BR112020001322A2

BR112020001322A2 - aparelho solar vertical

Info

Publication number: BR112020001322A2
Application number: BR112020001322-6A
Authority: BR
Inventors: Xiaoping Hu
Original assignee: Bolymedia Holdings Co. Ltd.
Priority date: 2017-08-04
Filing date: 2017-08-04
Publication date: 2020-08-11
Also published as: WO2019024080A1; US20200186081A1; RU2020107400A3; RU2020107400A; EP3660414A1; CA3071924A1; EP3660414A4; CN110832259A; AU2017425794A1

Abstract

É revelado um aparelho solar vertical, compreendendo um dispositivo de orientação de luminosidade vertical (110) e um dispositivo de utilização de energia luminosa (120), em que o dispositivo de orientação de luminosidade vertical (110) compreende pelo menos uma lente de Fresnel (111, 112) disposta substancialmente verticalmente; e o dispositivo de utilização de energia luminosa possui uma segunda superfície de recepção de luminosidade (Fa2) substancialmente colocada plana. O dispositivo de orientação de luminosidade é utilizado para defletir luz do sol, de modo que a luz do sol seja pelo menos parcialmente orientada para a segunda superfície de recepção de luminosidade (Fa2). O aparelho solar pode ser adaptado de modo a ser montado em uma zona longa e estreitam e uma estrutura vertical do mesmo permite ao aparelho solar facilmente engatar com uma elevação de uma edificação, desse modo economizando uma área adicional ocupada.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para “APARE- LHO SOLAR VERTICAL”.

CAMPO TÉCNICO

[001] A presente descrição refere-se à energia limpa, em particu- lar, com aparelho solar vertical instalado ereto.

ANTECEDENTES

[002] Sistemas solares têm crescido em popularidade com foco aumentando em relação à proteção ambiental.

[003] A maior parte dos sistemas solares disponíveis está em uma disposição horizontal devido a cada área de suas superfícies de recepção de luz ser diretamente proporcional à entrada de energia so- lar. Somente nas áreas com maiores latitudes, tais como o Polo Norte e o Polo Sul, os painéis fotovoltaicos dos sistemas solares seriam es- tabelecidos para possuir um ângulo maior com o horizonte. Enquanto em outras regiões vastas, os ângulos entre os painéis fotovoltaicos e o horizonte são normalmente menores do que 45 graus de modo a obter maior eficiência de utilização da energia luminosa.

[004] Desde que o sistema solar disposto plano possui uma mai- or área ocupada, é difícil alojar o sistema solar em regiões com altas densidades de população, especialmente em grandes cidades onde os dispositivos solares são difíceis de serem promovidos e utilizados de- vido ao requerimento de grande ocupação. Além disso, se uma esta- ção de energia solar for construída em uma área remota, isto pode tra- zer problemas na transmissão e no gerenciamento de energia.

[005] Portanto, é necessário estudar aparelhos de energia solar que economizem espaço e sejam fáceis de acomodar.

SUMÁRIO

[006] Um aparelho solar vertical proporcionado de acordo com a presente descrição pode incluir um dispositivo de orientação de lumi- nosidade vertical e um dispositivo de utilização de energia luminosa. O dispositivo de orientação de luminosidade vertical possui uma primeira superfície de recepção de luminosidade substancialmente ereta confi- gurada para receber luz do sol. O dispositivo de utilização de energia luminosa possui uma segunda superfície de recepção de luminosidade colocada substancialmente plana e configurada para receber luz do sol. A segunda superfície de recepção de luminosidade possui uma área menor do que esta da primeira superfície de recepção de lumino- sidade e é disposta em um lado da primeira superfície de recepção de luminosidade. O dispositivo de orientação de luminosidade vertical po- de compreender pelo menos uma lente de Fresnel disposta substanci- almente verticalmente, e o dispositivo de orientação de luminosidade vertical é configurado para defletir a luz do sol alcançando a primeira superfície de recepção de luminosidade e orientar a mesma pelo me- nos parcialmente para a segunda superfície de recepção de luminosi- dade.

[007] Os termos “vertical” e “colocado plano” como utilizados nes- te documento são conceitos relativos. Quando o ângulo entre a normal da superfície de recepção de luminosidade e a direção da gravidade da localização é maior do que 60 graus, ele pode ser considerado co- mo “substancialmente vertical”. Além disso, quando o ângulo entre a normal da superfície de recepção de luminosidade e a direção da gra- vidade da localização é menor do que 30 graus, ele pode ser conside- rado como “substancialmente colocado plano”.

[008] (Efeito Benéfico)

[009] O dispositivo solar de acordo com a presente descrição po- de ser aplicado para ser montado em uma zona longa e estreita (tal como duas laterais de uma estrada, a borda de um rio ou de um lago) devido a sua estrutura vertical. Além disso, a estrutura vertical torna fácil engatar com a fachada de outras edificações (tais como cercas, muros, paredes exteriores da construção, etc.), as quais podem ir além da eliminação de suportes independentes requeridos para instalações solares tradicionais, e se estender para aprimorar a resistência ao ven- to do aparelho solar. Elas também economizam muito espaço adicio- nal, ó que é muito vantajoso para cidades com densidades de popula- ção muito altas.

