CN105637654B - 用于产生电能的装置 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种用于产生电能的装置。该装置包括对可见光至少部分能够透过的板。该板具有用于接收入射光的接收面且被设置成使得部分入射光朝向板的边缘或侧部的区域重定向。该装置还包括多个光伏元件，该多个光伏元件定位在板的边缘或侧部或定位在边缘或侧部附近。多个光伏元件中的每个并联电连接到多个光伏元件中的另一个，并且装置被设置成从重定向后的入射光的至少一部分来产生电力。

Description

用于产生电能的装置
技术领域
本发明涉及用于产生电能的装置，具体但不排他地涉及包括光伏元件的装置。
背景技术
诸如透过大窗户接收阳光的空间等的室内空间的过热是可以通过使用空调来克服的问题。在全球范围内大量的能量用于室内空间制冷。大多数的电能使用非可持续来源来产生，这受到了越来越多的环境关注。
PCT国际申请第PCT/AU2012/000778号和第PCT/AU2012/000787号(这两者由本申请人拥有)公开了光谱选择板，该光谱选择板可以用作窗玻璃并对可见光基本可透射，但将入射光的一部分转向到板的侧部，该入射光的该部分在该侧部被光伏元件吸收，以发电。
本发明提供了进一步的改进。
发明内容
在本发明的第一方面中，提供了一种用于产生电能的装置，所述装置包括：
板，该板对可见光至少部分能够透射，所述板具有用于接收入射光的接收面且被设置成使得所述入射光的一部分朝向所述板的边缘的区域重定向；和
多个光伏元件，该多个光伏元件包括第一光伏元件和第二光伏元件，该第一光伏元件和第二光伏元件定位在所述板的同一边缘或定位在所述同一边缘附近，所述第一光伏元件相对于所述板的所述接收面具有与所述第二光伏元件相对于所述板的所述接收面的取向不同的取向；
其中，所述第一光伏元件和第二光伏元件中的一个被定位成接收被重定向成通过所述板的所述边缘的光，而另一个光伏元件被定位成接收被重定向通过所述边缘的附近的区域的光；并且
其中，所述装置被设置成从所述重定向后的光的至少一部分来产生电力。
贯穿本说明书，术语“光伏元件”用于单个光伏电池或可以包括多个串联连接的单个光伏电池的光伏模块。
在本发明的一个实施方式中，所述第一光伏元件面向所述边缘且被设置成接收被重定向成通过所述边缘的光，并且所述第二光伏元件与所述边缘相邻定位且面向与所述板的所述接收面平行或沿着所述板的所述接收面取向的面部，以接收被重定向通过所述边缘附近的所述区域光。
所述第一光伏元件和第二光伏元件可以沿着所述板的同一边缘取向。进一步地，所述第一光伏元件和第二光伏元件可以彼此并联电连接。所述第一光伏元件可以沿着所述板的该边缘取向，并且可以大致垂直于所述板的所述接收面。所述第二光伏元件也可以在所述板的该边缘处或沿着所述板的该边缘取向，但可以与所述板的所述接收面大致平行且在所述板的所述接收面上方，或者与所述板的所述接收面大致平行且在所述板的所述接收面下方。
所述板可以具有多个边缘，且所述第一光伏元件可以为位于不同边缘处的多个光伏元件中的一个光伏元件，并且所述第二光伏元件也可以为位于不同边缘处的多个光伏元件中的一个光伏元件。
在本发明的第二方面中，提供了一种用于产生电能的装置，所述装置包括：
板，该板对可见光至少部分能够透射，所述板具有用于接收入射光的接收面且被设置成使得所述入射光的一部分朝向所述板的边缘或侧部的区域重定向；和
多个光伏元件，该多个光伏元件定位在所述板的所述边缘或侧部或定位在所述边缘或所述侧部附近；
其中，所述多个光伏元件中的每个光伏元件并联电连接到所述多个光伏元件中的另一个光伏元件，并且所述装置被设置成从所述重定向后的入射光的至少一部分产生电力。
所述光伏元件中的至少两个光伏元件可以定位在所述板的所述同一边缘或侧部或定位在所述同一边缘或侧部附近。所述至少两个光伏元件可以沿着所述板的所述同一边缘或侧部取向。
另选地，所述光伏元件中的至少两个可以定位在所述板的各个边缘或侧部或定位在所述各个边缘或侧部附近。
所述光伏元件中的至少两个光伏元件可以被定位成使得所述至少两个光伏元件的各接收平面相对于所述板具有不同的取向。另选地或另外地，所述光伏元件中的至少两个光伏元件可以被定位成使得所述至少两个光伏元件的各接收平面相对于所述板具有相同的取向。
以下介绍根据第一方面或第二方面两者之一的发明可以具有的特征。
框架结构可以包括用于支撑位于板的边缘部或边缘部附近的光伏元件的支撑件。至少一个另外的光伏元件还可以位于框架结构上并被设置成收集被指向框架结构的光。
在一个具体实施方式中，板具有这样的部件：该部件被设置成使得板上入射的光的至少一部分由该部件重定向成沿横贯于板的表面法线的至少一个方向。
框架结构可以包括保持件，该保持件用于保持至少一个光伏元件并被设置成使得该至少一个光伏元件可更换。进一步地，框架结构可以被设置成使得在不更换至少一个光伏元件的情况下可对板进行更换。
板可以具有在板的平面内突出的突出件，并且在突出件处，框架结构支撑光谱选择板。至少一个光伏元件可以位于相邻突出件之间的板的凹处。
所述框架结构可以具有其中定位有至少一个光伏元件的槽或通道。在所述至少一个光伏元件上方且在所述槽或通道中可以设置透光覆盖物，以保护所述至少一个光伏元件。所述板的边缘位于所述槽或通道内或所述槽或通道处。所述至少一个光伏元件可以具有大于所述板的厚度的宽度，并且可以位于使得朝向所述板的所述边缘引导但在所述边缘附近散射出所述板的光的至少一部分由所述至少一个光伏元件来收集。另选地，所述至少一个光伏元件可以具有接近所述板的厚度的宽度。
