CN115668752A - 用于建筑物或结构的窗户单元 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于建筑物或结构的窗户单元。该窗户单元被布置成用于发电，并且包括面板，该面板具有对于至少一部分可见光透明的区域并且具有用于接收来自光入射方向的光的光接收表面。窗户单元还包括至少一个太阳能电池串，每个太阳能电池是双面太阳能电池并且具有相对的第一表面和第二表面，第一表面和第二表面中的每个表面具有可以吸收光以发电的区域，太阳能电池被定位成使得在使用中第一表面被定向成接收来自光入射方向的光并且第二表面接收来自相对方向的光。

Description

用于建筑物或结构的窗户单元
技术领域
本公开内容涉及用于建筑物或结构的窗户单元，并且特别地涉及以下用于建筑物或结构的窗户单元，该窗户单元用于发电。
背景技术
建筑物(例如，高层办公楼、高层住宅和宾馆)使用大量的外部窗户镶板和/或结合有玻璃镶板的立面。
内部空间(例如通过这样的窗户面板接收日光的空间)的过热是可以使用空调克服的问题。全球使用大量的能量来操作空调。
PCT国际申请第PCT/AU2012/000778号、第PCT/AU2012/000787号以及第PCT/AU2014/000814号(由本申请人拥有)公开了一种光谱选择面板，该光谱选择面板可以用作窗玻璃板并且对于可见光很大程度上是透射的，但是将入射红外光中的一部分转向到面板的侧部，在面板的侧部处入射红外光中的该部分被太阳能电池吸收以发电。
发明内容
在本发明的第一方面中，提供了一种用于建筑物或结构的窗户单元，该窗户单元被布置成用于发电，并且包括：
面板，该面板具有对于至少一部分可见光透明的区域并且具有用于接收来自光入射方向的光的光接收表面；以及
至少一个太阳能电池串，每个太阳能电池是双面太阳能电池并且具有相对的第一表面和第二表面，第一表面和第二表面中的每个表面具有可以吸收光以发电的区域，太阳能电池被定位成使得在使用中第一表面被定向成接收来自光入射方向的光并且第二表面接收来自相对方向的光。
第一太阳能电池串的太阳能电池可以排他地定位在面板的边缘区域处或附近。每个太阳能电池可以吸收、散射或反射100％的入射光，并且可以不包括或不完全包围对于入射光透射或部分透射的任何区域。
第一表面可以被定向成朝向面板的光接收表面。窗户单元可以被布置成使得太阳能电池的第二表面主要暴露于间接(反射)光(例如太阳光)，并且太阳能电池的第一表面被定位成接收没有被窗户单元的部件预先反射的大部分光。替选地，窗户单元可以被布置成使得太阳能电池的第二表面接收来自建筑物或结构的内部的光。
在一个实施方式中，窗户单元包括至少一个光反射表面，至少一个光反射表面可以面向面板或者可以与面板形成90度或更小的角度。光反射表面可以与面板和至少一个太阳能电池串二者间隔开，并且可以被定向成平行于面板。至少一个反射表面可以至少部分地面向太阳能电池中的至少一个太阳能电池的第二表面，在该第二表面处，光可以被吸收以发电。窗户单元可以被布置成使得：在使用中，入射在接收表面上的一部分光透射通过面板朝向至少一个光反射表面，并且然后被至少一个光反射表面朝向太阳能电池中的至少一个太阳能电池的第二表面反射，在该第二表面处，光被吸收以发电。
太阳能电池的第二表面可以面向至少一个光反射表面，并且太阳能电池的第一表面可以背对至少一个光接收表面。面板可以被定位在至少一个太阳能电池串与至少一个光接收表面之间。
至少一个太阳能电池串和至少一个光反射表面可以被定位成使得在使用中太阳能电池的第二表面也暴露于没有被窗户单元的部件预先反射的入射光。在一个实施方式中，至少一个光反射表面被定位成使得在太阳能电池的第二表面与至少一个光反射表面之间限定间隙。
至少一个光反射表面可以定位在面板的圆周在面板的表面法线的方向上的投影内。此外，至少一个太阳能电池串在面板的表面法线方向上的投影可以部分地或完全地与至少一个反射表面交叠。
窗户单元可以具有边缘，并且至少一个太阳能电池串可以定位在至少一个边缘处并且沿着至少一个边缘。至少一个光反射表面可以伸长，并且还可以定位在窗户单元的边缘处并且沿着窗户单元的边缘。在一个实施方式中，至少一个反射表面是伸长的，并且定位在窗户单元的边缘处并且沿着窗户单元的边缘，但是与窗户单元的边缘间隔开。例如，光反射表面可以与边缘间隔开1cm至10cm(例如2cm至8cm或3cm至6cm)范围内的距离。
窗户单元还可以包括支承面板和至少一个太阳能电池串的框架结构。至少一个光反射表面可以定位在窗户单元的框架结构、面板或另一部件上。光反射表面可以是框架结构的表面，或者可以是由框架结构支承的单独部件的表面。
光反射表面可以包括合适的介电涂层或金属材料的涂层。光反射表面的反射率可以大于在红外或可见波长范围内的波长处的70％、80％、90％、95％或甚至99％的入射光。
在一个实施方式中，太阳能电池可以在其第一表面处附接至与光接收表面相对的面板表面，使得由面板的光接收表面接收到的光在到达太阳能电池的第一表面之前传播通过面板的至少一部分。
在一个实施方式中，窗户单元包括多个太阳能电池串，每个太阳能电池串沿着面板的相应边缘延伸。每个太阳能电池串可以以窄条带的形式提供，其仅沿着相应边缘并且在相应边缘附近延伸，使得面板的中央区域对应于其中没有放置太阳能电池的区域，并且面板的中央区域对于可见光至少很大程度上透明。