[0010] Daqui para frente, exemplos de acordo com a presente in- venção serão descritos em detalhes com referência aos desenhos acompanhantes. Os termos utilizados para indicar posição, tais como “superior”, “inferior”, “cima”, “baixo”, etc., somente indicam relações de posição relativas e não possuem significado absoluto. Os números ou números de série utilizados neste documento, tais como “primeiro”, “segundo”, etc., são somente para propósito de identificação e não possuem qualquer significado restritivo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0011] A FIG. 1 é um diagrama esquemático de um aparelho solar vertical de acordo com a Modalidade 1;

[0012] FIG. 2 é um diagrama esquemático de dois padrões de uma superfície dentada de uma lenta de Fresnel na presente descri- ção;

[0013] FIG. 3 é um diagrama esquemático de um aparelho solar vertical de acordo com a Modalidade 2;

[0014] FIG. 4 é um diagrama esquemático de um aparelho solar vertical de acordo com a Modalidade 3;

[0015] FIG. 5 é um diagrama esquemático de um aparelho solar vertical da Modalidade 4;

[0016] FIG. 6 é um diagrama esquemático de um aparelho solar vertical da Modalidade 5;

[0017] FIG. 7 é um diagrama esquemático de um aparelho solar vertical de acordo com a Modalidade 6;

DESCRIÇÃO DETALHADA

Modalidade 1

[0018] Referindo-se à FIG. 1, um aparelho solar vertical de acordo com uma modalidade da presente descrição pode incluir um dispositi- vo de orientação de luminosidade vertical 110 e um dispositivo de utili- zação de energia luminosa 120.

[0019] O dispositivo de orientação de luminosidade vertical 110, possuindo uma espessura e uma altura maior do que a espessura, é proporcionado com uma primeira superfície de recepção de luminosi- dade essencialmente vertical Fa1 para receber a luz do sol. Nesta mo- dalidade, o dispositivo de orientação de luminosidade vertical inclui duas lentes de Fresnel 111, 112 que são dispostas substancialmente eretas e formadas como paredes voltadas uma para a outra. Qualquer uma superfície de parede das lentes de Fresnel 111, 112 pode ser considerada como a primeira superfície de recepção de luminosidade. A superfície de parede traseira (a qual é mais distante da fonte de lu- minosidade) da lente 111 apresentada na FIG. 1 é pega como um exemplo; a este respeito, a espessura do dispositivo de orientação de luminosidade é a distância entre as duas paredes.

[0020] Nas outras modalidades, as duas paredes eretas do dispo- sitivo de orientação de luminosidade também podem empregar uma lente de Fresnel para somente uma parede, e a outra parede pode ser formada de um material transparente macio ou de um refletor. Ou, o dispositivo de orientação de luminosidade pode somente incluir uma parede substancialmente vertical formada por uma lente de Fresnel; a este respeito, a espessura do dispositivo de orientação de luminosida- de é somente a espessura da lente de Fresnel.

[0021] O dispositivo de utilização de energia luminosa 120 possui uma segunda superfície de recepção de luminosidade Fa2 colocada substancialmente plana para receber a luz do sol. A segunda superfí- cie de recepção de luminosidade, disposta em um lado da primeira su-

perfície de recepção de luminosidade, possui uma área menor do que esta da primeira superfície de recepção de luminosidade. A luz do sol LL é pelo menos parcialmente orientada para a segunda superfície de recepção de luminosidade após ser defletida pelo dispositivo de orien- tação de luminosidade 110.

[0022] O dispositivo de utilização de energia luminosa pode se re- ferir a vários dispositivos que convertem energia luminosa em outra energia, incluindo um dispositivo de conversão fotovoltaico ou um dis- positivo de utilização de energia térmica ou uma combinação dos mesmos. Por utilizar o dispositivo de orientação de luminosidade para convergir a luminosidade, uma maior proporção de concentração de luminosidade pode ser gerada, por consequência, o dispositivo de uti- lização de energia luminosa pode incluir o dispositivo de utilização de energia térmica. O dispositivo de conversão fotovoltaico pode incluir painéis fotovoltaicos, películas fotovoltaicas, painéis fotovoltaicos com pontos quânticos, dentre outros, fabricados de vários materiais. O dis- positivo de utilização de energia térmica pode incluir armazenamento de energia térmica (se referindo aos containeres contendo meios de trabalho de armazenamento de calor, tais como aquecedores de água), dispositivos de conversão termoelétricos, geradores Stirling, geradores de energia térmica, dentre outros. Nesta modalidade, um painel fotovoltaico é utilizado como o dispositivo de utilização de ener- gia luminosa, e sua superfície é a segunda superfície de recepção de luminosidade. Em outras modalidades, o dispositivo de conversão fo- tovoltaico e o dispositivo de utilização de energia térmica podem ser utilizados em série para se obter maior eficiência de utilização de energia solar. Por exemplo, o dispositivo de utilização de energia tér- mica pode ser disposto no lado de trás do dispositivo de utilização de energia luminosa ou envolver o dispositivo de utilização de energia lu- minosa de forma transparente e ser termicamente conectado com o dispositivo de utilização de energia luminosa.