在本发明的一个实施方式中，所述板具有在边缘处(诸如在所述板的角部附近等)的孔，并且所述板由从所述框架延伸到所述板的所述孔的托架固定在所述装置内，并且其中，所述板由穿过所述孔而突出的突出件联接到所述托架。所述突出件可以为螺栓。至少一个光伏元件可以位于所述框架与所述板之间，且可以具有大于所述板的厚度的宽度，并且被定位成使得朝向所述板的所述边缘引导但在所述边缘附近散射出所述板的光的至少一部分由所述至少一个光伏元件来收集。在该实施方式中，至少一个光伏元件可以位于框架的槽中，并且板的边缘也可以位于槽中。另选地，板的边缘可以不位于槽中(并且至少一个光伏元件可以或可以不位于槽中)，并且板可以用螺栓和可以涂敷于板的边缘与框架之间的适当的密封剂由托架来唯一地保持。
在一些实施方式中，板为光谱选择性的。板的部件可以被设置成使得至少部分入射IR光和/或可见光沿横贯于板的表面法线的方向来重定向，借此装置被设置成使得在板上入射的至少部分IR光和/或可见光和/或UV光被指向至少一个光伏元件。
板可以对入射可见光的80％、70％、50％、30％、20％或10％可透射，并且可见光的至少一部分可以沿横贯于板的表面法线的至少一个方向被指向。
可以设置框架结构来支撑在板的边缘或侧部以及板的边缘或侧部的前面和/或后面的位置处的至少一个光伏元件。
在实施方式中，板包括在沿着板的接收面的方向上定位的至少一个附加光伏元件，其中，装置被设置成使得重定向后的入射光的至少一部分被指向该至少一个附加光伏元件。
在一个实施方式中，板被设置成使得可见光的至少一部分全部在板的固体材料内且沿着板朝向板的侧部或边缘被指向。
板还可以包括大致彼此平行定位的至少两个隔开的部件板。至少一个光伏元件或附加光伏元件可以被支撑在至少部分在相邻的部件板之间且在部件板的边缘部或附近的位置，使得由板重定向到相邻的部件板之间的区域中的光的至少一部分被指向至少一个光伏元件或附加光伏元件。
装置还可以包括至少一个二极管，该至少一个二极管被设置成控制由装置的至少一个光伏元件产生的电流的流动方向。例如，如果装置包括并联连接的多个光伏元件，则至少一个二极管可以被设置成使得光伏元件中电流方向不导致装置的电输出减少。通过控制电流方向，可以降低阴影或故障光伏元件对装置的电输出的影响。
可以以建筑物的窗户或其他结构的形式设置的装置可以包括至少一个另外的光伏元件，该至少一个另外的光伏元件定位在框架结构的侧部上，以收集在使用中被指向框架结构的入射光。至少一个另外的光伏元件可以定位在大致平行于板的平面的平面内。另选地，至少一个另外的光伏元件可以定位在相对于板的平面倾斜的平面内。例如，至少一个另外的光伏元件可以位于框架结构上并定位成使得易于在使用中的至少一个另外的光伏元件收集日光的方式倾斜的平面内。倾斜的角度可以为任何合适的大小，诸如范围70-60度、60-50度、50-40度、40-30度、30-20度、20-10度以及10-1度范围内的角度。至少一个另外的光伏元件位于的平面可以关于任意合适的轴线(诸如在装置使用时大致水平的轴线等)倾斜。进一步地，至少一个另外的光伏元件在装置使用时可以相对于地平面倾斜大于90度的角度，并且位于大致竖直的取向上。
在一个实施方式中，装置包括定位在板的边缘处以收集被指向板的边缘的光的多个第一光伏元件和定位在框架结构上以收集在使用中被指向框架结构的光的多个第二另外的光伏元件。多个第一光伏元件中的至少两个光伏元件可以彼此并联连接，并且多个第二另外的光伏元件中的至少两个光伏元件也可以彼此并联连接。装置还可以包括与第一光伏元件中的各个串联连接的第一二极管和与第二光伏元件中的各个串联连接的第二二极管，使得可以减小装置的部件(诸如故障部件或被遮蔽的光伏电池等)中沿对装置的输出会带来不利影响的方向的电流。多个第一光伏元件可以并联连接到多个第二另外的光伏元件。
光伏元件可以为相同类型或者至少一些光伏元件可以为不同类型。例如，光伏元件可以包括不同类型的半导体材料(诸如Si、CdS、CdTe、GaAs、CIS或CIGS中的一个或更多个等)。
至少一个电元件可以包括联接到至少一个光伏元件的至少一个电导线。该至少一个电导线可以位于框架结构内(例如位于通道部内)，并且可以由框架结构围绕。
装置可以包括用于联接到外部电装置的至少一个联接件。该至少一个联接件可以位于所述框架结构的表面部分，使得所述至少一个联接件从所述装置外部的位置可被触及。至少一个联接件可以包括直接或间接电气联接到至少一个光伏元件的插座。例如，可以设置插座以直接或间接联接到智能电话、平板电脑、计算机或任意其他适当的装置，以操作装置或对装置的电池进行充电。至少一个联接件还可以包括被设置成转换来自至少一个光伏元件的输出的变压器。在具体示例中，输出可以是电压，并且变压器可以被设置成将该电压转换成特别适于对移动装置的电池进行充电的任何合适的电压(诸如大致18V等)。
另外，装置自身可以包括另外的电部件。例如，装置可以包括电池，并且可以被设置成使用由至少一个光伏元件产生的电能对电池进行充电。电部件还可以包括被设置成从至少一个光伏元件接收输出的变压器。转换后的输出可以经由插座等来取得。进一步地，装置可以包括调压器且还可以包括逆变器。
至少一个电元件还可以包括用于使用由至少一个光伏元件(直接或间接)提供的电能补充照明的光源(诸如LED光源)。另外，至少一个电元件还可以包括电池和另外适当的电部件，并且装置可以被设置成用于使用光源和由白天期间充电的电池提供的电能来进行(例如)夜间照明。
框架结构可以包括任何合适的材料(诸如金属或塑料材料等)，并且可以限定电部件和电导线可以位于的内部部分。
框架结构可以包括沿着板的边缘定位的部分且可以围绕板。
在一个实施方式中，装置包括诸如玻璃板等的另外的板，并且板被定位成彼此平行。例如，装置可以以建筑物的双层玻璃窗的形式来设置。
