos a maioria da luz dentro da faixa de comprimento de onda visível seja transmitida.

[093] Em uma modalidade alternativa, o painel é disposto de modo que pelo menos uma porção de luz visível seja direcionada em direção às porções laterais ou bordas do painel e, consequentemente, em direção ao pelo menos um elemento fotovoltaico. Especificamente, a transmissão de luz visível do painel pode ser menor do que 80%, ou menor do que 70%, ou menor do que 50%, ou menor do que 30%, ou menor do que 20% ou, ainda, menor do que 10%.

[094] A estrutura de armação 102 pode ser fornecida em uma forma adequada e pode ser formada a partir de quaisquer materiais adequados, tais como materiais metálicos, materiais plásticos ou madeira. A armação 102 circunda o painel 104 e também sustenta os elementos fotovoltaicos 106. A armação 102 compreende suportes na forma de apoios ou similares para suportar os elementos fotovoltaicos 106 em posições em que, em uso, os elementos fotovoltaicos 106 recebam pelo menos uma porção da luz IR redirecionada. Nessa modalidade, os elementos fotovoltaicos 106 são substituíveis. Especificamente, os suportes para os elementos fotovoltaicos 106 são dispostos de modo que os elementos fotovoltaicos 106 possam ser substituídos, se, por exemplo, um elemento fotovoltaico estiver com defeito ou for substituído por um tipo diferente de elemento fotovoltaico.

[095] Nessa modalidade particular, os elementos fotovoltaicos 106 são do mesmo tipo. Entretanto, deve-se observar que os elementos fotovoltaicos podem incluir elementos que são de tipos diferentes. Por exemplo, os elementos fotovoltaicos podem compreender respectivos materiais semicondutores diferentes, tal como Si, CdS, CdTe, GaAs, CIS ou CIGS ou qualquer outro material adequado semicondutor.

[096] A estrutura de armação 102 compreende, nessa modalidade, soquetes 108 que são eletricamente conectados aos elementos fotovoltaicos 106. Os soquetes 108 podem ser dispostos para conexão com um telefone inteligente, um computador ou qualquer outro dispositivo para operação do dispositivo ou carregamento de uma bateria do dispositivo. Especificamente, os soquetes 108 que são eletricamente conectados aos elementos fotovoltaicos 106 podem ser dispostos para fornecerem uma tensão de substancialmente 18 V, que é particularmente adequada para carregar uma bateria de um dispositivo móvel. Em um exemplo, os soquetes 108 adicionalmente compreendem um transformador para transformar uma saída de tensão dos elementos fotovoltaicos 106 a uma tensão adequada, tal como a tensão mencionada acima de 18 V. Em uma variação da modalidade descrita, a armação também pode compreender um plugue para qualquer aplicação adequada.

[097] A armação 102 compreende adicionalmente dispositivos elétricos 110 e pode, por exemplo, compreender um transformador que é disposto para transformar uma saída de tensão a partir dos elementos fotovoltaicos 106. Adicionalmente, os dispositivos elétricos 110 podem compreender um regulador de tensão e um inversor para gerar uma corrente CA. Os dispositivos elétricos 110 também podem compreender uma bateria que é disposta para receber cargas diretamente a partir dos elementos fotovoltaicos 106. A bateria pode ser acoplada aos soquetes 108. Consequentemente, o dispositivo 100 pode ser disposto para direcionar luz IR em direção às bordas ou porções laterais do painel 104, converter a luz IR redirecionada em energia elétrica e carregar uma bateria ou operar um dispositivo externo.

[098] Além disso, os dispositivos elétricos 110 podem compreender uma fonte de luz, tal como uma fonte de luz de LED que é operada com uso de energia elétrica fornecida pelos elementos fotovoltaicos 106, de modo que uma quantidade de luz visível possa ser aumentada. Alternativa ou adicionalmente, os dispositivos elétricos 110 podem compreender uma bateria, uma fonte de luz e componentes eletrônicos adequados. O dispositivo 100 pode, nesse caso, ser disposto para iluminação em período noturno com uso da fonte de luz (tais como lâmpadas de LED) que é posicionada na armação 102 e é operada com uso de energia elétrica fornecida pela bateria. A armação 102 compreende cavidades (não mostradas) para direcionar condutores elétricos entre os componentes mencionados acima.

[099] A Figura 2 mostra uma vista em corte transversal (ao longo da linha A-B, na Figura 1) de um dispositivo, de acordo com uma primeira modalidade específica da presente invenção. Nessa modalidade, o painel 104 é disposto para direcionar a luz IR incidente dentro do painel e ao longo do mesmo, em direção a uma borda do painel, de modo que a luz IR redirecionada saia do painel 104 por meio de uma borda do painel 104 e seja recebida pelo elemento fotovoltaico 106 na borda.

[0100] A Figura 3 mostra uma representação em corte transversal do dispositivo, de acordo com uma modalidade adicionalmente específica da presente invenção. Deve-se observar que, ao longo do relatório descritivo, números semelhantes são usados para componentes semelhantes. O dispositivo compreende, nesse caso, elementos fotovoltaicos adicionais 106 que são dispostos para coletar luz IR que é redirecionada às regiões que estão em frente e atrás do painel 104. Será observado que os elementos fotovoltaicos adjacentes 106 podem alternativamente também ser substituídos por um único elemento fotovoltaico 106.

