CN114450806A - 发电装置 - Google Patents

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Abstract

本公开内容提供一种用于建筑物或结构的窗户的装置。该装置包括面板，面板具有对至少一部分可见光透明的区域并且具有相对的第一主表面和第二主表面。第一主表面是面板的光接收表面。该装置还包括至少一个太阳能电池串，每个太阳能电池具有光接收表面，该光接收表面面向面板的第二主表面并且在第二主表面处直接或间接地结合至面板，使得光可以被太阳能电池的光接收表面接收而不传播通过面板与太阳能电池的光接收表面之间的间隙。至少一个太阳能电池串被定位在面板的边缘处并且沿着面板的边缘且在该边缘与对至少一部分可见光透明的区域之间。太阳能电池仅被定位在面板的一个或更多个边缘处并且沿着面板的一个或更多个边缘，并且不在对至少一部分可见光透明的区域中。

Description

发电装置
技术领域
本公开内容涉及用于发电的装置，并且特别地但非排他地涉及面板，这样的用于窗户的面板包括太阳能电池。
背景技术
建筑物(例如，办公塔、高层住宅和酒店)使用大量的外部窗户镶板和/或结合有玻璃镶板的立面。
这样的玻璃镶板接收大量日光，这使得内部空间升温，需要使用空调。全球使用大量的能量来使空调运行。
PCT国际申请号PCT/AU2012/000778、PCT/AU2012/000787和PCT/AU2014/000814(由本申请人拥有)公开了光谱选择性面板，该光谱选择性面板可以用作窗玻璃并且对可见光是透射的，但是具有吸收光(例如红外辐射)以发电的太阳能电池。
本发明提供了进一步的改进。
发明内容
本发明在第一方面提供了一种用于建筑物或结构的窗户的装置，该装置包括：
面板，其具有对至少一部分可见光透明的区域并且具有相对的第一主表面和第二主表面，第一主表面是面板的光接收表面；以及
至少一个太阳能电池串，每个太阳能电池具有光接收表面，该光接收表面面向面板的第二主表面并且在第二主表面处直接或间接地结合至面板，使得光可以被太阳能电池的光接收表面接收而不传播通过面板与太阳能电池的光接收表面之间的间隙；
其中，至少一个太阳能电池串被定位在面板的边缘处且沿着面板的边缘并且在该边缘与对至少一部分可见光透明的区域之间，并且
其中，太阳能电池仅被定位在面板的一个或更多个边缘处并且沿着面板的一个或更多个边缘，并且不在对至少一部分可见光透明的区域中。
由于避免了面板与太阳能电池之间的间隙(例如气隙)，因此减少了从面板传播到太阳能电池中的光的强度损失。
面板可以是建筑物或车辆的窗户的面板，并且装置还可以包括用于支承面板的框架结构。在一个实施方式中，该装置以用于建筑物的窗户单元(例如集成的玻璃单元)的形式提供。
至少一个太阳能电池串中的太阳能电池可以使用粘合剂直接或间接地结合至面板。在一个实施方式中，粘合剂对可见光是透射的，并且粘合剂的折射率可以至少接近面板材料的折射率，面板材料例如可以是玻璃或合适的聚合物材料。替选地，太阳能电池可以具有聚合物材料(例如，聚乙烯醇缩丁醛(PVB)或乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)或其他合适的材料)的外层。在该实施方式中，太阳能电池可以直接结合至面板的第二主表面。例如，如果太阳能电池包括EVA或其他合适的材料的层，则通常可以使PVB、EVA或其他合适的材料稍微软化并且然后(通过使用PVB、EVA或其他材料作为粘合剂)粘附至面板的第二主表面而无需附加的粘合剂。
至少一个太阳能电池串中的太阳能电池可以平行于面板定位。相邻的太阳能电池可以处于彼此至少几乎邻接的关系。替选地，每个太阳能电池可以具有相对的主表面，相对的主表面具有相反的电极性，并且每个太阳能电池可以与太阳能电池中的另一个交叠，使得形成“叠瓦式”太阳能电池串。
该装置可以包括多个太阳能电池串，并且多个太阳能电池串可以被定位在对至少一部分可见光透明的区域周围(并且可以完全包围该区域)。多个太阳能电池串可以被定位在面板的边缘处，使得面板对至少一部分可见光很大程度上是透明的，并且对至少一部分可见光是透明的区域是中心区域并且比面板中定位该太阳能电池串的区域大5、10、15、20、50、100或甚至500倍。