装置还可以包括被设置成用于冷却光伏元件的冷却装置。该冷却装置可以包括可以位于框架结构的一部分上的散热器。该冷却装置还可以被设置成从光伏元件向另外的介质转移热量。例如，该另外的介质可以是水。
装置可以以建筑物、机动车或包括窗户的任意其他结构的窗户的形式来设置。
以下将进一步描述根据本发明的第一方面和第二中的两者任一的装置的光谱选择板的细节。
在一个实施方式中，光谱选择板具有用于接收入射辐射的接收面，并且包括至少一个反射部件，该至少一个反射部件被设置成将穿过板的深度部的所接收的入射辐射的一部分反射到反射部件，该至少一个反射部件包括相对于接收面倾斜的一系列反射部，使得所反射的辐射的至少一部分在板内且沿着板被重定向。
至少一个反射部件可以包括光干涉涂层，该光干涉涂层被定位在反射部或反射部附近且被设置成反射入射辐射的至少一部分。例如，该反射部可以被设置成“锯齿”排布结构。各反射部通常以任何合适长度(诸如沿着光谱选择板的长度或宽度的一部分或全部延伸的长度等)的条形式来设置。
在另选的实施方式中，光谱选择板可以包括：
第一材料，该第一材料对具有可见波长范围内的波长的光可至少部分透射且被设置成用于引导适当光；和
衍射元件，该衍射元件被定位在该第一材料内，该衍射元件被设置成主要使具有IR波段内的波长的光偏折，并且具有至少部分填充有散射材料或发光材料的多个槽；
其中，衍射元件被设置成使得与从光谱选择板的至少一个横向入射的IR光关联的能量的至少一部分被指向板的侧部或边缘。
在实施方式中，光谱选择板还可以包括被设置成反射红外(IR)波段内和/或紫外(UV)波段内的入射光而主要透过具有可见光波段内的波长的光发至少大部分的光干涉涂层，该光干涉涂层包括介电材料层。
光干涉涂层可以被定位成使得在使用中，入射光在到达光干涉涂层之前穿过第一板部。
另外，光谱选择板还可以包括被设置成吸收至少部分入射和/或反射辐射并通过发光来发出辐射的发光材料。
根据发明的第三方面，提供了一种用于产生电能的装置，所述装置包括：
板，该板对可见光至少部分能够透射，所述板具有被设置成使得所述板的接收面处接收的入射光的至少一部分沿着所述板向所述板的侧部或边缘重定向的部件；
至少一个光伏元件，所述至少一个光伏元件和所述板以彼此互相交叠的关系设置；
其中，所述装置被设置成使得所述重定向后的入射光的至少一部分被指向所述至少一个光伏元件，以产生电能。
至少一个光伏元件可以位于板的表面的边缘部。
至少一个光伏元件可以在沿着板的接收面的方向上设置。另选地，至少一个光伏元件可以相对于板的该部分倾斜。
在具体实施方式中，至少一个光伏元件设置在板的接收面的一部分上和/或在与接收面相对的表面的一部分上。例如，一对光伏元件可以位于各相对的表面上并被设置成彼此面对。
至少一个光伏元件通常具有面向板的至少一个有效表面部。在具体实施方式中，至少一个光伏元件具有至少两个有效表面部，其中，至少一个有效表面部面向入射光。这样，除了重定向的入射光，至少一个光伏元件还可以直接接收入射光的一部分。
在实施方式中，装置还包括位于板的侧部或边缘处的至少一个另外的光伏元件，并且相对于至少一个光伏元件大致垂直。
在一些实施方式中，板为光谱选择性的，并且部件被设置成使得至少部分入射红外(IR)光和/或紫外(UV)光被指向至少一个光伏元件。
板可以透射多于80％、70％、50％、30％、20％或10％的入射可见光，并且入射可见的至少一部分光沿大致横贯于板的表面法线的方向被指向。
根据本发明的第四方面，提供了一种系统，该系统包括根据本发明的第一、第二或第三方面中任一方面所述的多个装置。
所述多个装置可以并联电连接。所述系统可以包括以模块化方式与多个所述装置互连的至少一个电联接件。进一步地，所述系统可以包括多个二极管，该多个二极管被设置成控制由各装置的所述至少一个光伏元件产生的电流的流动方向，使得减少所述装置的部分中的电流方向对所述装置的输出的不利影响。
根据本发明的第五方面，提供了一种用于制造根据本发明的第一、第二或第三方面中任一方面所述的装置的方法，所述方法包括以下步骤：
设置所述板；
设置所述框架结构；
设置所述光伏元件；
将所述光伏元件定位于所述框架结构中或所述框架结构上；以及此后
将所述板定位到所述框架结构中或定位在所述框架结构上。
所述方法包括以下步骤：形成槽或通道，以及将所述光伏元件中的至少一个光伏元件定位在所述槽或通道中。进一步地，所述方法可以包括以下步骤：将透光材料的覆盖物定位在所述至少一个光伏元件上方并定位在所述槽或通道中，以保护所述光伏元件。
所述方法被实施为使得所述光伏元件中的至少一个光伏元件被定位在所述框架与所述板之间。
附图说明
图1是根据本发明的实施方式的装置的截面表示图；
图2是根据本发明的实施方式的装置的截面表示图(沿着如图1所示的线AB)；
图3是根据本发明的另一个实施方式的装置的截面表示图(沿着如图1所示的线AB)；
图4、图5以及图6是根据本发明的实施方式的、图3中所示的装置的变型例的截面表示图；
图7和图8是根据本发明的另一个实施方式的装置的截面表示图(沿着如图1所示的线CD)；
图9是根据本发明的另外实施方式的装置的截面表示图；
图10是根据本发明的实施方式的部件的截面图；
图11是根据本发明的实施方式的联接后的装置的前视图；
图12是根据本发明的另外实施方式的装置的截面表示图；
图13是根据本发明的实施方式的装置的示意性布线图；
图14是根据本发明的实施方式的多个装置的示意性布布线图；以及
图15和图16是根据本发明的实施方式的光谱选择板的示意性表示图。
具体实施方式
现在首先参照图1至图9，描述根据本发明的实施方式的、包括光谱选择板的装置。
例如，装置100可以以建筑物的窗户、天窗、汽车的窗户或任意其他通常包括窗户的结构的形式来设置。本领域技术人员将理解装置100可以应用于诸如墙壁和屋顶等的不同结构。