[0023] As lentes de Fresnel são principalmente utilizadas como elementos de orientação de luminosidade na presente descrição. As lentes de Fresnel são lentes finas que são leves e convenientes para produção em lote. O dispositivo de orientação de luminosidade vertical com a lentes de Fresnel como seu principal componente pode aumen- tar a proporção de concentração de luz em um baixo custo e economi- zar muito a ocupação de espaço precioso. A superfície dentada de uma lente de Fresnel é obtida pela divisão da superfície refrativa lisa de uma lente normal, de modo que a textura da superfície dentada e de sua lente lisa correspondente normalmente possuem uma simetria ótica consistente. A lente de Fresnel “de concentração” (ou “astigmáti- ca”) neste documento pode se referir a uma lente de Fresnel que fun- cionalmente condensa a luz em direção ao centro ótico da lente (ou difunde a partir do centro ótico), e sua superfície dentada normalmente surge a partir de uma superfície de lente convexa (ou uma superfície de lente côncava). Uma lente de Fresnel “linear” neste documento in- cluindo uma lente de Fresnel astigmática linear e uma lente de Fresnel de concentração de luz linear significa que o centro focal da lente é uma linha ao invés de ser concentrada em um ponto. Por exemplo, a superfície dentada de uma lente de Fresnel linear pode ser originada a partir de uma superfície cilíndrica côncava (ou convexa), ou de uma superfície cilíndrica polinomial côncava (ou convexa).

[0024] A lente de Fresnel utilizada na presente descrição pode ser selecionada a partir do seguinte: uma lente de Fresnel com face única com uma superfície dentada em um lado e uma superfície lisa no ou- tro, e uma lente de Fresnel dupla face com superfícies dentadas em ambos os lados. Por exemplo, nesta modalidade, de modo a facilitar a limpeza da face vertical do aparelho, ambas as lentes de Fresnel 111, 112 podem ser lentes de Fresnel de face única com somente uma su-

perfície dentada, e as duas superfícies dentadas são dispostas interi- ormente opostas uma à outra. Por simplicidade, nesta modalidade, os formatos macroscópicos das superfícies dentadas são todos planos. O assim chamado “formato macroscópico” se refere ao formato geomé- trico da lente de Fresnel como um todo após ignorar as ondulações da superfície dentada; também pode ser entendido como o formato da superfície envolvente lisa da lente de Fresnel. Em outras modalidades, o formato macroscópico da superfície dentada também pode ser uma superfície curva ou uma superfície dobrada, a qual pode ser determi- nada de acordo com os requerimentos do local de instalação e do pro- jeto ótico.

[0025] Para favoravelmente convergir a luz do sol irradiada sobre a superfície de recepção de luminosidade vertical para a lateral, uma superfície dentada “com foco de luminosidade lateral” (isto é, ela tem a função de concentrar os raios de luz em uma direção lateral) pode ser adotada como a superfície dentada da lente vertical em uma modali- dade preferida. Tal superfície dentada surge a partir de uma parte de uma “superfície dentada completa” de modo que o centro ótico da su- perfície dentada está localizado na borda (incluindo próximo da borda). Em outras palavras, a “superfície dentada completa” pode ser cortada ao longo de sua linha central ótica (para uma lente “linear”, ela é ao longo de sua superfície do centro ótico), e a superfície dentada “com foco de luz lateral” pode ser obtida. A assim chamada “superfície den- tada completa” se refere a uma superfície dentada derivada a partir de uma superfície refrativa lisa simétrica, cujo centro ótico é consistente com o centro geométrico, por exemplo, ela pode ser: uma superfície de concentração circunferencialmente simé- trica ou superfície dentada astigmática com um único ponto focal, uma superfície de concentração linear axissimétrica ou su- perfície dentada astigmática linear, e uma superfície de concentração axissimétrica elíptica ou dentada astigmática elíptica com dois pontos focais.

[0026] Um padrão esquemático de duas superfícies dentadas “com foco de luminosidade lateral” são de forma ilustrativa apresenta- das na FIG. 2, em que a FIG. 2(a) é uma vista esquemática de apro- ximadamente metade de uma superfície dentada circunferencialmente simétrica, e a FIG. 2(b) é uma vista esquemática de aproximadamente metade de uma superfície dentada linear.