至少一个太阳能电池串可以被定位在面板的边缘附近，使得对于至少一部分可见光至少很大程度上透明的中央区域是放置太阳能电池串的面板的区域5倍、10倍、15倍、20倍、50倍、100倍或甚至500倍。
太阳能电池可以以交叠关系或以搭叠式布置来放置。
面板可以是第一面板，并且窗户单元可以包括第二面板，第二面板具有对于至少一部分可见光透明的区域。至少一个太阳能电池串可以定位在第一面板与第二面板之间。
每个太阳能电池的第一表面可以直接或间接地结合至第一面板，并且每个太阳能电池的第二表面可以直接或间接地结合至第二面板，由此每个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，装置的前表面以及后表面两者均是第一面板或第二面板(其可以是玻璃面板)的表面，这具有保护太阳能电池的益处，并且还具有为窗户应用提供可靠(真空)的密封表面的益处。
框架可以被布置成支承第一面板和第二面板，第一面板和第二面板可以彼此间隔开。至少一个太阳能电池串可以定位在第一面板与第二面板之间。
窗户单元可以包括至少一个另外的太阳能电池串，另外的太阳能电池定位在面板或第一面板和第二面板中的至少一个面板的至少一个边缘表面处，并且被定向成与光接收表面基本上垂直，面向面板或第一面板和第二面板中的至少一个面板的边缘表面，由此至少一个另外的太阳能电池串被定位成接收行进穿过面板或第一面板和第二面板中的至少一个面板的边缘表面的光。
第一面板或第二面板还可以包括衍射元件和/或发光材料，以有助于将入射红外光重定向到第二面板的边缘。
另外的太阳能电池串可以被定位成接收由衍射元件和/或发光材料重定向的至少一部分光。衍射元件对红外辐射的偏转具有可以减少红外辐射透射到建筑物中(当面板用作窗玻璃时)的又一益处，这因此减少了建筑物内的空间的过热并且可以降低用于空气调节的成本。
替选地或附加地，窗户单元可以包括至少一个反射边缘元件，至少一个反射边缘元件定位在面板或第一面板和第二面板中的至少一个面板的至少一个边缘表面处，并且被定向成与光接收表面基本上垂直，面向面板或第一面板和第二面板中的至少一个面板的边缘表面，由此至少一个另外的太阳能电池串被定位成将行进穿过第一面板和第二面板中的至少一个面板的边缘表面的光反射回第一面板和第二面板中的至少一个面板中，由此增加光将被太阳能电池中的一者或更多个吸收的可能性。
窗户单元还可以包括另外的反射元件，另外的反射元件位于面板或第一面板和第二面板中的至少一个面板的边缘表面处，并且被定向成基本上平行于面板，并且使得另外的反射元件和反射边缘元件一起形成在边缘表面处具有基本上杯形截面形状的布置。
至少一个反射边缘元件和另外的反射元件可以以任何合适的形式提供，但是在一个实施方式中包括反射涂层(例如包括铝或银的金属涂层)或者以反射涂层的形式提供。
在一个实施方式中，至少一个第二太阳能电池串定位在第二面板处。在该实施方式中，第二太阳能电池可以是双面太阳能电池或者可以不是双面太阳能电池，并且可以被定位成沿着第二面板的边缘并且在第二面板的边缘附近并且面向第一面板的光接收表面。
第二太阳能电池可以结合至第二面板(例如直接地结合)，以使得避免第二太阳能电池与第二面板之间的气隙。第二太阳能电池串可以定位在第二面板的边缘处并且沿着第二面板的边缘。
在一个替选实施方式中，窗户单元包括渐缩延伸部，该渐缩延伸部附接至窗户单元的一个或更多个面板或者形成窗户单元的一个或更多个面板的一部分。例如，第二面板可以包括两个或更多个平行部件面板，并且渐缩延伸部可以附接至边缘，或者可以形成两个或更多个平行部件面板的一部分。在该实施方式中，渐缩延伸部具有相对的第一侧部和第二侧部，第一侧部和第二侧部限定它们之间的角度并且限定渐缩形状，该渐缩形状可以基本上渐缩至截面中的点或可以不基本上渐缩至截面中的点。在该实施方式中，窗户单元可以包括第一太阳能电池串和第二太阳能电池串，每个太阳能电池串是双面的并且具有用于接收光和发电的第一表面和相对的第二表面。在该实施方式中，太阳能电池的第二表面可以面向渐缩延伸部的侧部并且可以附接至渐缩延伸部的侧部，并且可以被定位成接收行进穿过一个或更多个面板的边缘的光。在该实施方式中，窗户单元被布置成使得太阳能电池的第一表面接收来自入射光方向或来自基本上相对的方向(例如来自建筑物或结构的内部)的光。
渐缩延伸部可以是截面基本上为棱柱形截面的附件。替选地，面板或可以在边缘处渐缩，使得渐缩延伸部形成面板的一部分。面板可以包括平行的部件面板部分，并且还包括衍射元件和/或发光材料，该衍射元件和/或发光材料被布置成有助于将入射的红外光重定向到面板的边缘。
渐缩延伸部的第一表面和第二表面可以形成1至5度、5至10度、10至15度或15至20度的范围内的角度。
至少一个太阳能电池串还可以包括柔性和/或可弯曲太阳能电池。在本发明的一个特定实施方式中，至少一个太阳能电池串包括可弯曲双面太阳能电池，可弯曲双面太阳能电池围绕渐缩延伸部的末端弯曲。
