CN103748783B - 太阳红移系统 - Google Patents

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Abstract

一种太阳红移系统包括红移模块的整体阵列，每个红移模块至少具有聚焦设备、目标、以及量子点容器。量子点容器包含发射具有发射波长的光的量子点。聚焦设备引导入射太阳辐射通过聚焦间隙并朝向量子点容器，或进入平板波导并然后朝向量子点容器，使得量子点发射具有发射波长的经红移的光。经红移的光被引导至目标，目标的示例包括光伏材料或活的光合生物体。目标对具有经红移的光的波长的光子具有增加的灵敏度或响应。量子点容器的捕获反射器部件防止经红移的光进入到太阳红移系统外部的环境的损失并且允许从系统去除不合需要的红外光。

Description

太阳红移系统
相关申请的交叉引用
本申请基于35U.S.C.§119(e)要求2011年7月29日提交的美国临时申请S/N.61/513,256的优先权。
技术领域
本说明书一般涉及用于在能量收集应用中利用太阳辐射的系统以及，更具体地涉及通过光伏或光合作用生物体将入射太阳辐射转换至促进能量收集的波长的系统。
背景技术
日光可以多种方式用作清洁能源的来源。通过光伏电池，日光照射光伏材料，激发光伏材料中的电子并产生位于光伏材料上的电极之间的电位差。该电位差可用于为电路供电或用于将电能存储在诸如电池之类的存储设备中。通过活的生物体，日光在诸如藻类的生物体中产生使得生物体生长的光合作用。然后，生物体可例如作为碳中性燃料源燃烧，并且生物体本身或其代谢产生的分泌物可用作包括乙醇和源自石油的另外的多种其他化合物的生物衍生分子的来源。
发明内容
本文公开了一种系统，该系统最佳地利用太阳辐射以用于从目标（例如，光伏材料和/或活的光合作用生物体）产生能量。在各个实施例中，该系统为太阳红移系统。在本文所描述的太阳红移系统的实施例中，量子点板用于将宽光谱的入射太阳辐射中的高能量波长转换成诸如用于特定的能源利用应用的选定的低能量波长。红移系统不仅被配置成优化太阳辐射的波长光谱，还被配置成使太阳辐射可提供给能量利用应用的效率最大。
在一些实施例中，提供太阳红移模块。太阳红移模块可包括具有目标波长的至少一个收集目标、至少一个量子点容器、以及将入射太阳辐射聚焦到太阳红移系统中的聚焦设备。至少一个收集目标可选自生长容器或光伏板。生长容器可包含在用于维持活的光合生物体的生长介质中的活的光合生物体，使得目标波长为活的光合生物体的增加光合响应的波长。光伏板可包括光伏材料，使得目标波长为光伏材料的增加灵敏度的波长。至少一个量子点容器可包括限定在第一板和第二板之间的密封腔。至少一个量子点容器的第一板可在第二板和收集目标之间。量子点悬浮物可设置在密封腔中并且可包含当被入射太阳辐射辐照时发射具有目标波长的经红移的光的量子点。量子点容器还可包括捕获反射器，该捕获反射器朝向收集目标反射由量子点发射的经红移的光的至少一部分。聚焦设备、至少一个量子点容器、以及至少一个收集目标可配置成使得聚焦到太阳红移系统中的入射太阳辐射在照射至少一个收集目标之前照射至少一个量子点容器。
在一些实施例中，提供太阳红移系统。太阳红移系统可包括太阳红移模块的整体阵列。
在一些实施例中，太阳红移系统可配置为光伏太阳红移系统或配置为光合作用增强的太阳红移系统。光伏太阳红移系统可包括光伏板的整体阵列，光伏板包括具有增加灵敏度的波长的光伏材料。光合作用增强的太阳红移系统可包括容纳生长介质中的活的光合生物体的生长容器，该生长介质用于维持活的光合生物体。活的光合生物体可具有增加光合响应的波长。
在一些实施例中，提供平行板太阳红移系统。平行板太阳红移系统可包括太阳红移模块和至少一个聚焦设备的平行板构造。每个太阳红移模块可包括至少一个太阳辐射转换组件和收集目标。例如，收集目标可以为生长容器或光伏板。此类生长容器可包含用于维持活的光合生物体的生长介质中的活的光合生物体，并且活的光合生物体可具有增加光合响应的波长。此类光伏板可包括具有增加灵敏度的波长的光伏材料。至少一个太阳辐射转换组件可包括波导、红外辐射吸收器、以及置于波导和红外辐射吸收器之间的量子点容器。量子点容器包含量子点的量子点悬浮物，当被入射太阳辐射辐照时该量子点发射具有增加光合响应的波长或增加灵敏度的波长的经红移的光。量子点容器还可包括捕获反射器，该捕获反射器朝向收集目标反射经红移的光并且在远离收集目标的方向上透射来自入射太阳辐射的红外光。至少一个太阳辐射转换组件的波导可置于至少一个太阳辐射转换组件的量子点容器和收集目标之间。波导可包括受阻表面（frustrating surface），该受阻表面将波导中的经聚焦的太阳辐射朝向量子点容器散射并且允许经红移的光从量子点容器穿过波导朝向收集目标。聚焦设备将入射太阳辐射聚焦到各自的太阳红移模块中的太阳辐射转换组件的波导的面向太阳的边缘上。
将在以下具体实施方式中陈述本文所描述的实施例的另外的特征和优点。仅根据具体实施方式，这些另外的特征和优点应当对本领域普通技术人员部分地明显，或通过实施以下具体实施方式（包括附图和权利要求）中描述的实施例，本领域普通技术人员应当容易认识到这些另外的特征和优点。
应当理解的是，以上发明内容和以下具体实施方式两者描述各个实施例，且旨在提供用于理解所要求保护的主题的本质和特性的概观或框架。所包括的附图用于提供对各实施例的进一步理解，且被结合到本说明书中并构成其一部分。附图示出本发明所描述的各个实施例，并与本描述一起用于说明所要求保护的主题的原理和操作。
附图说明
图1A为本文所描述的红移系统的部件的量子点容器的俯视图。
图1B为图1A所示的量子点容器的截面侧视图。
图2为本文所描述的说明性实施例的太阳红移系统，该太阳红移系统具有包括光伏太阳红移模块的整体阵列的间隙到反射器构造，每个光伏太阳红移模块包括量子点容器。
图3A为根据本文所描述的实施例并形成图2的太阳红移系统的部件的太阳红移模块，突出显示了在整体阵列中重复的结构特征。
图3B为根据图3A的太阳红移模块，经由射线迹线示出太阳红移模块中的入射太阳辐射和经红移的光的路径。
图4为本文所描述的说明性实施例的太阳红移系统，该太阳红移系统具有包括光合作用增强的太阳红移模块的整体阵列的间隙到反射器构造，光合作用增强的太阳红移模块具有共享的量子点容器。
图5为根据本文所描述的实施例并形成图4的太阳红移系统的部件的太阳红移模块，突出显示了在整体阵列中重复的结构特征。
图6为根据本文所描述的实施例的太阳红移系统的示意平面图，该太阳红移系统具有平行板构造。
图7为图6的太阳红移系统的分解平面图。
图8为根据本文所描述的实施例的诸如图6的太阳红移系统的平行板太阳红移系统的部件的波导的立体图。
图9为根据本文所描述的实施例的太阳红移模块的分解立体图，该太阳红移模块是图6的太阳红移系统的部件。
图10为示出了从入射太阳辐射发出并且通过图6的太阳红移系统的各个部件传播的光线的路径的示例的示意图。
图11A为根据本文所描述的实施例的太阳红移系统的侧视示意图，其中太阳红移系统设置在平台上以用于在历年期间调节太阳红移系统的高度，并且向示例性的夏至位置倾斜。
图11B为图11A的太阳红移系统和平台，该太阳红移系统和平台在高度上调节至比图11A的夏至位置更低的位置（例如，在冬至可能是合适的）。
具体实施方式
现将描述太阳红移模块和包括在各种构造中的太阳红移模块的太阳红移系统。以下描述将首先详述太阳红移模块、太阳红移系统、以及它们的构造的各个实施例中每一个所共有的特征。在首先对共有特征进行一般描述之后，将具体参照所附附图描述包含共有特征的太阳红移模块和太阳红移系统的说明性实施例。
根据本文所描述的各个实施例的太阳红移系统利用量子点来将太阳辐射转换成经红移的光，该经红移的光具有对特定能量利用过程有用的增加比例的波长。在本文所描述的一些实施例中，太阳红移系统被配置为包含光伏太阳红移模块的光伏太阳红移系统，而在本文所描述的其他实施例中，太阳红移系统被配置为包含光合作用增强的太阳红移模块的光合作用增强的太阳红移系统。在其他实施例中，混合系统可包含光合作用增强的元件和光伏元件两者。一般而言，这些太阳红移系统的共同之处在于：既纳入量子点以产生经红移的光并且也通过系统的各种光学构造保存经红移的光。
本文所使用的术语“太阳辐射”指的是由太阳产生的电磁辐射，以及具体地涉及具有包括电磁光谱的整个可见部分（从大约380nm到大约750nm）的从大约100nm（紫外光）到大约1mm（远红外）范围的电磁辐射。本文所使用的术语“入射太阳辐射”指的是已经通过大气和本文所描述的太阳红移系统的一部分的太阳辐射，而没有对固有存在于太阳辐射中的光的波长进行任何故意操纵。通常，进入本文所述的太阳红移系统的所有太阳辐射将至少在太阳辐射首先进入太阳红移系统的时刻满足“入射太阳辐射”的定义。
当暴露至具有比发射波长短的波长的光时，根据各个实施例的太阳红移系统中的量子点可被选择成自然地发射光的发射波长。例如，当暴露至包含高量的蓝光的多色光源时，量子点可被选择成强烈地发射红光。然后，发射波长的发射光被引导至诸如光伏板或活的光合作用生物体之类的收集目标，与对于从在与量子点交会之前存在于光中的更短波长的光子获得的灵敏度或响应相比，该收集目标固有地具有对具有量子点的发射波长的光子的增加的灵敏度或响应。
在本文所描述的每个太阳红移系统中，量子点被保存在量子点容器中。例如，量子点容器可包括可由合适的材料（诸如，所需厚度的玻璃板）制成的两个气密密封板。如很好理解的，量子点具有对于量子点的材料和量子点的尺寸唯一的发射波长，其中具有比发射波长高的能量（更短波长）的光子可被量子点吸收并且随后作为发射波长的光子重新发射。量子点不吸收具有比量子点的发射波长低的能量（更长波长）的光子。
例如，当诸如日光的入射太阳辐射通过密封在两个板之间的量子点时，具有比量子点的发射波长短的波长的光子被有效地转移至量子点的更低能量的发射波长。因此，这些从量子点发射的光子被称为“经红移的光”。
当由材料和量子点的尺寸确定的经红移的光的唯一波长是所选择的能量利用应用需要的波长时，该唯一波长变得在太阳能收集系统中特别有利。例如，如果诸如藻类的活的生物体生长以产生生物质，则藻类的光合作用可在对于藻类的物种唯一的某个波长处最活跃。例如，在一些物种的藻类中的光合作用在大约680nm处最活跃，该680nm的发射波长可容易地通过选择合适的量子点材料和尺寸得到。在这种应用中，源自入射太阳辐射的全光谱的经红移的光使另外的未充分使用的波长转换为更高度有用的形式的能量，即，680nm波长的红光。因此，经红移的光能够比单独的宽光谱的入射太阳辐射更有效地有助于藻类的生长。
日光包括包含红外光、紫外光、以及可见光谱的所有部分的非常宽的光谱的波长。在涉及光伏电池和生物质生产的应用中，通常入射光的非常窄的光谱范围可对日光的有效利用有用。例如，碲化镉（CdTe）光伏材料对具有大约600nm的波长的光（橙黄色的光）最有效地做出反应。其他波长可使CdTe材料中的电子激发，但仅以较低有效灵敏度激发。作为另一示例，由于它们反射绿光而呈现绿色的某些品种的绿藻对具有大约680nm的波长的光（红光）最有利地做出光合作用反应。绿藻对绿光的反射相当于浪费了本可以从用于生长藻类的日光利用的能量。此外，诸如在红外光中的波长可不利地使藻类过热，从而降低它们的生长效率。