在该具体实施方式中，装置包括保持光谱选择板104的框架102。光谱选择板104包括下面将进一步更详细描述的各种部件。光谱选择板104被设置成使得诸如日光等的入射红外(IR)光的一部分被指向板104的侧部或边缘。IR光可以在板104内和沿着板104被指向板104的边缘。进一步地，IR光的一部分还可以在板104的侧部被指向板104前面或后面的区域。光谱选择板104被设置成使得可见波长范围内的光的至少大部分被透过。
在另选的实施方式中，板被设置成使得可见光的至少一部分被指向板的侧部或边缘并因此被指向至少一个光伏元件。具体地，板的可见光透光率可以小于80％，或小于70％，或小于50％，或小于30％，或小于20％或甚至小于10％。
框架结构102可以以适当的形式来设置，并且可以由任何合适的材料(诸如金属材料、塑料材料或木材等)形成。框架102围绕板104，并且还支撑光伏元件106。框架102包括托架等形式的保持件，以在使用中光伏元件106接收至少一部分重定向IR光所处的位置中保持光伏元件106。在该实施方式中，光伏元件106可更换。具体地，用于光伏元件106的保持件被设置成使得例如，如果光伏元件发生故障或用不同类型的光伏元件更换，则可以更换光伏元件106。
在该具体实施方式中，光伏元件106为相同类型。然而，应当理解的是，光伏元件可以包括不同类型的元件。例如，光伏元件可以包括不同的各半导体材料(诸如Si、CdS、CdTe、GaAs、CIS或CIGS或任意其他适合的半导体材料)。
框架结构102在该实施方式中包括电连接到光伏元件106的插座108。插座108可以被设置成用于连接到智能电话、计算机或其他装置，以用于装置的操作或对装置的电池进行充电。具体地，电连接到光伏元件106的插座108可以被设置成提供特别适于对移动装置的电池进行充电的大致18V的电压。在一个示例中，插座108还包括用于将从光伏元件106输出的电压转换成适当电压(诸如上述的18V)的变压器。在所述实施方式的变型例中，框架还可以包括用于任何合适应用的插头。
框架102还包括电装置110，并且例如，可以包括被设置成转换从光伏元件106输出的电压的变压器。进一步地，电装置110可以包括调压器和产生AC电流的逆变器。电装置110还可以包括被设置成直接从光伏元件106接收电荷的电池。电荷可以联接到插座108。因此，装置100可以被设置成使IR光被指向板104的边缘或侧部，将重定向的IR光转换成电能，并且对电池进行充电或操作外部装置。
另外，电装置110可以包括光源(诸如LED光源等)，该光源使用由光伏元件106提供的电能操作使得可以增加可见光的量。另选地或另外地，电装置110可以包括电池、光源以及适当的电子部件。在这种情况下，装置100可以被设置成用于使用位于框架102中并使用由电池提供的电能操作的光源(诸如LED灯等)进行夜间照明。框架102包括用于指引上述部件之间的电引线的腔(未示出)。
图2示出了根据本发明的第一具体实施方式的装置的截面图(沿着图1中的线AB)。在该实施方式中，板104被设置成使入射IR光在板内和沿着板被指向板的边缘，使得重定向后的IR光经由板104的边缘离开板104并由边缘处的光伏元件106接收。
图3示出了根据本发明的另外一个具体实施方式的装置的截面表示图。应当注意的是，贯穿说明书，类似的附图标记用于类似的部件。在这种情况下，装置包括被设置成收集重定向到板104前面和后面的区域的IR光的附加光伏元件106。将理解的是，相邻的光伏元件106还可以另选地由单个光伏元件106来更换。
图4例示了与图3中所示的截面表示图有关的截面表示图，但装置包括位于框架结构102的面上的另外的光伏元件200。该另外的光伏元件200与光伏元件106形成直角。在该实施方式中，装置100以建筑物的窗户的形式来设置，并且另外的光伏元件200在使用中位于框架结构102的外部，以接收被指向框架结构102的入射光。另外的光伏元件200位于覆盖板(诸如玻璃板或由适当塑料材料形成的板等)的下方。在该实施方式中，板104和框架结构102大致为矩形，并且框架包括四个另外的光伏元件200，一个光伏元件200用于一个侧部。另选地，各另外的光伏元件200可以包括多个光伏元件。
现在转向图5，例示了装置100的另外一个具体实施方式的截面表示图。所示的截面表示图与图4中所示的截面表示图有关，但在这种情况下，另外的光伏元件210不与光伏元件106形成直角，而是位于斜面上。表面倾斜(例如，相对于板104倾斜30度或另一个适当的角度)，使得如果装置位于大致竖直的取向(诸如当以建筑物的窗户的形式来实施时等)，则易于由光伏元件210接收入射光。
图6示出了根据另外一个具体实施方式的装置100的截面表示图。在该实施方式中，装置100包括如图2示例性所示位于板的边缘处的光伏元件106。
另外，装置100包括另外的光伏元件220、222。另外的光伏元件220、222和板104处于彼此互相交叠的关系。特别地，另外的光伏元件220、222在沿着板104的接收面的方向上延伸。在该示例中，另外的光伏元件220、222彼此相对地设置。具体地，另外的光伏元件222在入射光的接收面的缘部上延伸，而另外的光伏元件220在与接收面相对的表面的边缘部上延伸。具体地，另外的光伏元件220、222与板104的各表面接触。
进一步地，各光伏元件220、222具有有效表面部，该有效表面部被设置成面向板104，使得沿着板104重定向的光不仅可以由光伏元件106来接收还可以由另外的光伏元件220、222接收。