[0101] A Figura 4 ilustra uma representação em corte transversal que está relacionada àquela mostrada na Figura 3, mas o dispositivo compreende elementos fotovoltaicos adicionais 200 que são posicionados em uma face da estrutura de armação 102. Os elementos fotovoltaicos adicionais 200 formam um ângulo reto com os elementos fotovoltaicos 106. Nessa modalidade, o dispositivo 100 é fornecido na forma de uma janela para uma construção e os elementos fotovoltaicos adicionais 200 são, em uso, posicionados fora da estrutura de armação 102 para receber luz incidente, que é direcionada em direção à estrutura de armação 102. Os elementos fotovoltaicos adicionais 200 são posicionados abaixo de um painel de cobertura (tal como um painel de vidro ou um painel formado a partir de um material plástico adequado). Nessa modalidade, o painel 104 e a estrutura de armação 102 são substancialmente retangulares e a armação compreende quatro elementos fotovoltaicos adicionais 200, um para cada porção lateral. Alternativamente, cada elemento fotovoltaico adicional 200 pode compreender uma pluralidade de elementos fotovoltaicos.

[0102] Voltando, agora, à Figura 5, é ilustrada uma representação em corte transversal de uma modalidade adicionalmente específica do dispositivo 100. A representação em corte transversal mostrada está relacionada àquela mostrada na Figura 4, mas, nesse caso, os elementos fotovoltaicos adicionais 210 não formam um ângulo reto com os elementos fotovoltaicos 106, mas são posicionados em uma superfície inclinada. As superfícies são inclinadas (por exemplo, em um ângulo de 30 graus, em relação ao painel 104, ou outro ângulo adequado), de modo que a recepção de luz incidente, pelos elementos fotovoltaicos 210, seja facilitada se o dispositivo for posicionado em uma orientação substancialmente vertical, tal como quando incorporado na forma de uma janela de uma construção.

[0103] A Figura 6 mostra uma representação em corte transversal do dispositivo 100, de acordo com uma modalidade adicionalmente específica. Nessa modalidade, o dispositivo 100 compreende os elementos fotovoltaicos 106 que são posicionados na borda do painel, conforme mostrado de modo exemplificativo na Figura 2.

[0104] Além disso, o dispositivo 100 compreende elementos fotovoltaicos adicionais 220, 222. Os elementos fotovoltaicos adicionais 220, 222 e o painel 104 estão em uma relação de sobreposição mútua um com o outro. Especificamente, os elementos fotovoltaicos adicionais 220, 220 se estendem em uma direção ao longo da superfície de recepção do painel 104. Nesse exemplo, os elementos fotovoltaicos adicionais 220, 222 são dispostos um em frente ao outro. Em particular, os elementos fotovoltaicos adicionais 222 se estendem em uma porção de borda da superfície de recepção para a luz incidente, e os elementos fotovoltaicos adicionais 220 se estendem em uma porção de borda de uma superfície que é oposta à superfície de recepção. Especificamente, os elementos fotovoltaicos adicionais 220, 220 entram em contato com a respectiva superfície do painel 104.

[0105] Adicionalmente, cada elemento fotovoltaico 220, 222 tem uma porção de superfície ativa que é disposta para estar voltada para o painel 104, de modo que a luz que é redirecionada ao longo do painel 104 possa ser recebida, não apenas pelos elementos fotovoltaicos 106, mas também pelos elementos fotovoltaicos adicionais 220, 222.

[0106] Em algumas modalidades, a fabricação do painel espectralmente seletivo de múltiplas camadas 104 compreende um processo de pulverização catódica. Nesse processo, o painel 104 do dispositivo 100 é tipicamente fixo em uma porção de borda do painel 104. Como consequência, as porções de borda do painel 104 consistem em vidro plano que omite as características espectralmente seletivas do painel restante 104. Quando a luz incidente é redirecionada dentro do painel 104 e ao longo do mesmo, uma porção da luz redirecionada pode sair do painel 104 através das porções de borda. Cobrindo-se as porções de borda com os elementos fotovoltaicos adicionais 220, 222, a taxa da luz incidente redirecionada coletada pode ser aumentada.

[0107] Estará claro para uma pessoa versada na técnica que uma área para receber luz incidente redirecionada dos elementos fotovoltaicos adicionais 220 pode ou não ser igual a uma área dos elementos fotovoltaicos 106.

[0108] Nesse exemplo, os elementos fotovoltaicos adicionais 222 que são posicionados nas porções de borda da superfície de recepção são dispostos para coletar, de modo adicionalmente direto, a luz incidente. Em particular, os elementos fotovoltaicos adicionais 222 compreendem pelo menos a primeira e a segunda porções de superfície ativas, em que a primeira porção de superfície ativa é disposta para estar voltada para o painel e a segunda porção de superfície ativa é disposta para estar voltada para a luz incidente. Nesse exemplo, as porções de superfície ativas dos elementos fotovoltaicos adicionais são dispostas para estarem voltadas para direções opostas.

