CN109463017A - 间歇和连续地再循环光的光伏系统 - Google Patents

间歇和连续地再循环光的光伏系统 Download PDF

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Abstract

本文公开了用于优化太阳能采收的光伏系统和方法。光伏(PV)系统包括：太阳能嵌板模块。太阳能嵌板模块包括：多个太阳能电池阵列，其中每个阵列包括一组太阳能电池；和管状嵌板。多个太阳能电池阵列沿着嵌板的内表面布置。嵌板的至少上部向内倾斜，使得嵌板具有基本上呈漏斗形的几何形状。太阳能电池阵列以C形环图案排列布置。第一太阳能电池阵列与第二太阳能电池阵列隔开预定距离。太阳能电池阵列之间的区域涂覆有反射材料，以促进入射太阳光最佳地反射回太阳能电池。入射光的再循环在管内得到促进。光可以间歇地或连续地再循环。

Description

间歇和连续地再循环光的光伏系统
背景技术
本发明一般涉及光伏系统领域，利用间歇或连续地再循环光的方法，将太阳能转换成电能。由于煤、石油产品和其他碳氢化合物的供应量有限，可再生能源的使用正在逐渐增加。可再生能源是绿色环保的。而在可再生能源中，太阳能可以自由且充足地供应。
利用太阳能可以操作许多常用装置。例如，非常普遍的太阳能计算器。这些计算器还可以在除了太阳能以外的任何光能下工作。类似地，腕表也可以在任何类型的光能下工作。从为空间站到为许多家用电器供电的各种应用而言，太阳能与其他光能是有益的。
光伏系统利用太阳辐射(直射太阳光和散射太阳光)来产生电能。光伏系统的基本构建块是太阳能电池/光伏电池。电池通常是由将光转化为电的半导体材料组成。为了提高功率输出，多个电池可以相互连接以形成嵌板或模块。嵌板通常是扁平的。多个模块可以安装在机架中以形成光伏阵列。光伏系统还包括用于嵌板的安装机架和硬件、用于电连接的布线、以及功率调节设备，该设备包括逆变器和可选的用于存储电能的电池。
电池的能量转换效率或ECE(η)是太阳光或任何其他光源的入射光子能量转换为电能的百分比。当光子穿透光伏电池时，它可以产生电子-空穴对。产生的电子-空穴对可能有助于电池产生的电流，或者可能重新组合后对电池电流没有净贡献。
人们采收太阳能的能力仍然是低效的。光伏(PV)系统产生的电量可取决于：(a)到达系统的太阳光的量，以及(b)如何利用可用光。由于各种原因，大多数太阳能嵌板无法捕获和利用最佳的光。对于太阳能的应用而言，这种限制显著地降低了光伏系统的实用性，尤其是在地球的非热带地区。光伏系统哪怕生产适量的能量所需的面积仍然非常大，而这限制了其实用性。此外，传统的现有太阳能嵌板会被太阳辐射连续地轰击。进一步假设，当太阳能电池在不被干预其休眠期的情况下被不断刺激时，它们可能在次优状态下起作用。在典型的太阳能嵌板中，来自嵌板外表面的总光大约有50-80％会反射回大气中。当预期用途是生产电能时，红外线和紫外线会产生不合需要的热量而浪费掉。光的另一部分穿过嵌板而没有任何作用。所有这些浪费的成分相当于可用光的80％以上。此外，由于通过半导体的光仅仅单次经过，故系统存在固有的低效率，从而其总能量转换率降低至约17％至18％。而且，现有的太阳能嵌板的另一个严重问题可能是，由于持续的刺激使得太阳能电池瘫痪，进而降低其效率。发明人的初步测试表明，持续的刺激使得功率输出会随时间的流逝减少约30％-40％。只有部分的减少是可以通过太阳能嵌板中的高温来解释。间歇性刺激的益处是目前尚未被考虑的领域，并且有可能会对采收太阳能做出重大贡献。目前已经有相当多的研究和开发致力于改进光伏系统的各个部分以改善发电。而大部分的研究都专注在改进太阳能电池和提高太阳能电池的能量转换效率上。研究还专注于聚光器，在其中光通过透镜或镜子聚焦到太阳能电池阵列上。虽然全球对太阳能和光伏技术的需求持续增长着，但相关成本抑制了广泛使用。
美国专利NO.4080221公开了一种用于将光源重定向至锥形单元底部的方法。实际上，这并没有增加最终的能量输出，因为对于太阳能电池而言，光重定向所获得的能量是以损失大量表面积为代价的。取决于斜面的角度，太阳能电池的表面积成比例地损失，并且还会导致部分光被反射回大气中。美国专利公开NO.20160099362公开了一种在大圆柱形外壳内容纳传统太阳能嵌板的方法，以便保护嵌板免受外部污染。这些嵌板也可以从圆筒中取出以进行清洁。独立的嵌板表现得像传统的、扁平的嵌板，除了它们是沿着圆柱形外壳的壁保持垂直的。在嵌板之间有反射镜，但由于镜子与相对壁上的嵌板之间的距离，它们很少能将光重定向到其他嵌板，除非将光线以锐角的角度导向镜子。而即使在日出或日落期间，在圆柱形内部，太阳光也很少能够以锐角到达镜子。由于这些原因，光的再循环利用是无法实现的。而且，这些公开内容都没有促进光连续或间歇地再循环。
发明内容
本发明的一个或多个实施例提出了新颖的光伏系统。该光伏系统的一个或多个实施例产生“黑体”-由此基本上所有入射光都会被系统吸收，而与频率或入射角无关。基本上就像在黑洞中，没有光能够反射出系统外部，并且吸收的光会被迫留在系统内，进而转化为太阳能。根据一实施例，光伏(PV)系统包括太阳能嵌板模块。该太阳能嵌板模块包括一个或多个管状嵌板。在每个管状嵌板内布置有多个太阳能电池阵列，其中每个阵列包括一组太阳能电池。太阳能电池阵列可包括一种或多种图案。多个太阳能电池阵列沿着管状嵌板的内表面进行布置。该管状嵌板的至少上部是圆锥形或向内倾斜，使得管状嵌板具有基本上呈漏斗形的几何形状。管可以具有或不具有盖子，盖子用以滤除不需要的光波，提供电致变色层以促进间歇的刺激和/或增强可用光。在另一实施例中，管状嵌板具有基本上呈金字塔状的上部。管的剩余部分可以以圆柱管或以矩形管的形式继续。太阳能电池阵列以C形环的图案垂直地从顶部到底部进行布置，或者以它们的组合进行布置。第一太阳能电池阵列与第二太阳能电池阵列隔开预定距离。太阳能电池阵列之间的区域涂覆有合适的反射材料，以促进入射太阳光最佳地反射回太阳能电池。管的外表面也可涂覆合适的反射材料。入射光的再循环在管内得到促进。光可以间歇地或连续地再循环。
管状嵌板包括延伸穿过嵌板长度的空腔。光伏管状嵌板还包括芯元件，其中芯元件位于空腔的中央并且沿着空腔的长度方向。该芯元件涂覆有反射材料，或芯元件可以由单条或多条太阳能电池线组成，该太阳能电池线是裸露的或是嵌入在较小的微管中。中央芯延伸出太阳能嵌板外部的任何部分可以不具有反射涂层。
在一实施例中，芯元件是圆柱形构件。芯元件的第一部分或上部终止于锥形扩展构件，该锥形扩展构件也涂覆有反射材料。锥形扩展构件有助于将光重定向到太阳能电池阵列。圆柱形构件的第二部分在锥形扩展构件上方延伸-圆柱形构件的第二部分连接到凹面镜。圆柱形构件的第二部分可以不具有反射涂层。在另一实施例中，风力涡轮机还连接到中央芯在凹面镜上方的延伸部，并且圆柱形构件的第二部分也可以不涂覆反射材料。
在一个或多个实施例中，该系统可包括具有或不具有顶盖的壳体，以及壳体内垂直布置的太阳能嵌板组件。太阳能嵌板组件可包括一个或多个反射管。管可以具有或不具有盖子。各种几何形状的太阳能嵌板可以布置在管内。太阳能嵌板可以垂直地、水平地布置或者以其组合式地布置。光在壳体内和/或管内连续或间歇地再循环。这将减少壳体外部反射的损失，并且还将通过连续或间歇地产生多次传输来提高半导体/太阳能电池的工作效率。管可以像塔一样布置在壳体中，或者管可以钻入具有类似于蜂巢外观的壳体中。
光伏系统包括用于太阳能嵌板模块的壳体。管状嵌板可以垂直地布置在壳体内。壳体可包括透明顶盖板，以允许基本上所有入射光到达太阳能嵌板模块。管可以像塔一样布置在壳体中，或者管可以钻入具有类似于蜂巢外观的壳体中。顶盖板可将太阳能嵌板模块密封地封装在壳体内。顶盖板包括选自下组的两层或更多层：i)仅允许最佳光带穿透壳体的滤光层或涂层；ii)能够间歇地阻挡光通过的电致变色涂层，以及iii)增强入射光的增强层。