面板可以具有四个边缘，并且该太阳能电池串中的至少一个可以被定位在面板的每个边缘处。
对至少一部分可见光透明的区域可以透射以法向入射入射在接收表面的可见光的60％、70％、80％、90％或甚至至少95％。
面板可以是第一面板，并且装置可以包括第二面板，该第二面板可以被定位成基本上平行于第一面板，使得由第一面板的光接收表面接收的光在被第二面板接收之前首先传播通过第一面板。第二面板还可以具有对至少一部分可见光透明的区域，并且具有相对的第一主表面和第二主表面，第一主表面是第二面板的光接收表面。
在该实施方式中，每个太阳能电池可以具有直接或间接地结合至第二面板的后表面，由此每个太阳能电池可以直接或间接地结合至第一面板和第二面板二者，并且太阳能电池夹在第一面板与第二面板之间。在该实施方式中，装置的前表面和后表面都是第一面板或第二面板(可以是玻璃面板)的表面，这具有保护太阳能电池的优点，并且还具有为窗户应用提供可靠(真空)密封表面的优点。
至少一个太阳能电池串可以是至少一个第一太阳能电池串，并且装置还可以包括定位在第二面板处的至少一个第二太阳能电池串。第二太阳能电池串中的每个太阳能电池可以具有光接收表面，该光接收表面面向第二面板并且在第二主表面处直接或间接地结合至第二面板，使得光可以被第二太阳能电池的光接收表面接收而不传播通过第二面板与太阳能电池的光接收表面之间的间隙；
其中，至少一个太阳能电池串被定位在第二面板的边缘处且沿着第二面板的边缘，并且在边缘与对至少一部分可见光透明的区域之间，并且其中，太阳能电池仅沿着第二面板的一个或更多个边缘并且在第二面板的一个或更多个边缘附近定位，而不在对至少一部分可见光透明的区域中。
第二面板可以具有四个边缘，并且可以包括定位在第二面板的每个边缘处的第二太阳能电池串中的至少一个。
对至少一部分可见光透明的区域可以透射入射在第二面板上的可见光的至少60％、70％、80％、90％或甚至至少95％。
第二面板还可以包括衍射元件和/或发光材料，以利于将入射红外光重定向到第二面板的边缘。
此外，装置可以包括至少一个第三太阳能电池串，至少一个第三太阳能电池串被定位在第二面板的至少一个边缘表面处并且被定向成基本上垂直于第二面板的主表面，由此至少一个第三太阳能电池串被定位成基本上垂直于第一面板处的第一太阳能电池串和第二面板处的第二太阳能电池串。第三太阳能电池串被定位成接收由衍射元件和/或发光材料重定向的光的至少一部分。通过衍射元件偏转红外辐射具有以下另外的优点：可以减少将红外辐射透射到建筑物中(当面板用作窗玻璃时)，这因此减少建筑物内的空间的过热并且可以降低空调的成本。
太阳能电池可以是基于硅的太阳能电池，但替选地，也可以基于任何其他合适的材料，例如，CIGS或CIS、GaAs、CdS或CdTe。
在一个具体实施方式中，第一太阳能电池串中的太阳能电池和第二太阳能电池串中的太阳能电池是基于硅的，并且第三太阳能电池串中的太阳能电池是基于CIS或CIGS的。
根据下面对本发明的具体实施方式的描述将更充分地理解本发明。参照附图来提供描述。
附图说明
图1是根据本发明的实施方式的用于发电的装置的示意性俯视图；以及
图2和图3是根据本发明的实施方式的装置的一部分的示意性截面表示。
具体实施方式
首先参照图1，示出了根据本发明的实施方式的用于发电的装置100的示意性俯视图。装置100包括面板102，并且在该实施方式中，四个太阳能电池串104、106、108、110被定位在面板102的各个边缘处。四个太阳能电池串104、106、108、110面向面板的光接收表面，并且一起围绕面板的至少很大程度上透射光的区域。面板102可以例如形成建筑物或另一结构的窗户的面板，并且四个太阳能电池串104、106、108、110可以被定位在支承用于窗户单元的面板102以及一个或更多个其他面板的框架结构处。
面板102透射至少70％的入射可见光(受面板材料(例如玻璃)的透射率限制)。太阳能电池被仅定位在面板102的边缘处，使得仅在面板102的边缘处，入射光的透射被太阳能电池阻挡。