在一些实施方式中，多层光谱选择板104的制造包括溅射处理。在该处理中，装置100的板104通常在板104的边缘部固定。因此，板104的边缘部由省去了剩余板104的光谱选择特性的平面玻璃构成。当入射光在板104内和沿着板104重定向时，重定向后的光的一部分可以透过边缘部离开板104。通过用另外的光伏元件220、222覆盖边缘部，可以增大所收集的重定向后的入射光的比率。
将对本领域技术人员清楚的是，另外的光伏元件220用于接收重定向后的入射光的面积可以等于或可以不等于光伏元件106的面积。
在该示例中，位于接收面的边缘部上的另外的光伏元件222被设置成另外直接收集入射光。特别地，另外的光伏元件222包括至少第一有效表面部和第二有效表面部，其中，第一有效表面部被设置成面向板，而第二有效表面部被设置成面向入射光。在该示例中，另外的光伏元件的有效面部被设置成沿相反的方向面向。
本领域技术人员将理解，在另选的实施方式中，可以不需要光伏元件106。例如，光伏元件106可以由诸如铝间隔件等的反射部件来替换。
进一步地，本领域技术人员将理解，在另选的实施方式中，可以不需要框架部102。
图7示出了根据发明的具体实施方式的、沿着图1的线C至D截取的、穿过装置100的框架结构102的侧部的截面表示图。在该实施方式中，框架结构102如图4例示包括另外的光伏电池200。
图8示出了与如图5例示的实施方式有关的装置的截面表示图。截面还与沿着图1的线C至D截取的截面表示图有关。在该实施方式中，装置100的框架结构102的各侧部包括各位于倾斜平面上以易于收集入射日光的多个另外的光伏元件210。
图9例示了根据本发明的另一个实施方式的板300。在该实施方式中，板300包括第一部件板302和第二部件板304。第一部件板302和第二部件板304彼此平行，并且由限定部件板302、304之间的间隙的间隔件306、308分离。板300可以以绝缘玻璃单元(IGU)的形式来设置。光伏元件310、312位于间隔件306、308的内表面上。在该实施方式中，光伏元件310、312定位成使得在部件板302、304内重定向但在到达部件板302、304的边缘部之前漏出部件板302、304的入射光的一部分由光伏元件310或312来收集。
板300可以包括位于板300的边缘处的另外的光伏元件。例如，附加光伏元件可以被定位成收集透过部件板302、304的边缘被指向的光(类似于参照图2例示的实施方式)。进一步地，板300还可以包括位于板300的边缘的任一侧上的另外的光伏元件(类似于参照图3例示的外光伏元件106)。进一步地，板300可以包括如图6示意性例示位于沿着第一部件板302和第二部件板304中的至少一个的表面的一部分的光伏元件。
返回参照图9，部件板302、304的内表面可以或可以不涂布有可以允许控制板部302、304的透明度的适当光学涂层(诸如电致变色涂层)。在一个实施方式中，板300以具有电控制的透明度的IGU的形式来设置，并且电控制所需的能量由板的光伏元件来产生。
图10是根据本发明的装置320的一部分的截面图。装置320为上述装置100的类型，并且在该实施方式中具有框架部322，该框架部322具有槽324和325，在槽324和325中定位有光伏元件326和327。保护玻璃覆盖件328和329位于光伏元件326上方且在槽内部。另外的光伏元件330位于附接到框架部322的托架332上。上述类型的板334具有位于光伏电池327和328处的边缘。板334使光伏元件330免于受影响。板334使入射光被指向板334的边缘，并且该入射光的至少一部分由光伏元件327和330来收集。
图11示出了四个联接后的装置350的前视图。各装置350为上述装置100的类型。装置350以模块化方式互连并由托架354保持在框架352中。各托架354使用穿过板内所设置的孔的螺栓在板356的角部处联接。光伏元件358位于框架352上。光伏元件可以或可以不位于槽中。在一个变型例中，板356不位于槽中，而是(用适当的覆盖物)靠着位于框架352与板356之间的光伏元件放置，并且板用螺栓和沿着板356的边缘涂敷的粘附和密封剂仅由托架354固定。
图12示出了根据另外一个实施方式的、包括光谱选择板的装置400。装置400还包括框架结构102、光谱选择板104以及光伏元件106。与图1中所示的装置100相比，装置400的光谱选择板104还包括从板104的边缘或侧部突出的八个突出件402。突出件在光谱选择板的平面内突出，并且框架102在突出件处支撑光谱选择板104。在该具体实施方式中，在板104的四个边缘中的每个边缘定位两个突出件。进一步地，突出件402与板104一体形成。突出件402位于使得突出件402可以由框架结构102支撑。例如，框架结构102可以包括被设置成容纳突出件402的通道部。本领域技术人员将理解，设想突出件的其他设置。例如，板可以具有四个突出件，两个突出件位于板104的边缘的相对边缘上。
在该具体实施方式中，光伏元件106位于光谱选择板104的由突出件402限定的凹部。
进一步地，装置400的光谱选择板104由框架支撑，使得板104可更换。在该示例中，装置400被设置成使得可以在不更换光伏元件106的情况下更换光谱选择板104。
图13例示了与参照图4和图7例示的实施方式有关的布线图。在这种情况下，装置100包括彼此并联连接的光伏元件106。进一步地，光伏元件200也彼此并联连接。布线图450还示出了控制电流方向从而降低对装置100的整体输出的不利影响(电流回流)的二极管452。在该实施方式中，各光伏元件106和各光伏元件200与各二极管452串联连接。将理解，在所述实施方式的变型例中，各二极管452还可以与一组光伏电池串联连接。通常，可比较地定位的光伏元件归入一组并与另一组这种光伏元件并联连接，以降低局部缺陷的影响或装置的特定部分上的阴影的对整体电流输出的影响。