在另一实施例中，光伏系统包括旋转器。该旋转器固定在太阳能嵌板模块的底座。
在另一实施例中，光伏(PV)系统包括多个太阳能嵌板模块，其中每个太阳能嵌板模块包括：漏斗状或金字塔状嵌板，每个嵌板具有多个太阳能电池阵列，其中每个阵列包括一组太阳能电池，并且其中太阳能电池阵列被布置为：(A)沿着嵌板的内表面，或(B)沿着嵌板的内表面及在嵌板内的多个微管中，其中太阳能嵌板模块配置为在多个方向和角度上弯曲。
附图说明
当结合附图考虑时，将更容易理解某些实施例的特征和优点。附图不应解释为限制任何优选实施例。
图1A-图1C示出了根据某些实施例的太阳能嵌板模块的各种视图；
图2A-图2E示出了根据某些其他实施例的、具有中央芯的图1A-图1C中所示的太阳能嵌板模块的各种视图；
图3A-图3C示出了根据某些实施例的太阳能嵌板模块的各种视图；
图4A-图4E示出了根据某些其他实施例的、具有中央芯的图1A-图1C中所示的太阳能嵌板模块的各种视图；
图5A-图5C示出了根据某些实施例的光伏系统；
图6A-图6C示出了根据某些其他实施例的光伏系统；
图7A-图7B示出了根据某些实施例的具有旋转器的太阳能嵌板模块；
图8示出了根据某些实施例的用于太阳能嵌板模块的盖子；
图9A-图9D示出了根据某些其他实施例的太阳能嵌板模块的各种视图；
图9E示出了根据一实施例的设置在住宅上的光伏系统；
图9F-图9G示出了根据某些实施例的、图9C中所示的中央太阳能微管的各种视图；
图10A-图10B示出了根据某些实施例的光伏系统的各种视图；
图11A-图11E示出了根据某些实施例的混合光伏和风能转换系统的各种视图；
图12A-图12B示出了根据某些实施例的组合光伏系统和街道照明系统的各种视图；
图13A-图13B示出了根据某些实施例的基于太空的太阳能系统的各种视图；
图14A-图14D示出了根据某些实施例的混合光伏系统和风能转换系统的各种视图；
图15A-图15B示出了根据本发明实施例的光伏(PV)系统的透视图；
图15C示出了根据本发明实施例的具有枢轴的光伏系统；
图16A-图16B示出了根据本发明实施例的顶盖板的俯视图和横向剖视图；
图17A-图17D示出了根据本发明实施例的太阳能嵌板组件的纵向剖视图；
图18A-图18C示出了光伏系统的另一实施例，其中太阳能嵌板位于管与管之间的间隙中；
图19A-图19B示出了根据一实施例的太阳能嵌板组件的纵向剖视图；
图20A-图20B示出了根据一实施例的太阳能嵌板组件的纵向剖视图；
图21A-图21B示出了根据另一实施例的具有冷却系统的光伏系统；
图22A-图22D示出了根据一实施例的、具有以蜂巢状图案布置的太阳能嵌板组件的光伏系统；
图23A-图23D示出了根据一实施例的、具有太阳能嵌板的切口的纵向剖视图；
图24示出了根据一实施例的在太阳能嵌板组件中的全内反射；
图25示出了根据一实施例的用于切口太阳能嵌板组件的盖子；
图26示出了根据一实施例的位于屋顶上的光伏系统。
具体实施方式
以下描述充分详细地呈现了本发明的几个优选实施例，使得本领域技术人员可以制造和使用本发明。如本文所使用的词语“包括”、“具有”、“包含”及其所有语法变体，各自皆旨在表示开放的、非限制性的含义，其不排除另外的元件或步骤。如本文所使用的“流体”可以是液体或气体。例如，该流体可以是水、空气或气体。
图1A示出了太阳能嵌板模块100的实施例。图1B和图1C分别示出了太阳能嵌板模块100的前部和后部的纵向剖视图。参照图1A-图1C，太阳能嵌板模块100包括光伏电池或太阳能电池阵列120和用于接纳太阳能电池阵列的管状嵌板110。嵌板110包括具有中心腔115的细长管。某些实施例中，管110的至少顶部或入口部分可以向内倾斜，使得嵌板具有基本上呈漏斗状的几何形状。管110便于收集光线。
多个太阳能电池阵列120沿管110的内壁的深度方向进行布置，使得形成的是三维层而不是平面的二维层。因此，太阳能电池阵列120可以相对于壳体的顶表面(如图5A-图6C所示)在管110内具有三维布置。太阳能电池阵列120可以以基本上不完整的同心环或C形环的图案进行布置。第一太阳能电池阵列120A可以与第二太阳能电池阵列120B分开预定距离“d”。一垂直间隙125可形成于每个太阳能电池阵列内。电连接114可以穿过间隙125以利用太阳能电池产生的电力。太阳能电池阵列120包括多个互相连接的太阳能电池。太阳能电池在本领域中是已知的。太阳能电池和太阳能电池阵列120相互电连接。太阳能电池阵列120可以串联连接、并联连接或以其任何组合连接。从太阳能嵌板模块100取出电流的导线可包含银、铜或其他非磁性导电金属。
在各个环之间的区域130可以衬有或涂覆有反射材料，以增强和促进入射光最佳地反射回太阳能电池。反射材料可选自本领域已知的任何材料。此外，管110和腔115可以填充透明材料，例如玻璃或塑料(未示出)。太阳能电池也可以如7C中那样垂直地布置或以任何组合方式布置。
从图1A中可以看出，太阳光(或来自任何其他光源的光)可以从管110的顶部进入。箭头描绘了光在管110内的路径。由于各个环之间的反射涂层，光被迫散射回到管110内的电池上，从而促进入射光的多次传输。
在一实施例中，如图2A-图2E所示，管110可包括太阳能电池阵列120和至少一个芯元件140、150、160。(图2B、2D和2E中的太阳能电池阵列120尽管存在，但是将其省略以便示出光线的路径)。管110可包括碳纳米管、铝管、玻璃纤维管等。管110构造成便于从内表面以及同时从具有或不具有中央芯的每个管的深端进行全内反射。在一个或多个实施例中，一个或多个芯元件140、150、160可以居中地定位在管110的腔内。
如图2A和图2B所示，芯元件140包括实心圆柱形轴。该圆柱形轴140可以是平的或波纹状的。该圆柱形轴140可以衬有或涂覆有本领域已知的反射材料。中央芯也可以由单条或多条太阳能电池线制成，该太阳能电池线既可以是裸露的也可以封闭在更小的微管(未示出)中，这些更小的微管的内部和外部具有反射表面。
如图2C和图2D所示，芯元件150包括多个倒锥形元件。每个锥形元件150均涂覆有反射材料。在管110内，锥形元件150可以相互堆叠。每个锥形元件150可以连接或邻接至少一个其他锥形元件。
如图2E所示，芯元件160包括多个多面元件，以优化光的散射，用于在管110内再循环光。多面元件160基本上为菱形，以便于光的散射和再循环。在一个或多个实施例中，与图2A-图2B中所示的管相比，图2C和图2D所示的管110可以具有更宽的斜率。
如图2B和图2D所示，芯元件140、150可以进一步促进光的散射和再循环。这也将有助于将光均匀地分布到太阳能电池阵列中的太阳能电池上，而无论光进入管110的角度如何。如图2E所示，多面元件160可以在管内将光往所有方向上分散，并进一步促进光的再循环。管110的长度可以由可利用空间和光的强度来确定。
图3A描绘了太阳能嵌板模块的另一实施例。图3B和图3C分别示出了其前部和后部的纵向剖视图。如图所示，太阳能嵌板模块200包括管210的金字塔形上部，用于接纳太阳能电池阵列220，并且可以以矩形管或方形管的形式继续。管210的至少顶部或入口部分向内倾斜。管210沿管的长度方向具有大致正方形或矩形的横截面。管210可包括碳纳米管、铝管、玻璃纤维管等。管210构造成便于从内表面以及同时从每个管的深端进行全内反射。太阳能电池在本领域中是已知的。