[0027] No caso onde o dispositivo de orientação de luminosidade inclui várias superfícies dentadas, todas as superfícies dentadas das lentes verticais podem utilizar a superfície dentada “com foco de lumi- nosidade lateral”, ou uma parte das mesmas emprega a superfície dentada completa e a outra parte a superfície dentada “com foco de luminosidade lateral”. Por exemplo, a última superfície dentada vertical localizada em frente da segunda superfície de recepção de luminosi- dade pode ser disposta como a superfície dentada “com foco de lumi- nosidade lateral”.

[0028] É importante mencionar que a superfície dentada “com foco de luminosidade lateral” pode não somente ser uma parte cortada a partir da superfície dentada de concentração (o percurso de luz sub- sequente segue a direção de deflexão da luz concentrada), mas tam- bém ser uma parte cortada a partir da superfície dentada astigmática (o percurso de luz subsequente segue a direção de deflexão de sua luz divergente), o que e modo inesperado alcança os raios de luz de foco lateralmente por meio de uma parte da superfície dentada astig- mática de acordo com a presente descrição.

[0029] De preferência, o dispositivo de orientação de luminosidade vertical 110 nesta modalidade é formado como uma cavidade fechada, o que pode ir além da conveniência para limpeza e manutenção, e se estende para o aprimoramento da resistência geral do aparelho. Além disso, de preferência, a cavidade fechada também pode ser cheia com um gás 113, tal como um gás de alta-pressão (isto é, um gás possuin- do uma pressão maior do que uma pressão atmosférica) ou um gás ótico (isto é, um gás possuindo um índice refrativo maior do que este do ar sob condições físicas idênticas). O enchimento com gás em alta- pressão ajuda a aumentar a resistência do aparelho em relação às for- ças externas, enquanto o enchimento com gás ótico pode suportar o dispositivo de orientação de luminosidade a aumentar a convergência da luz. Em adição, gás não ótico pode ser pressurizado para possuir um índice refrativo maior do que 1.

[0030] Em outras modalidades, a o dispositivo de utilização de energia luminosa pode ser disposto dentro da cavidade fechada do dispositivo de orientação de luminosidade, ou a segunda superfície de recepção de luminosidade pode ser formada como uma parte da su- perfície interna da cavidade fechada. Uma superfície refletora também pode ser introduzida no dispositivo de orientação de luminosidade para alcançar um projeto ótico mais elaborado e mais flexível; por exemplo, qualquer lente de Fresnel verticalmente disposta pode constituir uma lente de Fresnel refletora por formar a lateral da lente voltada para longe da segunda superfície de recepção de luminosidade para ser uma superfície refletora; ou proporcionar uma superfície refletora por utilizar um dispositivo refletor fixo ou móvel.

[0031] O formato do aparelho de orientação de luminosidade verti- cal nesta modalidade é uma coluna se estendendo na direção vertical, e seu formato em corte transversal é retangular, o que é adequado pa- ra ser disposto ao longo de uma zona estreita e longa ou em uma fa- chada plana de edifício. O aparelho de orientação de luminosidade vertical em outras modalidades também pode ser em formatos diferen- tes de acordo com as necessidades do cenário de aplicação, tal como um formato de cunha, ou uma coluna estendida horizontalmente. O formato em corte transversal perpendicular à direção de extensão da coluna pode ser selecionado a partir do grupo consistindo em um cír- culo, um quadrado, um retângulo, um oval, um hexágono e um octó- gono. Quando a coluna se estende verticalmente, a primeira superfície de recepção de luminosidade é formada na superfície da coluna; e quando a coluna se estende na direção horizontal, a primeira superfí- cie de recepção de luminosidade é formada na superfície de parede ereta (ou superfície de extremidade). Modalidade 2

[0032] Referindo-se à FIG. 3, um aparelho solar vertical de acordo com outra modalidade da presente descrição inclui um dispositivo de orientação de luminosidade vertical 210 e um dispositivo de utilização de energia luminosa 220.

[0033] O dispositivo de orientação de luminosidade vertical 210 possui um formato de cunha e inclui duas lentes de Fresnel 211, 212 dispostas substancialmente verticalmente e formadas como paredes voltadas uma para a outra. As lentes 211,212 são lentes de Fresnel com face única com superfícies dentadas dispostas para o interior opostas uma à outra, e superfícies traseiras lisas para o exterior. A su- perfície dentada da lente 212 pode ser considerada como a primeira superfície de recepção de luminosidade Fa1. A lente 212 é uma lente de Fresnel refletora, e sua superfície traseira lisa voltada para o exteri- or é uma superfície refletora.

[0034] O dispositivo de utilização de energia luminosa 220 é dis- posto na parte de baixo da cunha, formando como um todo com a es- trutura do dispositivo de orientação de luminosidade, desse modo pro- porcionando um aparelho solar vertical de baixo custo e alta perfor- mance.