[0109] Uma pessoa versada na técnica observará que, em uma modalidade alternativa, os elementos fotovoltaicos 106 podem não ser necessários. Por exemplo, os elementos fotovoltaicos 106 podem ser substituídos por um componente refletivo, tal como um espaçador de alumínio.

[0110] Adicionalmente, uma pessoa versada na técnica observará que, em uma modalidade alternativa, a porção de armação 102 pode não ser necessária.

[0111] A Figura 7 mostra uma representação em corte transversal através de uma porção lateral da estrutura de armação 102 do dispositivo 100, obtida ao longo de linha C a D da Figura 1, de acordo com a modalidade específica da invenção. Nessa modalidade, a estrutura de armação 102 compreende a célula fotovoltaica adicional 200, conforme ilustrado na Figura 4.

[0112] A Figura 8 mostra uma representação em corte transversal de um dispositivo que se refere à modalidade, conforme ilustrado na Figura 5. O corte transversal também se refere àquele obtido ao longo da linha C a D da Figura 1. Nessa modalidade, cada porção lateral da estrutura de armação 102 do dispositivo 100 compreende uma pluralidade de elementos fotovoltaicos adicionais 210, em que cada um é posicionado nos planos inclinados, a fim de facilitar a coleta de luz do sol incidente.

[0113] A Figura 9 ilustra um painel 300, de acordo com outra modalidade da presente invenção. O painel 300 compreende, nessa modalidade, um primeiro painel de componente 302 e um segundo painel de componente 304. O primeiro e o segundo painéis de componente 302, 304 são paralelos um ao outro e são separados por espaçadores 306, 308 que definem um vão entre os painéis de componente 302, 304. O painel 300 pode ser fornecido na forma de uma unidade de vidro isolada (IGUs). Os elementos fotovoltaicos 310, 312 são posicionados nas superfícies internas dos espaçadores 306, 308. Nessa modalidade, os elementos fotovoltaicos 310, 312 são posicionados de modo que uma porção de luz incidente que é redirecionada dentro dos painéis de componente 302, 304, mas escapa dos painéis de componente 302, 304 antes de alcançar as bordas dos painéis de componente 302, 304, seja coletada pelos elementos fotovoltaicos 310 ou 312.

[0114] O painel 300 pode compreender elementos fotovoltaicos adicionais posicionados nas bordas do painel 300. Por exemplo, os elementos fotovoltaicos adicionais podem ser posicionados para coletar luz que é direcionada através das bordas do painel de componente 302, 304 (de modo similar à modalidade ilustrada em referência à Figura 2). Adicionalmente, o painel 300 também pode compreender elementos fotovoltaicos adicionais posicionados no lado de uma borda do painel 300 (de modo similar aos elementos fotovoltaicos externos 106 ilustrados em referência à Figura 3). Adicionalmente, o painel 300 pode compreender elementos fotovoltaicos posicionados ao longo de uma porção de uma superfície de pelo menos um dentre o primeiro e o segundo painéis de componente 302, 304, conforme ilustrado de modo exemplificativo na Figura 6.

[0115] Referindo-se novamente à Figura 9, as superfícies internas dos painéis de componente 302, 304 podem ou não ser revestidas com revestimentos ópticos adequados que podem permitir o controle de uma transparência das porções de painel 302, 304, tais como revestimentos eletrocrômicos. Em uma modalidade, o painel 300 é fornecido na forma de uma IGU que tem transparência eletricamente controlada, e a energia exigida para o controle elétrico é gerada pelos elementos fotovoltaicos do painel.

[0116] A Figura 10 é uma vista em corte transversal de uma porção de um dispositivo 320, de acordo com a presente invenção. O dispositivo 320 é do tipo do dispositivo ilustrado acima 100 e tem, nessa modalidade, uma porção de armação 322 que tem sulcos 324 e 325, em que os elementos fotovoltaicos 326 e 327 são posicionados. As coberturas de vidro protetoras 328 e 329 são posicionadas sobre os elementos fotovoltaicos 326 e dentro dos sulcos. Os elementos fotovoltaicos adicionais 330 são posicionados em apoios 332 que são fixados na porção de armação 322. Um painel 334 do tipo descrito acima tem uma borda que é posicionada nas células fotovoltaicas 327 e 328. O painel 334 protege o elemento fotovoltaico 330 de impacto. O painel 334 direciona a luz incidente para as bordas do painel 334, e pelo menos uma porção daquela luz é coletada pelos elementos fotovoltaicos 327 e 330.

[0117] A Figura 11 mostra uma vista frontal de quatro dispositivos acoplados 350. Cada dispositivo 350 é do tipo do dispositivo 100 descrito acima. Os dispositivos 350 são interconectados de modo modular e suportados em armações 352 por apoios 354. Cada apoio 354 é acoplado em um canto de um painel 356, com uso de um parafuso que penetra através de um orifício fornecido dentro do painel. Os elementos fotovoltaicos 358 são posicionados na armação 352. Os elementos fotovoltaicos podem ou não ser posicionados em sulcos. Em uma variação, os painéis 356 não são posicionados em sulcos, mas são colocados contra os elementos fotovoltaicos (com coberturas adequadas) que são posicionados entre as armações 352 e os painéis 356, e os painéis são presos na posição apenas pelos apoios 354, com parafusos e um agente de vedação e de aderência adequado, que é aplicado ao longo das bordas dos painéis 356.