多个太阳能电池阵列220沿管210的内壁的深度方向以三维层的形式进行布置，而不是以平面的二维层形式。因此，太阳能电池阵列220可以相对于壳体的顶表面(如图5A-图6C所示)在管210内具有三维布置。太阳能电池阵列220可以基本上不完整的矩形图案进行布置。第一太阳能电池阵列220A可以与第二太阳能电池阵列220B分开预定距离“d”。一垂直间隙225形成于每个太阳能电池阵列内。电连接214可以穿过间隙225以利用太阳能电池产生的电力。太阳能电池和太阳能电池阵列220相互电连接。太阳能电池阵列220可以串联连接、并联连接或以其任何组合方式连接。从太阳能嵌板模块200取出电流的导线可包含银、铜或其他非磁性导电金属。在各个阵列之间的区域230可以衬有或涂覆有反射材料，以促进入射光最佳地反射回太阳能电池。此外，管210和腔215可以填充透明材料，例如玻璃或塑料(未示出)。在其他实施例中，单串太阳能电池可以用作中央芯(未示出)，并且管的整个内壁可以衬有反射材料。
在一个或多个实施例中，一个或多个芯元件240、250、260可以居中地定位在管210的腔215内。例如，如图4A和图4B所示，芯元件包括实心圆柱形轴240。可选地，轴可以是立方形、四边形或多边形(如图5C所示，具有芯240A)。该轴240可以是平的或波纹状的。该轴240可以衬有或涂覆有本领域已知的反射材料。(中央芯也可以由单条或多条太阳能电池线制成，该太阳能电池线既可以是裸露的也可以封闭在更小的微管(如图9D所示)中，这些更小的微管的内部和外部具有反射表面)。在另一实施例中，如图4C和图4D所示，芯元件包括堆叠在管210内的多个倒金字塔形反射元件250。各个金字塔形反射元件250可以连接或邻接至少一个其他反射元件。反射元件250可以衬有或涂覆有本领域已知的反射材料。在另一实施例中，如图4E所示，芯元件包括多个多面的、菱形的元件260。这些多面元件260配置为用以优化光的散射和模块内部的再循环。
从图3A中可以看出，太阳光(或来自任何其他光源的光)可以从管210的顶部进入。箭头描绘了光在管210内的路径。由于各个环之间的反射涂层，光被迫散射回到管210内的电池上，从而促进入射光的多次传输。如图3A、图4B和图4D所示，芯240、250可以进一步促进光的散射和再循环。这也将有助于将光均匀地分布到太阳能电池阵列中的太阳能电池上，而无论光进入管210的角度如何。如图4E所示，多面元件260可以在管内将光往所有方向上分散，并进一步促进光的再循环。管210的长度可以由可利用空间和光的强度来确定。
在管内特殊布置有太阳能电池阵列120、220的管110和管210的斜率会生成一个三维太阳能嵌板模块。由于管110、管210的深度和向内倾斜，因此入射光能够在太阳能模块100、200内被完全利用，并且基本上没有光散射回大气中。
因此，太阳能嵌板模块100、200的各种实施例通过减少由于折射和反射引起的浪费光量以及通过增加全内反射来优化光的采集。此外，管110、管210的总长度和包含在管110、管210内的太阳能嵌板阵列120、220的数量可以变化，以便适应特定位置处的光强度和空间的可利用性。例如，如果光的强度低，则可以增加管110、管210的长度和电池阵列120、220的数量以优化光的采集，或者可以在强光源区域中增加长度以使得每单位面积采集更多能量。
在另一实施例中，公开了提供一种基于太空的太阳能的方法。基于太空的太阳能的概念是，在外层空间或太空中收集能量并将其存储在特殊单元中然后使用无线能量传输技术将能量传输到地球。该方法提供基于太空的太阳能系统，其包括图1A-图4E中公开的一个或多个太阳能嵌板模块。图13A-图13B中公开了示例性的基于太空的太阳能系统。如图所示，基于太空的太阳能系统1100包括用于多个太阳能嵌板模块壳体1110A、壳体1110B、壳体1110C(统称为“壳体1110”)。每个壳体可以包括太阳传感器1130，便于使得进入太阳能嵌板模块1120A、1120B、1120C的光最大化。太阳能嵌板模块包括具有不同几何形状的管状嵌板(如前所述)，并且每个嵌板可在其中具有不同的太阳能电池布置。壳体1110可通过对接臂或连接器1150可操作地连接到能量存储单元1140。该方法还涉及为基于太空的太阳能系统提供对接臂，用于当地面上的接收设施出现需要时，连接到另外的太阳能嵌板壳体。基于太空的太阳能系统1100可以驻留在绕地球轨道运行的卫星上，或者它可以是静止的并且定位在太空中的战略位置。该方法涉及使用基于太空的太阳能系统，将太阳光转换为能够存储在能量存储单元1140中的能量。该方法还涉及使用无线能量传输，将在太空中产生的能量向下传输到地面上的接收单元。利用无线电波、微波、激光或其他技术，从A点到B点的无线电力传输的各种方式已经被证明可行。当前可用的无线能量传输的一些示例，如电动牙刷和植入人体使用的可充电电池。而能量的长距离无线传输仍处于研究阶段。通过将这种接收地面单元放置在山顶或其他不受限制的区域，可以避免对电视、蜂窝电话和其他设备的干扰。
该方法还涉及将由策略性放置的基于太空的太阳能系统1200产生的电力，传输到地面或天空中的私家车、飞机、无人机和公共交通系统等移动单元。通过使用这种方法，从一个卫星或另一个卫星提供连续的能量供应以对移动单元进行再充电，电动汽车和其他交通工具的里程可以变得更长甚至无限。该方法可以利用基于太空的太阳能系统促进环保运输。该方法还可以包括为每个移动交通工具提供编码接收器(未示出)，该编码接收器可以从第一卫星上的基于太空的第一太阳能系统1200切换到第二卫星上的基于太空的第二太阳能系统，这取决于卫星与交通工具的接近程度。编码接收器在本领域中是已知的。也可以计量该编码接收器以测量电力利用率。因此，由移动交通工具接收的电力可用于对运行交通工具的电池进行充电。
图5A-图5C示出了一实施例的光伏(PV)系统300。同样地，图6A-图6C示出了另一实施例的光伏系统400。光伏系统300、400包括定位在基本上为立方体的壳体320、420内的多个太阳能嵌板模块100、200。图6A-图6C示出了太阳能嵌板模块100，其包括有沿着壳体420的长度和宽度布置的多个图1A-图1C所示的细长管110，以使其具有蜂巢结构。图6C示出了中央芯140，其横截面是圆形的。图5A-图5C示出了太阳能嵌板模块200，其包括有沿着壳体320的长度和宽度布置的多个图2A-图2C所示的细长管210，以使其具有蜂巢结构。图5C示出了中央芯240A，其横截面为矩形。模块100、200可以在壳体320、420内垂直地保持，或者在壳体320、420内保持直立的姿势。根据某些实施例，太阳能电池可以沿着壳体320、420的侧壁(未示出)排成一行。
模块100、200可紧密地包装在壳体320、420内，使得在每个模块100、200之间基本上没有间隔。一个或多个侧壁的内表面和壳体320、420的底座可包括透明绝缘材料。根据某些其他实施例，每个模块可以与相邻模块隔开预定间隔。每个模块310、410的外表面也可以衬有反射材料，以优化来自光伏系统300、400的能量输出。每个模块100和200的底座设置有多个细长开口或狭缝330、430，以排出任何积水并且还便于清洁壳体。
在另一实施例中，如图7A和图7B所示，太阳能嵌板模块500包括管510。垂直布置的多个太阳能电池阵列520可以沿着管510的内壁排列。太阳能电池也可以如图1A至图1C那样地布置。管510可包括锥形管或漏斗形管。太阳能嵌板模块500还包括旋转器530，以促进太阳能电池的间歇刺激。因为光线很少在垂直的零度轴进入管510，所以使得间歇刺激是可能的。旋转器530构造成便于管沿着垂直轴360度旋转，或前后180度摆动。如图所示，在示例性实施例中，旋转器530可以固定到管510的底座。旋转器530包括马达540、盘550和活塞560，活塞560通过盘550中的孔570将管510的底座连接到马达540。本领域已知的其他方法也可以使用。