[0035] De preferência, o dispositivo de orientação de luminosidade 210 nesta modalidade ainda inclui os refletores 214, 214’ dispostos em ambos os lados da primeira superfície de recepção de luminosidade. Estes refletores podem melhor convergir a luz do sol em direção à se- gunda superfície de recepção de luminosidade quando o sol é defleti- do em uma direção paralela à primeira superfície de recepção de lumi- nosidade.

[0036] A estrutura em formato de cunha do aparelho nesta modali- dade torna difícil que poeira se acumule, e a fachada pode ser lavada pela água da chuva. Portanto, em regiões com precipitação pluviomé- trica normal, é quase desnecessário limpar a superfície de recepção de luminosidade. Modalidade 3

[0037] Referindo-se à FIG. 4, um aparelho solar vertical de acordo com ainda outra modalidade da presente descrição inclui um dispositi- vo de orientação de luminosidade vertical 310 e um dispositivo de utili- zação de energia luminosa 320.

[0038] O dispositivo de orientação de luminosidade vertical 310 possui uma aparência de coluna retangular e inclui duas lentes de Fresnel 311, 312, dispostas substancialmente verticais e formadas como paredes voltadas uma para a outra. As lentes 311, 312 são len- tes de Fresnel de face única ou de dupla face. A superfície externa da lente 311 pode ser considerada como a primeira superfície de recep- ção de luminosidade Fa1.

[0039] O dispositivo de utilização de energia luminosa 320 é uma combinação de um painel fotovoltaico 321 e um dispositivo de utiliza- ção de energia térmica 322. O painel fotovoltaico 321 é disposto na parte de baixo do dispositivo de orientação de luminosidade, e sua su- perfície é a segunda superfície de recepção de luminosidade Fa2. O dispositivo de utilização de energia térmica 322 é disposto no lado de trás do painel fotovoltaico, e o meio de trabalho 3221 no mesmo troca calor com o painel fotovoltaico através de uma conexão termicamente condutiva. O meio de trabalho 3221 pode executar troca de material ou calor com um sistema externa através de um tubo de influxo 3222 e de um tubo de escoamento 3223. Por exemplo, o dispositivo de utilização de energia térmica 322 pode ser parte de um sistema de alimentação de água quente ou de gerador de energia térmica.

[0040] Em uma modalidade preferida, o dispositivo de orientação de luminosidade vertical 310 pode ainda incluir um dispositivo refletor do tipo cortina 315 e uma lente de Fresnel 316 disposta substancial- mente de forma horizontal.

[0041] O dispositivo refletor 315 inclui uma superfície refletora do tipo cortina 3151 e um mecanismo de acionamento composto de um eixo de rotação 3152 e uma haste de orientação 3153. O mecanismo de acionamento pode acionar a superfície refletora do tipo cortina 3151 para trocar entre um estado expandido e um estado retraído, de modo que a superfície refletora 3151 pode de forma móvel cobrir a su- perfície externa da lente de Fresnel 312. Isto não somente ajuda a re- duzir a espessura do aparelho, mas também permite ao aparelho nes- ta modalidade melhor atender as necessidades de diferentes cenários de utilização.

[0042] A lente de Fresnel horizontal 316 é disposta no percurso ótico em frente da segunda superfície de recepção de luminosidade, e é disposta no mesmo lado da primeira superfície de recepção de lumi- nosidade como a segunda superfície de recepção de luminosidade. Por estabelecer a lente de concentração de luz horizontal, o dispositivo de orientação de luminosidade pode ser de forma significativa aumen- tado em altura para obter mais energia solar. Modalidade 4

[0043] Referindo-se à FIG. 5, um aparelho solar vertical de acordo com ainda outra modalidade da presente descrição inclui um dispositi- vo de orientação de luminosidade vertical 410 e um dispositivo de utili-

zação de energia luminosa 420.

[0044] O dispositivo de orientação de luminosidade vertical 410 possui uma aparência de coluna retangular e inclui duas lentes de Fresnel 411, 412 dispostas substancialmente verticalmente e formadas como paredes voltadas uma para a outra. A superfície externa da lente 411 pode ser considerada como a primeira superfície de recepção de luminosidade Fa1. A superfície dentada da lente 411 nesta modalidade adota uma disposição preferida, ou seja, ela é dividia em duas regiões ao longo da direção da altura, cada região possuindo distâncias focais diferentes. Nesta modalidade, a região A1 em uma posição mais ele- vada possui uma distância focal mais curta do que esta da região A2 em uma posição inferior. Esta maneira pode efetivamente aumentar a altura do aparelho e a proporção de concentração. Em outras modali- dades, a superfície dentada vertical também pode ser dividida em mais regiões com diferentes distâncias focais. Esta maneira de estabelecer a distância focal por sub-regiões pode ser aplicada para todas ou para parte das superfícies dentadas verticais.