在本发明的任何实施方式中，太阳能电池可以结合到面板表面或渐缩延伸部，以使得避免太阳能电池与面板表面之间或太阳能电池与渐缩延伸部之间的气隙。可以使用粘合剂来进行结合。在一个实施方式中，粘合剂的折射率至少接近面板材料或渐缩延伸部的材料的折射率，所述材料可以是例如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(例如乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)或另一合适材料)的外层。太阳能电池可以直接结合至面板表面或渐缩延伸部的表面。例如，如果太阳能电池包括EVA或另一合适材料的层，则可以将该材料稍微软化，并且然后直接粘附至面板表面或渐缩延伸部的表面。由于避免了面板或渐缩延伸部与太阳能电池之间的间隙，因此减少了从面板传播到太阳能电池中的光的强度损失。
太阳能电池可以是基于硅的太阳能电池，但也可以替选地基于例如CIGS或CIS、GaAs、CdS或CdTe等任何其他合适的材料。
建筑物或结构可以是办公建筑物、住宅建筑物、商业建筑物、玻璃房或任何其他类型的建筑物。此外，建筑物或结构可以是例如车辆、火车车厢、飞机等移动结构。
窗户单元可以形成集成例如双层或三层玻璃单元的玻璃单元。
在上述实施方式中的任何一个中，一个或多个面板(例如第一面板和第二面板)可以由玻璃或合适的聚合物材料形成。
在本发明的一个具体实施方式中，一个或多个面板包括另外的光伏材料。另外的光伏材料可以定位在面板材料中、面板材料处或面板材料附近。另外的光伏材料可以分布在面板或面板中的至少一个面板的表面(例如接收表面或相对表面)上。另外的光伏材料可以分布在作为另外的光伏材料的空隙的透射区域之间，使得另外的光伏材料的特征足够窄以对于肉眼至少很大程度上不可见。
另外的光伏材料具有以下优点：对通过面板或面板中的至少一个面板进行观看没有阻碍或仅有最小阻碍。此外，面板或面板中至少一个面板的总面积的相对大的部分可以用于发电，即使面板看起来对于肉眼至少很大程度上是透明的。
在本发明的第二方面中，提供了一种用于建筑物或结构的窗户单元，该窗户单元被布置成用于发电并且包括：
面板，该面板具有对于至少一部分可见光透明的区域；以及
至少一个太阳能电池串；
其中，面板包括另外的光伏材料，另外的光伏材料定位在面板材料中、面板材料处或面板材料附近，另外的光伏材料分布在面板的表面上并且分布在作为另外的光伏材料的空隙的透射区域之间，使得另外的光伏材料的特征足够窄以对于肉眼至少很大程度上不可见。
下面介绍本发明的根据第一方面和第二方面的可选特征。
另外的光伏材料的特征可以具有100至80微米、80至60微米、60至40微米、40至20微米或者20至10微米的直径。这些特征之间的透射区域可以具有100至80微米、80至60微米、60至40微米、40至20微米或者20至10微米的直径。
另外的光伏材料可以形成图案。例如，另外的光伏材料可以形成另外的衍射元件，另外的衍射元件被布置成吸收一部分所接收的光以发电并且将一部分所接收的光朝向面板材料的至少一个边缘表面偏转。另外的衍射元件可以包括另外的光伏材料的周期性或准周期性布置。
贯穿本说明书，术语“准周期性布置”用于包括周期性部件而且包括可以随机分布的非周期性部件的布置。
另外的衍射元件可以是具有200微米或更小(例如小于150微米、100微米、80微米、60微米或40微米)的周期的另外的衍射光栅。另外的衍射元件可以被布置成主要使得具有红外波长范围内的波长的光被朝向至少一个边缘表面偏转。另外的衍射元件和面板材料可以被布置成使得被偏转的至少一部分光在面板材料内被朝向面板或面板中的至少一个面板的边缘表面引导。
至少一个另外的太阳能电池串可以被定位在面板或面板中的至少一个面板的至少一个边缘表面处，并且可以被定向成与面向面板或面板中的至少一个面板的边缘表面的光接收表面基本上垂直，并且可以被定位成接收由另外的衍射元件朝向边缘表面偏转的至少一部分光，使得可以生成额外的电力。
另外的光伏材料可以以连续材料的形式提供，或者可以包括互相连接的材料部分。例如，另外的光伏材料可以包括线或随机成形或取向的材料或材料的图案，其中在材料之间具有至少很大程度透射的材料。
透射材料区域可以具有任何合适的形状(例如任何规则或不规则形状)。
在一个具体实施方式中，另外的光伏材料形成平面中的图案并且包括延伸跨过面板材料的至少一部分(例如大部分)的特征。另外的光伏材料的特征可以占衍射元件的(在通常平行于接收表面的平面中)的面积的1％至5％、5％至20％、20％至40％、40％至60％、或者60％至80％、或者更多。
在一个实施方式中，另外的光伏材料被设置成面板或面板中的至少一个面板上的连续分层结构薄膜材料的形式，并且然后例如使用激光烧蚀或合适的蚀刻处理来形成透射材料区域。
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窗户单元的示意性俯视图；
图2至图14是根据本发明的实施方式的窗户单元的一部分的示意性截面表示；
图15是根据本发明的实施方式的窗户面板的部件的示意图；并且
图16是根据本发明的另一实施方式的窗户单元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窗户单元100的示意性俯视图。窗户单元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定位在面板102的各个边缘处。四个太阳能电池串104、106、108、110是双面太阳能电池。每个双面太阳能电池具有用于接收光和发电的第一表面以及每个太阳能电池面向的用于接收光和发电的相对的第二表面。每个太阳能电池的第一表面面向面板102的光接收表面，并且在该实施方式中第二表面面向窗户单元可以附接至的建筑物或结构的内部。太阳能电池一起围绕面板的至少很大程度上透射光的区域。