因此，本文所描述的实施例涉及太阳红移模块和可由太阳红移模块的整体阵列或太阳红移模块的平行板构造构造的太阳红移系统。太阳红移模块可包括具有目标波长的至少一个收集目标、至少一个量子点容器、以及将入射太阳辐射聚焦到太阳红移系统中的聚焦设备。一般而言，太阳红移模块的至少一个收集目标可选自生长容器或光伏板。例如，这些太阳红移模块可包含到太阳红移系统中，诸如仅包括具有作为收集目标的光伏板的光伏太阳红移模块的光伏太阳红移系统、仅包括具有作为收集目标的生长容器的光合作用增强的太阳红移模块的光合作用增强的太阳红移系统、或包含某些光伏太阳红移模块和某些光合作用增强的太阳红移模块。
在包括作为收集目标的生长容器的太阳红移模块（即，光合作用增强的太阳红移模块）中，生长容器可包含在用于维持活的光合作用生物体的生长介质中的活的光合作用生物体，使得目标波长为提高的光合响应的活的光合作用生物体的波长。在包括作为收集目标的光伏板的太阳红移模块（即，光伏太阳红移模块）中，光伏板可包括光伏材料，使得目标波长为提高灵敏度的光伏材料的波长。然而，不论存在于太阳红移系统中的太阳红移模块的类型，聚焦设备、至少一个量子点容器、以及至少一个收集目标可配置成使得聚焦到太阳红移系统中的入射太阳辐射在照射至少一个收集目标之前照射至少一个量子点容器。因此，照射收集目标的光不是直接来自太阳的入射太阳辐射，而是至少基本富集在收集目标的目标波长中的光。
现将参照图1A和1B描述量子点容器和用于它们的构造的方法，图1A和1B显示了量子点容器10的非限制实施例。图1A为量子点容器10的俯视图，以及图1B为图1A的量子点容器10的截面侧视图。量子点容器10可包括第一板20和第二板30。虽然第一板20和第二板30在图1A中被示为正方形或矩形，应当理解第一板20和第二板30可根据所涉及应用的需要具有所需形状。例如，量子点容器10可以为具有窄宽度和非常长长度的长杆或可以为圆形或另一所需几何形状。
可根据能量利用应用的需要选择量子点容器10的实际尺寸。可构想，量子点容器10可具有各自从大约1mm至大约100m、在一些实施例中从大约1cm至大约10m以及在这些实施例中的一些中从大约10cm至大约2m范围的长度和宽度尺寸。而且，虽然第一板20和第二板30被示为平坦，应当理解，板不一定平坦。虽然平坦板特别有利，因为它们提供用于发射经红移的光的最大表面区域，但是诸如凸或凹曲面板之类的变型被构想作为替代方案。作为其他替代方案，板除边缘附近之外可基本平坦，并且边缘可以为弧形的或弯曲的，以便于将板密封在一起。
第一板20和第二板30可基本为如图1A所示的相同尺寸或不同尺寸。例如，第一板20可比第二板30小，使得量子点容器10将具有梯形截面而不是如图1B所示的矩形截面。在所示实施例中，第一板20和第二板30通过诸如玻璃珠或柱之类的隔离结构50隔开。例如，隔离结构50可以为玻璃微球，使得当隔离结构50夹在第一板20和第二板30之间时，形成从大约50μm至大约500μm、或在一些实施例中从大约100μm至大约350μm、或在其他实施例中从150μm至大约250μm的间隙。在一些实施例中，玻璃微球在直径上具有最小差异，以确保第一板20和第二板30的一致隔离，以及确保通过量子点容器10的所有部分的恒定光路长度。
例如，第一板20和第二板30可沿着密封边缘40密封在一起，使得第一板20、第二板30、以及密封边缘40一起定义第一板20和第二板30之间的密封腔60。例如，密封边缘40的密封可通过诸如熔接密封之类的实际手段完成，其中密封腔60可以是气密密封。在各个实施例中，可选择密封腔60的气密密封，因为多种类型的量子点对氧气、湿气和其它环境因素极其敏感。因此，气密密封可防止量子点的过早退化。
用于制造量子点容器10的示例方法可包括如图1A所示围绕除对角之外的板的外周边熔接密封第一板20和第二板30，并且板通过隔离结构50分隔。量子点可散布在如下所述的合适的悬浮介质中，并且所得的量子点分散可置于量子点装载器70中。量子点装载器70可装配至量子点容器10，例如，位于未熔接密封的对角中的一个处的装载端口72处。于是，诸如真空泵75之类的装置可附连至量子点容器10的真空端口，使得当真空泵75被激活时，悬浮介质中的量子点被从量子点装载器70提取并进入密封腔60。一旦密封腔60采用量子点填充，可密封量子点容器10的装载端口72和真空端口77处的未密封角，使得密封边缘40在量子点容器10的外周边周围连续。为了避免在填充过程中量子点暴露至氧气，在一些实施例中，在惰性环境（诸如受控的氮或氩气氛）中填充量子点容器10。
将被装载到量子点容器10中的量子点可以是利用任何合适技术形成的任何已知的或即将发现的类型的量子点。本领域的技术人员容易知道，需要用于某个应用的量子点的人员可指定所需发射波长和所选择的材料，通过所需发射波长和所选择的材料的信息，供应商可从已知信息容易地确定量子点尺寸，从而生产所选择材料和具有所需发射波长的量子点。
组成量子点的材料可包括，作为非限制示例：MgO;MgS;MgSe;MgTe;CaO;CaS;CaSe;CaTe;SrO;SrS;SrSe;SrTe;BaO;BaS;BaSe;BaTe;ZnO;ZnS;ZnSe;ZnTe;CdO;CdS;CdSe;CdTe;HgO;HgS;HgSe;HgTe;Al2O3;Al2S3;Al2Se3;Al2Te3;Ga2O3;Ga2S3;Ga2Se3;Ga2Te3;In2O3;In2S3;In2Se3;In2Te3;SiO2;GeO2;SnO2;SnS;SnSe;SnTe;PbO;PbO2;PbS;PbSe;PbTe;AlN;AlP;AlAs;AlSb;GaN;GaP;GaAs;GaSb;InN;InP;InAs;InSb;以及包括但不限于InGaP、AlInN、CuInGaS、CuInGaSe(“CIGS”)、ZnCuInGaS以及(Al,In,Ga)(N,P,As)的前述材料中的任一个的三元、四元、以及更多元的合金。还可构想，量子点可包括所谓的核－壳结构，其中量子点由以上所列材料中的一个的核组成并且该核被以上所列材料的另一个的壳包围。
选择作为量子点材料的材料可通过量子点尺寸的选择来调整，以当量子点被入射太阳辐射照射时，发射对特定能量利用应用有用的光的波长。如本文所使用的术语“量子点尺寸”指的是对存在于量子点容器10中的所有量子点所取的量子点的平均直径。例如，由CdSxSe1-x(0≤x≤1)或ZnS组成的具有从大约5.5nm至大约6.5nm的量子点尺寸的量子点将发射具有大约680nm的波长的光，该波长增强某些物种的藻类中的光合作用。同样地，由CdSe组成的具有从大约3.6nm至大约4.6nm的量子点尺寸的量子点将发射具有大约600nm的波长，例如，该波长为包含作为光伏材料的CdTe或CIGS的光伏应用所需的波长。
量子点可以量子点悬浮物或功能基质（functionalized matrix）的形式包含在量子点容器10中。可通过将量子点散布在悬浮介质中形成量子点悬浮物或功能基质，量子点悬浮物或功能基质随后可被装载到量子点容器10中。悬浮物或功能基质可包括合适的悬浮介质，在Liu等人的美国专利申请公开No.2010/0276638中公开了悬浮介质的示例，该文献通过引用整体结合于此。一般而言，悬浮介质为通常以液体形式的功能化聚合物。例如，一旦添加量子点，悬浮介质可任选地可通过加热交联。当包含在量子点容器10中时，量子点悬浮物为液体、凝胶或固体，在一组实施例中，量子点悬浮物为凝胶或固体。悬浮介质主要用于保持量子点容器10中的量子点之间的物理隔离，并且还防止量子点容器10中的量子点的凝聚。量子点的隔离和没有凝聚确保量子点有效地暴露至入射太阳辐射并且还可提高入射太阳辐射到具有所需波长的经红移的光的转换效率。
鉴于上面的一般性描述，现将描述关于以下将描述的太阳红移系统的实施例的一般共有的特征、太阳红移系统的各种说明性构造。首先，将描述间隙－聚焦构造的实施例。间隙－聚焦构造的共同之处在于，聚焦设备通过聚焦间隙聚焦入射太阳辐射，之后入射太阳辐射被引导至量子点容器并然后被引导至收集目标。间隙－聚焦的说明性实施例包括间隙到反射器构造和间隙到容器构造。第一，在说明性实施例中，将参照图2、3A和3B描述具有间隙到反射器构造的光伏太阳红移模块和光伏太阳红移系统。第二，在说明性实施例中，将参照图4和5描述具有间隙到容器构造的光合作用增强的太阳红移模块和光合作用增强的太阳红移系统。应当注意，两种间隙－聚焦构造可同样地被使用作为光伏太阳红移系统、光合作用增强的太阳红移系统、或混合太阳红移系统的基础。因此，应当理解，以间隙到反射器构造的光伏太阳红移系统和以间隙到容器构造的光合作用增强的太阳红移系统的一般描述不旨在作为限制。第三，将参照图6-11描述具有平行板构造的平行板太阳红移系统的实施例。平行板太阳红移系统的说明性实施例为光合作用增强的太阳红移系统。即使如此，类似于间隙－聚焦构造，平行板构造可适用于光伏太阳红移系统、光合作用增强的太阳红移系统、或组合系统。
具有间隙到反射器构造的太阳红移模块（例如，光伏太阳红移模块）的说明性实施例在图3B中提供并且以下将被描述为图2的光伏太阳红移系统100的部件。间隙到反射器构造一般被设置成使得聚焦设备160将沿着入射辐射光路155的入射太阳辐射通过第一量子点容器10a和第二量子点容器10b之间的聚焦间隙190聚焦朝向板反射器180。板反射器180将光反射至量子点容器10a、10b，其中光在与收集目标（例如，图3B中的光伏板170）交会之前被红移。应当理解，图2的光伏太阳红移系统100为包括具有间隙到反射器构造的太阳红移模块的系统的一个实施例，并且在其他实施例中，间隙到反射器构造可通过用生长容器代替光伏板170作为收集目标而被用于光合作用增强的太阳红移系统（以下将进一步详细描述）。
参照图2，光伏太阳红移系统100的实施例被提供作为具有间隙到反射器构造的太阳红移系统的示例。光伏太阳红移系统100可包括整体阵列101。如本文所使用的术语“整体阵列”指的是具有重复模块结构的连续系统，其中模块结构的每一个物理地连接至至少一个相邻模块结构。通常，每个模块结构物理地连接至一维阵列中的一个或两个相邻结构，或二维阵列中的从一个到四个相邻模块结构。
整体阵列101由限定作为光伏太阳红移模块150a、150b、150c的重复单元组成。虽然为了清楚起见，图2的整体阵列101仅包括三个光伏太阳红移模块150a、150b、150c，但应当理解，整体阵列101可包括任何所需数量的光伏太阳红移模块，例如，高达数百万个，从2至100,000、从5至50,000、或从10至10,000个光伏太阳红移模块。同样，应当理解，图2中的整体阵列101在截面中被有效地显示为一维阵列，并且在实际上，整体阵列101可在二维中延伸进入或延伸出图2的平面，以从落在大表面面积（例如，陆地）上的入射太阳辐射采集能量。
光伏太阳红移模块150a、150b、150c中的每一个包括光伏板170、第一量子点容器10a、第二量子点容器10b、各自的板反射器180a、180b、180c以及各自的聚焦设备160a、160b、160c。虽然图2显示光伏太阳红移系统100中的光伏板170为单个、连续块的光伏材料，但应当理解，另外的构造是可能的，其中光伏太阳红移模块150a、150b、150c中的每一个可包括单独块的光伏材料。应当理解，光伏板还可包括以实际方式电连接至诸如能量存储系统（未示出）或功率传输系统（未示出）的设备的电接触（未示出）。同样地，虽然在图2中光伏太阳红移模块150a、150b、150c中的每一个的各自的聚焦设备160a、160b、160c被描述为会聚透镜的整体阵列的一部分，该构造将被理解为说明而非限制的示例。应当理解，许多附加的光学构造和设备也是可能的。例如，作为会聚透镜的整体阵列的替代方案，可使用单独的单个透镜。此外，可使用能够引导入射太阳辐射的其他光学设备，例如，诸如适当设计的反射镜或太阳能收集器（例如，太阳能槽）。