[0118] A Figura 12 mostra um dispositivo 400 que compreende um painel espectralmente seletivo, de acordo com uma modalidade adicional. O dispositivo 400 também compreende uma estrutura de armação 102, um painel espectralmente seletivo 104 e elementos fotovoltaicos 106. Em comparação com o dispositivo 100 mostrado na Figura 1, o painel espectralmente seletivo 104 do dispositivo 400 compreende adicionalmente oito projeções 402 que se projetam a partir de bordas ou porções laterais do painel 104. As projeções se projetam dentro de um plano do painel espectralmente seletivo e em que a armação 102 sustenta o painel espectralmente seletivo 104. Nessa modalidade particular, duas projeções são localizadas em cada uma das quatro bordas do painel 104. Adicionalmente, as projeções 402 são integralmente formadas com o painel 104. As projeções 402 são localizadas de modo que as mesmas possam ser sustentadas pela estrutura de armação 102. Por exemplo, a estrutura de armação 102 pode compreender uma porção de canal que é disposta para receber as projeções 402. Uma pessoa versada na técnica observará que outras disposições de projeções são contempladas. Por exemplo, o painel pode ter quatro projeções, sendo que duas projeções são localizadas nas bordas opostas das bordas do painel 104.

[0119] Nessa modalidade particular, os elementos fotovoltaicos 106 são localizados em reentrâncias do painel espectralmente seletivo 104 que são definidas pelas projeções 402.

[0120] Adicionalmente, o painel espectralmente seletivo 104 do dispositivo 400 é sustentado pela armação, de modo que o painel 104 seja substituível. Nesse exemplo, o dispositivo 400 é disposto de modo que o painel espectralmente seletivo 104 possa ser substituído sem substituir os elementos fotovoltaicos 106.

[0121] A Figura 13 ilustra um diagrama de fiação que se refere à modalidade ilustrada, em referência às Figuras 4 e 7. Nesse caso, o dispositivo 100 compreende elementos fotovoltaicos 106 que são paralelamente conectados um ao outro. Adicionalmente, os elementos fotovoltaicos 200 são também paralelamente conectados um ao outro. O diagrama de fiação 450 adicionalmente mostra diodos 452 que controlam uma direção de fluxo de corrente e reduzem, assim, uma influência adversa (fluxo de retorno de corrente) na saída geral do dispositivo 100. Nessa modalidade, cada elemento fotovoltaico 106 e cada elemento fotovoltaico 200 está conectado em série com um respectivo diodo 452. Será observado que, em uma variação da modalidade descrita, cada diodo 452 também pode ser conectado em série com um grupo de células fotovoltaicas. Em geral, os elementos fotovoltaicos de posicionamento comparável são agrupados junto e paralelamente conectados a outro tal grupo de elementos fotovoltaicos a fim de reduzir uma influência de uma falha local ou um efeito de uma sombra em uma porção específica do dispositivo na saída de corrente geral.

[0122] Uma pessoa versada na técnica observará que um diagrama de fiação similar, conforme mostrado na Figura 13, pode ser aplicado à modalidade específica mostrada na Figura 6, em que as células fotovoltaicas adicionais 220 são posicionadas ao longo de uma porção da superfície do painel.

[0123] Referindo-se, agora, à Figura 14, é mostrado um sistema 500 para fornecer energia elétrica que compreende uma pluralidade de dispositivos 100, conforme mostrado na Figura 1. Entretanto, uma pessoa versada na técnica observará que o sistema 500 pode compreender uma pluralidade de dispositivos que são similares ao dispositivo 100, mas não têm necessariamente uma estrutura de armação.

[0124] Nessa modalidade particular mostrada na Figura 14, o sistema 500 compreende três dispositivos 100 que são eletricamente conectados de modo paralelo. Entretanto, uma pessoa versada na técnica observará que a pluralidade de dispositivos pode ser eletricamente conectada em série. Uma combinação de ambos também é contemplada, por exemplo, uma séries de três dispositivos pode ser paralelamente conectada a outra série de três dispositivos.

[0125] O sistema 500 compreende adicionalmente três diodos 502, 504 e 506 que são configurados para controlar uma direção de um fluxo de uma corrente gerada por cada um dos dispositivos 100.

[0126] Similarmente, os elementos fotovoltaicos 106 de cada dispositivo podem ser eletricamente conectados de modo paralelo, e os diodos podem ser conectados de uma maneira de modo que o fluxo de corrente em cada dispositivo possa ser controlado.

[0127] Referindo-se, novamente, ao sistema 500, conforme mostrado na Figura 14, o sistema 500 compreende adicionalmente uma disposição de resfriamento (não mostrada) para resfriar os elementos fotovoltaicos dos três dentre os dispositivos 100. Os elementos fotovoltaicos 106 têm uma tendência a aquecer durante o uso. Resfriando-se os elementos fotovoltaicos 106, a eficiência dos elementos 106 pode ser aprimorada. A disposição de resfriamento pode compreender um dissipador de calor ou respiradouros que podem ser posicionados sobre ou em uma porção da armação 102. A disposição de resfriamento pode adicionalmente ser disposta para transferir calor para a água.