在某些实施例中，如图8所示，本文所述的光伏系统可设置有顶盖板或盖子610。盖子610包括合适的透明绝缘材料，包括但不限于玻璃或允许光传输的合适材料。紫外(UV)或红外(IR)滤光器或涂层可以进一步结合到盖子610中。这种滤光器或涂层可以有利地滤除不需要的UV/IR光带，同时允许最佳光带穿透到模块中，从而减少热量的产生。盖子610可包括电致变色层，以促进太阳能电池的间歇刺激。盖子610还可以具有增强入射光的层。
图9E示出了光伏系统700。如图9A-图9E所示，光伏系统700包括多个太阳能嵌板模块710A和710B(合称为710)。太阳能嵌板模块710包括漏斗形管状板(如前所述)。而且，对于本领域技术人员显而易见的是，太阳能嵌板还可以包括金字塔形管状嵌板。太阳能嵌板模块710可以由支撑构件760支撑。支撑构件可包括由合适材料制成的板。在一个实施例中，太阳能嵌板模块710A可包括沿着管状模块720的内表面排列的太阳能电池。圆柱形芯730可位于太阳能嵌板模块710A内。芯730可以由合适的反射材料制成。太阳能嵌板模块710A可包括一个或多个光放大器740，其以期望的间隔沿内表面定位，以增加能量输出。光放大器在本领域中是已知的。在另一实施例中，太阳能嵌板模块710B包括沿着嵌板的整个长度和/或其一部分长度排列的太阳能电池阵列720。太阳能嵌板模块710B还包括定位在管状嵌板内的微管束770。微管束770包括微管790的集合。每个微管790包括多个太阳能电池阵列780以形成中央太阳能电池束。如图9F和图9G所示，中央太阳能电池束780可由多个楔形太阳能电池阵列形成。嵌板包括太阳能电池和电连接795。太阳能电池可在其自身的整个长度上分组成垂直的串状阵列。微管790可在内部和外部衬有反射表面。内部涂层有利于微管中的内部反射，并且外部涂层有利于主管状嵌板710B中的内部反射。
环境光被接收并且基本上被捕获在太阳能嵌板模块710内。光被太阳能电池720、780接收并且基本上转换成电能。太阳能嵌板模块710包括柔性材料。如此一来，太阳能嵌板模块710可以沿着住宅750的结构模制，从而允许嵌板被配置成各种形状。
如图9E所示，太阳能嵌板模块710包括锥形入口并以圆柱形的样式继续，类似柱子地围绕住宅成型。整个光伏系统700可以封装在更加坚固的防火管中，这也便于用水冲洗和清洁嵌板以对系统进行冷却和/或清洁。
图10A-图12B示出了光伏系统800的各种实施例。如图10A-图10B所示，光伏系统800包括管810(类似于图1A所示的“管110”)。管810包括多个太阳能电池阵列820。该太阳能电池阵列820包括多个太阳能电池。该管810还包括芯元件830。芯元件830可以是圆柱形芯元件(如参考前面图2A和图2B所述的“140”)。该芯元件830的第一部分或上部终止于锥形扩展构件840。中央芯和锥形扩展构件均涂有反射材料。该锥形扩展构件840有助于将额外的光重定向到太阳能电池。该芯构件可以延伸超过锥形扩展构件840。该芯构件的第二部分可以连接到凹面镜或任何凹面反射构件860。芯构件的第二部分可以不涂覆反射材料。凹面镜860被配置成在24小时内顺时针或逆时针地旋转360度，这取决于它是在南半球还是北半球以及太阳是在赤道的南部还是北部。镜子旋转的方向将于3月21日和9月21日发生改变，使得镜子总是面向太阳，并且凹面镜860将光重定向到太阳能嵌板系统800。
图11A-图11E示出了混合光伏系统和风能转换系统900。光伏系统900包括管910(类似于图1A所示的“管110”)，管910包括多个太阳能电池阵列920。该太阳能电池阵列920包括多个太阳能电池。管910还包括芯元件930。芯元件930可以是圆柱形芯元件(如参考前面所述的“140”)，芯元件930的第一部分终止于锥形扩展构件940。该芯的第一部分和锥形扩展构件均涂有反射材料。该锥形扩展构件940有助于将额外的光重定向到太阳能电池。芯元件930的第二部分可以延伸超过锥形扩展构件940，以连接到凹面镜或任何凹面反射构件960。该中央芯的第二部分可以不涂覆反射材料。凹面镜960被配置成在24小时内顺时针或逆时针地旋转360度，这取决于它是在南半球还是北半球以及太阳是在赤道的南部还是北部。该中央芯可以进一步延伸，使得风力涡轮机970可以连接到太阳能嵌板。中央芯的第二部分可以不涂覆反射材料。风力涡轮机970可以连接到凹面镜960。如此一来，该系统是一个混合风能和太阳能嵌板系统，其可以确保不间断的电力来源。图11C-图11D示出了与图11A-图11B相同的视图，但是镜子960面向的是相反的方向。图11E是图11C-图11D的横截面视图。底部的放大视图示出了用于整合从风力涡轮机970和太阳能电池阵列920产生的DC电流的传统机构。参照图11E，直流电存储在用于太阳能和风能的电池980A和980B中，并且通过用于太阳能和风能的功率逆变器990A和990B转换成交流电以立即使用。即使混合动力系统对独立风力涡轮机或太阳能嵌板自身产生的电力没有做出任何重大贡献，但最终用户可获得的组合电力输出能够多于其中任何一个所单独生产的电力。例如，如果风力涡轮机产生的功率为10KW并且太阳能电池产生的功率也为10KW，则混合系统可能能够为最终用户产生至少20KW。
图12A-图12B示出了为街道照明系统1000提供补充电力的光伏系统。该系统1000包括太阳能嵌板管1010(类似于图1A所示的“管110”)。管状板1010包括多个太阳能电池阵列1020。太阳能电池阵列1020包括多个太阳能电池。管状板1010还包括芯元件1030。芯元件1030可以是圆柱形芯元件(如参考前面图2A和图2B所述的“140”)。芯元件1030的上部终止于锥形扩展构件1040。中央芯和锥形扩展构件均涂有反射材料。锥形扩展构件1040有助于将额外的光重定向到太阳能电池。中央芯可以向上延伸以终止于灯具1080中。中央芯的该部分可以不涂覆反射材料。灯具1080可以是LED灯具。灯具1080可包括任何几何形状。在某些实施例中，如图所示，灯具1080可包括具有多个LED灯的盘或光晕几何体。白天的时候，太阳能电池阵列1020产生能量，并且在夜间，下行到灯具1080的光将补充产生能量。底部的放大视图说明了如何将太阳能电池产生的直流电转换为可用的形式。直流电存储在合适的电池中并且通过电力逆变器1090被转换为交流电以便立即使用。该交流电可以作为灯具1080的输入，其可以具有额外的交流电输入作为备用。
图14A-图14D涉及光伏系统的又一实施例1200。如图所示，光伏系统1200包括位于第一层中的多个嵌板1210。第二层及后续层可包括具有十字形几何体1220的多个单元。每个单元可包括一个或多个光伏表面1225、一个或多个反射表面1227或两个表面的组合。嵌板1210和单元上的光伏表面1225可包括本领域已知的一个或多个太阳能电池或光伏电池。光伏系统1200可以预先配置或预组装。
该光伏系统1200包括壳体1230。如本文的图8所描述的，壳体1230可包括透明的顶部或顶盖板/片。顶部或盖子可以由玻璃或合适的材料制成，其允许光的传输并滤除特定的波长，并且有助于将壳体内的入射光反射到嵌板1210和十字形单元1220上。在一个或多个实施例中，顶部或盖子可涂覆有透明导电膜。
第一层中的每个嵌板1210可以通过透明或半透明连接器连接到相邻嵌板。该连接器可以是桥接板或条带或圆柱体，其由玻璃、聚碳酸酯或合适的材料制成。连接器可以覆盖有紫外线滤光器和/或红外线滤光器，以便只允许最佳光带进入壳体。在一个或多个实施例中，连接器的底面可涂覆有反射器材料或涂覆有透明导电膜，使得连接器在下面具有反射表面。
第一嵌板层中的一个或多个嵌板包括倒金字塔形几何体。第二层和后续层中的一个或多个包括一个或多个球形或细长单元。这些单元具有细长的“十字形”几何体。具有“十字形”几何体的单元可包括在所有表面上的光伏表面或反射器表面或两者的组合，表面可以是扁平的、矩形的、弯曲的，或平坦的和弯曲的或弧形的表面的组合。