本领域技术人员应当理解，入射太阳辐射相对于光伏太阳红移模块150a、150b、150c的中每一个的各自的聚焦设备160a、160b、160c的方向的变化将发生全天中以及也发生在全年中。通常，太阳在天空中的位置可表达为包括方位角和仰角的极坐标。方位角坐标通常表达为具有正北为0°或360°、正东为90°、正南为180°、以及正西为270°的方位（bearing）。给出方位角坐标，仰角坐标允许首先朝该方位角定向的观察者以特定角度仰望天空以找出太阳。对于仰角坐标，朝向水平线被定义为0°仰角，以及朝向天顶（在头顶上）被定义为90°仰角。
对于诸如但不限于本文所描述的太阳红移系统的太阳能收集系统，全天中的变化由太阳在天空中从东向西的运动产生并且通常可通过方位角单轴跟踪来解决。全年中的变化由地球的旋转轴相对于地球的轨道的平面的23.5°角度产生并且通过可通过仰角单轴跟踪来解决。可能需要双轴跟踪来解决入射太阳辐射的方向的日变化和年变化两者。
虽然图2中未示出用于单轴跟踪或双轴跟踪的机构，但可完全构想光伏太阳红移系统100还可包括这种机构。在一个示例性实施例中，可包括合适的机构以在全年中扩大光伏太阳红移模块150的聚焦间隙190，从而降低或消除对大型双轴跟踪机构的任何需要，诸如可能需要在全年中不断调节整个光伏太阳红移系统100的倾角的需要。在此类实施例中，更宽的聚焦间隙190可允许入射太阳辐射以更陡峭的角度（例如，相比于夏季的冬季）到达聚焦设备160处并在全年中通过聚焦间隙190继续聚焦，而不需要另外调节整个光伏太阳红移系统100的倾角。然后，该间隙变宽原理可与在全天中调节光伏太阳红移系统100的方位角单轴跟踪机构结合使用，使得光伏太阳红移系统100仅通过单轴跟踪系统的总体基础设施提供双轴跟踪的优点。然而，应当注意，由于经反射或者经红移的光通过聚焦间隙190逃回而不照射量子点容器60ａ、60b或光伏板170的提高的能力，以这种方式使聚焦间隙190变宽还可导致增加的损失。
现将参照图3A和3B描述与整体阵列101隔离的光伏太阳红移模块150，在图2中示出整体阵列101以显示具体细节。光伏太阳红移模块150包括光伏板170、第一量子点容器10a、第二量子点容器10b、板反射器180、以及聚焦设备160。第一量子点容器10a和第二量子点容器10b沿着入射辐射光路155置于聚焦设备160和光伏板170之间。
光伏板170包括具有至少一个增加灵敏度的波长的光伏材料。如本文所使用的对于给定波长的入射电磁辐射的光伏材料的“灵敏度”指的是光伏材料将该电磁辐射转换成电势的效率。给定的光伏材料对于其比对其他的光的波长更敏感的（即，对于在光伏材料中产生电势而言，具有更高的量子效率）光的波长在本文中被定义为光伏材料本身所固有的性质，即，光伏材料的“增加灵敏度的波长”。因此，术语“具有至少一个增加灵敏度的波长的光伏材料”相当于说明光伏材料对一个特定波长（即，增加灵敏度的波长）比它对其他波长更敏感。
一般而言，光伏材料的特征是，当暴露至入射电磁辐射时它们产生电势。光伏材料的有效量子效率通常为存在于入射电磁辐射中的光的波长的函数，该有效量子效率的提高与电势的大小相关联。光伏材料对电磁辐射的响应通常相对于入射在光伏材料上的电磁辐射的波长而变化，使得每种光伏材料对某些波长比对其他波长更敏感。
就上述定义而言，因为给定光伏材料的响应相对于入射在光伏材料上的光的波长而变化，因此给定的光伏材料可具有一个增加灵敏度的波长或多个增加灵敏度的波长。给定的光伏材料还可具有至少一个最佳灵敏度的波长。在数量上，增加灵敏度的波长可进一步限定为导致光伏材料中比通过将光伏材料暴露至可见光谱（从大约380nm至大约750nm）中的每个波长的单色光获得的最低有效量子效率更高（在一些实施例中至少高10%、在一些实施例中至少高25%、或在一些实施例中至少高50%）的有效量子效率的入射光的任何波长。最佳灵敏度的波长在本文中被限定为导致用于在光伏材料中产生电势的最高有效量子效率的可见光谱中的入射光的波长。
光伏板170可由至少一种光伏材料形成或可包括至少一种光伏材料。光伏材料可以为任何已知或即将发现的光伏材料。适用于光伏板170的已知的光伏材料的示例包括，但不限于：Si,CuInSe2,MgO;MgS;MgSe;MgTe;CaO;CaS;CaSe;CaTe;SrO;SrS;SrSe;SrTe;BaO;BaS;BaSe;BaTe;ZnO;ZnS;ZnSe;ZnTe;CdO;CdS;CdSe;CdTe;HgO;HgS;HgSe;HgTe;Al2O3;Al2S3;Al2Se3;Al2Te3;Ga2O3;Ga2S3;Ga2Se3;Ga2Te3;In2O3;In2S3;In2Se3;In2Te3;SiO2;GeO2;SnO2;F-doped SnO2(SnO2:F);SnS;SnSe;SnTe;PbO;PbO2;PbS;PbSe;PbTe;AlN;AlP;AlAs;AlSb;GaN;GaP;GaAs;GaSb;InN;InP;InAs;InSb、以及包括但不限于InGaP、AlInN、CuInGaS、CuInGaSe(“CIGS”)、ZnCuInGaS、(Al,In,Ga)(N,P,As)和(Cu,Ag,Au)(Al,Ga,In)(S,Se,Te)2的前述材料中的任一个的三元、四元、以及更多元的合金；乃至诸如方酸和菁TCNQ（cyanine-TCNQ）化合物的有机光伏材料。光伏材料可以是块体材料或可以为设置在合适的基底（例如，硅）上的涂层或功能层。在包括括号的光伏电池的公式中，每组括号中的元素中的一个、两个、或三个可包括在化合物中。
第一量子点容器10a和第二量子点容器10b可以但不一定在几何形状或结构上相同。然而，即使功能部件诸如就几何形状或截面而言稍微不同构造，量子点容器10a、10b两者也包括相同的功能部件。因此，将仅参照第一量子点容器10a描述量子点容器的结构特征，并且理解为第二量子点容器10b包括对应的结构特征。共同参照图3A和3B，第一量子点容器10a包括限定在第一板20a和第二板30a之间的密封腔60a。如以上参照图1A和1B所描述的，第一板20a和第二板30a可围绕密封边缘40a气密密封。因此，密封腔60a限定在第一板20a和第二板30a之间。
在第一量子点容器10a中，量子点悬浮物设置在密封腔60a中。量子点悬浮物包括悬浮在悬浮介质中的量子点。量子点由量子点材料形成并且具有量子点尺寸，其中当量子点被入射太阳辐射辐照时，量子点发射具有增加灵敏度的波长的经红移的光156。同样，在量子点的发射波长和光伏板170中的光伏材料的增加灵敏度的波长之间存在协同效应（synergy）。以上参照图1A和1B的量子点容器10描述了合适的量子点材料、量子点尺寸、以及悬浮介质。
第一量子点容器10a和第二量子点容器10b配置在光伏板170和聚焦设备160之间，使得聚焦间隙190限定在第一量子点容器10a和第二量子点容器10b之间。聚焦间隙190的尺寸通过第一量子点容器10a的第一间隙边缘90和第二量子点容器10b的第二间隙边缘95之间的最短距离具体限定。第一间隙边缘90和第二间隙边缘95可具有彼此相同或不同的所需轮廓，并且图3A中示出了它们的两个非限制示例。即，第一间隙边缘90被示为向内倾斜，使得聚焦间隙190在从聚焦设备160朝向光伏板170的方向上变窄并且在接近第一量子点容器10a的第一板20a处（即，聚焦间隙190中最靠近光伏板170的点）最窄。替代地，第二间隙边缘95被示为垂直于第二量子点容器10b的第一板20b。诸如所示的第一间隙边缘90的间隙边缘可以是有利的，因为更窄宽度的聚焦间隙190可降低诸如当入射太阳辐射从光伏板170反射时可能发生的通过聚焦间隙190向上的入射太阳辐射的损失。
具体参照图3B，聚焦设备160为沿着入射辐射光路155（参见从聚焦设备160之上直到射线进入第一量子点容器10a或第二量子点容器10b的整个射线迹线）引导太阳辐射通过聚焦间隙190并到板反射器180上的光学装置。如上所述，虽然聚焦设备160在图3B中被描绘为会聚透镜，但聚焦设备160可选自具有等效功能的任何合适的光学设备，即，可将入射太阳辐射引导通过聚焦间隙190的光学设备。例如，在这方面，替代的设备包括会聚反射镜、或诸如槽的太阳能收集器。板反射器180设置在光伏板170的表面上并且朝向量子点容器中的至少一个（这里为第一量子点容器10a或第二量子点容器10b）反射入射太阳辐射。注意，为了清楚起见，图3B中仅示出板反射器180的每一侧面上的两个射线路径。根据图3B所示的示例中的板反射器180的几何形状构造可容易确定入射在板反射器180上的光线将被朝向量子点容器10a、10b中的一个反射。
在图3B中，作为非限制示例，聚焦设备160被示为相对于聚焦间隙190布置的会聚透镜，使得表示入射辐射光路155的最窄宽度的聚焦设备160的焦点157设置在聚焦间隙190自身内。同样，在一些实施例中，聚焦间隙190的宽度可故意地选择为等于或约等于聚焦设备160的焦点157的宽度。然而，将焦点157的位置保持在聚焦间隙190中的固定位置处可能需要诸如上述的单轴跟踪或双轴跟踪的附加的装置。然而，图3B中所示的构造通常可降低或消除对双轴跟踪的需要，假如聚焦间隙190足够宽以允许入射太阳辐射在全年的所有月份穿过聚焦间隙190，而不会令人无法接受地降低到达板反射器180的光的强度。
板反射器180将入射太阳辐射朝向量子点容器10a、10b中的至少一个反射。板反射器180可反射所有波长或仅反射所选择的波长。同样，例如，板反射器180可以为银镜、磨光或经打磨的金属、或经涂饰的表面（诸如白色涂饰的表面）。例如，在一组实施例中，板反射器180为诸如铝、不锈钢、或银的磨光或经打磨的金属。在一些实施例中，板反射器180的轮廓被选择成使得通过聚焦间隙190返回的入射太阳辐射的任何部分的向上反射最小或完全避免。
当入射太阳辐射进入量子点容器10a、10b并且接触其中的量子点时，经红移的光156从量子点在包括向上和远离光伏板170的所有方向上发射。在图3B的第一量子点容器10a和第二量子点容器10b中示出了这种效果，其中光线在参考点61处与量子点悬浮物相交。因此，每个光伏太阳红移模块150中和参照图2在整体阵列101中的量子点容器10a、10b中的每一个包括捕获反射器80a、80b，捕获反射器80a、80b朝向光伏板170反射所述经红移的光156的至少一部分。具体而言，捕获反射器80a、80b将向上发射的经红移的光156的一部分远离光伏板170反射。在没有捕获反射器80a、80b的情况下，用于涉及光伏太阳红移系统100的能量利用应用的最满足需要的波长的一些经红移的光156可能会丢失而对该系统无益处。
例如，捕获反射器可以为量子点容器10a、10b的第二板30a、30b的任何表面上的涂层，或作为其他示例，可以是以防止经红移的光156逃逸的方式接触第二板30a、30b的朝向太阳的表面的反射物体。此外，捕获反射器80a、80b可反射经红移的光156的波长但能透射光的其他波长。因此，捕获反射器80a、80b不仅确保通过由量子点的发射产生最满足需要的波长的经红移的光156，而且确保使由于向上反射引起的经红移的光156的损失最小或完全防止其损失。