[0045] O dispositivo de utilização de energia luminosa 420 é uma combinação de um painel fotovoltaico 421 e um dispositivo de utiliza- ção de energia térmica 422. Diferente da Modalidade 3, o dispositivo de utilização de energia térmica 422 é integrado na parte de baixo do dispositivo de orientação de luminosidade 410, de modo que o disposi- tivo de utilização de energia luminosa e o dispositivo de orientação de luminosidade são formados como um todo.

[0046] O dispositivo de orientação de luminosidade nesta modali- dade não inclui uma superfície refletora, de modo que a luz do sol a partir de qualquer direção pode ser defletida para a parte de baixo do mesmo através do dispositivo de orientação de luminosidade. Entre- tanto, devido à pequena espessura do dispositivo de orientação de lu- minosidade, a área de recepção de luminosidade do dispositivo de ori-

entação de luminosidade pode ser relativamente pequena para refle- xão da luz do sol na direção vertical em uma tarde ensolarada em bai- xas latitudes. Portanto, o aparelho solar nesta modalidade de prefe- rência pode ainda incluir um dispositivo de concentração de luminosi- dade de interface inicial 430 disposto acima do dispositivo de orienta- ção de luminosidade vertical 410 e configurado para convergir o brilho da luz do sol a partir de cima. A dimensão lateral do dispositivo 430 é maior do que a espessura do dispositivo de orientação de luminosida- de vertical 410. O dispositivo de condensação de luminosidade de in- terface inicial 430 nesta modalidade é formado em um formato de te- lhado inclinado, e é operado por uma lente de Fresnel de concentra- ção de luz. Por proporcionar um dispositivo de concentração de luz de interface inicial com um grande tamanho lateral, o aparelho desta mo- dalidade pode ser mais bem aplicado junto às regiões equatoriais com forte luz solar vertical, efetivamente aumentando a geração de energia. Além disso, o aparelho desta modalidade também pode ser de manei- ra apropriada montado com a primeira superfície de recepção de lumi- nosidade voltado para a direção leste – oeste ao invés de limitado à direção norte – sul.

[0047] O aparelho solar desta modalidade pode de preferência ainda incluir um vibrador piezelétrico 440 compreendendo uma peça de vibração piezelétrica 441 e um circuito de acionamento (não apre- sentado). A peça de vibração piezelétrica é mecanicamente conectada com o dispositivo de orientação de luminosidade 410 de modo a acio- nar a superfície de recepção de luminosidade do último para vibrar. Poeira normalmente não é facilmente depositada na superfície de re- cepção de luminosidade para um aparelho solar vertical, mas ela pode ser agitada para fora por um vibrador de modo a obter auto-limpeza da superfície de recepção de luminosidade. O vibrador pode ser disposto em uma superfície de recepção de luminosidade não essencial, por exemplo, no lado do dispositivo de orientação de luminosidade nesta modalidade, contanto que ela possa acionar a superfície de recepção de luminosidade para vibrar. Modalidade 5

[0048] Referindo-se à FIG. 6, o aparelho solar vertical de acordo ainda com outra modalidade da presente descrição inclui um dispositi- vo de orientação de luminosidade vertical 510 e um dispositivo de utili- zação de energia luminosa 520.

[0049] O dispositivo de orientação de luminosidade vertical 510 possui um formato de coluna se estendendo em uma direção horizon- tal com uma seção transversal hexagonal perpendicular à direção de extensão. O dispositivo de orientação de luminosidade 510 inclui duas lentes de Fresnel hexagonais 511 e 512 dispostas substancialmente de forma vertical e formadas como uma cavidade fechada. A lente 512 é uma lente de Fresnel refletiva com uma superfície traseira refletiva voltada para o exterior. A superfície externa da lente 511 pode ser considerada como a primeira superfície de recepção de luminosidade Fa1. Cada superfície cilíndrica na lateral pode ser transparente ou uma superfície refletora. Por exemplo, as superfícies laterais esquerda e direita 514 e 514’ localizadas na metade inferior podem ser dispostas como superfícies refletoras.

[0050] O dispositivo de utilização de energia luminosa 520 (por exemplo, um painel fotovoltaico) pode ser incluído dentro do dispositi- vo de orientação de luminosidade, por exemplo, disposto na parte de baixo do dispositivo de orientação de luminosidade. Isto pode ir além da segurança e se estende até tornar o formato de todo o aparelho solar regular e bonito.

[0051] O aparelho solar nesta modalidade pode ser pequeno em tamanho e possuir grande potência devido às suas características es- truturais, de modo que ele pode ser utilizado como um tijolo solar para empilhamento para formar uma parede vertical de uma edificação.

[0052] O tijolo solar nesta modalidade pode de preferência ainda incluir várias luzes de LED 550 energizadas pelo painel fotovoltaico

520. A parede construída pode ser utilizada para iluminação ou paisa- gismo, e também pode ser utilizada como uma tela de informações ao ar livre. Modalidade 6

[0053] Referindo-se à FIG. 7, um aparelho solar vertical de acordo com outra modalidade da presente descrição inclui um dispositivo de orientação de luminosidade vertical 610 e um painel fotovoltaico 620.