面板102的材料透射至少70％、80％或90％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。
在该示例中，太阳能电池的第一表面粘附至面板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EVA层。在将太阳能电池112粘附至面板102之前，EVA被稍微软化(通过小心地施加热)，并且然后将太阳能电池112抵靠着面板102进行按压。一旦软化的EVA再次硬化，太阳能电池就粘附至面板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。
现在转到图2，示出了根据本发明的另一实施方式的窗户单元200的一部分的截面图。窗户单元200包括具有第一太阳能电池207的面板102和具有第二太阳能电池208的面板204。太阳能电池207和太阳能电池208各自是太阳能电池串的一部分，它们一起分别围绕面板102和面板204的至少很大程度上透射光的区域(类似于图1所示的实施方式)。太阳能电池207和太阳能电池208是双面太阳能电池，并且在该实施方式中，太阳能电池207和太阳能电池208分别直接粘附至面板202和面板204的表面部分。
窗户单元200还包括反射部209和反射部210。在该实施方式中，反射部具有金属表面(其可以是AL或AG涂层的表面)，该金属表面具有高反射率。反射部209、210定位在框架结构205上并且在双面太阳能电池207后面的腔体中。反射部209和反射部210环绕双面太阳能电池207后面的空间。反射部209、210被定位成使得在反射部210与太阳能电池207之间的间隙内接收的光的显著部分被引导至双面太阳能电池207的第二表面，在该第二表面处，光可以被吸收以发电。
在该实施方式中，双面太阳能电池208被定位成使得双面太阳能电池208的第二表面面向窗户单元200所附接至的建筑物或结构的内部。因此，双面太阳能电池208的第二表面被定位成接收来自建筑物或结构的内部的直接光或漫射光并且因此可以生成额外的电。
框架结构205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。
在图2所示的实施方式中，面板204是具有两个子面板204a和204b的层压结构。子面板204a和子面板204b彼此配合以形成面板204。分布在面板204a与面板204b之间的是聚乙烯醇缩丁醛(PVB)的中间层，该中间层在该实施方式中还包括光散射元件。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，其还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有助于使光朝向面板204的边缘区域重定向并且通过全内反射导引光。
在PCT国际申请第PCT/AU2012/000778号和第PCT/AU2012/000787号(由本申请人拥有并且在此通过交叉引用并入)中描述了发光和/或散射材料的另外的细节。
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可以包括例如玻璃的单片透光材料。
面板204具有边缘211，该边缘具有横向于面板102的光接收表面的平面。在图2的实施方式中，边缘211与光接收表面之间的角度是90°。
窗户单元200还具有第三太阳能电池串214。第三太阳能电池串214面向面板204的边缘211。第三太阳能电池串214基本上围绕面板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。
在该实施方式中，第三太阳能电池串不是双面太阳能电池，而是每个太阳能电池具有面向面板204的边缘211的单个光接收表面。
现在参照图3，现在描述窗户单元300的另一实施方式。窗户单元300与参照图2描述的窗户单元200相关，并且相同的附图标记用于相同的部件。然而，相比于窗户单元200，双面太阳能电池208不定位在子面板204a的表面处，而是附接至子面板204b的表面并且因此被定位在面板102与面板204之间。双面太阳能电池208的第一表面被定位成接收来自行进穿过仅单个面板102(而不是也穿过面板204)的光的入射光和散射光。此外，双面太阳能电池208的第二表面被定位成接收来自建筑物或结构内部的光、以及在面板204的边缘211附近从面板204散射出的光、以及由太阳能电池214反射的光。
在该实施方式中，窗户单元300还包括另外的太阳能电池215，该太阳能电池215可以是或可以不是双面太阳能电池。太阳能电池215具有第一表面，在该第一表面处，太阳能电池215附接至面板204，并且第一表面被定位成接收在面板204的边缘211附近从面板204散射出的光以及由太阳能电池214反射的光。如果太阳能电池215是双面太阳能电池，则太阳能电池215在使用中还接收来自窗户单元300所附接至的建筑物或结构的内部的光。