已通过示例性参照利用光伏板170作为收集目标的光伏太阳红移系统具体描述太阳红移系统的间隙到反射器构造的各个实施例，现将描述具有间隙到容器构造的另外的太阳红移系统。具有间隙到反射器构造的太阳红移模块（例如光合作用增强的太阳红移模块）的说明性实施例在图5中提供并且在以下将被描述作为图4的光合作用增强的太阳红移系统200的部件。间隙到容器构造一般被设置成使得聚焦设备160将沿着入射辐射光路155的入射太阳辐射通过聚焦间隙290直接聚焦到量子点容器10上，其中入射太阳辐射也在与收集目标（例如，第一生长容器270a或第二生长容器270b）交会之前被红移。而在间隙到反射器结构中，聚焦间隙190（图3B）被限定在两个量子点容器10a、10b（图3B）之间，在间隙到容器构造中，聚焦间隙290被限定在两个单独的收集目标（例如，第一生长容器270a和第二生长容器270b）之间。应当理解，图4的光合作用增强的太阳红移系统200仅为包括具有间隙到容器构造的太阳红移模块的系统的一个实施例，并且在其他实施例中，可通过用光伏板代替生长容器270a、270b作为收集目标而将间隙到容器构造用于光伏太阳红移系统。
参照图4，光合作用增强的太阳红移系统200的实施例被提供作为具有间隙到容器构造的太阳红移系统的示例。类似于光伏太阳红移系统100（参见图2），光合作用增强的太阳红移系统200包括整体阵列201。整体阵列201可由限定为光合作用增强的太阳红移模块的重复单元构成。图4示出了四个光合作用增强的太阳红移模块250a、250b、250c、250d。虽然为了清楚起见，图4所示的整体阵列201仅包括四个光合作用增强的太阳红移模块250a、250b、250c、250d，但应当理解，整体阵列201可包括任何所需数量的光合作用增强的太阳红移模块，例如，高达数百万个，从2至100,000、从5至50,000、或从10至10,000个光伏太阳红移模块。同样，应当理解，图4中的整体阵列201在截面中被有效地显示为一维阵列，并且在实际上，整体阵列201可在二维中延伸进入或延伸出图4的平面，以从落在大表面面积（例如，陆地）上的入射太阳辐射采集能量。整体阵列201可以为开放系统或可以为诸如封闭的生物反应器（未示出）的较大装置的部件。
光合作用增强的太阳红移系统200可任选地包括容纳光合作用增强的太阳红移模块250a、250b、250c、250d的一些或全部部件的系统壁205。例如，可提供系统壁205以防止灰尘或其他污染物不利地影响通过光合作用增强的太阳红移模块250a、250b、250c、250d的各个部件的光传输。当存在时，系统壁205还可充当反射器以防止杂散光从封闭在系统壁205中的光合作用增强的太阳红移系统200的一部分逃逸。
光合作用增强的太阳红移模块250a、250b、250c、250d中的每一个包括量子点容器10；各自的聚焦设备160a、160b、160c、160d；第一生长容器270a、以及第二生长容器270b。虽然图4显示光合作用增强的太阳红移系统200中的量子点容器10为单个、连续的量子点容器，但应当理解，另外的构造也是可能的，其中光合作用增强的太阳红移模块250a、250b、250c、250d中的每一个可包括未物理连接至另一模块的量子点容器的单独的量子点容器。同样地，虽然在图4中与光合作用增强的太阳红移模块250a、250b、250c、250d中的每一个分别对应的各个聚焦设备160a、160b、160c、160d被描述为会聚透镜的整体阵列的一部分，但该构造将被理解为说明而非限制的示例。应当理解，许多附加的光学构造和设备也是可能的。例如，作为会聚透镜的整体阵列的替代方案，可使用单独的单个透镜。此外，可使用能够引导入射太阳辐射的光线的其他光学设备，例如，诸如适当设计的反射镜或太阳能收集器（例如，太阳能槽）。
本领域技术人员应当理解，入射太阳辐射相对于对应于光合作用增强的太阳红移模块250a、250b、250c、250d的中每一个的各个聚焦设备160a、160b、160c、160d的方向的变化将在全天中以及也在全年中发生。全天中的变化由太阳在天空中从东向西的运动产生并且通常可通过方位角单轴跟踪来解决。全年中的变化由地球的旋转轴相对于地球的轨道的平面的23.5°角度产生并且通过可通过仰角单轴跟踪来解决。可能需要双轴跟踪来解决入射太阳辐射的角度的日变化和年变化两者。
虽然图4中未示出用于单轴跟踪或双轴跟踪的机构，可完全构想光合作用增强的太阳红移系统200还可包括这种机构。在一个示例性实施例中，可包括合适的机构在全年中扩大光伏太阳红移模块250的聚焦间隙290，从而降低或消除对大型双轴跟踪机构的任何需要，诸如可能需要在全年中不断调节整个光合作用增强的太阳红移系统200的倾角的大型双轴跟踪机构的需要。在此类实施例中，更宽的聚焦间隙290可允许入射太阳辐射以更陡峭的角度（例如，相比于夏季的冬季）到达聚焦设备160处并在全年中通过聚焦间隙290继续聚焦，而不需要另外调节整个光合作用增强的太阳红移系统200的倾角。然后，该间隙变宽原理可与在全天中调节光合作用增强的太阳红移系统200的方位角单轴跟踪机构结合使用，使得光合作用增强的太阳红移系统200仅通过单轴跟踪系统的总体基础设施提供双轴跟踪的优点。然而，应当注意，由于经反射或者经红移的光通过聚焦间隙290逃回而不照射量子点容器60或生长容器270a、270b的提高的能力，以这种方式使聚焦间隙290变宽还可导致增加的损失。
现将参照图5描述与整体阵列201隔离的光合作用增强的太阳红移模块250，在图4中示出整体阵列101以显示具体细节。光合作用增强的太阳红移模块250包括量子点容器10、聚焦设备160、第一生长容器270a、以及第二生长容器270b。第一生长容器270a和第二生长容器270b沿着入射辐射光路155置于聚焦设备160和量子点容器10之间。
第一生长容器270a和第二生长容器270b可以是封闭容器或诸如管或管道的导管（在截面中显示）、由适合于在其中生长光合作用生物体的材料制成。如本文所使用的术语“光合作用生物体”指的是其中光合作用作为用于维持生物体或用于使生物体或其细胞生长和/或再生的代谢途径的一部分而发生。光合作用生物体的示例包括但不限于植物、藻类、以及诸如蓝藻细菌的光合作用细菌。与“死的光合作用生物体”相反，“活的光合作用生物体”为当生物体暴露至光时其中继续发生光合作用的任何光合作用生物体。
在一些实施例中，活的生物体可以为具有用于产生生物量的用途的生物体，其中生物量可作为燃料源燃烧。在一些实施例中，活的光合作用生物体可以为在其主体内包含化合物或从其主体分泌化合物的生物体，例如，化合物可被用作燃料或用于合成生物衍生化学品或商品的各种原料的源。作为非限制示例，一个高度合适的活的光合作用生物体为藻类。例如，当用于包围液体介质（例如，营养丰富的藻类生长介质）中的生长藻类时，第一生长容器270a和第二生长容器270b的合适的材料为玻璃、丙烯酸、和各种聚合物。在一些实施例中，此类材料能高度透射最有利于通过藻类的光合作用的光的波长。
可用作光合作用增强的太阳红移模块250中的活的光合作用生物体的藻类包括，但不限于，绿藻（绿藻类），轮藻（轮藻纲植物和脆草（Brittleworts）），裸藻（眼虫藻），金藻（金褐色和黄绿色的藻类和硅藻类），褐藻（褐藻类），红藻（红藻类），蓝藻（蓝绿藻，等同于蓝绿细菌或蓝藻细菌），以及甲藻门（鞭毛藻类）。例如，在一组实施例中，光合作用增强的太阳红移模块250中的活的光合作用生物体包括诸如物种集胞藻的蓝藻细菌。大多数藻类为光合自养生物。作为光合作用增强的太阳红移模块250中的藻类的用途的示例，已知大多数干藻类群、湿藻类群体、或藻类代谢产物可用于提供可用作用于生物衍生分子或生物衍生燃料的原料的某些等级的脂类、包括多糖的糖类物质和硫酸化材料（纤维素、半纤维素、果胶、海藻酸、角叉菜胶、琼脂糖、紫菜聚糖、红藻胶、海萝聚糖、淀粉、单糖等）、糖蛋白以及各种各样的光合色素（叶绿素、虾青素等）。
可用于光合作用增强的太阳红移模块250的其他合适物种的藻类包括，但不限于：星形藻（Actinastnim）;星形绿藻(Actinochloris);鱼腥藻属（Anabaena）;纤维藻属（Ankistrodesnnis）;虚幻球藻属（Apatococcus）;Asterarcys藻属(Asterarcys);Auzenochlorella藻属(Auzenochlorella);硅藻属（Bacilliarophy）;拟气球藻属（Botrydiopsis）;葡萄藻属（Botryococcus）;丛粒藻属（Bracteacoccus）;Biimilleriopsis藻属（Biimilleriopsis）;胶毛藻属（Chaetophora）；Chantransia藻属（Chantransia）;Charachtm藻属（Charachtm），衣藻属（Chlamydomonas），小球藻属（Chlorella），Chlorideilcr藻属（Chlorideilcr），绿囊藻属（Chlorobotrys）;绿球藻属（Chlorococcum）;绿叠球藻属（Chlorokybus）;Chloroliimula藻属（Chloroliimula）;Chlormonas藻属（Chlormonas）;绿藻纲（Chlorophyceae）;拟绿囊藻（Chlorosarcinopsis）;绿四角藻（Chlorotetraedron）;Chloricystis藻属（Chloricystis）;胶球藻属（Coccomyxa）;Coelasirella藻属（Coelasirella）;Coelastropsis藻属（Coelastropsis）;空星藻属（Coelastrum）;Coenochloris藻属（Coenochloris）;鞘毛藻属（Coleochaete）;鼓藻属（Cosmarium）;十字藻属（Crucigenia）;Crucigeniella藻属（Crucigeniella）;链带藻属（Desmodesmus）;Diadesmis藻属（Diadesmis）;Dictyococciis藻属（Dictyococciis）;Dictyosphaenum藻属（Dictyosphaenum）;Dipfosphaera藻属（Dipfosphaera）;Dunaliella藻属（Dunaliella）;椭圆藻属（Ellipsoidion）;Enallax藻属（Enallax）;Ettlia藻属（Ettlia）;裸藻属（Euglena）;Fortiea藻属（Fortiea）;双胞藻属（Geminella）;盘藻属（Gonium）;Graesiella藻属（Graesiella）;红球藻属（Haematococcus）;异球藻属（Heterococcus）;Interfilum藻属（Interfilum），等鞭金藻（Isochrysis），尾球藻属（Kentrosphaera）;Keratococcus藻属（Keratococcus）;Klebsormidium藻属（Klebsormidium）;Koliella藻属（Koliella）;拉氏藻属（Lagerheimia）;匍扇藻（Lobosphaera）;Macrochloris藻属（Macrochloris）;小丛藻属（Microthamnion）;蒜头藻属（Monodus）;单针藻属（Monoraphidium）;转板藻属（Mougeotia）;Muriella藻属（Muriella）;Mychonastes藻属（Mychonastes）;蚁形藻（Myrmecia）;Nannochlolis藻属（Nannochlolis），微拟球藻（Nannochloropsis）;类球藻属（Nautococcus），舟形藻属（Navicular），Navioua藻属（Navioua）;新绿藻属（Neochloris）;新链藻属（Neodesmus）;Neospongiococcum藻属（Neospongiococcum）;肾壁藻属（Nephrochlamys）;卵囊藻（Oocystis）;肾卵藻属（Oonephris）;木灵藓属（Orthotrichum），盘星藻属（Pediastrum），褐指藻属（Phaeodactylum）;黑孢藻属（Pithophora）;Pleurastrum藻属（Pleurastrum），颗石藻（Pleurochrysis），紫球藻（Porphyridium），Possonia藻属（Possonia）;Prasiolopsis藻属（Prasiolopsis）;原管藻（Protosiphon）;定鞭金藻属（Prymnesium），伪椭圆藻（Pseudollipsoidion）;拟内枝藻（Pseudendoclonium）;伪小桩藻（Pseudocharaciopsis）;伪胶球藻（Pseudococcomyxa）;伪内枝藻（Pseudoendoclonium）;Raphidocelis藻属（Raphidocelis）;针丝藻属（Raphidonema）;Rhexinema藻属（Rhexinema）;Rhopalocystis藻属（Rhopalocystis），栅藻属（Scenedesmus）;Schroederiella藻属（Schroederiella）;螺翼藻属（Scotiella）;Scotiellopsis藻属（Scotiellopsis），月芽藻（Selenastrum），球囊藻（Sphaerocystis），水绵藻属（Spirogyra），螺旋藻属（Spirulina），Spongiochloris藻属（Spongiochloris）;裂丝藻属（Stichococcus）;毛枝藻属（Stigeoclonium）;Synechoccus藻属（Synechoccus）;集胞藻属（Synechocystissp.）;四链藻属（Tetradesmus），四角藻属（Tetrahedron）;四鞭藻属（Tetraselmis）;四星藻属（Tetrastrum）；黄丝藻属（Tribonema）;Vischeria藻属（Vischeria）;Willea藻属（Willea）;Xanthonema藻属（Xanthonema）;和双星藻属（Zygnema）。这些物种已知用于产生或分泌各种脂类，各种脂类然后可用作有用生物衍生物质的前体。
活的光合作用生物体具有至少一个增加光合响应的波长。类似于上述光伏材料，包括以上列出的藻类的物种中的活的光合作用生物体中的光合作用根据为光合作用提供能量的光的波长而以变化的速度和/或强度而进行。因此，术语活的光合作用生物体在特定波长处的“光合响应”定性地指的是由于具有照射生物体的特定波长的光所发生的光合作用的强度。光合响应可通过已知的技术确定，诸如通过监测从生物体的某些代谢物的输出或通过监测通过生物体制氧的体积和速度。给定活的光合作用生物体对于其比对其他的光的波长更敏感（即，具有增加速度的光合作用）的光的波长在本文中被限定为活的光合作用生物体本身固有的性质，即，限定为活的光合作用生物体的“增加光合响应的波长”。因此，术语“具有至少一个增加光合响应的波长的光合作用材料”相当于说明活的光合作用生物体对一个特定波长（即，增加光合响应的波长）比它对其他波长更好地响应。术语“具有至少一个增强光合响应的波长的光合作用材料”可与“具有至少一个增加光合响应的波长的光合作用材料”互换使用。
在光合作用增强的太阳红移系统200中，就材料和量子点尺寸而言，量子点被选择成发射经红移的光，该经红移的光具有尽可能接近用于特定藻类的增加光合响应的可行波长的波长。在不旨受理论限制的情况下，认为光合作用不特别利用朝向可见光中心的波长，使得将这些波长朝向更有价值的波长红移会提高光合作用生长效率。作为非限制示例，这种移动的一个可能的目标波长为680nm（红色），该波长对光合作用尤其有价值。由于绿光通常被反射以及蓝光虽然不完全被反射，但具有更高能量，并因此倾向于产生比红光和绿光更多的热量，因此红光至少对于绿色植物和绿藻而言比绿光和蓝光更有价值。
不论存在于光合作用增强的太阳红移模块250中的活的生物体的类型是什么，活的光合作用生物体固有地具有至少一个增加光合响应的波长。同样地，活的光合作用生物体还可具有最佳光合响应的波长。
在数量上，增加光合响应的波长可进一步限定为导致来自活的光合生物体的光合响应比通过将生物体暴露至可见光谱（从大约380nm至大约750nm）中的每个波长的单色光获得的最低光合响应更高（在一些实施例中至少高10%、在一些实施例中至少高25%、或在一些实施例中至少高50%）的入射光的任何波长。
如本文所使用的，最佳光合响应的波长被限定为在导致来自活的光合生物体的最高光合响应的可见光谱中的入射光的波长。
生长容器270a、270b可具有任何合适的形状、尺寸、和壁厚度，并且在一些实施例中，至少对在生长容器270a、270b中生长的活的光合生物体的增加光合响应的波长透明。而且，在一些实施例中，生长容器270a、270b可被选择成使得向下定向（即，朝向量子点容器10）的表面区域最小。因此，通常在生长容器270a、270b的图形中呈现的胚珠形状是仅说明性的而非限制，并且胚珠形状可代替可能不允许经红移的光156有效地进入容器的圆形形状。
第一生长容器270a和第二生长容器270b被配置在量子点容器10和聚焦设备160之间，使得聚焦间隙290被限定在第一生长容器270a和第二生长容器270b之间。具体而言，考虑到第一生长容器270a和第二生长容器270b的各自的几何形状，聚焦间隙290的尺寸是由第一生长容器270a和第二生长容器270b之间的最短距离限定的。
仍参照图5，聚焦设备160为沿着入射辐射光路155（参见从聚焦设备160上直到射线进入量子点容器10的整个射线迹线）引导入射太阳辐射通过聚焦间隙290并到第一板20上的光学装置。然后入射太阳辐射进入量子点容器的密封腔60并照射其中的量子点。虽然聚焦设备160在图5中被描绘为会聚透镜，但聚焦设备160可选自具有等效功能的其他合适的光学设备，即，可将入射太阳辐射引导通过聚焦间隙290的光学设备。例如，在这方面，替代的设备包括会聚反射镜、或诸如槽之类的太阳能收集器。
在图5中，作为非限制示例，聚焦设备160可以是相对于聚焦间隙290布置的会聚透镜，使得表示入射辐射光路155的最窄宽度的聚焦设备160的焦点位于在聚焦间隙290自身内。同样，在一些实施例中，聚焦间隙290的宽度可故意地选择为等于或约等于聚焦设备160的焦点的宽度。然而，将焦点的位置保持在聚焦间隙290中的固定位置处可能需要诸如上述的单轴跟踪或双轴跟踪的附加的装置。然而，图5中所示的构造通常可降低或消除对双轴跟踪的需要，假如聚焦间隙290足够宽以允许入射太阳辐射在全年的所有月份穿过聚焦间隙290，而不会令人无法接受地降低到达量子点容器10的光的强度。
光合作用增强的太阳红移模块250中的量子点容器10可包括限定在第一板20和第二板30之间的密封腔60。如以上参照图1A和1B所描述的但在图5中未示出的，第一板20和第二板30可以是气密密封，图5描绘了在未示出的另外的光合作用增强的太阳红移模块之间共享的连续量子点容器。在量子点容器10中，量子点悬浮物设置在密封腔60中。量子点悬浮物包括悬浮在悬浮介质中的量子点。量子点由量子点材料形成并且具有量子点尺寸，其中当量子点被入射太阳辐射辐照时，量子点发射具有增加光合响应的波长的经红移的光156。同样，在量子点的发射波长和生长容器270a、270b中的活的光合生物体的增加光合响应的波长之间存在协同效应。以上参照图1A和1B的量子点容器10描述了合适的量子点材料、量子点尺寸、以及悬浮介质。
当沿着入射辐射光路155透射的入射太阳辐射进入量子点容器10并接触其中的量子点时，从量子点在包括向下（仅相对于图5中的取向）和远离生长容器270a、270b的所有方向中发射经红移的光156。因此，在每个光合作用增强的太阳红移模块250中和参照图4的整体阵列201中的量子点容器10包括捕获反射器80，捕获反射器80将经红移的光156的至少一部分朝向生长容器270a、270b反射。具体而言，捕获反射器80将向下发射的经红移的光156的一部分远离生长容器270a、270b反射。在没有捕获反射器80的情况下，用于涉及光合作用增强的太阳红移系统200的能量利用应用的最满足需要的波长的一些经红移的光156可能会丢失而不益于活的光合生物体的生长。
例如，捕获反射器80可以为在量子点容器10的第二板30的任何表面上的部分反射的涂层，或作为其他示例，接触与生长容器270a、270b相对的量子点容器10的第二板30的表面以防止经红移的光156通过第二板30在远离生长容器270a、270b的方向上逃逸的反射物体。此外，捕获反射器80可反射经红移的光156的波长。例如，如果增加光合响应的波长为680nm（红色），则捕获反射器80可以是第二板30的表面上的红色涂料层。
在一些实施例中，捕获反射器能高度透射具有对活的光合生物体的生长没有帮助或甚至有害的波长的不合需要的光256。不合需要的光256可以为红外光。在一些实施例中，捕获反射器80透射具有从700nm到1mm的波长的所有红外光的50%；在一些实施例中捕获反射器80透射具有从700nm到1mm的波长的所有红外光的75%；在一些实施例中，捕获反射器80透射具有从700nm到1mm的波长的所有红外光的90%；或在一些实施例中，捕获反射器80透射具有从700nm到1mm的波长的所有红外光的甚至100%。
因为增加光合响应的波长通常比700nm到1mm的红外光短，因此与入射太阳辐射中红外辐射的优势程度相比，从量子点容器10中发出的光中的红外辐射的优势程度不受影响。这是因为量子点仅红移具有比量子点的发射波长能量高（更短波长）的光子。量子点的发射波长被选择成与活的光合生物体的增加光合响应的波长匹配。由于红外辐射具有比量子点的发射波长长的波长，因此，从量子点容器10发射的光通量中的经红移的光可包括大量的未转化的红外辐射，即，未被量子点红移的辐射。如果该红外光朝向生长容器270a、270b反射，则可导致活的光合生物体的过热，从而导致生物体的低效率的生长或甚至生物体的死亡。因此，在一些实施例中，捕获反射器80既反射经红移的光156也透射作为不合需要的光256的红外光。因此，在一些实施例中，光合作用增强的太阳红移模块250提供：（1）通过由量子点发射产生最满足需要的波长的经红移的光156；（2）使由于在远离生长容器270a、270b的方向中透射引起的经红移的光156的损失最小或完全防止损失；以及（3）使活的光合生物体与入射太阳辐射中存在的大多数或所有不合需要的光256隔离。
光伏太阳红移模块和光合作用增强的太阳红移模块已被描述为具有间隙到反射器构造或间隙到容器构造的太阳红移系统的部件和太阳红移模块的非限制示例。在另外的实施例中，将参照图6-11的平行板太阳红移系统的示例性实施例描述具有平行板构造的太阳红移模块。正如具有采用间隙到反射器构造或间隙到容器构造的模块的太阳红移系统可能为可改动的，平行板太阳红移系统可被改动以包括光伏材料、在生长容器中的光合生物体、或以上两者、以及用于捕获来自诸如入射太阳辐射之类的光源的能量的收集目标。
参照图6的示例性实施例，平行板太阳红移系统300可包括太阳红移模块310a、310b、310c的平行板构造301和至少一个聚焦设备340。应当首先了解，为了清楚的目的，图6的平行板太阳红移系统300被示为仅包含三个太阳红移模块310a、310b、310c。然而，在实际中，根据以下将描述的实施例的平行板太阳红移系统可包含任何数量的太阳红移模块，诸如1、2、5、10、50、100、500、1000、10,000、或甚至超过10,000个太阳红移模块。