本领域技术人员将理解，如图13所示的类似布线图可以应用于另外的光伏电池220沿着板的表面的一部分定位的图6中所示的具体实施方式。
现在参照图14，示出了用于提供电能的系统500，该系统500包括多个如图1所示的装置100。然而，本领域技术人员将理解，系统500可以包括类似于装置100的多个装置，但不必具有框架结构。
在图14中所示的该具体实施方式中，系统500包括并联电连接的三个装置100。然而，本领域技术人员将理解，多个装置可以电气地串联连接。还设想这两者的组合，例如，一系列三个装置可以与另一系列三个装置并联连接。
系统500还包括被构造为控制由各个装置100产生的电流的流动方向的三个二极管502、504以及506。
类似地，各装置的光伏元件106可以并联电连接，并且二极管可以以使得可以控制各装置中电流流动的方式连接。
返回参照如图14所示的系统500，系统500还包括用于冷却三个装置100的光伏元件的冷却装置(未示出)。光伏元件106具有使用期间变热的趋势。通过冷却光伏元件106，可以提高元件106的效率。冷却装置可以包括可以位于框架102的一部分上或一部分处的散热器或通风孔。冷却装置可以另外被设置成向水转移热量。
应当理解，这种冷却装置还可以连接到诸如装置100或装置400等的单个装置。
现在参照图15，描述根据本发明的实施方式的光谱选择板600。例如，光谱选择板600可以替换上面参照图1描述的光谱选择板104和光伏元件106。光谱选择板600减少具有IR波段内的波长的辐射的透射，而主要透过可见光。在该实施方式的变型例中，板600可以减少IR和可见光的透过并将IR和可见光指向选择板600的边缘。
光谱选择板600包括第一板602和第二板604。第一板602和第二板604隔开，使得形成气隙。在另选的实施方式中，间隙可以填充有任何其他适当的介电材料。第一板602包括板部606和608，并且板部606具有上面存在多层光干涉涂层610的型面。该型面和光干涉涂层610一起形成反射部件。
在另一个变型例(未示出)中，第一板602包括两者具有型配合面的两个板部，多层涂层位于该型配合面处，并且板部在该型配合面处使用适当的光学胶粘剂接合。
光谱选择板600具有接收诸如日光等的辐射所经由的接收面612。反射部件被设置成将穿过第二板604并穿过第一板602的深度部的入射辐射的一部分反射到反射部件。该反射部件包括相对于第二板604的接收面612倾斜的一系列反射部614。反射部614被取向并且层610被设置成使得接收到的入射辐射的该一部分在光谱选择板600内和沿着光谱选择板600重定向。
反射部614是倾斜的，使得当板600位于适当的竖直位置中时，朝向光谱选择板600的边缘重定向并引导(经由接口处全内反射促进的)以地平线以上40至50度的角度入射的经光谱选择的日光(依赖于于层610的特性)。
光谱选择板600使光指向由类似于上面参照图1至图10描述的框架102的框架(未示出)保持的光伏元件616。
板部606、608和第二板604可以由任何合适的材料(诸如玻璃或聚合材料等)形成。
在该实施方式中，各反射部614以可以具有0.01-1mm、0.05-0.5mm、0.7-0.3mm数量级(诸如级0.1mm的数量级)的任何合适长度和宽度的条形式来设置。在另选的实施方式中，各反射部614还可以具有更大的宽度(诸如大于1mm、5mm、10mm或20mm的宽度)。
现在参照图16，描述根据本发明的实施方式的光谱选择板700。光谱选择板700可以替换上面参照图1描述的光谱选择板104和光伏元件106。光谱选择板700减少具有IR波段内的波长的光的透过，而主要能够透射可见光，并且被设置成使IR光转向并将转向后的IR光用于产生电能。在该实施方式的变型例中，板700可以减少IR和可见光的透过并使IR和可见光被指向选择板700的边缘。
光谱选择板700在该实施方式中包括玻璃板702和704。在玻璃板702的面上设置有衍射元件706。玻璃板702和704由填充有起胶粘剂以及透明基质的作用的材料708的间隙隔开，透明基质中包括有散射和/或发光材料，由此使得该材料成为复合功能材料。
板702和704的外表面分别涂布有多层涂层712和710。
光伏元件714位于光谱选择板700的侧部并由框架结构(未示出)支撑，这类似于上面参照图1至图9描述的框架结构102。
衍射元件706被设置成用于使入射和反射的IR和/或可见光光谱地偏折，并且用于透过可见光。在该具体示例中，衍射元件706为透射模式闪耀衍射光栅，并且被设计为使得大部分入射太阳(IR)光被偏折到单个优先衍射级，光栅设计特征针对光入射角而优化，该光入射角由期望典型正午太阳辐射到窗户表面上的入射角主导。本领域技术人员将理解，衍射元件706还可以以反射模式操作并且被设计为主要在IR光谱范围内偏折成透过和/或反射衍射级的倍数。
衍射元件706的光谱特性可以通过本领域技术人员调整以下参数来设计：折射率、光栅廓形、闪耀角、占空比、光栅周期、相位级的数量以及蚀刻深度(s)。在该具体示例中，衍射光学元件706包括多个槽713，各槽到相邻槽具有4μm范围内的距离(光栅周期)。
多个槽713和玻璃板702、704之间的间隙填充有材料708。材料708为包括环氧树脂的发光散射粉。材料708提供胶粘、发光以及散射功能。入射光由发光散射粉进行的散射增加了被指向板700的侧部的部分光。
从光谱选择板的横向入射的光可以由导致沿随机方向发出的发光辐射的发出的发光材料来吸收。这导致比入射辐射更小横向取向的辐射，因此易于使光被指向用于产生电能的太阳能电池714的玻璃板702和704的侧部。
本领域技术人员将理解，玻璃板702和704还可以掺杂有吸收进入的IR、可见光以及UV光的一部分并沿随机方向发出发光辐射的发光材料。