第一层1210中的嵌板和第二层或后续层1220中的单元可以彼此分开预定间隙，以促进光的最佳再循环。第二层中的第一单元基本上位于第一层中的第一和第二嵌板之间的间隙下方，并且第二层中的第二单元基本上位于第一层中的第二和第三嵌板之间的间隙下方。因此，第二层和后续层中的单元以x+1/x-1、x、x+1/x-1、x...的系列进行布置，其中x＝第一层中的嵌板数。
图13A示出了光伏系统1200的等轴前视图，其中一个大风扇1250连接到轴(未示出)，用于风能发电，并且还通过皮带(未示出)驱动其他单元1220。图13B示出了光伏系统1200的等轴后视图。风扇1250的叶片1255固定到轴1240的前端处的轮毂1260，轴1240穿过壳体1230的前壁和后壁之间，使得实心轴可以自由旋转。轴的后端连接到齿轮箱1270，其中轴的旋转可以通过大齿轮连接到小齿轮而倍增。齿轮箱1270连接到发电机1275。产生的电功率与风扇叶片1255的尺寸、轴的旋转以及齿轮箱中的大齿轮和小齿轮之间的比例成比例。可能需要变压器来增加或减少电压，以便与最终使用的配电电压或传输电压兼容，这具体取决于互连类型。齿轮箱、发电机和涡轮机的其他部件被限制在外壳或机舱1280中。电池中的组合能量存储能力将大于它们中单独的任何一个。该电通过功率逆变器1285转换成交流电以立即使用。图13C示出了光伏系统1200的等轴前视图，其中前端敞开以示出从主风扇到其他单元1220的带连接1290。实心轴充当驱动器并驱动其他轴。图14D示出了带系统的示意图。
图15A和图15B示出了光伏(PV)系统10000的实施例。该光伏系统10000包括定位在基本上为立方体的壳体10020内的太阳能嵌板组件10050。太阳能嵌板组件10050包括沿着壳体10020的长度和宽度成阵列地布置的细长管10010。管10010可在壳体10020内垂直堆叠或以直立的姿势堆叠在壳体10020内。在一个或多个实施例中，太阳能嵌板(未示出)可以沿着壳体10020的侧壁10020a、10020b排列。在壳体10020内，管10010可以垂直布置或者布置成塔状或柱状排列。管10010可以紧密地包装，使得在每个管10010之间基本上没有间隔。一个或多个侧壁10020a、10020b的内表面和壳体10020的底座10020c均可包括透明绝缘材料。侧壁10020a、10020b的内表面可以是反射材料或太阳能电池，以增加管10010上的入射光子能量。合适的光传感器或光电池10030可以沿着壳体10020的顶表面的一个或多个侧面定位，在360度范围内在任何时间将壳体10020引向光源。管10010可以基本上为圆柱形或椭圆形，并且可以具有中空管状横截面。每个管10010在内部和/或外部可以衬有反射材料。每个管10010的第一端10010a可设置有盖子10040。每个管10010的第二端10010b可以固定到壳体10020的底座10020c的内表面。管10010的长度可以大于它们的直径。管10010的长度和直径是可变的。在一个或多个实施例中，管10010可以是碳纳米管、铝合金、玻璃纤维等。碳纳米管的强度比钢更高，同时仅具有钢重量的一部分。管10010构造成便于从内表面以及从每个管的深端进行全内反射。
管10010包括中空芯。通道10015延伸穿过每个管10010的长度。每个管10010包括一个或多个太阳能嵌板10055。太阳能嵌板10055可以定位在通道10015内，并且它们可以垂直于底座10020c布置。在一个或多个实施例中，太阳能嵌板10055可以不延伸到管10010的顶部。
壳体10020为太阳能嵌板组件10050提供支撑。壳体10020可包括透明顶盖板或片10025。盖板10025基本上覆盖壳体10020的整个顶表面。盖板10025可以由透明材料的薄片制成，如聚碳酸酯、聚氟乙烯、玻璃等，使得它基本上允许所有入射的太阳光到达太阳能电池组件。盖板10025的下表面用于将来自壳体10020内部的光反射回到管10010内的太阳能电池组件上。通过选择不同类型的本领域中已知的各种单向反射系统，可以在穿过壳体10020的光和反射回壳体10020的光之间实现期望的平衡。
图15C中示出了具有太阳能嵌板组件10050的光伏系统10100。如图所示，壳体10020可设置有枢轴10060。壳体10020的底座10020c放置在枢轴上。光传感器10030用以检测入射的太阳光。光传感器10030可操作地与枢轴10060相连接。枢轴10060可以基于检测到的太阳光使壳体10020在入射太阳光(或任何光源)的方向上倾斜。这确保了太阳能嵌板组件10050能够在360度圆周上朝向太阳。
如图16A-图16B所示，盖板10025可配置有多个滤光器和涂层10035。例如，盖板10025可以具有红外(IR)滤光器和紫外(UV)滤光器。盖板10025还可在其下表面(即未暴露于阳光下的一侧)10025A上具有涂层，以防止入射光子能量/光逸出。该盖板10025还可包括增强层。增强层可涉及到激光原理的使用。该盖板10025还可包括电致变色层。电致变色层可以将电致变色涂层(或合适的装置-未示出)与盖板10025A的下表面相结合，以便自动控制通过它的光量。例如，电致变色涂层可以配置成允许光间歇地穿过盖板10025。电致变色涂层在本领域中是已知的。
图17A-图17D示出了太阳能嵌板组件10050A-10050D的实施例。太阳能嵌板组件10050A-10050D包括具有垂直通道10015和盖子10040的反射管10010。该盖子10040包括合适的透明绝缘材料，包括但不限于玻璃或允许光传输的合适材料。紫外滤光器(UV)或红外(IR)滤光器或涂层可以进一步结合到盖子10040中。像这样的滤光器或涂层可以有利地滤除掉不希望的紫外/红外光带，同时允许最佳光带穿透到管10010中，从而减少热量的产生。这种布置通过迫使光保持在管10010内而产生光阱。盖子10040可包括电致变色层和增强层。光传感器10070可以定位在盖子10040上方。如图所示，管10010可在底座设置有枢轴10080。该枢轴10080可以是基本上为圆锥形的，并且可以配置成为太阳能嵌板组件10050A-10050D提供支撑。枢轴10080可以配置成使管10010往入射太阳光的方向上倾斜。这确保了太阳能嵌板组件10050A-10050D在360度圆周上朝向太阳。
一个或多个太阳能嵌板10055A-10055D可以垂直布置通道10015内。每个太阳能嵌板10055A-10055D可包括本领域已知的一个或多个太阳能电池(未示出)。太阳能嵌板10055A-10055D具有的太阳能电池布置在深度方向而不是在层方向。因此，太阳能嵌板10055A-10055D在管11000内具有三维布置。太阳能嵌板10055A-10055D可具有不同的几何形状。
该太阳能嵌板10055A具有细长的“十字形”几何体。太阳能嵌板10055A可在所有外表面上包括光伏电池。可选地，太阳能嵌板10055A上的每个外表面可包括光伏器件或太阳能电池和镜面状反射表面的组合。该镜面状反射表面可包括用于反射入射光的高品质镜子。该表面可以是扁平的、矩形的、弯曲的或这些表面的组合。太阳能嵌板10055B包括多个邻接球体或彼此堆叠的球体，以形成柱状球形排列。球体的外表面也可以具有光伏电池或光伏电池和反射表面的组合。太阳能嵌板10055C包括多个彼此堆叠的邻接金字塔结构，以形成细长柱。该金字塔结构可以具有三角形面，其具有光伏电池或镜面状反射表面。太阳能嵌板10055D包括多个球体，这些球体具有彼此堆叠的楔形切口以形成柱状布置。该球体可以具有平坦或弯曲的边界，其形成高品质镜子的表面，用于反射光。光伏电池可以沿着直径附着到外围表面。