[0054] O dispositivo de orientação de luminosidade vertical 610 possui somente uma parede ereta formada por uma lente de Fresnel

611. Um painel fotovoltaico 620 é disposto em um lado da parte de ima da parede ereta. A lente 611 é uma lente de Fresnel refletiva. A lateral da lente 611 voltada para o painel fotovoltaico pode ser considerada como a primeira superfície de recepção de luminosidade Fa1, e a late- ral voltada para longe do painel fotovoltaico é uma superfície de refle- xão. De preferência, o dispositivo de orientação de luminosidade 610 nesta modalidade ainda inclui um refletor lateral 614 disposto substan- cialmente plano na borda de baixo da lente 611, e a superfície refletora do mesmo fica voltada para a segunda superfície de recepção de luz Fa2. O ângulo incluído entre o refletor 614 e a lente 611 pode ser ligei- ramente menor do que 90 graus, de modo que a luz a partir da lente 611 pode ser mais bem refletida para trás e finalmente convergida no painel fotovoltaico 620.

[0055] O aparelho solar nesta modalidade pode de preferência ainda incluir um eixo de rotação substancialmente vertical 660 no qual todo o aparelho solar é montado de modo que a orientação da primeira superfície de recepção de luminosidade pode ser ajustada de acordo com a posição do sol. O eixo de rotação 660 pode ser considerado como um sistema de rastreamento de sol girando de forma horizontal. Pela utilização combinada com o sistema de rastreamento de sol, o aparelho solar nesta modalidade pode destacar-se em eficiência de recepção de energia luminosidade. Comparado com um sistema solar convencional capaz e rotação horizontal que precisa aumenta sua altu- ra e tamanho horizontal para aumentar a área de recepção de lumino- sidade, para obter mais energia solar, o aparelho dessa modalidade somente precisa aumentar a dimensão da altura.

[0056] O princípio e maneiras de implementação presentes na descrição forma descritos acima com referência aos exemplos especí- ficos, os quais são meramente proporcionados para o propósito de en- tendimento da presente descrição e não são pretendidos para limitar a presente descrição. Será possível para os versados na técnica faze- rem variações baseadas no princípio da presente descrição.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Aparelho solar vertical, caracterizado pelo fato de que compreende: um dispositivo de orientação de luminosidade vertical pos- suindo uma espessura e uma altura maior do que a espessura e pro- porcionado com uma primeira superfície de recepção de luminosidade substancialmente ereta configurada para receber luz do sol, e um dispositivo de utilização de energia luminosa possui uma segunda superfície de recepção de luminosidade colocada subs- tancialmente plana e configurada para receber luz do sol, a segunda superfície de recepção de luminosidade possuindo uma área menor do que esta da primeira superfície de recepção de luminosidade sendo disposta em uma lado da primeira superfície de recepção de luminosi- dade; o dispositivo de orientação de luminosidade vertical com- preendendo pelo menos uma lente de Fresnel disposta substancial- mente verticalmente, e o dispositivo de orientação de luminosidade vertical sendo configurado para defletir a luz do sol alcançando a pri- meira superfície de recepção de luminosidade e orientar a mesma pelo menos parcialmente para a segunda superfície de recepção de lumi- nosidade.

2. Aparelho solar, de acordo com a reivindicação 1, caracte- rizado pelo fato de que a lente de Fresnel é selecionada de: uma lente de Fresnel de face única com uma superfície dentada em um lado e uma superfí- cie lisa no outro, e uma lente de Fresnel dupla face com superfícies dentadas em ambos os lados; pelo menos uma superfície dentada surge a partir de uma parte de uma superfície dentada completa de modo que o centro ótico da parte fica localizado em uma borda da mesma, e a superfície den-

tada completa se refere a uma superfície dentada derivada a partir de uma superfície refrativa lisa simétrica com o centro ótico da mesma consistente com o centro geométrico.

3. Aparelho solar, de acordo com a reivindicação 2, caracte- rizado pelo fato de que a superfície dentada completa é uma superfície dentada de concentração ou uma superfície dentada astigmática, e a superfície dentada completa é selecionada a partir do grupo consistindo em uma superfície dentada circunferencialmente simétrica, uma superfície den- tada linear e uma superfície dentada elíptica; e o formato macroscópico da superfície dentada é seleciona- do a partir do grupo consistindo em uma superfície plana, uma superfí- cie curva e uma superfície dobrada.

4. Aparelho solar, de acordo com a reivindicação 2, caracte- rizado pelo fato de que pelo menos uma superfície dentada é dividida em pelo me- nos duas regiões ao longo da direção da altura, e a região em uma região de posição mais elevada possui uma distância focal mais curta.