[0128] Deve-se observar que tal disposição de resfriamento também pode ser conectada a um único dispositivo, tal como o dispositivo 100 ou o dispositivo 400.

[0129] Referindo-se, agora, à Figura 15, um painel espectralmente seletivo 600, de acordo com uma modalidade da presente invenção, é descrito agora. O painel espectralmente seletivo 600 pode, por exemplo, substituir o painel espectralmente seletivo 104 e os elementos fotovoltaicos 106 descritos acima, em referência à Figura 1. O painel espectralmente seletivo 600 reduz a transmissão de radiação que tem um comprimento de onda em uma banda de comprimento de onda de IR, enquanto é grandemente transmissivo para luz visível. Em uma variação dessa modalidade, o painel 600 pode reduzir a transmissão de IR e a luz visível e direcionar o IR e a luz visível às bordas do painel seletivo 600.

[0130] O painel espectralmente seletivo 600 compreende um primeiro painel 602 e um segundo painel 604. O primeiro e segundo painéis 602 e 604 são separados de modo que um vão de ar seja formado. Em uma modalidade alternativa, o vão pode ser preenchido com qualquer outro material dielétrico adequado. O primeiro painel 602 compreende porções de painel 606 e 608 e a porção de painel 606 tem uma superfície perfilada em que um revestimento de interferência óptica de múltiplas camadas 610 é posicionado. A superfície perfilada junto com o revestimento de interferência óptica 610 forma um componente refletivo.

[0131] Em outra variação (não mostrada), o primeiro painel 602 compreende duas porções de painel que têm, ambas, superfícies conjugadas perfiladas, em que o revestimento de múltiplas camadas é posicionado e em que as porções de painel são unidas com uso de um adesivo óptico adequado.

[0132] O painel espectralmente seletivo 600 tem uma superfície de recepção 612 por meio da qual a radiação, tal como a luz do sol, é recebida. O componente refletivo é disposto para refletir uma porção de radiação incidente que penetra através do segundo painel 604 e através de uma porção profunda do primeiro painel 602 no componente refletivo. O componente refletivo compreende várias porções refletivas 614 que são inclinadas em relação à superfície de recepção 612 do segundo painel 604. As porções refletivas 614 são orientadas e a camada 610 é disposta de modo que uma porção da radiação incidente recebida seja redirecionada dentro do painel espectralmente seletivo 600 e ao longo do mesmo.

[0133] As porções refletivas 614 são inclinadas de modo que, quando o painel 600 é posicionado em uma posição vertical adequada, a luz do sol espectralmente selecionada (dependente das propriedades da camada 610), que é incidente em um ângulo de 40 a 50 graus acima do horizonte, seja redirecionada e guiada (facilitada pela reflexão interna total em interfaces) em direção às bordas do painel espectralmente seletivo 600.

[0134] O painel espectralmente seletivo 600 direciona a luz aos elementos fotovoltaicos 616 que são suportados por uma armação (não mostrada) que é similar à armação 102 descrita acima, em referência às Figuras 1 a 10.

[0135] As porções de painel 606, 608 e do segundo painel 604 podem ser formadas a partir de qualquer material adequado, tal como vidro ou um material polimérico.

[0136] Nessa modalidade, cada porção refletiva 614 é fornecida na forma de uma tira que pode ter qualquer comprimento adequado e uma largura da ordem de 0,01 a 1 mm, 0,05 a 0,5, 0,7 a 0,3 mm, tal como da ordem de 0,1 mm. Em uma modalidade alternativa, cada porção refletiva 614 também pode ter uma largura maior, tal como uma largura maior do que 1 mm, 5 mm, 10 mm ou 20 mm.

[0137] Referindo-se, agora, à Figura 16, um painel espectralmente seletivo 700, de acordo com uma modalidade da presente invenção, é descrito agora. O painel espectralmente seletivo 700 pode substituir o painel espectralmente seletivo 104 e os elementos fotovoltaicos 106 descritos acima, em referência às Figuras 1. O painel espectralmente seletivo 700 reduz a transmissão de luz que tem um comprimento de onda em uma banda de comprimento de onda de IR, enquanto é grandemente transmissivo para luz visível e é disposto para desviar a luz IR e usar a luz IR desviada para geração de energia elétrica. Em uma variação dessa modalidade, o painel 700 pode reduzir a transmissão de IR e a luz visível e direcionar o IR e a luz visível às bordas do painel seletivo 700.

[0138] O painel espectralmente seletivo 700 compreende, nessa modalidade, os painéis de vidro 702 e 704. Um elemento difrativo 706 é fornecido em uma face do painel de vidro 702. Os painéis de vidro 702 e 704 são separados por um vão preenchido com um material 708 que funciona como um adesivo, bem como a matriz transparente em que os materiais luminescentes e/ou dispersos são incorporados, tornando o mesmo, assim, um material funcional compósito.