涂层710为多层涂层，并且在该实施方式中被设置成反射宽IR波段内的入射IR光。下面将进一步详细描述涂层710。
沿横向被层710反射的部分IR光由材料708散射，使得对应的光密度由多个散射和/或内部反射被指向太阳能电池714。因此，材料708的散射特性易于降低IR辐射的通过量和能量产生的效率。
为了在可用的板结构内使用尽可能多的可用入射UV能量，顶涂层712可以在UV和可见波长范围内具有防反射特性，因此激发无机发光体，或者另选地，顶涂层712可以在UV内具有高反射特性并在可见波长上范围还具有防反射特性，同时起局部IR反射体的作用。可见光范围防反射特性还可以由使在入射角度的特定范围内的入射光能量的反射最小化的设计来调整。在另一个实施方式中，顶涂层712被设置成对于UV辐射高度反射，同时对于可见光防反射，并且可选择地还在发光体材料发光的IR波段(子波段)内为高反射性。在该示例中，UV段中的高反射特性用于使发光体免受入射UV辐射的不利影响。
现在将进一步详细描述多层结构610、710。这些涂层为光干涉涂层并被设置成反射入射IR辐射。本领域技术人员将理解，在该实施方式的变型例中，光干涉涂层还可以被设置成使得多层结构反射可见光或IR和可见光。
在该示例中，多层结构为金属电介质边缘过滤器设计类型。多层结构可以包括一堆或更多堆层(光干涉涂层)。
多层结构610、710在该实施方式中被设置成使得总集成太阳光-IR辐射功率的小部分被含在700-1700nm的波长范围内，并且使得仅光学地透射大约4％。在另选的实施方式中，例如，多层结构还可以包括导致低热发射特性的一系列层，并且可以具有太阳光控制功能。
多层结构610、710在该实施方式中在跨越300-410nm之间的一般限制内的太阳光辐射的宽UV段还具有太阳光辐射的高反射率(>90％或甚至>98％)。多层结构110和710可以由金属和介电材料形成。另选地，多层结构可以唯一地由介电材料形成。另选地，多层结构610、710还可以被设置成具有不同的反射特性，并且可以对部分可见光有反射性(特别是对于板600、700用于为室内空间的照明提供光的应用)。
以下将总结多层结构610、710的具体示例的设计。在该示例中，多层结构为包括介电材料层的多层堆叠边缘镜。例如3个堆的每个堆通常包括多于10个的部件层。层特性可以使用适当的软件程序和高性能针法优化或随机优化(Needle Optimization or RandomOptimization)或遗传算法如下计算，例如：
s{a}(L/2HL/2)m{b}(L/2HL/2)n{c}(L/2HL/2)p{d}(LMHML)q
S识别基板相对于膜顺序的位置，并且L、H以及M表示对应材料的四分之一波长的光学厚度层。各组括号中的设计波长相对于基础设计波长，根据“{}”括号中的前述倍增因数而改变。例如，对于500nm的设计波长，子堆{2.0}(HLM)10中的光学层厚度对于“()”括号内的该子堆内的所有层被计算为1000nm。因此，各层“H”的物理厚度为1000nm/(4*n(H))。优化算法的目的是使子堆重复指数m、n、p以及q最小化并使对于任意给定应用实现期望光谱响应形状所需的总厚度和层数最小化。另一个目标是优化局部(子堆)个性化设计波长倍增因数a、b、c以及d。若需要，任意附加层中可插入一系列层中，插在子堆或任意指数匹配层之间，以进一步调整多层结构610、710的所产生的性能和光谱。
在下面提供该设计方法的一个实施方式的示例：
S+2.11}(L/2HL/2)12{1.64}(L/2HL/2)8{2.85}(L/2HL/2)8{1.4}(LMHML)1
500nm的(基础)设计波长用于优化，并且所用的材料为Ta2O5、Al2O3以及SiO2。沉积顺序中的61层(辐射的波长的1/4厚度)，该示例中所示的涂层的总厚度为9.4μm。
借助调整设计序列和单层厚度，可以光谱地偏移低波长和高波长透过斜坡这两者，由此可以控制斜坡位置。在该示例中，高透过带朝向绿-红区域移位，并且由该示例设计得到相当窄的短波拒斥带。
本领域技术人员将理解，多层结构可以采用各种不同的形式，并且可以包括介电和金属材料这两者的一系列层。另选地，多层结构可以唯一地包括介电材料。
虽然已经参照具体示例描述了发明，但本领域技术人员应当理解，发明可以以许多其他形式来实施。例如，诸如装置100等的装置还可以包括由装置的框架102的支撑件支撑的镜子。该镜子可以位于光谱选择板104的侧部或边缘处或附近。在光谱选择板104上入射的至少部分IR光经由镜子被指向光伏元件106。

Claims (28)

1.一种用于产生电能的装置，所述装置包括：
板，该板对可见光至少部分能够透射，所述板具有用于接收入射光的接收面且被设置成使得所述入射光的一部分朝向所述板的边缘的区域重定向；和
多个光伏元件，所述多个光伏元件包括第一光伏元件和第二光伏元件，该第一光伏元件和该第二光伏元件定位在所述板的同一边缘或附近，所述第一光伏元件大致垂直于第二光伏元件，所述第二光伏元件面向与所述板的所述接收面平行或沿着所述板的所述接收面取向的表面部分以接收被重定向通过所述边缘附近的所述区域的光；
多个二极管，该多个二极管包括第一二极管和第二二极管，该第一二极管和第二二极管与所述第一光伏元件和所述第二光伏元件串联连接，所述第一光伏元件和所述第一二极管与所述第二光伏和所述第二二极管并联连接；
其中，所述第一光伏元件和所述第二光伏元件中的一个光伏元件被定位成接收被重定向通过所述板的所述边缘的光，并且另一个光伏元件被定位成接收透过所述边缘的附近的区域重定向的光；并且