如在平行板太阳红移系统300的情况下所使用的术语“平行板构造”意指平行板太阳红移系统300的功能部件被配置为一系列的平行板，其中单个太阳红移模块的平行板作为整体平行于相邻的太阳红移模块的其他平行板。如本文中相对于平行板所使用的术语“板”通常表示具有一个尺寸显著小于其他两个尺寸中的至少一个（在其他实施例中，其他两个尺寸中的两者）的三维结构。关于任何一个平行板的尺寸，如本文所使用的，板的“长度”指的是从平行板太阳红移系统300的操作期间正对聚焦设备340的板的边缘到与聚焦设备340相对的板的边缘测得的尺寸；板的“宽度”或“厚度”是垂直于板的长度从正对相邻板的板的边缘到正对另一相邻板的板的相对边缘测得的。
在图6的平行板太阳红移系统300中，例如，在标记为x的维度的方向中的平行板的宽度可显著小于标记为y的维度的方向中的长度，并且还可显著小于进入图形的平面中的深度但是从图形本身来看并不明显。在一些非限制实施例中，板可以是长方体或其中限定腔的长方体。不管怎样，应当理解，板不一定是长方体并且仅需要服从于平行板构造中的布置。然而，在一些实施例中，组件宽度x相对于板长度y优化。在一些实施例中，板长度y与组件宽度x之比y/x可被选择成使得y/x为从大约5:1到大约20:1，诸如从大约5:1到大约15:1、从大约8:1到大约12:1、或大约10：1。在这种情况下，“大约”可被认为包含从规定的数字±10%的范围（例如，“大约10:1”可被认为从9:1到11:1）。
最佳比y/x可产生沿着它们各自的整个长度引导至收集目标330a、330b、330c的满足需要的强度的经红移的光。如这里所使用的术语“满足需要的强度”表示小于太阳的整体强度的强度并且有助于所选择的使用平行板太阳红移系统300的能量利用应用。例如，某些类型的光合生物体可在作为充足日照的大约10%强度的最大强度的经红移的光下茁壮成长。通过适当地选择x和y，可实现满足需要的强度。在一些实施例中，无论收集目标330a、330b、330c是光伏板还是包含活的光合生物体的生长容器，基本均匀的强度足以从收集目标330a、330b、330c的整个长度产生能量。
在平行板太阳红移系统300中的太阳红移模块310a、310b、310c的每一个可包括至少一个太阳辐射转换组件320a、320b、320c、320d、320e、320f和收集目标330a、330b、330c。在图6的实施例中，每个太阳红移模块310a、310b、310c包括两个相对的太阳辐射转换组件。例如，太阳红移模块310a包含第一太阳辐射转换组件320a和与第一太阳辐射转换组件320a相对的第二太阳辐射转换组件320b，使得两个太阳辐射转换组件320a、320b包围单个收集目标330a。即使这样，应当理解，太阳红移模块310a即使没有第一太阳辐射转换组件320a或第二太阳辐射转换组件320b仍可起作用。
现将参照图6-10描述全部作为太阳红移模块310a自身的组件的收集目标330a和太阳辐射转换组件320a、320b的各个部件。应当理解，太阳辐射转换组件320a、320b的描述同样应用于平行板太阳红移系统300的其他太阳红移模块中的太阳辐射转换组件。
具体参照图7，太阳红移模块310a包括收集目标330a和太阳辐射转换组件320a、320b。应当理解图7以分解图的形式给出，并且形成收集目标330a和太阳辐射转换组件320a、320b的部件的平行板中的每一个可接触或它们之间可具有一定距离。在一些实施例中，平行板中的每一个可接触相邻的板。在其他实施例中，一些平行板之间具有间隔。在又一其他实施例中，一些平行板接触而其他平行板不接触。在至少一些平行板不接触相邻的板的实施例中，平行板太阳红移系统300的热管理作为整体可比受益于所有平行板接触的节省空间重要。应当认识到，图6-10旨在仅被认为是示意图。因此，除非本文中另有说明，图6-10不旨在将平行板太阳红移系统300的实施例限制于平行于图6中的组件宽度x的维度中的平行板的任何绝对厚度，或限于平行板对于任何其他平行板中的任何一个的任何相对厚度。虽然本文中的说明性实施例提供了示例性厚度和相对厚度，应理解可根据所需应用以及根据量子点和收集目标的选择来最优化这种厚度和相对厚度。
在一些实施例中，收集目标330a为包含活的光合生物体的生长容器。生长容器可包括用于维持活的光合生物体的生长介质。活的光合生物体可具有增加光合响应的波长。在此类实施例中，生长容器可以为能够包含在平行板构造中的任何封闭容器。例如，生长容器可由适用于在其中生长光合生物体的任何材料（诸如玻璃或丙烯酸类）构成。活的光合生物体和生长介质可以是以上参照光合作用增强的太阳红移系统200（图4）的实施例描述的光合生物体或生长介质。在这方面，已关于光合作用增强的太阳红移系统200全面描述了增加光合响应的波长的概念并且该概念可相同地应用于平行板太阳红移系统300。虽然在非限制的说明性实施例中，在平行板太阳红移系统300中，生长容器可具有从大约1mm到大约10mm的厚度，生长容器的厚度根据应用可以小于1mm或大于10mm。诸如在平行板太阳红移系统300中的平行板构造中的生长容器的厚度的限制可限于生长容器的中心的活的光合生物体（例如，藻类）可被更接近最靠近照明源的生长容器的侧面的其他生物体遮住的程度。而且，遮光效果可通过生长容器中的湍流在一定程度上克服。
在其他实施例中，收集目标330a可以是包括具有增加灵敏度的波长的光伏材料的光伏板。例如，光伏板可由光伏材料形成或由合适的基底（例如，金属、硅、陶瓷、或塑料）形成，光伏板涂覆有光伏材料或另外地具有设置在其上的光伏材料的层。设置在光伏板上的光伏材料的层可以是连续层或可以是以使电能能够从光伏板被有效地采集的方式图案化的层。光伏材料可以是以上参照光伏太阳红移系统100（图2）的实施例描述的光伏材料中的任何一个。在这方面，已关于光伏太阳红移系统100全面描述了增加灵敏度的波长的概念并且该概念可相同地应用于平行板太阳红移系统300。光伏板可另外包括适合于利用在平行板太阳红移系统300的操作期间通过光伏板产生的电能的电连接（未示出）。
对于作为整体的平行板太阳红移系统300（图6），在一些实施例中，收集目标330a、330b、330c中的每一个为生长容器或收集目标330a、330b、330c中的每一个为光伏板。在平行板太阳红移系统300的其他实施例中，一些收集目标（例如，330a和330c）可以为生长容器，而其他收集目标（例如，330b）可以为光伏板。
参照图7，在太阳红移模块310a中，至少一个太阳辐射转换组件320a（和/或320b）包括波导350、红外辐射吸收器370、以及置于波导350和红外辐射吸收器370之间的量子点容器10。
以上已针对光伏太阳红移系统100（图2）和光合作用增强的太阳红移系统200（图3）的实施例详细描述了量子点容器10。在平行板太阳红移系统300中，量子点容器10被配置为适合于固定到平行板构造中的板。量子点容器10可包括密封腔，该密封腔包含包括量子点的量子点悬浮物。虽然在图7中不明显，但量子点容器10可包括图1B中的量子点容器10的特征，诸如限定在第一板20和第二板30之间的密封腔60，以及可任选地可限定在在第一和第二板之间的密封边缘40和隔离结构50。量子点可被选择成使得它们在被入射太阳辐射照射时发射具有收集目标330a的目标波长（例如，适合于与量子点容器10相关联的转换目标的增加光合响应的波长或增加灵敏度的波长）的经红移的光。关于平行板太阳红移系统300的这些概念与当它们涉及光伏太阳红移系统100（图2）和光合作用增强的太阳红移系统200（图3）时的各个概念相同。
量子点容器10还可包括捕获反射器80，该捕获反射器80朝向收集目标330a反射经红移的光，但在远离收集目标330a的方向上透射来自入射太阳辐射的所有或至少一部分红外光。具体而言，捕获反射器80可反射在远离收集目标330a的方向上发射的经红移的光的一部分。在没有捕获反射器80的情况下，用于涉及平行板太阳红移系统300的能量利用应用的最满足需要的波长的一些经红移的光可能会丢失而对该系统无益。在一些实施例中，捕获反射器可以是离收集目标330a最远的量子点容器10的表面上的涂覆层。例如，涂覆层可以为具有所需反射率和透射特性的涂料。在一些实施例中，捕获反射器80可反射经红移的光的波长但能透射光的其他波长。因此，捕获反射器80不仅可确保有效利用由来自量子点容器10中的量子点的发射产生的最满足需要的波长的经红移的光，而且可确保使由于远离收集目标330a的反射引起的经红移的光的损失最小或完全防止损失。
在非限制的说明性实施例中，量子点容器10可具有从大约300μm到大约1.5mm的厚度。例如，该厚度可包括封装包含量子点的悬浮物的密封腔60（图1B）的诸如玻璃的两片封装材料（参见图1B，例如，第一板20和第二板30）的厚度。因此，在说明性实施例中，封装材料的片材各自可以为从大约100μm到大约700μm厚，以及包含量子点的密封腔可以为大约100μm厚。应当理解，生长容器的说明性厚度不意味着限制，并且生长容器可具有小于300μm或显著大于1.5mm的厚度。如上所述，在图6-10中示意性地显示并且未按比例绘制量子点容器10的厚度。
再次参照图7，至少一个太阳辐射转换组件320a（和/或320b）的红外辐射吸收器370可以为通常通过将红外辐射转换成热量来吸收红外辐射的任何材料。在一些实施例中，红外辐射吸收器370与量子点容器10或任何其他相邻的平行板物理隔离，以能够去除热量。在一些实施例中，可通过简单地允许空气通过红外辐射吸收器370和相邻的平行板之间的间隔循环而有效地去除该热量。在其他实施例中，可构想用于插入在红外辐射吸收器370和相邻平行板之间的附加的结构，诸如冷却剂板（未示出）或冷却回路（未示出），诸如水之类的冷却剂介质可通过其中循环。在一些实施例中，每个太阳辐射转换组件320a、320b具有一个唯一的红外辐射吸收器370，该红外辐射吸收器370不被任何相邻的太阳辐射转换组件共享。在未示出的其他实施例中，相邻太阳红移模块的太阳辐射转换组件可共享共有的红外辐射吸收器370。
在一些实施例中，至少一个太阳辐射转换组件320a（和/或320b）的红外辐射吸收器370可以为包括诸如上述用作收集目标330a、尤其是能够将红外光转换成电能的光伏材料的光伏板。在此类实施例中，即使收集目标330a为生长容器，红外辐射吸收器370也可以为光伏板。因此，不仅可通过收集目标330a，还可通过红外辐射吸收器370尤其是通过可能已转换成热量的红外辐射实现能量收集的益处。
一般而言，红外辐射吸收器370的厚度可根据平行板太阳红移系统300的应用而改变。在一些实施例中，如果红外辐射吸收器370足够厚（例如1cm到10cm）以在白天期间吸收大量热量并然后在较凉爽的夜间期间辐射热量，则可能是有利的。尤其当收集器330a为包含在特定温度范围下最佳生长的活的光合生物体（例如，藻类）的生长容器时，红外辐射吸收器370以这种方式吸收和辐射热量的能力可有利地保持收集目标330a的温度的一致性。
至少一个太阳辐射转换组件320a（和/或320b）设置在平行板构造中使得至少一个太阳辐射转换组件320a（和/或320b）的波导350置于至少一个太阳辐射转换组件320a（和/或320b）的量子点容器10和收集目标330a之间。