太阳能电池串104、106、108、110各自具有光接收表面，光接收表面面向面板100并且粘附至面板102，使得在太阳能电池与面板102之间不存在气隙。在该示例中，太阳能电池112包括外部ETA层。在将太阳能电池112粘附至面板102之前，ETA被稍微软化(通过小心地施加热量)，并且然后将太阳能电池112压在面板102上。一旦软化的ETA再次硬化，太阳能电池被粘附至面板102，而无需附加的粘合剂。
面板102可以具有任何形状，但在一个特定实施方式中为矩形并且可以为正方形。面板102可以由合适的玻璃或聚合物材料形成。
在该实施方式中，太阳能电池104、106、108、110以交叠关系布置并且使用导电粘合剂电耦接。太阳能电池112具有相对的主表面，并且相对的主表面具有不同的极性，并且太阳能电池112被定向成使得仅相同极性的表面面向面板102。导电粘合剂将太阳能电池112中的一个的背面与相邻太阳能电池112的正面耦接。因此，太阳能电池串中的太阳能电池串联地电连接。
替选地，可以以邻接关系布置太阳能电池。
现在转到图2，示出了根据本发明的实施方式的窗户单元200的一部分的截面图。窗户单元200包括面板102，面板102具有由ETA层109封装的(叠瓦式)太阳能第一电池串104、106、108和110。面板102具有光接收表面103。在该实施方式中，面板102是第一面板，并且窗户单元200还包括第二面板202，第二面板202平行于第一面板102并且与第一面板102间隔开地定位。第二面板202具有以与以上针对第一面板102并且参照图1所示出的相同方式粘附至其上的太阳能电池串204。在该实施方式中，面板102和面板202是矩形的，并且各自包括四个太阳能电池串，四个太阳能电池串粘附在面板102、204的边缘部分处并且如图1所示被定位。
与图1所示的面板102类似，第二面板202透射至少70％的入射可见光(受诸如玻璃的面板材料的透射率限制)。太阳能电池被仅定位在面板202的边缘处，使得仅在面板202的边缘处，入射光的透射被太阳能电池阻挡。
窗户单元200还包括框架结构205，其被布置成将面板102和面板202以及太阳能电池串保持在适当位置。
在该实施方式中，面板102和面板204包括相应的玻璃板，玻璃板各自很大程度上透射可见光。在实施方式中，形成面板102和面板204的玻璃板由低铁超透明玻璃板形成，其中，面板204另外具有低E涂层。
在图2所示的实施方式中，面板204是具有三个子板204a、204b和204c的层压结构。子板204a由厚度为4mm的低铁超透明玻璃形成，并且第二板204b和第三板204c各自由厚度为4mm的超透明玻璃形成。子板204a、204b和204c彼此配合以形成基本上彼此平行的子板的堆叠。分配在板204a与板204b之间的是聚乙烯醇缩丁醛(PVB)的中间层210。PVB中间层212也位于子板204b与子板404c之间，但是PVB中间层212还包括光散射元件。在该实施方式中，光散射元件包括嵌入PVB中的发光散射粉末，发光散射粉末也是提供粘合剂的环氧树脂。面板204还包括衍射光栅，该衍射光栅被布置成利于将光重定向朝向面板204的边缘区域(即，朝向框架205)并且通过全内反射引导光。
应当理解，面板204可以具有任何数目的带有任何数目的中间层的板。在一些实施方式中，面板204可以包括单片透光材料，例如玻璃。
面板204具有边缘211，该边缘具有横向于光接收表面103的平面。在图2的实施方式中，边缘211与光接收表面103之间的角度是90°。
窗户单元200还具有第三太阳能电池串114。第三太阳能电池串114面向边缘211以及第一面板102与第二面板204之间的腔。第三太阳能电池串114基本上围绕第二面板204并且被定位成接收由散射材料和/或衍射元件(未示出)重定向到第二面板204的边缘(例如边缘211)的光。此外，第三太阳能电池串214还在面向第一面板102与第二面板204之间的腔的区域处接收光。
在本实施方式中，第一太阳能电池串104、106、108、110和第二太阳能电池串208可以是基于硅的太阳能电池，但替选地，也可以基于任何其他合适的材料，例如，CdS、CdTe、GaAs、CIS或CIGS。第三太阳能电池串214可以是基于CIS或CIGS的，但替选地，也可以基于任何其他合适的材料，例如，SI、CdS、CdTe或GaAs。