这些不同形状的目的是，即使当太阳光没有直接撞击太阳能嵌板组件10050A-10050D，并且反而是从不同角度下降时，也能够优化光的吸收。本领域技术人员可以理解，在嵌板几何形状及其组合中具有其他这种变化的其他实施例，在本公开的范围内用于预期目的是可能的。应当理解，本文所公开的各种几何形状旨是非限制性的，并且嵌板可包括任何合适的平面或非平面几何形状。
在管10010内布置具有非平面形状的嵌板10055A-10055D，有利于管10010内的光线的多次反射。因此，与可比较的现有技术系统相比，太阳能嵌板组件10050A-10050D的光子能量对电能的能量转换效率(ECE)可以显著提高。
图18A-图18C示出了另一实施例的光伏系统10400。该光伏系统10400包括用于太阳能嵌板组件10050的壳体10020。该太阳能嵌板组件10050可包括多个管10010。管10010可以垂直布置或者在壳体10020内布置成塔状或柱状排列。管10010可以串联连接或并联连接，或者是两者的组合连接。例如，如果有一百个塔，它们可以全部串联连接或并联连接，或者十个塔可以串联连接以形成十组十个塔的形式，这十组塔可以并联连接并且可以是它们的各种组合。每个管10010包括具有太阳能电池(未示出)的太阳能嵌板10055。虽然太阳能嵌板10055图示为具有十字形的几何形状，但应理解它们可具有任何几何形状，包括球形、金字塔形或球形几何形状(如图17B-图17D所述)。每个管10010可以与相邻的管10010隔开预定间隔。细长太阳能嵌板10405可定位在相邻的管10010之间的空间或间隙中。太阳能嵌板10405垂直地堆叠并且平行于管10010对齐。太阳能嵌板10405可以配置为具有四个弧形面。每个弧形面可以配置有光伏器件，或配置有光伏器件和反射镜的组合，以确保最佳的电力生产。管10010的外表面也可衬有反射材料，以优化嵌板10405的能量输出。
如图18B所示，管10010和每个太阳能嵌板10405可设置有枢轴10425。壳体10020可设置有枢轴10415(类似于10080)和光传感器10435。如图18C所示，当光传感器10435检测到太阳光时，它们促使枢轴10415、枢轴10425把壳体和/或管10010和太阳能嵌板10405往太阳光的方向倾斜。
如图17A-图18C所示，管10010被校准，使得阳光(或来自任何其他源的光)可以从管的顶部进入。箭头描绘了光在管10010内的路径。如图10010所示，当平行光线进入管10010时，即，当入射角接近10090度时，管内更可能发生全内反射。管10010的内表面可涂覆有合适的全反射材料，使得光被全反射回太阳能嵌板(未示出)。因此，光被迫使散射回到管10010内的嵌板上，从而促进入射光的多次传输。这也将有助于将光均匀地分布到嵌板上，而不论光进入管10010的角度如何。通过使管10010(或壳体)直接倾斜朝向光源，光的入射达到最佳角度，使得系统从光纤的公认原理和优点获得益处。因此，本发明的实施例通过减少由于折射和反射引起的浪费的光量并增加全内反射来优化光的采集。本发明的实施例还可以避免由太阳能嵌板的连续刺激引起的，诸如降低功率输出之类的缺点。在一个或多个实施例中，为了有利于利用光纤原理，每个嵌板(10055、10055A-10055D)的高度可以是管10010的高度的约90％，使得嵌板的顶表面与管的顶表面之间存在10％的间隙。
图19A示出了太阳能嵌板组件10500A的实施例。该太阳能嵌板组件10500A包括如前所述的反射管10010。圆柱形芯10505A位于管10010内并且其长度延伸至管10010的长度。如图所示，该圆柱形芯10505A可以是中空的。然而，在其他实施例中，圆柱形芯10505A可以是实心轴。多个太阳能嵌板10515A可以沿芯10505A的长度方向垂直布置。如图所示，管10010包括六个垂直太阳能嵌板10515A。该太阳能嵌板10515A可以串联连接、并联连接或以其任何组合进行连接。圆柱形芯10505A位于太阳能嵌板之间的表面可包括反射表面。
图19B示出了太阳能嵌板组件10500B的实施例。该太阳能嵌板组件10500B包括反射管10010。圆柱形芯10505B位于管10010内并且其长度延伸至管10010的长度。如图所示，管10010包括两个垂直太阳能嵌板10515B。每个太阳能嵌板10515B包括交替的光伏电池和反射表面。圆柱形芯10505A位于太阳能嵌板之间的表面可包括反射表面。可以在反射管10010和圆柱形芯10505A、10505B之间的空间填充透明材料，如玻璃或塑料。
图20A-图20B示出了太阳能嵌板组件10600的实施例。该太阳能嵌板组件10600包括如前所述的反射管10010。圆柱形芯10605位于管10010内并且其长度延伸至管10010的长度。该圆柱形芯10605可以是中空的或实心的。多个太阳能嵌板10615可以像环一样沿着芯10605的圆周布置。如参考图20A-图20B所见，太阳能嵌板10615的形状类似于C形环。该太阳能嵌板10615可以串联连接、并联连接或以其任何组合方式进行连接。圆柱形芯10505A位于太阳能嵌板之间的表面可包括反射表面。可以在反射管10010和圆柱形芯10605之间的空间填充透明材料，如玻璃或塑料。在另一实施例中，单串太阳能电池可用作中央芯。
图21A示出了光伏系统10700A的实施例的俯视图。如图所示，圆柱形管10010A沿着壳体10020的长度方向和宽度方向进行布置。该管10010可包括实心圆柱形轴10710。每个圆柱形轴710可以嵌有一个或多个太阳能嵌板。如图所示，圆柱形轴10710包括六个太阳能嵌板10715A-10715F。空气或液体冷却剂可以循环通过圆柱形管10010A之间的空间(如箭头所示)。管10010A和轴10710之间的环形间隙10720用作全内反射的媒介。
图21B是图21A中所示的光伏系统的另一实施例。如图21B所示，光伏系统10700B包括方形塔10010B，该方形塔10010B具有沿塔10020的长度方向布置的圆形/椭圆形孔。每个方形塔10010B包含有实心轴10710，实心轴10710沿其圆周嵌有六个垂直嵌板10715A-10715F。空气或液体冷却剂可以通过塔10010B内或塔与塔之间的微管进行循环(如箭头所示)。管10010B和轴10710之间的环形间隙10720用作全内反射的媒介。
图22A-图22D示出了另一实施例的光伏系统10800。如图所示，光伏系统10800包括以蜂巢状图案布置的太阳能嵌板组件10850。光伏系统10800包括壳体10820。沿着壳体10820的顶表面可以布置有光传感器10835。该壳体10820包括盒形内部构件10815。构件10815可以由任何合适的材料制成，例如铝或类似材料。也可以由冷却剂材料制成。该构件10815的顶表面可以与用于壳体10820的盖板10860齐平，而构件10815的底表面可以与壳体10820的底座齐平。管状开口或切口10810在构件10815内形成。该切口10810从构件10815的顶表面延伸到构件10815的底表面，从而形成蜂巢的外观。实心轴10840可以直接放置在每个切口10810的腔内(与定位在圆柱形管内相反，如图21A-图21B所示)。一个或多个垂直太阳能嵌板10855可以围绕轴10840嵌入。圆柱形腔之间的实心区域可以由冷却剂材料制成，或者可以具有用于空气或液体冷却剂(如海绵)的细小管。切口10810可以是任何的形状。例如，切口10810可以是圆形的(如图22A所示)、或者它们可以是卵形的(如图22B所示)、或者它们可以是圆形或卵形的组合)。图22D中的截面轴示出了全内反射10870的工作情况。