根据一些实施例，至少一个太阳辐射转换组件320a（和/或320b）的波导350可以是透明或半透明的材料，经聚焦的太阳辐射520在通过波导350的面向太阳的边缘355进入后可通过全内反射传播。在这方面，用于波导350的合适的材料包括但不限于玻璃和基本透明的聚合物，例如丙烯酸类。在一些实施例中，波导350可对太阳光谱的基本所有波长透明。在其他实施例中，可通过诸如合适的染料对波导350着色，使得波导350对一些波长透明但吸收其他波长。一般而言，虽然在一些实施例中可能需要波导350在广泛的范围（例如，整个太阳光谱）上是透明的，但在一些实施例中，可能需要在可通过量子点容器10中的量子点红移的比目标波长（即，增加灵敏度的波长和/或增加光合响应的波长）短的波长（例如，小于大约700nm的波长）上透明的波导350。
现将参照图8-10描述波导350的附加特征。应当理解，图8-10的波导350的矩形形状仅给出作为说明性实施例，并且波导350的形状或比例两者都不应当被认为限制的。如图8的说明性实施例所示，波导350包括受阻表面360。受阻表面360可包括未阻断部分367并且可进一步包括跨越受阻表面360散布的散射特征365。
图9和10的示意图阐明作为太阳红移模块310的部件的受阻表面360和波导350的功能。一般而言，受阻表面360将波导350中的任何经引导的太阳辐射522（图10）朝向量子点容器10散射并且允许经红移的光540从量子点容器10穿过波导350朝向收集目标330。在平行板太阳红移系统300的操作期间，如以下将更详细描述的，入射太阳辐射510通过至少一个聚焦设备340聚焦。所得的经聚焦的太阳辐射520通过波导350的面向太阳的边缘355被引导至波导350中。
波导350内的太阳辐射的一个光线在图10中被显示为经引导的太阳辐射522。应当理解，经引导的太阳辐射522通过波导350以各种角度传播，该各种角度取决于经聚焦的太阳辐射520通过面向太阳的边缘355进入的角度。经引导的太阳辐射522的至少一部分可通过全内反射被捕获在波导350中，但是最后经引导的太阳辐射522将照射受阻表面360的散射特征365，其中经引导的太阳辐射522将不被全内反射反射。为了这个目的，散射特征365可设置在受阻表面360上以将经引导的太阳辐射522大致朝向量子点容器10散射。虽然为了清楚起见，在图10中仅示出经散射的太阳辐射530的一个射线，但应当理解，照射散射特征365的经引导的太阳辐射522通常可在多个方向中朝向量子点容器10散射。
图8中示出了波导350的受阻表面360的构造的非限制说明性实施例。在图8的示例性构造中，散射特征365被设置为点的图案，该点的图案具有相对于从波导350的面向太阳的边缘355的距离而渐增的尺寸。然而，即使在受阻表面360的最低区域处（即，距离面向太阳的边缘355最远），受阻表面360包括在散射特征365之间的未阻断部分367。
在一些实施例中，散射特征365可以是抑制波导350自身中的全内反射的任何结构和/或标记。例如，散射特征365可以是诸如不透明涂料的涂覆材料或可以是受阻表面360的经蚀刻部分。如果散射特征365为涂料点，在一个说明性实施例中，涂料点可由白色涂料形成，该白色涂料不固有地吸收从波导350内照射涂料点的经引导的太阳辐射522的任何部分。相对于从面向太阳的边缘355的距离而逐渐增大散射特征365的尺寸可使得从波导350的背面出来的经散射的太阳辐射530的强度在波导350的背面的整个表面区域上是基本均匀的。由于经引导的太阳辐射522在最接近波导350的面向太阳的边缘355可具有更高强度，以致更小、数量更少、或以上两者兼有的散射特征365可产生与远离面向太阳的边缘355的更大、更多数量、或两者兼有的散射特征365等效的经散射的太阳辐射530的强度，因此可产生均匀强度。在这方面，图8的散射特征365的构造可具有已知对用于在表面区域上提供均匀光输出的目的（诸如液晶显示器（LCD）的背光技术）有用的任何构造。
参照图8-10，当经散射的太阳辐射530到达包含量子点悬浮物的量子点容器10时，它与量子点（如图10中具体示出的量子点15）交会。如上所述，量子点15具有对于量子点15的材料和量子点15的尺寸唯一的发射波长，其中具有比发射波长高的能量（更短波长）的光子可被量子点吸收并且随后作为发射波长的光子重新发射。量子点15不吸收具有比量子点15的发射波长低的能量（更长波长）的光子。因此，如果经散射的太阳辐射530具有比量子点15的发射波长更高的能量（更短波长），则量子点15吸收经散射的太阳辐射530并发射具有发射波长的经红移的光540。相反，如果经散射的太阳辐射530具有比量子点15的发射波长更低的能量（更长波长），则量子点15不吸收或红移经散射的太阳辐射530。
如上所述，量子点容器10包括捕获反射器80，在一些实施例中，捕获反射器80反射满足需要的波长（例如，经红移的光540）并透射不合需要的波长（例如，红外光）。这在图10中示出，其中不合需要的光545穿过捕获反射器80并允许朝向红外辐射吸收器370传播，不合需要的光545可能与或可能不与量子点15交会但绝不会被量子点吸收。在红外辐射吸收器370处，不合需要的光545被吸收、和/或被转换成热量、和/或被从平行板太阳红移系统300去除。另一方面，经红移的光540朝向波导350往回反射、穿过波导350、并通过散射特征365之间的未阻断部分367中的波导350的受阻表面360发出。
从波导350的受阻表面360发出的经红移的光540继续前进以到达收集目标330，其中该经红移的光540可用于提高能源产生的效率。例如，在一些实施例中，当收集目标330为生长容器并且活的光合生物体具有接近或等于经红移的光540的波长的增加光合响应的波长时，经红移的光540可提高活的光合生物体的生长。在其他实施例中，当收集目标330为光伏板并且光伏材料具有接近或等于经红移的光540的波长的增加灵敏度的波长时，经红移的光540可使得光伏材料以提高的效率产生能量。
以上已描述与平行板太阳红移系统300的太阳红移模块310a、310b、310c有关的部件和一般原理，现将参照图6、7、11A和11B描述太阳红移模块310a、310b、310c与至少一个聚焦设备340的相互作用和用于能量利用的平行板太阳红移系统300的应用。
在平行板太阳红移系统300中，至少一个聚焦设备340将入射太阳辐射510（例如，从太阳500直接发射的辐射）聚焦到各自的太阳红移模块310a中的太阳辐射转换组件320a、320b的波导的面向太阳的边缘355。在图6和7的说明性实施例中，至少一个聚焦设备340是具有多个区域的菲涅耳透镜，每个区域将入射太阳辐射510聚焦到一个相应的波导350的面向太阳的边缘355上。在图6的平行板太阳红移系统300和图7的太阳红移模块310a的操作期间的一些取向中，图6和7中的太阳500在全天中移入或移出各自的图形的平面，而不是从左到右跨越各自的图形。应当理解，至少一个聚焦设备340不一定是这种菲涅耳透镜并且可使用任何合适的装置，例如，诸如会聚透镜的阵列。然而，在一些实施例中，基本上所有入射太阳辐射510可聚焦到波导350的面向太阳的边缘355上，有效地在其他板（例如，收集目标330a、330b、330c和量子点容器10）的面向太阳的边缘上留下阴影。
在一些实施例中，至少一个聚焦设备340可安装在平行板太阳红移系统300的外壳400上。聚焦设备可基本与底座支架460平行，其中平行板可固定在底座支架460中。外壳400可另外包括方位角聚焦调节机构410（在图6中示意性地示出），方位角聚焦调节机构410将至少一个聚焦设备340朝向或远离平行板移动。具体地，在图6的说明性实施例中，方位角聚焦调节机构410可改变至少一个聚焦设备340的焦距f以优化直接聚焦到波导350的面向太阳的边缘355上的入射太阳辐射510的量。在一些实施例中，波导350的面向太阳的边缘355被定向为使得波导350的横向边缘356（图8和9）从东向西走向。因此，在平行板太阳红移系统300的操作期间，随着太阳500在全天中通过天空从东到西移动，方位角聚焦调节机构410可用于通过简单地改变焦距f保持将入射太阳辐射510聚焦到波导350的面向太阳的边缘355。在这方面，方位角聚焦调节机构410与根据本文中的实施例的至少一个聚焦设备340结合可以是减轻对全天太阳跟踪的更复杂系统的需要的构造。在没有方位角聚焦调节机构410的情况下，例如，全天太阳跟踪可能需要旋转和/或倾斜平行板太阳红移系统300的整个平行板构造的机构或装置。
图11A和11B示意性地示出了在支撑结构450上处于操作位置的平行板太阳红移系统300。应当理解，图11A和11B的构造一起仅表示如何能够实现平行板太阳红移系统300的一个简化示例，并且多种其他构造也是可能的。在说明性实施例中，平行板太阳红移系统300可搁置在底座支架460上，底座支架460为支撑结构450的一部分。底座支架460可相对于地面倾斜并且可操控地连接至调节底座支架460的倾角的任何合适的仰角调节机构（未示出）。例如，底座支架460的倾角的调节可包括底座支架460围绕枢轴点465的移动。
在图11A的示意图中，底座支架460被设置成提供到外壳400的夏至倾角θ1。在图11B，底座支架460被设置成提供到外壳400的冬至倾角θ2。由于冬季太阳每天从东往西跨越天空的轨迹道在比夏季低的仰角处发生，因此夏至倾角θ1自然小于冬至倾角θ2。仅出于说明的目的，图11A中的太阳500被显示处于夏至正午，以及图11B中的太阳500被显示处于冬至太阳正午。如本文所使用的术语“太阳正午”指的是给定一天中当太阳在平行板太阳红移系统300被操作的上方的天空中到达其最高仰角时的时间，而不考虑通过任意时区的边界在相同位置处建立的本地时间。
图11A和11B的平行板太阳红移系统300以用于如何能够用于北半球尤其是北回归线以北的示例性的方式定向。即，夏至倾角θ1和冬至倾角θ2被表达为仰角，对于0°的仰角可使正对太阳500的聚焦设备340的一侧面向正南（显示为180°方位）以及90°的仰角可使正对太阳500的聚焦设备340的一侧面朝上（即，朝向天顶）。正东（表示为90°方位）被描绘为进入图11A和11B的平面，以及正北（表示为270°方位）被描绘为从图11A和11B的平面向外。因此，平行板构造301被定向为使得波导的面向太阳的边缘355的横向边缘356（参见图9）从东向西走向。
一般而言，如果如图11A和11B所提供的平行板太阳红外系统300部署在北回归线以北的纬度L处，则夏至倾角θ1可根据等式θ1≈90°-(L-23.5°)表示以及冬至倾角θ2可根据等式θ2≈90°-(L+23.5°)表示。假使平行板太阳红移系统300向相反方向定向，使得0°的仰角使正对太阳500的聚焦设备340的一面面向正北（显示为360°方位）而不是正南，则这些关系也适用于南回归线以南的位置。
在北回归线以北和南回归线以南，当在全年中操作平行板太阳红移系统300时，底座支架460的仰角可被调整以与给定一天中的太阳500的仰角匹配。应当理解，给定一天中的太阳500的仰角可由常见的来源（例如，天文表）容易地确定。在一些实施例中，底座支架460的仰角可从夏至时的夏至倾角θ1逐渐减小至冬至时的冬至倾角θ2，然后再从冬至倾角θ2逐渐增加到下一夏至时的夏至倾角θ2。倾角的增量调整可以使入射太阳辐射510在全年中每天太阳正午时基本垂直地照射聚焦设备340的方式进行。