图3示出了根据本发明的另一实施方式的用于发电的装置。图3示出了具有第一面板302和第二面板304的装置300。第一面板302和第二面板304透射至少70％的入射可见光(受诸如玻璃的面板材料的透射率限制)。
装置300包括太阳能电池306，太阳能电池306各自具有光接收表面，光接收表面面向面板302并且粘附至面板302，使得在太阳能电池306与第一面板302之间不存在气隙。此外，太阳能电池306各自具有面向面板304并且粘附至面板304的后表面。在该示例中，太阳能电池306在前表面处包括外部乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)或聚乙烯醇缩丁醛(PVB)层。将排除体积支化聚合物(EVB)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)或乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)的片材置于面板302与面板304之间，使得片材也被定位在太阳能电池306的后表面与面板304之间。在将太阳能电池306粘附至面板302、面板304(并且面板302、面板304彼此粘附)之前，ETA、EVB或ETFE被稍微软化(通过小心地施加热量)，并且然后将面板302、面板304压在一起，使得太阳能电池306被定位在面板302、面板304之间。一旦软化的ETA、EVB或ETFE再次硬化，太阳能电池被夹在面板302、面板304之间并且粘附至面板302、面板304，而无需附加粘合剂，由此形成层压结构。面板302、面板304保护太阳能电池306，并且还在装置的前侧和后侧二者处提供可靠的密封表面，这对于窗户应用是有利的。
尽管已经描述了多个特定实施方式，但是应当理解，所公开的单元200可以以许多其他形式来实施。例如，单元200可以不必是矩形的，而替选地，可以具有任何其他合适的形状(例如圆形或球形的)。此外，面板204可以包括任何合适数目的子板。此外，窗户单元可以包括第三面板，使得形成三层玻璃单元。
在该说明书中对背景技术的任何讨论决不应被认为是承认这样的背景技术是现有技术，也不应认为这样的背景技术在澳大利亚或世界范围内是广泛已知的或形成本领域公知常识的一部分。

Claims (18)

1.一种用于建筑物或结构的窗户的装置，所述装置包括：
面板，所述面板具有对至少一部分可见光透明的区域并且具有相对的第一主表面和第二主表面，所述第一主表面是所述面板的光接收表面；以及
至少一个太阳能电池串，每个太阳能电池具有光接收表面，所述光接收表面面向所述面板的第二主表面并且在所述第二主表面处直接或间接地结合至所述面板，使得光能够被所述太阳能电池的光接收表面接收而不传播通过所述面板与所述太阳能电池的所述光接收表面之间的间隙；
其中，所述至少一个太阳能电池串被定位在所述面板的边缘处且沿着所述面板的边缘，并且在所述边缘与对至少一部分可见光透明的所述区域之间，以及
其中，太阳能电池仅被定位在所述面板的一个或更多个边缘处并且沿着所述面板的一个或更多个边缘，并且不在对至少一部分可见光透明的所述区域中。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述面板是建筑物或车辆的窗户的面板，并且所述装置还包括用于支承所述面板的框架结构。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述装置以用于建筑物的窗户单元例如集成的玻璃单元的形式来提供。
4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，使用粘合剂将所述至少一个太阳能电池串的太阳能电池直接或间接地结合至所述面板。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述粘合剂的折射率至少接近面板材料的折射率。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其中，所述太阳能电池具有聚合物材料的外层。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述聚合物材料是乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)或聚乙烯醇缩丁醛(PVB)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述太阳能电池直接结合至所述面板的第二主表面。