其中，所述装置被设置成从重定向后的光的至少一部分来产生电力。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一光伏元件面向所述边缘且被设置成接收被重定向通过所述边缘的光并且第二光伏元件与所述边缘相邻定位。
3.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述第二光伏元件被取向成与所述板的所述接收面大致平行且在所述板的所述接收面上方，或者被取向成与所述板的所述接收面大致平行且在所述板的所述接收面下方。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一光伏元件和所述第二光伏元件沿着所述板的所述同一边缘取向。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一光伏元件和所述第二光伏元件彼此并联电连接。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述板具有多个边缘，且所述第一光伏元件为位于不同边缘处的多个光伏元件中的一个光伏元件，并且所述第二光伏元件为位于不同边缘处的多个光伏元件中的一个光伏元件。
7.根据权利要求1所述的装置，所述装置包括用于在所述板的边缘或侧部支撑所述板的框架结构。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述装置包括至少一个另外的光伏元件，该至少一个另外的光伏元件定位在所述框架结构上且被设置成收集被指向所述框架结构的入射光。
9.根据权利要求7或8所述的装置，其中，所述框架结构具有槽或通道，在该槽或通道中设置有至少一个光伏元件。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，在所述至少一个光伏元件上方且在所述槽或通道中设置有透光覆盖物，以保护所述至少一个光伏元件。
11.根据权利要求9所述的装置，其中，所述板的边缘定位在所述槽或通道内或所述槽或通道处。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述至少一个光伏元件的宽度大于所述板的厚度，并且被定位成使得朝向所述板的所述边缘引导但在所述边缘附近散射出所述板的光的至少一部分由该至少一个光伏元件来收集。
13.根据权利要求11所述的装置，其中，所述至少一个光伏元件的宽度接近所述板的厚度。
14.根据权利要求7所述的装置，其中，所述板具有在所述板的角部附近的孔，并且其中，所述板由从所述框架延伸到所述板的所述角部的托架固定在所述装置内，并且其中，所述板由穿过所述孔而突出的突出件联接到所述托架。
15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述突出件为螺栓。
16.根据权利要求14或15所述的装置，其中，在所述框架与所述板之间设置有至少一个光伏元件，并且其中，该至少一个光伏元件的宽度大于所述板的厚度，并且被定位成使得朝向所述板的所述边缘引导但在所述边缘附近散射出所述板的光的至少一部分由该至少一个光伏元件来收集。
17.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一光伏元件和所述第二光伏元件中的至少一个光伏元件被定位成接收朝向所述板的边缘或侧部的区域重定向的光，并且具有大致垂直于所述板的所述接收面定位的接收面。
18.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一光伏元件和所述第二光伏元件中的至少一个光伏元件被定位成接收朝向所述板的边缘或侧部的区域重定向的光，并且具有大致平行于所述板的所述接收面定位的接收面。
19.根据权利要求18所述的装置，其中，至少两个光伏元件被定位成接收朝向所述板的边缘或侧部的区域重定向的光，并且以彼此互相交叠的关系设置。
20.根据权利要求7所述的装置，所述装置包括用于联接到外部电装置的至少一个联接件，并且其中，所述至少一个联接件位于所述框架结构的表面部分，使得所述至少一个联接件从所述装置的外部的位置能够被触及。
21.根据权利要求1所述的装置，所述装置包括被设置成用于冷却所述至少一个光伏元件的冷却装置。
22.一种系统，该系统包括根据前述权利要求中任一项所述的且电连接的多个用于产生电能的装置。
23.根据权利要求22所述的系统，其中，所述多个装置并联电连接。
24.根据权利要求22或23所述的系统，该系统包括以模块化方式将多个所述装置电互连的至少一个电联接件。
25.根据权利要求24所述的系统，该系统包括多个二极管，该多个二极管被设置成控制由各装置的所述至少一个光伏元件产生的电流的流动方向，使得减少在所述装置的一部分中的电流方向对所述装置的输出的不利影响。
26.一种用于制造根据权利要求1至21中任一项所述的装置的方法，所述方法包括以下步骤：
设置所述板；
设置用于在所述板的边缘或侧部支撑所述板的框架结构；
设置所述光伏元件；
将所述光伏元件定位于所述框架结构中或所述框架结构上；以及此后
将所述板定位到所述框架结构中或定位在所述框架结构上。
27.根据权利要求26中所述的方法，其中，所述方法包括以下步骤：形成槽或通道，以及将所述光伏元件中的至少一个光伏元件定位在所述槽或通道中，以及将透光材料的覆盖物定位在所述至少一个光伏元件上方并定位在所述槽或通道中，以保护所述光伏元件。
28.根据权利要求26所述的方法，其中，所述方法被实施为使得所述光伏元件中的至少一个光伏元件被定位在所述框架与所述板之间。
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