现在参照图4，现在描述根据本发明的另一实施方式的窗户单元400。窗户单元400与参照图2描述的窗户单元200和参照图3描述的窗户单元300相关，并且相同的附图标记用于相同的部件。在该实施方式中，双面太阳能电池207夹在面板102与面板204之间，其中太阳能电池207的第一表面粘附至面板102并且太阳能电池207的第二表面粘附至面板204。面板207的第一表面被定位成接收从光入射方向(从建筑物或结构的外部区域)行进穿过面板102的光，并且第二表面被定位成接收来自建筑物或结构的内部部分的光。窗户单元400还包括另外的太阳能电池串402，该另外的太阳能电池串402被定位在面板102的边缘处并且在面板102后面的平面中围绕双面太阳能电池207。太阳能电池402不是双面的，并且夹在框架205的一部分与面板102之间。窗户单元还包括太阳能电池214和太阳能电池215，它们如以上参照图3所讨论的那样定位和布置。
图5示出了根据本发明的另一实施方式的窗户单元500。在该实施方式中，双面太阳能电池207的第一表面粘附至面板102。太阳能电池207被定位在面板102的边缘处并且形成串。双面太阳能电池207的串围绕透射可见光的面板的中央区域。窗户单元500还包括框架505，该框架505支承窗户单元500的部件。第二面板509支承反射部510，该反射部510被定位成将行进穿过面板102的入射光中的一些引导至太阳能电池207的第二表面，在该第二表面处光可以被吸收以发电。
图6示出了根据本发明的另一实施方式的窗户单元600。窗户单元600包括外玻璃面板602和外玻璃面板604以及内玻璃面板606和内玻璃面板608。框架610支承窗户单元600的部件。此外，窗户单元600包括渐缩延伸部，在该实施方式中，该渐缩延伸部以棱柱形主体612(例如由合适的聚合物材料或玻璃形成的棱柱形主体)的形式提供。使用光学粘合剂将棱柱形主体612粘附至面板606，该光学粘合剂的折射率(当固化时)至少近似等于面板606和棱柱形主体612的材料的折射率。本领域技术人员将理解，在所描述的实施方式的变型中，渐缩延伸部612也可以由面板606的斜切边缘部分形成。
双面太阳能电池614和双面太阳能电池616附接至渐缩延伸部的相对侧部。双面太阳能电池614和双面太阳能电池616具有第一表面，在该第一表面处，双面太阳能电池614和双面太阳能电池616以避免间隙的方式附接至棱柱形延伸部612。因此，双面太阳能电池614、616的第一表面被定位成接收行进穿过面板606的边缘的光。此外，双面太阳能电池614和双面太阳能电池616具有第二表面，该第二表面被定位成接收来自光入射方向的光和来自窗户单元在使用中所附接至的建筑物或结构的内部部分的光。
面板606包括子面板606和子面板608，它们彼此配合以形成面板606。分布在子面板607与子面板608之间的是聚乙烯醇缩丁醛(PVB)的中间层，该中间层在该实施方式中还包括光散射元件。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，其还是提供粘合剂的环氧树脂。面板606还包括衍射光栅，该衍射光栅被布置成有助于使光朝向面板606的边缘区域重定向并且通过全内反射导引光。
在所描述的实施方式的变型中，双面太阳能电池614和双面太阳能电池616由柔性和/或可弯曲材料形成，并且可以形成在公共基板上。双面太阳能电池614和双面太阳能电池616也可以是同一太阳能电池的部分，该同一太阳能电池可弯曲且可以绕棱柱形主体612的末端弯曲。关于柔性和/或可弯曲太阳能电池的更多细节，参照申请人的共同未决的PCT国际申请第PCT/AU2018/051263号，其在此通过交叉引用并入。
图7示出了根据本发明的另一实施方式的窗户单元700。在该实施方式中，双面太阳能电池207夹在面板102与面板204之间。双面太阳能电池207的第一表面粘附至面板102，并且太阳能电池207的第二表面粘附至面板204。类似于参照图3和图4所示的实施方式，窗户单元700包括太阳能电池702，该太阳能电池702面向面板102和面板204的边缘表面并且具有附接至面板102和面板204的第一表面。在该实施方式中，太阳能电池702被定位成接收被通过面板102和面板204的边缘表面引导的光。面板102和面板204可以包括合适的发光和/或散射材料和/或衍射光栅，以有助于使入射光朝向边缘表面重定向(如上参考面板606所述)。
图8示出了根据本发明的另一实施方式的窗户单元800。窗户单元800是上述窗户单元700的变型，并且相同的附图标记用于相同的部件。然而，窗户单元800包括反射部802、反射部804和反射部806，而不是太阳能电池702。反射部802面向面板102和面板204的边缘表面，并且被定位成将通过面板102和面板204的边缘表面重定向的光反射回面板102和面板204中，以使得双面太阳能电池207能够吸收至少一部分反射光。反射部804和反射部806被定位成将在面板102和面板204的边缘区域处从面板102和面板204散射出的光反射回面板102和面板204中，以使得双面太阳能电池207能够吸收至少一部分反射光。在该实施方式中，反射部802、反射部804和反射部806形成具有杯形截面形状的布置。反射部802、反射部804和反射部806可以采用任何合适的形式，但是在该实施方式中是施加至面板102和面板204的表面部分的金属涂层(例如铝或银涂层)。在另一变型中，窗户单元800可以不包括反射部804和反射部806。