9.根据从属于权利要求6时的权利要求7或8中任一项所述的装置，其中，所述EVA或其他合适的材料被稍微软化，并且然后直接粘附至所述面板的第二主表面而无需附加的粘合剂。
10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述装置包括多个太阳能电池串，并且所述多个太阳能电池串被定位在对至少一部分可见光透明的所述区域周围(并且能够完全围绕所述区域)，并且其中，所述多个太阳能电池串被定位在所述面板的边缘处，使得所述面板对至少一部分可见光很大程度上是透明的，并且对至少一部分可见光透明的所述区域是中心区域，并且比所述面板中定位所述太阳能电池串的区域大5、10、15、20、50、100或甚至500倍。
11.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，对至少一部分可见光透明的所述区域透射以法向入射入射在所述接收表面的可见光的至少60％、70％、80％、90％或甚至至少95％。
12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述面板是第一面板，并且所述装置包括第二面板，所述第二面板被定位成基本上平行于所述第一面板，使得由所述第一面板的所述光接收表面接收的光在由所述第二面板接收之前首先传播通过所述第一面板，其中，所述第二面板也具有对至少一部分可见光透明的区域并且具有相对的第一主表面和第二主表面，所述第二面板的第一主表面是所述第二面板的光接收表面。
13.根据权利要求12所述的装置，其中，每个太阳能电池具有后表面，所述后表面直接或间接地结合至所述第二面板，使得每个太阳能电池夹在所述第一面板与所述第二面板之间，并且每个太阳能电池直接或间接地结合至所述第一面板和所述第二面板二者。
14.根据权利要求12或13所述的装置，其中，所述至少一个太阳能电池串是至少一个第一太阳能电池串，并且所述装置还包括位于所述第二面板处的至少一个第二太阳能电池串；其中，所述第二太阳能电池串中的每个太阳能电池具有光接收表面，所述光接收表面面向所述第二面板并且在所述第二主表面处直接或间接地结合至所述第二面板，使得光能够被所述太阳能电池的所述光接收表面接收而不传播通过所述第二面板与所述太阳能电池的所述光接收表面之间的间隙；
其中，所述至少一个太阳能电池串被定位在所述第二面板的边缘处并且沿着所述第二面板的边缘，并且在所述边缘与对至少一部分可见光透明的所述区域之间，以及其中，太阳能电池仅沿着所述第二面板的一个或更多个边缘并且在所述第二面板的一个或更多个边缘附近定位，并且不在对至少一部分可见光透明的所述区域中。
15.根据权利要求12或13所述的装置，其中，对至少一部分可见光透明的所述区域能够透射入射在所述第二面板上的可见光的至少60％、70％、80％、90％或甚至至少95％。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的装置，其中，所述第二面板还包括衍射元件和/或发光材料，以利于将入射红外光重定向到所述第二面板的边缘。
17.根据权利要求13至15中任一项所述的装置，其中，所述装置包括至少一个第三太阳能电池串，所述至少一个第三太阳能电池串被定位在所述第二面板的至少一个边缘表面处并且被定向成基本上垂直于所述第二面板的主表面，由此所述至少一个第三太阳能电池串被定位成基本上垂直于所述第一面板处的所述第一太阳能电池串和所述第二面板处的所述第二太阳能电池串，其中，所述第三太阳能电池串被定位成接收由所述衍射元件和/或所述发光材料重定向的至少一部分光。
18.根据权利要求12至17中任一项所述的装置，其中，所述第一太阳能电池串中的太阳能电池和所述第二太阳能电池串中的太阳能电池是基于硅的，并且所述第三太阳能电池串中的太阳能电池是基于CIS或CIGS的。
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