[0139] As superfícies externas dos painéis 702 e 704 são revestidas com revestimentos de múltiplas camadas 712 e 710, respectivamente.

[0140] Os elementos fotovoltaicos 714 são posicionados em porções laterais do painel espectralmente seletivo 700 e são sustentados por uma armação estrutura (não mostrada), que é similar à armação estrutura 102 descrita acima, em referência às Figuras 1 a 9.

[0141] O elemento difrativo 706 é disposto para defletir espectralmente luz visível e/ou IR refletida incidente e para transmitir luz visível. Nesse exemplo particular, o elemento difrativo 706 é uma rede de difração com brilho no modo de transmissão e é projetado de modo que a maioria da luz incidente solar (IR) seja defletida em uma única ordem preferencial de difração, com os recursos de projeto de rede otimizados para o ângulo de incidência de luz que é governado pelo ângulo de incidência de radiação solar de meio-dia típico esperado nas superfícies de janela. Uma pessoa versada na técnica observará que o elemento difrativo 706 também pode ser operado em modo de reflexão, bem como ser projetado para defletir predominantemente dentro da faixa espectral de IR, em uma multiplicidade de ordens de difração refletida e/ou transmitida.

[0142] As propriedades espectrais do elemento difrativo 706 podem ser projetadas por aqueles versados na técnica ajustando-se os parâmetros a seguir: índice refrator, formato de perfil de rede, ângulo de brilho, ciclo de trabalho, período de rede, quantidade de níveis de fase e profundidade(s) de corrosão. Nesse exemplo particular, o elemento óptico difrativo 706 compreende uma pluralidade de sulcos 713, sendo que cada sulco tem uma distância na faixa de 4 μm para um sulco adjacente (período de rede).

[0143] A pluralidade de sulcos 713 e o vão entre os painéis de vidro 702, 704 são preenchidos com o material 708. O material 708 é um pó de dispersão luminescente que compreende um epóxi. O material 708 fornece adesivo, luminescência e, também, funções de dispersão. A dispersão de luz incidente pelo pó de dispersão luminescente aumenta uma porção da luz que é direcionada em direção às porções laterais do painel 700.

[0144] A luz que é incidente a partir de uma direção transversal do painel espectralmente seletivo pode ser absorvida pelo material luminescente que resulta na emissão de radiação de luminescência que é emitida em direções aleatórias. Isso resulta na radiação que é menos transversalmente orientada do que a radiação incidente e, consequentemente, facilita a direção de luz em direção às porções laterais dos painéis de vidro 702 e 704, em direção às células solares 714 para a geração de energia elétrica.

[0145] Uma pessoa versada na técnica observará que os painéis de vidro 702 e 704 também podem ser dopados com materiais luminescentes que absorvem uma porção da luz UV e visível, IR de entrada e emitem radiação luminescente em direções aleatórias.

[0146] O revestimento 710 é um revestimento de múltiplas camadas e é, nessa modalidade, disposto para refletir a luz IR incidente dentro de uma banda larga de comprimento de onda de IR. O revestimento 710 será descrito em detalhes adicionais abaixo.

[0147] Uma porção de luz IR que é refletida pela camada 710, em uma direção transversal, é difundida pelo material 708, de modo que a intensidade de luz correspondente seja direcionada por reflexão interna e/ou de dispersão múltipla, em direção às células solares 714. Consequentemente, as propriedades de dispersão do material 708 facilitam a redução de produção de radiação IR e a geração de eficiência de energia.

[0148] O revestimento superior 712 pode ter as propriedades antirrefletivas nas faixas de comprimento de onda visíveis e UV - a fim de usar tanta energia UV incidente dentro da estrutura de painel quanto estiver disponível, e, então, excitar uma faixa de luminóforos inorgânicos, ou, alternativamente, pode ter propriedades de alta reflexão nas propriedades de antirreflexão e também UV, através da faixa de comprimento de onda visível e, ao mesmo tempo, funciona como um refletor de IR parcial. As propriedades antirreflexão de faixa visível também podem ser ajustadas pelo projeto, a fim de minimizar a reflexão da energia de luz incidente dentro de uma faixa particular de ângulos incidentes. Em outra modalidade, o revestimento superior 712 é disposto para ser altamente reflexivo para a radiação UV, enquanto é antirreflexivo para a luz visível e opcionalmente, também, altamente reflexivo dentro de uma (sub)banda de comprimento de onda de IR, dentro da qual os materiais luminóforos emitem luz. A propriedade de alta refletividade na banda UV é, nesse exemplo, usada para proteger os luminóforos de serem adversamente afetados pela radiação UV incidente.

[0149] As estruturas de múltiplas camadas 610, 710 serão, agora, descritas em detalhes adicionais. Esses revestimentos são revestimentos de interferência óptica e são dispostos para refletir a radiação IR incidente. Uma pessoa versada na técnica observará que, em uma variação dessa modalidade, os revestimentos de interferência óptica também podem ser dispostos de modo que a estrutura de múltiplas camadas reflita a luz visível ou a luz visível e IR.