虽然在图11A和11B中未示出，但应当明显的是，如果平行板太阳红移系统300部署在北回归线和南回归线之间，则一年中有两天（即，当太阳500在头顶上时）底座支架460的倾角可以为90°。那么，当太阳500在与平行板太阳红移系统300所位于的相同半球的正上方时，底座支架460的倾角可能小于90°。当太阳500在与平行板太阳红移系统300所位于的相反半球的正上方时，底座支架460的倾角可能大于90°。例如，可通过将枢轴点465向底座支架460上方移动合适距离以使平行板太阳红移系统300来回摆动来实现大于90°的倾角。
图11A和11B的示意图示出了根据本文中的实施例的平行板太阳红移系统300可仅通过单轴跟踪系统中所需的外部移动装置的级别而具有双轴跟踪能力。具体而言，为了在全年中跟踪太阳，可能需要仰角调节机构（例如，相对于支撑结构450移动底座支架460的机构）将倾角从夏至倾角θ1降低至冬至倾角θ2或将倾角从冬至倾角θ2增加到夏至倾角θ1。另一方面，例如，可采用可能比需要旋转整个平行板太阳红移系统300以跟随太阳的方位角位置的装置更易于维护的实质上更小的装置来完成在一天中跟踪太阳。具体而言，相对于平行板构造301移动至少一个聚焦设备340的方位角聚焦调节机构410可用于有效并且精确地保持将入射太阳辐射510聚焦到波导350的面向太阳的边缘355上（例如，参见图6和7）。
因此，已具体描述太阳红移系统的各个实施例，在各个实施例中量子点可用于将宽谱的入射太阳辐射中的高能量波长转换为所选择的低能量波长（例如，光合作用或光伏转换），以提高特定能量利用应用的效率。红移系统不仅被配置成优化太阳辐射的波长光谱，还被配置成使太阳辐射可提供给能量利用应用的效率最大。本文所描述的具体的太阳红移系统还可减少或消除对包含密集装备的双轴跟踪机制的需求。
除非另外定义，否则在本文中所使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的一名普通技术人员所通常理解相同的含义。本说明书中所使用的术语目的仅仅用于描述特定的实施方式，而不旨在作为限制。如说明书以及所附权利要求书中所使用地，单数形式的“一”、“一个”以及“该”旨在也包括复数形式，除非上下文明确地另有规定。
通过术语“约”，在说明书和权利要求中使用的表示成分量、诸如分子量之类的性质等等的所有数字应被理解为在任何情况下被修改，除非另外指明。相应地，在说明书和权利要求中陈述的数值性质是近似值，这些近似值可根据本发明实施例中寻求获得的期望性质而改变。尽管陈述本发明的宽泛范围的数值范围和参数是近似值，但仍然尽可能精确地报告在特定示例中陈述的数值。本领域普通技术人员将理解任何数值固有地包含一定误差，这些误差可归因于用于查明这些值的测量技术。
如本文中所使用，术语“水平”和“垂直”仅仅是相对术语，仅用于指示一般的相对取向，并且不一定指示垂直度。为了方便起见，也可使用这些术语以及诸如“左”、“右”、“到平面中”以及“在平面外”之类的术语来指代附图中使用的取向，这些取向仅仅是作为惯例使用而不旨在作为所示器件的特性，除非明确地相反指明。本文中描述的实施例可按照任何需要的取向来使用。
将对本领域普通技术人员显而易见的是，可在不背离本发明的精神和范围的情况下对本文中所描述的实施例作出各种修改和变化。因此，本说明书旨在覆盖本文中所描述的各实施例的修改和变化，只要这些修改和变化落在所附权利要求及其等价方案的范围内即可。

Claims (18)

1.一种太阳红移模块，包括：
至少一个收集目标，所述至少一个收集目标具有目标波长并且选自由以下组成的组：
(i)生长容器，所述生长容器包含在用于维持活的光合生物体的生长介质中的活的光合生物体，其中所述目标波长为所述活的光合生物体的增加光合响应的波长；以及
(ii)光伏板，所述光伏板包括光伏材料，其中所述目标波长为所述光伏材料的增加灵敏度的波长；
至少一个量子点容器，其包括：
密封腔，所述密封腔被限定在第一板和第二板之间，所述第一板在所述第二板和所述收集目标之间；
量子点悬浮物，所述量子点悬浮物设置在所述密封腔中并且包含当被入射太阳辐射辐照时发射具有所述目标波长的经红移的光的量子点；以及
捕获反射器，所述捕获反射器将由量子点发射的经红移的光的至少一部分朝向所述收集目标反射；以及
聚焦设备，所述聚焦设备将入射太阳辐射聚焦到太阳红移系统中，
其中所述聚焦设备、所述至少一个量子点容器、以及所述至少一个收集目标被配置成使得聚焦到所述太阳红移系统中的入射太阳辐射在照射至少一个收集目标之前照射至少一个量子点容器，
所述至少一个收集目标包括置于所述聚焦设备和所述至少一个量子点容器之间的第一收集目标和第二收集目标，
聚焦间隙被限定在所述第一收集目标的第一边缘和所述第二收集目标的第二边缘之间，并且
所述聚焦设备引导入射太阳辐射通过所述聚焦间隙并朝向所述量子点容器。
2.如权利要求1所述的太阳红移模块，其特征在于，每个量子点容器的所 述捕获反射器为至少反射所述目标波长的量子点容器的第二板上的涂层。
3.一种太阳红移模块，包括：
至少一个收集目标，所述至少一个收集目标具有目标波长并且选自由以下组成的组：
(i)生长容器，所述生长容器包含在用于维持活的光合生物体的生长介质中的活的光合生物体，其中所述目标波长为所述活的光合生物体的增加光合响应的波长；以及
(ii)光伏板，所述光伏板包括光伏材料，其中所述目标波长为所述光伏材料的增加灵敏度的波长；
至少一个量子点容器，其包括：
密封腔，所述密封腔被限定在第一板和第二板之间，所述第一板在所述第二板和所述收集目标之间；
量子点悬浮物，所述量子点悬浮物设置在所述密封腔中并且包含当被入射太阳辐射辐照时发射具有所述目标波长的经红移的光的量子点；以及
捕获反射器，所述捕获反射器将由量子点发射的经红移的光的至少一部分朝向所述收集目标反射；
聚焦设备，所述聚焦设备将入射太阳辐射聚焦到所述太阳红移系统中；以及
板反射器，
其中所述聚焦设备、所述至少一个量子点容器、以及所述至少一个收集目标被配置成使得聚焦到所述太阳红移系统中的入射太阳辐射在照射至少一个收集目标之前照射至少一个量子点容器，
其中至少一个量子点容器包括沿着入射辐射光路置于所述聚焦设备和所述收集目标之间的第一量子点容器和第二量子点容器，
聚焦间隙被限定在所述第一量子点容器和所述第二量子点容器之间，
所述聚焦设备引导所述入射太阳辐射通过所述聚焦间隙并到板反射器上，
所述板反射器将所述入射太阳辐射朝向第一和第二量子点容器中的至少一个反射。
4.如权利要求3所述的太阳红移模块，其特征在于：
所述第一量子点容器具有毗邻所述聚焦间隙的第一间隙边缘；
所述第二量子点容器具有毗邻所述聚焦间隙的第二间隙边缘；
所述聚焦间隙在从所述聚焦设备朝向所述光伏板的方向中变窄并且在聚焦间隙中的最接近光伏板的点处最窄。
5.如权利要求1所述的太阳红移模块，其特征在于，所述太阳红移模块为光伏太阳红移模块，以及每个收集目标为光伏板，所述光伏板包括具有增加灵敏度的波长的光伏材料。
6.如权利要求1所述的太阳红移模块，其特征在于，所述太阳红移模块为光合作用增强的太阳红移模块，并且每个收集目标为生长容器，所述生长容器包含用于维持活的光合生物体的生长介质中的活的光合生物体，所述活的光合生物体具有增加光合响应的波长。
7.如权利要求6所述的太阳红移模块，其特征在于，所述活的光合生物体选自由绿藻类、蓝藻细菌、集胞藻属和小球藻组成的组。
8.一种太阳红移模块，包括：
至少一个收集目标，所述至少一个收集目标具有目标波长并且选自由以下组成的组：
(i)生长容器，所述生长容器包含在用于维持活的光合生物体的生长介质中的活的光合生物体，其中所述目标波长为所述活的光合生物体的增加光合响应的波长；以及
(ii)光伏板，所述光伏板包括光伏材料，其中所述目标波长为所述光伏材料的增加灵敏度的波长；
至少一个量子点容器，其包括：
密封腔，所述密封腔被限定在第一板和第二板之间，所述第一板在所述第二板和所述收集目标之间；
量子点悬浮物，所述量子点悬浮物设置在所述密封腔中并且包含当被入射太阳辐射辐照时发射具有所述目标波长的经红移的光的量子点；以及
捕获反射器，所述捕获反射器将由量子点发射的经红移的光的至少一 部分朝向所述收集目标反射；
聚焦设备，所述聚焦设备将入射太阳辐射聚焦到太阳红移系统中；以及
波导，所述波导置于所述收集目标和量子点容器之间，所述波导具有受阻表面，所述受阻表面将所述波导中的经聚焦的太阳辐射朝向量子点容器散射并且允许经红移的光从量子点容器穿过所述波导朝向所述收集目标，所述聚焦设备将入射太阳辐射聚焦到所述波导的面向太阳的边缘上，
其中所述聚焦设备、所述至少一个量子点容器、以及所述至少一个收集目标被配置成使得聚焦到所述太阳红移系统中的入射太阳辐射在照射至少一个收集目标之前照射至少一个量子点容器。
9.一种太阳红移系统，包括如权利要求1所述的太阳红移模块的整体阵列。
10.一种平行板太阳红移系统，包括：
太阳红移模块的平行板构造；以及
至少一个聚焦设备；
其中：
每个太阳红移模块包括至少一个太阳辐射转换组件和具有目标波长的收集目标，其中：
收集目标选自由以下组成的组：
(i)生长容器，所述生长容器包含在用于维持活的光合生物体的生长介质中的活的光合生物体，其中所述目标波长为所述活的光合生物体的增加光合响应的波长；以及
(ii)光伏板，所述光伏板包括光伏材料，其中所述目标波长为所述光伏材料的增加灵敏度的波长；
至少一个太阳辐射转换组件包括波导、红外辐射吸收器、以及置于所述波导和红外辐射吸收器之间的量子点容器；
所述量子点容器包括：
量子点悬浮物，所述量子点悬浮物设置在密封腔中并且包含当被入射太阳辐射辐照时发射具有所述目标波长的经红移的光的量子点；以及捕获反射器，所述捕获反射器将由量子点发射的经红移的光的至少一部分朝向所述收集目标反射并且在远离所述收集目标的方向中透射 来自入射太阳辐射的红外光；
所述至少一个太阳辐射转换组件的波导被置于至少一个太阳辐射转换组件的量子点容器和所述收集目标之间；并且
所述波导包括受阻表面，所述受阻表面将所述波导中的经聚焦的太阳辐射朝向量子点容器散射并且允许经红移的光从量子点容器穿过所述波导朝向所述收集目标；并且
所述聚焦设备将入射太阳辐射聚焦到所述太阳红移模块中的太阳辐射转换组件的波导的面向太阳的边缘上。
11.如权利要求10所述的平行板太阳红移系统，进一步包括方位角聚焦调节机构，所述方位角聚焦调节机构改变来自所述波导的面向太阳的边缘的至少一个聚焦设备的焦距。
12.如权利要求10所述的平行板太阳红移系统，进一步包括仰角调节机构，所述仰角调节机构在全年中调节所述平行板太阳红移系统的仰角。
13.如权利要求10所述的平行板太阳红移系统，其特征在于，所述量子点容器的捕获反射器为反射至少具有所述收集目标的目标波长的光的量子点容器的第二板上的涂覆层。
14.如权利要求10所述的平行板太阳红移系统，其特征在于，所述波导通过全内反射捕获经聚焦的太阳辐射，并且所述波导的受阻表面包括散射特征，所述散射特征将所述波导中的经聚焦的太阳辐射朝向所述量子点容器散射。
15.如权利要求10所述的平行板太阳红移系统，其特征在于，所述太阳红移模块的收集目标的每一个被置于两个相对的太阳辐射转换组件之间。
16.如权利要求10所述的平行板太阳红移系统，其特征在于，所述红外辐射吸收器为包括光伏材料的光伏板。
17.如权利要求10所述的平行板太阳红移系统，其特征在于，所述至少一个太阳红移模块中的收集目标为生长容器，并且所述生长容器中的活的光合生物体选自由由绿藻类、蓝藻细菌、集胞藻属和小球藻组成的组。
18.如权利要求10所述的平行板太阳红移系统，其特征在于，所述至少一个太阳红移模块中的收集目标为光伏板。
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