现在转到图9，现在描述根据本发明的另一实施方式的窗户单元900。窗户单元900与上述窗户单元700相关，并且相同的附图标记用于相同的部件。在该实施方式中，窗户单元900是三层玻璃布置，并且包括第三面板902和另外的双面太阳能电池904。双面太阳能电池904夹在面板204与面板902之间并且粘附至面板204和面板902。窗户单元900还包括太阳能电池906，该太阳能电池906面向面板102、204和902的边缘表面并且具有附接至面板102、204、902和906的第一表面。太阳能电池906被定位成接收通过面板102、204和906的边缘表面引导的光。类似于窗户单元700，面板102、204和/或902可以包括合适的发光和/或散射材料和/或衍射光栅，以有助于使入射光朝向面板102、204和902的边缘重定向。
现在参照图10，现在描述根据本发明的另一实施方式的窗户单元1000。窗户单元1000是上述窗户单元900的变型，并且相同的附图标记
用于相同的部件。然而，窗户单元1000包括反射部1002、反射部1004
和反射部1006，而不是太阳能电池906。反射部1002面向面板102、面板204和面板902的边缘表面，并且被定位成将通过面板102、面板204和面板902的边缘表面重定向的光反射回面板102、面板204和面板902中，以使得双面太阳能电池207和双面太阳能电池904能够吸收至少一部分反射光。另外的反射部1004和反射部1006被定位成将在面板102、面板204和面板902的边缘处从面板102、面板204和面板902散射出的光反射回面板102、面板204和面板902中，以使得双面太阳能电池207和双面太阳能电池904能够吸收至少一部分反射光。反射部1002、反射部1004和反射部1006形成具有杯形截面形状的布置并且以反射涂层(例如包括铝或银的金属涂层)的形式提供。在该实施方式中，反射部1002、反射部1004和反射部1006是施加至面板102、面板204和面板902的表面部分的涂层。在变型中，窗户单元1000可以不包括反射部1004和反射部1006。
图11示出了根据本发明的另一实施方式的窗户单元1100。在该实施方式中，窗户单元1100是四层玻璃布置并且与上述窗户单元700相关，并且相同的部件被给予相同的附图标记。窗户单元1100与平行定位并且由间隔件1102隔开的两个窗户单元700的组合相关。间隔件1102可以以任何合适的形式设置，并且例如可以包括由合适的金属或聚合物材料形成的杆，该杆可以具有反射表面。在该实施方式中，窗户单元1100包括太阳能电池1104，该太阳能电池1104面向面板102和面板204的边缘表面并具有附接至面板102和面板204的第一表面。太阳能电池1104被定位成接收通过面板102、面板204的边缘表面引导的光。面板102、面板204可以包括合适的发光和/或散射材料和/或衍射光栅，以有助于使入射光朝向面板102、面板204的边缘重定向。
图12示出了根据本发明的又一实施方式的窗户单元1200。窗户单元1200是上述窗户单元1100的变型，并且相同的附图标记用于相同的部件。然而，窗户单元1200包括反射部1202、反射部1204和反射部1206，而不是太阳能电池1102。反射部1202面向面板102和面板204的边缘表面，并且被定位成将通过面板102和面板204的边缘表面重定向的光反射回面板102和面板204中，以使得双面太阳能电池207能够吸收至少一部分反射光。另外的反射部1204和反射部1206被定位成将在面板102和面板204的边缘处从面板102和面板204散射出的光反射回面板102和面板204中，以使得双面太阳能电池207能够吸收至少一部分反射光。在该实施方式中，反射部1202、反射部1204和反射部1206形成具有杯形截面形状的布置。反射部1202、反射部1204和反射部1206可以采取任何合适的形式，但是在该实施方式中是施加至面板102和面板204的表面部分上的金属涂层(例如包括铝或银的涂层)。在另一变型中，窗户单元1200可以不包括反射部1204和反射部1206。
参照图2至图12描述的窗户单元200至窗户单元1200的太阳能电池以与以上在窗户单元100的上下文中描述的方式相同的方式附接至面板表面。太阳能电池的表面粘附至面板，使得在太阳能电池与面板之间不存在气隙。在所描述的示例中，太阳能电池具有外EVA层。在将太阳能电池粘附至面板之前，EVA被稍微软化(通过小心地施加热)，并且然后将太阳能电池抵靠着面板进行按压。一旦软化的EVA再次硬化，太阳能电池就粘附至面板，而不需要附加的粘合剂。然而，本领域技术人员将理解，替选地，可以使用粘合剂(诸如光学粘合剂)将太阳能电池粘附至面板的表面。理想地，粘合剂的折射率至少接近或等于面板材料的折射率(当固化时)。
以上描述的实施方式的所有面板和子面板都由低铁超透明玻璃形成。此外，以上描述的窗户单元中的每一个具有透射入射可见光的面板(受面板材料(例如玻璃)的透射率限制)。太阳能电池仅定位在面板的边缘处，使得仅在面板的边缘处，入射光的透射被太阳能电池阻挡。