[0150] Nesse exemplo, a estrutura de múltiplas camadas é de um tipo de projeto de filtro de borda dielétrica de metal. A estrutura de múltiplas camadas pode compreender uma ou mais pilhas de camadas (revestimentos de interferência óptica).

[0151] Nessa modalidade, as estruturas de múltiplas camadas 610, 710 são dispostas de modo que a fração de potência de IR de radiação solar integrada total seja contida dentro da faixa de comprimentos de onda de 700 a 1.700 nm e transmita opticamente apenas aproximadamente 4%. Em uma modalidade alternativa a estrutura de múltiplas camadas pode, por exemplo, também, compreender uma sequência de camadas que resultam em propriedades de emissividade térmicas baixas e pode ter funções de controle solar.

[0152] As estruturas de múltiplas camadas 610, 710 têm também, nessa modalidade, uma alta refletividade (>90% ou mesmo > 98%) de radiação solar através de uma banda UV larga de radiação solar, dentro dos limites gerais entre 300 e 410 nm. As estruturas de múltiplas camadas 110 e 710 podem ser formadas a partir de materiais dielétricos e metálicos. Alternativamente, as estruturas de múltiplas camadas podem ser formadas exclusivamente para formar materiais dielétricos. As estruturas de múltiplas camadas 610, 710 podem alternativamente também ser dispostas para terem propriedades refletivas diferentes e podem ser refletivas para uma porção de luz visível (especialmente para as aplicações em que o painel 600, 700 é usado para fornecer luz para a iluminação de espaços internos).

[0153] A descrição a seguir resumirá o projeto de um exemplo particular das estruturas de múltiplas camadas 610, 710. A estrutura de múltiplas camadas é, nesse exemplo, um espelho de bordas de pilha múltiplo que compreende camadas de materiais dielétricos. Cada uma das ditas 3 pilhas compreende tipicamente mais do que 10 camadas de componente. As propriedades de camada podem ser calculadas, conforme a seguir, com uso de uma rotina de software adequada e uma Otimização de Agulha de Alto Desempenho ou Otimização de Aleatório, ou algoritmos genéticos, por exemplo: S{a}(L/2HL/2)m{b}(L/2HL/2)n{c}(L/2HL/2)p{d}(LMHML)q sendo que S identifica o local do substrato, em relação à sequência de película e L, H e M denotam as camadas de espessura óptica de um quarto de onda dos materiais correspondentes. O comprimento de onda de projeto em cada conjunto de apoios é variado, de acordo com o fator de multiplicação precedente nas chaves “{ }”, em relação a um comprimento de onda de projeto de base. Por exemplo, para um comprimento de onda de projeto de 500 nm, as espessuras de camada ópticas na subpilha {2,0}(HLM)10 são calculadas como sendo 1.000 nm para todas as camadas dentro daquela subpilha dentro dos parênteses ”()”. Consequentemente, a espessura física de cada camada "H" é 1.000 nm/(4*n(H)). O objetivo do algoritmo de otimização é minimizar os índices de repetição de subpilha m, n, p, e q, bem como minimizar a espessura total e a quantidade de camada exigida para alcançar o formato de resposta espectral desejado para qualquer dita aplicação. Outra meta é otimizar os fatores de multiplicação de comprimento de onda de projeto individual (subpilhas) local a, b, c, e d. Se desejado, em qualquer uma das camadas adicionais pode ser inserida na sequência de camadas, entre subpilhas ou quaisquer camadas de compatibilidade de índice, a fim de ajustar adicionalmente um desempenho resultante e espectro da estrutura de múltiplas camadas 610, 710.

[0154] Um exemplo de uma modalidade dessa abordagem de projeto é fornecido a seguir: S{2,11}(L/2HL/2)12{1,64}(L/2HL/2)8{2,85}(L/2HL/2)8{1,4}(LMHML) 1

[0155] Um comprimento de onda de projeto (base) de 500 nm foi usado para o otimização, e os materiais usados foram Ta2O5, Al2O3 e SiO2. 61 camadas na sequência de deposição (% de espessura do comprimento de onda da radiação), sendo que a espessura total de revestimento mostrada nesse exemplo é 9,4m.

[0156] Ambas as inclinações de transmissão de comprimento de onda baixo e de comprimento de onda alto podem ser espectralmente mudadas e, assim, os locais de inclinação podem ser controlados, através de ajuste da sequência de projeto e espessuras de camada individuais. A banda de alta transmissão é mudada em direção à região verde e vermelha nesse exemplo, bem como, ao contrário, uma banda de rejeição de conda curta estreita resulta desse projeto exemplificativo.

[0157] Uma pessoa versada na técnica observará que a estrutura de múltiplas camadas pode tomar várias formas diferentes e pode compreender uma sequência de camadas de materiais tanto dielétricos quanto metálicos. Alternativamente, a estrutura de múltiplas camadas pode compreender exclusivamente materiais dielétricos.