5. Aparelho solar, de acordo com qualquer uma das reivin- dicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que uma da pelo menos uma lente de Fresnel disposta subs- tancialmente verticalmente é uma lente de Fresnel refletiva com qual- quer um lado da mesma também formado como uma superfície refleti- va; ou o dispositivo de orientação de luminosidade vertical ainda inclui um primeiro dispositivo refletivo com uma superfície refletiva do mesmo que de forma fixa ou de forma móvel cobriu uma superfície de uma lente de Fresnel vertical disposta substancialmente verticalmente; ou o dispositivo de orientação de luminosidade vertical ainda inclui um segundo dispositivo refletivo com uma superfície refletiva disposta no mesmo lado da primeira superfície de recepção de lumi- nosidade como a segunda superfície de recepção de luminosidade.

6. Aparelho solar, de acordo com a reivindicação 5, caracte- rizado pelo fato de que o primeiro dispositivo de reflexão inclui uma superfície de reflexão do tipo cortina e um mecanismo de acionamento que está ap- to a acionar a superfície de reflexão do tipo cortina a trocar entre um estado expandido e um estado retraído.

7. Aparelho solar, de acordo com qualquer uma das reivin- dicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de orientação de luminosidade vertical é for- mado como uma cavidade fechada com duas paredes voltadas opos- tas uma para a outra, um lado de uma parede é formado como a pri- meira superfície de recepção de luminosidade, e uma das duas pare- des é uma lente de Fresnel ou ambas as paredes são lentes de Fres- nel.

8. Aparelho solar, de acordo com a reivindicação 7, caracte- rizado pelo fato de que o dispositivo de utilização de energia luminosa é disposto dentro da cavidade fechada, ou a segunda superfície de recepção de luminosidade é formada como uma parte de uma superfície interna da cavidade fechada.

9. Aparelho solar, de acordo com a reivindicação 7 ou 8, ca- racterizado pelo fato de que a cavidade fechada é cheia com um gás possuindo uma pressão maior do que 1 pressão atmosférica, ou um gás possuindo um índice refrativo maior do que 1.

10. Aparelho solar, de acordo com qualquer uma das rei- vindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de orientação de luminosidade vertical ainda inclui uma lente de Fresnel disposta substancialmente horizontalmen- te, localizada no caminho ótico em frente da segunda superfície de re- cepção de luminosidade e disposta no mesmo lado da primeira super- fície de recepção de luminosidade como a segunda superfície de re- cepção de luminosidade.

11. Aparelho solar, de acordo com qualquer uma das rei- vindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que ainda compreende: um dispositivo e concentração de luminosidade de interface inicial possuindo uma dimensão lateral maior do que a espessura do dispositivo de orientação de luminosidade vertical, o dispositivo de concentração de luminosidade de interface inicial sendo disposto aci- ma do dispositivo de orientação de luminosidade vertical e configurado para convergir a irradiação de luz do sol a partir de cima.

12. Aparelho solar, de acordo com qualquer uma das rei- vindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que ainda compreende: um eixo de rotação disposto substancialmente verticalmen- te no qual o aparelho é instalado para ajustar a orientação da primeira superfície de recepção de luminosidade de acordo com a posição do sol.

13. Aparelho solar, de acordo com qualquer uma das rei- vindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de utilização de energia luminosa é seleciona- do a partir de um dispositivo de conversão fotovoltaico ou de um dis- positivo de utilização de energia térmica ou de uma combinação dos mesmos, quando o dispositivo de conversão fotovoltaico é utilizado em combinação com o dispositivo de utilização de energia térmica, o dispositivo de utilização de energia térmica é disposto no lado de trás do dispositivo de utilização de energia luminosa ou envolve o dispositi-

vo de utilização de energia luminosa e é termicamente conectado com o dispositivo de utilização de energia luminosa.

14. Aparelho solar, de acordo com qualquer uma das rei- vindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que o formato do dispositivo de orientação de luminosidade ver- tical é selecionado a partir do grupo consistindo em uma cunha, uma coluna se estendendo na direção vertical, e uma coluna se estendendo na direção horizontal; o formato em seção transversal da coluna perpendicular à direção de extensão é selecionado a partir do grupo consistindo em: círculo, quadrado, retângulo, elipse, hexágono e octógono; e quando a coluna se estende verticalmente, a primeira su- perfície de recepção de luminosidade é formada na superfície da colu- na; e quando a coluna se estende horizontalmente, a primeira superfí- cie de recepção de luminosidade é formada na superfície de parede vertical.

15. Aparelho solar, de acordo com qualquer uma das rei- vindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que ainda compreende pelo menos um dentre o seguinte: um vibrador piezelétrico compreendendo uma peça de vi- bração piezelétrica e um circuito de acionamento da mesma, a peça de vibração piezelétrica sendo mecanicamente conectada com o dis- positivo de orientação de luminosidade vertical para acionar sua super- fície de recepção de luminosidade para vibrar; e pelo menos uma luz LED energizada por um dispositivo de conversão fotovoltaico incluída no dispositivo de utilização de energia luminosa.