所描述的实施方式中的每一个的太阳能电池可以是基于硅的太阳能电池，但是替选地，也可以基于任何其他合适的材料(例如CdS、CdTe、GaAs、CIS或IGS)。
图13示出了本发明的另一实施方式。图13示出了包括顶面板1302和底面板1310的窗户面板1300。双面太阳能电池1304沿顶面板1302的边缘分布。此外，衍射光栅1306定位在顶面板1302的边缘。在该实施方式中，衍射光栅1306是相位光栅，其被构造成有助于将入射在顶面板1302上的光朝向面板1300的边缘部分引导。衍射光栅1302可以压印或以其他方式形成(写入)到顶面板1302的表面中。此外，面板窗户单元1300包括低辐射涂层1308，在该实施方式中，该低辐射涂层1308是双硅酮涂层，并且对于红外波长范围内的光是反射的，而对于可见波长范围内的光很大程度上是透射的。
在一个实施方式中，以上参照图1至图11描述的面板102、204、204a、204b、602、604和904中的任何一个或更多个包括可以定位在面板表面上以及分布在面板表面上的另外的光伏材料。在一个实施方式中，以薄膜材料(例如CIS或CIGS的薄膜)的形式提供另外的光伏材料，但是本领域技术人员将理解，替选地，可以以其他形式(包括例如聚合物光伏材料的任何合适的常规无机光伏材料和有机材料)提供另外的光伏材料。
现在将参照图14描述另外的光伏材料，图14示出了根据本发明的实施方式的窗户面板1400。在该实施方式中，另外的光伏材料1402以沉积在面板1400的表面上的薄膜材料的形式提供，另外的光伏材料对于可见光很大程度上是透明的。光伏材料1402具有空隙1403并且被构造成使得光伏材料对于肉眼不可见(图14的图示不是按比例的)。面板1300可以替换以上参照图1至图13描述的面板102、204、204a、204b、602、604、904和1302中的任何一个。
在一个实施方式中，另外的光伏材料形成另外的衍射光栅，该另外的衍射光栅在图15中示意性地示出。另外的衍射光栅1500由另外的光伏材料的周期性或准周期性布置形成，并且被布置成吸收所接收的一部分光以发电并且将所接收的一部分光朝向面板材料的边缘表面偏转。通常，另外的光伏材料包括线或其他结构1502以及围绕或分隔区域1503，线或其他结构1502具有窄于100微米至50微米(例如10微米至25微米)的宽度并且因此由肉眼不可见，围绕或分隔区域1503是光伏材料的空隙。另外的衍射光栅的其他结构的线成串连接。在该实施方式中，另外的衍射光栅1500被布置成有助于使入射光朝向面板的边缘的重定向，在该面板的边缘处，光可以由定位为边缘的光伏电池(例如以上参照图2、图3、图4、图6、图7、图9和图11描述的光伏电池214、702、614、616、906和1104)吸收，或者被反射部(例如以上参照图8、图10和图12描述的反射部802、804、806、1002、1004、1006、1202、1204、1206)反射。
图16示出了根据本发明的另一实施方式的装置。图16示出了具有第一面板1602和第二面板1604的装置1600。第一面板1602和第二面板1604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)。装置1600包括双面太阳能电池1606，该双面太阳能电池1606定位在面板1602、面板1604的边缘处。
太阳能电池1606各自具有面向面板1602并且粘附至面板1602的光接收表面，使得在太阳能电池1606与面板1602之间不存在气隙。此外，太阳能电池1606各自具有面向面板1604并且粘附至面板304的后部光接收表面。排斥体积支化聚合物(EVB)或乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)的片材置于面板1602与面板1604之间。在该示例中，太阳能电池1606包括外ETA层。在将太阳能电池1606粘附至面板1602和面板1604以及将面板1602和面板1604彼此粘附之前，ETA和EVB或ETFE被稍微软化(通过小心地施加热)，并且然后将面板1602、面板1604压在一起。一旦软化的ETA再次硬化，太阳能电池就夹在面板1602、面板1604之间并且粘附至面板1602、面板1604，而不需要附加的粘合剂，由此形成层压结构。面板1602、面板1604保护太阳能电池1606，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。
然而，应当理解，在所描述的实施方式的变型中，另外的光伏材料替选地包括对肉眼可见的稍大的特征。例如，另外的光伏材料可以替选地具有在透射材料区域之间的具有100微米至200微米的直径的特征。在这种情况下，特征的尺寸可以被设定成使得如果仔细检查则特征可以对于肉眼可见，但是特征足够小使得它们不会以显著的方式妨碍通过面板结构观看。
此外，本领域技术人员将理解的是，在所描述的实施方式的变型中，另外的光伏材料可以不形成另外的衍射元件，而是可以随机地布置并且可以形成图案或可以不形成图案。