图23A-图23D示出了切口太阳能嵌板组件10910A-10910D的纵向剖视图。如图所示，轴(图22A-22D所示的10840)基本上或完全不存在。因此，太阳能嵌板10920A-10920D基本上与相邻的太阳能嵌板相接触。在图23A中，两个嵌板彼此相对，其间没有空间。在图23B中，嵌板类似于具有狭缝的货币，一个堆叠在另一个之上。在图23C中，嵌板布置成类似于四边形结构，该四边形结构之间没有间隙。在图23D中，嵌板以具有垂直嵌板的圆周形设计布置，且在它们之间没有任何空间。图23D的示例性实施例也可以是单股太阳能电池，或者可以是由管10010内的透明介质(未示出)保持在适当位置的纳米器件。图23A-图23D(以及单股的实施例)描绘了最小化全内反射的阻碍。可以使用任何其他类似的设计来获得相同的结果。
图25示出了多个盖子11120，用于封闭参考图22A-图22D描述的太阳能嵌板组件11110中的每个切口或开口(或管子10010)。盖子11120可以配置成将每个切口或管基本上封闭。类似于参考图16A-图16B描述的用于顶盖片的滤光器/电致变色涂层/增强层，每个盖子11120还可以具有三层，即紫外/红外滤光层、电致变色层和增强层。光偏转器11140可以定位在盖子11120上方。该光偏转器11140可包括放置在锥形玻璃棱镜11130内的反射器锥体11145。锥体11145使撞击它的所有太阳光线偏转，使得它们朝向圆柱形间隙落下，从而增强全内反射的可能性。
图26示出了安装在建筑物11220顶部的本文所述的光伏系统11210。太阳能嵌板组件可以向所有方向倾斜，倾斜角度由安装在壳体壁上和各个圆柱形管的顶表面上的光传感器控制，并且与如本文所述的在一个或多个壳体或管上的枢轴一起工作。
根据一实施例，一种用于优化太阳能采集的方法包括：提供一种用于接收太阳能的光伏系统，该光伏系统包括：壳体；以及壳体内的太阳能嵌板组件。太阳能嵌板组件包括一个或多个管，或以蜂窝梳形状布置的管状切口。每个管包括一个或多个太阳能嵌板。入射光在管内的再循环得以实现。光可以间歇地或连续地再循环。反射量可以通过反射的百分比、嵌板的非平面表面类型、反射区域的量以及优化所需反射量以最大化发电的其他方法来修改。
依靠壳体内部或外部的流体循环，可以在壳体内保持最佳温度。在蜂巢实施例中，材料可以被冷冻以防止升温，或者可以具有微管以使空气或液体冷却剂循环。
嵌板可包括一个或多个光伏电池(半导体)。一个或多个嵌板是非平面嵌板。嵌板可以有纹理和波纹。嵌板可在其自身顶部表面和底部表面包括有电池，而嵌板的顶部和底部覆盖有反射基。嵌板可以是球形、具有楔形切口的球形、金字塔形、圆形、半圆形、菱形、椭圆形、圆形或任何这些形状的组合。
根据本文描述的一个或多个实施例的光伏系统，可以被设置成固定的地面单元或移动单元。
根据一个或多个实施例，提供的光伏系统或是混合或组合系统可以优化电能的产生。根据一实施例，利用电致变色涂层使得壳体顶盖板间歇渐变不透明化，或通过本领域已知的任何其他技术来促进太阳能电池的间歇刺激。
根据一实施例，本文描述的实施例中，由光伏系统产生的电能可以被收集、存储(例如，存储在电池中)并通过现有使用的专用方法分配。如此一来，本发明的实施例允许电源持久使用、环境友好。
根据一个或多个实施例，光伏系统的每单位面积将有更多的能量输出。这可以促进太阳能技术在消费者、商业、国防、科学、空间技术、交通工具和工业目的中的广泛使用和接受。
应当理解，如本文所用的“第一”、“第二”、“第三”等，以及“顶部”和“底部”均是任意指定的，并且仅旨在区分两个或更多个太阳能嵌板、太阳能电池阵列、它们的位置关系等，这视情况而定，并不表示任何特定的方向或序列。此外，应该理解，仅仅使用术语“第一”并不要求存在任何“第二”，并且仅仅使用术语“第二”并不要求存在任何“第三”等。
因此，本发明很好地适用于获得所提及的结果和优点以及其中固有的结果和优点。以上公开的特定实施例仅是说明性的，因为本发明可以以受益于本文教导的本领域技术人员显而易见的不同但等同的方式进行修改和实践。此外，除了在下面的权利要求中描述的之外，对于本文所示的构造或设计的细节没有限制。因此，显而易见的是，可以改变或修改上面公开的特定说明性实施例，并且所有这些变化都被认为是在本发明的范围和精神内。虽然利用术语“包括”、“包含”或“包括”各种组件或步骤来描述装置和方法，但是该装置和方法也可以“基本上由各种组件和步骤组成”或“由各种组件和步骤组成”。特别地，本文公开的每个范围的值(形式为“从大约a到大约b”，或等同地，“从大约a到b”)应被理解为阐述在更广泛的范围值内的每个数字和范围。此外，权利要求中的术语具有其清楚的、普通的含义，除非专利权人另有明确和清楚的定义。此外，如权利要求中所使用的不定冠词“一(a)”或“一(an)”，在本文中定义为表示其引入的元素中的一个或多于一个。如果本说明书中使用的词语或术语与通过引用并入本文的一个或多个专利或其他文件使用的词语或术语存在任何冲突，则应采用与本说明书一致的定义。从前面的描述中，本领域技术人员将理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的情况下，可以对设计、构造和操作的细节进行许多变化或修改。

Claims (21)

1.一种光伏(PV)系统，包括：
太阳能嵌板模块，其中太阳能嵌板模块包括：
多个太阳能电池阵列，其中每个阵列包括一组太阳能电池；以及
管状嵌板，其中多个太阳能电池阵列沿着嵌板的内表面布置，
其中，嵌板的至少上部向内倾斜，使得嵌板具有基本上呈漏斗形或基本上呈金字塔形的几何形状，并且
其中，管状嵌板有利于光在管状嵌板内的内反射和再循环。
2.根据权利要求1所述的光伏系统，还包括用于太阳能嵌板模块的壳体，其中，壳体包括透明顶盖板，以允许基本上所有入射光到达太阳能嵌板模块。
3.根据权利要求1所述的光伏系统，其中，嵌板包括延伸穿过嵌板长度的腔。
4.根据权利要求4所述的光伏系统，还包括芯元件，其中，芯元件位于腔内的中央，并且芯元件涂覆有反射材料，并且芯元件促进光在管状嵌板内的内反射和再循环。
5.根据权利要求4所述的光伏系统，其中，中央芯元件包括以下中的至少一个：
(i)圆柱形芯元件；
(ii)多个倒锥体；和
(iii)多个多面芯元件。
6.根据权利要求2所述的光伏系统，其中，顶盖板包括选自下组的两层或更多层：
i)仅允许最佳光带穿透壳体的滤光层或涂层；
ii)能够间歇地阻挡光通过的电致变色涂层，以及
iii)增强入射光的增强层。
7.根据权利要求1所述的光伏系统，还包括旋转器，其中，旋转器固定在太阳能嵌板模块的底座。
8.根据权利要求5所述的光伏系统，其中，芯元件是圆柱形构件，并且芯元件的第一部分终止于锥形扩展构件。
9.根据权利要求8所述的光伏系统，其中，锥形扩展构件有助于将光重定向到太阳能电池阵列。
10.根据权利要求8所述的光伏系统，其中，圆柱形构件的第二部分在锥形扩展构件上方延伸，并且其中圆柱形构件的第二部分没有反射涂层。
11.根据权利要求10所述的光伏系统，还包括凹面镜，其中，凹面镜连接到圆柱形构件的第二部分，并且其中凹面镜将光重定向到管状嵌板的入口或嘴部。
12.根据权利要求11所述的光伏系统，还包括风力涡轮机，其中，风力涡轮机连接到圆柱形构件的第二部分，并且从风力涡轮机和太阳能电池阵列产生的直流电存储在一个或多个用于将直流电转化成交流电的太阳能电池和风能电池或单个存储系统中。
13.根据权利要求1所述的光伏系统，其中，太阳能电池阵列以C形环图案布置，并且其中第一太阳能电池阵列与第二太阳能电池阵列分开预定距离。
14.根据权利要求13所述的光伏系统，其中，太阳能电池阵列之间的区域涂覆有反射材料，以促进入射太阳光最佳地反射回太阳能电池。
15.一种光伏(PV)系统，包括：
多个太阳能嵌板模块，其中每个太阳能嵌板模块包括：
管状嵌板，其中管状嵌板基本上呈漏斗形；和
多个太阳能电池阵列，其中每个太阳能电池阵列包括一组太阳能电池，并且其中太阳能电池阵列沿着以下位置进行布置：
(A)管状嵌板的内表面，或
(B)管状嵌板的内表面和包含在管状嵌板内的多个微管中，