[0158] Embora a invenção tenha sido descrita em referência aos exemplos particulares, será observado por aqueles versados na técnica que a invenção pode ser incorporada de quaisquer outras formas. Por exemplo, um dispositivo, tal como o dispositivo 100, também pode compreender um espelho que é sustentado por uma sustentação da armação 102 do dispositivo. O espelho pode ser localizado em ou na proximidade de uma porção lateral ou em uma borda do painel espectralmente seletivo 104. Pelo menos uma porção de luz IR que é incidente no painel espectralmente seletivo 104 é direcionada em direção aos elementos fotovoltaicos 106, por meio do espelho.

Claims (10)

1. DISPOSITIVO (100) PARA GERAR ENERGIA ELÉTRICA, caracterizado pelo dispositivo compreender: um painel (104) que é pelo menos parcialmente transmissivo para luz visível, sendo que o painel (104) tem uma superfície de recepção para receber luz incidente e é disposto de modo que uma porção da luz incidente seja redirecionada em direção às regiões que estão nas bordas do painel (104); uma pluralidade de elementos fotovoltaicos (106, 220, 222) que compreendem um primeiro e um segundo elementos fotovoltaicos (106, 220, 222) que são posicionados em ou na proximidade da mesma borda do painel, sendo que o primeiro elemento fotovoltaico (106) é substancialmente perpendicular ao segundo elemento fotovoltaico (220, 222); uma pluralidade de diodos que compreendem o primeiro e o segundo diodos (452) que são conectados em série ao primeiro e ao segundo elementos fotovoltaicos (106, 220, 222), sendo que o primeiro elemento fotovoltaico (220, 222) e o primeiro diodo sendo conectados paralelamente ao segundo elemento fotovoltaico e ao segundo diodo (452); em que o dispositivo (100) é disposto para gerar a eletricidade a partir de pelo menos uma porção da luz redirecionada; e em que um dentre o primeiro e o segundo elementos fotovoltaicos (106, 220, 222) é posicionado para receber luz que é redirecionada através da borda do painel, e o segundo elemento fotovoltaico (220, 222) é orientado de modo substancialmente paralelo e sobre a superfície de recepção do painel (104) ou paralelo e abaixo da mesma e o primeiro e o segundo elementos fotovoltaicos (106, 220, 222) são orientados ao longo daquela mesma borda do painel (104).

2. DISPOSITIVO (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo painel (104) ter uma pluralidade de bordas e o primeiro elemento fotovoltaico (106) ser um dentre uma pluralidade de elementos fotovoltaicos que são posicionados em bordas diferentes e o segundo elemento fotovoltaico (200, 222) é um dentre uma pluralidade de elementos fotovoltaicos (200, 222) que são posicionados em bordas diferentes.

3. DISPOSITIVO (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado por compreender uma estrutura de armação (102, 352) para sustentar o painel (104) em uma borda ou porção lateral do painel (104).

4. DISPOSITIVO (100), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo dispositivo (100) compreender pelo menos um elemento fotovoltaico adicional que é posicionado na estrutura de armação (102, 352) ou no painel (104) e disposto para coletar luz incidente que é direcionada em direção à estrutura de armação (102).

5. DISPOSITIVO (100), de acordo com uma das reivindicações 3 ou 4, caracterizado pela estrutura de armação (102) ter um sulco ou canal em que pelo menos um elemento fotovoltaico (106) é posicionado.

6. DISPOSITIVO (100), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por uma cobertura opticamente transmissiva ser posicionada sobre o pelo menos um elemento fotovoltaico (106) e no sulco ou canal para proteger o pelo menos um elemento fotovoltaico (106).

7. DISPOSITIVO (100), de acordo com uma das reivindicações 5 ou 6, caracterizado por uma borda do painel (104) ser posicionada dentro do sulco ou canal, ou no mesmo, e por pelo menos um elemento fotovoltaico ter uma largura que é maior do que uma espessura do painel e ser posicionado de modo que pelo menos uma porção de luz que é guiada em direção à borda do painel, mas é difundida para fora do painel na proximidade da borda, seja coletada por pelo menos um elemento fotovoltaico.

8. DISPOSITIVO (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por compreender pelo menos um acoplamento para acoplar-se aos dispositivos elétricos externos e por pelo menos um acoplamento ser posicionado em uma porção de superfície da estrutura de armação de modo que o pelo menos um acoplamento seja acessível a partir de um local fora do dispositivo.

9. SISTEMA, caracterizado por compreender uma pluralidade de dispositivos (100), conforme definidos em qualquer uma das reivindicações 1 a 8, e que são eletricamente conectados, em que a pluralidade de dispositivos (100) é eletricamente conectada em paralelo; e compreendendo uma pluralidade de diodos que são dispostos para controlar uma direção de um fluxo de uma corrente gerada por o pelo menos um elemento fotovoltaico de cada dispositivo de modo que uma influência adversa de uma direção de fluxo de corrente em uma porção do dispositivo em uma saída do dispositivo seja reduzida.

10. MÉTODO DE FABRICAÇÃO DO DISPOSITIVO, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo método compreender as etapas de: fornecer o painel (104); fornecer a estrutura de armação (102); fornecer os elementos fotovoltaicos (106, 200, 222); posicionar os elementos fotovoltaicos (106, 200, 222) dentro ou na estrutura de armação (102); e a partir de então, posicionar o painel dentro da estrutura de armação (102) ou na mesma.

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