其中管状嵌板和微管配置成在多个方向和角度上弯曲。
16.一种用于采收太阳能的方法，包括：设置基于太空的太阳能系统，其中，基于太空的太阳能系统包括根据权利要求1所述的太阳能嵌板模块。
17.一种用于采收太阳能的方法，包括：设置基于太空的太阳能系统，其中，基于太空的太阳能系统包括根据权利要求15所述的太阳能嵌板模块。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，基于太空的太阳能系统位于绕地球轨道运行的卫星上，或者策略性地定位在外太空中。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，基于太空的太阳能系统包括能量存储单元，并且能量存储单元配置用于存储太阳能。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括，通过无线传输将来自能量存储单元的能量为移动交通工具提供电能，其中，每个移动交通工具设置有编码接收器，编码接收器可以从第一卫星上的基于太空的第一太阳能系统切换到第二卫星上的基于太空的第二太阳能系统，这取决于卫星与交通工具的接近程度，并且其中编码接收器被计量以测量电力利用率。
21.一种将太阳能和风能转化成电能的方法，包括设置根据权利要求12所述的光伏系统。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113279711A (zh) * 2021-06-08 2021-08-20 山东省地矿工程勘察院 一种钻井液循环系统

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3807405A2 (en) * 2018-06-14 2021-04-21 REGENXBIO Inc. Anion exchange chromatography for recombinant aav production
US11658609B2 (en) 2020-09-11 2023-05-23 Abron Arrington Photovoltaic renewable energy system

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6224016B1 (en) * 1997-12-19 2001-05-01 Sky Station International, Inc. Integrated flexible solar cell material and method of production
JP2011155115A (ja) * 2010-01-27 2011-08-11 Eiko:Kk 太陽光発電装置
CN202068347U (zh) * 2011-03-12 2011-12-07 谢显春 一种循环利用光线的太阳能发电装置
JP2011249654A (ja) * 2010-05-28 2011-12-08 Re Earth Kk 太陽光発電装置
US20130032673A1 (en) * 2011-08-03 2013-02-07 Satoshi Kobayashi Solar power satellite system for transmitting microwave energy to the earth and method of arranging a solar power satellite system about the sun for same
CN103000734A (zh) * 2012-10-02 2013-03-27 天津蓝天太阳科技有限公司 一种新型太阳能发电聚光光伏组件
US20140246075A1 (en) * 2013-03-01 2014-09-04 Glenn M. Goldsby Solar energy collector apparatus
CN104100458A (zh) * 2013-04-07 2014-10-15 罗才德 太阳能、风能磁悬浮发电机
CN104158487A (zh) * 2014-08-01 2014-11-19 苏州瑞晟纳米科技有限公司 光电/光热一体化器件

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4368415A (en) * 1979-09-14 1983-01-11 British Aerospace Converting solar power to electric power
US20090120486A1 (en) * 2006-11-15 2009-05-14 Benyamin Buller Bifacial Solar Cell Array
US8200390B2 (en) * 2009-07-30 2012-06-12 Control Solutions LLC Securable cover for vehicle lights
TW201104897A (en) * 2009-07-31 2011-02-01 Pegatron Corp Portable solar cell apparatus

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6224016B1 (en) * 1997-12-19 2001-05-01 Sky Station International, Inc. Integrated flexible solar cell material and method of production
JP2011155115A (ja) * 2010-01-27 2011-08-11 Eiko:Kk 太陽光発電装置
JP2011249654A (ja) * 2010-05-28 2011-12-08 Re Earth Kk 太陽光発電装置
CN202068347U (zh) * 2011-03-12 2011-12-07 谢显春 一种循环利用光线的太阳能发电装置
US20130032673A1 (en) * 2011-08-03 2013-02-07 Satoshi Kobayashi Solar power satellite system for transmitting microwave energy to the earth and method of arranging a solar power satellite system about the sun for same
CN103000734A (zh) * 2012-10-02 2013-03-27 天津蓝天太阳科技有限公司 一种新型太阳能发电聚光光伏组件
US20140246075A1 (en) * 2013-03-01 2014-09-04 Glenn M. Goldsby Solar energy collector apparatus
CN104100458A (zh) * 2013-04-07 2014-10-15 罗才德 太阳能、风能磁悬浮发电机
CN104158487A (zh) * 2014-08-01 2014-11-19 苏州瑞晟纳米科技有限公司 光电/光热一体化器件

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113279711A (zh) * 2021-06-08 2021-08-20 山东省地矿工程勘察院 一种钻井液循环系统

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