下面将描述另外的光伏材料1402的制造。形成另外的光伏材料1402最初可以包括提供在其上形成有CIS或CIGS的透明面板(例如玻璃面板)。然后可以通过烧蚀部分CIS或CIGS材料以形成另外的光伏材料的上述透射材料区域来形成另外的光伏的特征。例如，烧蚀可以包括使用一个或更多个激光的光热烧蚀。可以使用激光烧蚀形成具有小于20微米的直径的结构。具体地，使用具有足够功率的UV波长激光来局部烧蚀CIS或CIGS材料，这打破了分子间的化学键，并且残留物被从表面烧蚀，从而留下透射材料区域(孔)。本领域技术人员将理解的是，以这种方式，可以通过相对于激光束移动另外的衍射光栅来形成延伸结构。此外，可以使用多个激光器以进行平行烧蚀处理，这减少了生产时间。
替选地，可以使用反应离子蚀刻(RIE)(例如深度RIE)来形成另外的光伏材料。在这种情况下，首先在透明面板部上形成CIS或CIGS太阳能电池，然后用合适的掩模将其覆盖。接着，将具有CIS或CIGS材料的面板部和掩模放置在以下的腔室中：在该腔室中引入了合适的气体以用于使用射频功率源进行等离子体蚀刻。然后使用薄的钼线或银线(例如银纳米线)将各个CIS或CIGS层部分电连接，所述钼线或银线可以具有100微米的长度和25微米的厚度，并且因此对于肉眼不可见。
也可以使用湿法蚀刻来在另外的光伏材料中形成透射材料区域。使用合适的掩模来覆盖透明面板上形成的CIS或CIGS材料，其中，所述合适的掩模对于选择的湿法蚀刻处理有很大程度上的耐受性。可以通过使用合适的喷雾蚀刻技术来减少蚀刻由掩模覆盖的下方区域，其中，蚀刻由掩模覆盖的下方区域对于湿法蚀刻特别是当形成小的结构时是已知问题。
替选地，也可以在没有掩模的情况下使用与喷墨印刷类似的技术来执行湿法蚀刻，其中，在该与喷墨印刷类似的技术中，蚀刻材料的小液滴被直接定位到CIS或CIGS材料上以形成透射材料区域。
对PCT国际申请第PCT/AU2012/000778号、第PCT/AU2012/000787号、第PCT/AU2014/000814号和第PCT/AU2018/051263号的引用不构成对这些文献是澳大利亚或任何其他国家的公知常识的一部分的承认。

Claims (36)

1.一种用于建筑物或结构的窗户单元，所述窗户单元被布置成用于发电，并且包括：
面板，所述面板具有对于至少一部分可见光透明的区域并且具有用于接收来自光入射方向的光的光接收表面；以及
至少一个太阳能电池串，每个太阳能电池是双面太阳能电池并且具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面各自具有能够吸收光以发电的区域，所述太阳能电池被定位成使得在使用中所述第一表面被定向成接收来自所述光入射方向的光并且所述第二表面接收来自相对方向的光。
2.根据权利要求1所述的窗户单元，其中，所述第一表面被定向成朝向所述面板的光接收表面。
3.根据权利要求1或2所述的窗户单元，其中，所述窗户单元被布置成使得所述太阳能电池的第二表面接收来自所述建筑物或结构的内部的光。
4.根据前述权利要求中任一项所述的窗户单元，包括至少一个光反射表面，所述至少一个光反射表面面向所述面板或者与所述面板的光接收表面形成90度或更小的角度，所述至少一个光反射表面与所述面板和所述至少一个太阳能电池串二者间隔开。
5.根据权利要求4所述的窗户单元，其中，所述窗户单元被布置成使得：在使用中，入射在所述接收表面上的一部分光透射通过所述面板朝向所述至少一个光反射表面，并且然后被所述至少一个光反射表面朝向所述太阳能电池中的至少一个太阳能电池的第二表面反射，在所述第二表面处，所述光能够被吸收以发电。
6.根据权利要求4或5所述的窗户单元，其中，所述窗户单元被布置成使得：入射在所述接收表面上的一部分光透射通过所述面板朝向所述至少一个光反射表面，并且然后被所述至少一个光反射表面朝向所述太阳能电池中的至少一个太阳能电池的第二表面反射，在所述第二表面处，所述光能够被吸收以发电。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的窗户单元，其中，所述面板定位在所述至少一个太阳能电池串与所述至少一个光接收表面之间。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的窗户单元，其中，所述至少一个太阳能电池串和所述至少一个光反射表面被定位成使得所述太阳能电池的第二表面也暴露于没有被所述窗户单元的部件预先反射的入射光。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的窗户单元，其中，所述至少一个光反射表面被定位成使得在所述太阳能电池的第二表面与所述至少一个光反射表面之间限定间隙。
10.根据前述权利要求中任一项所述的窗户单元，其中，所述太阳能电池在其第一表面处附接至与所述光接收表面相对的面板表面，使得由所述面板的光接收表面接收到的光在到达所述太阳能电池的第一表面之前传播通过所述面板的至少一部分。
11.根据前述权利要求中任一项所述的窗户单元，包括多个太阳能电池串，所述多个太阳能电池串中的每个太阳能电池串沿所述面板的相应的边缘延伸。
12.根据前述权利要求中任一项所述的窗户单元，其中，所述面板是第一面板，并且所述窗户单元包括第二面板，所述第二面板具有对于至少一部分可见光透明的区域，并且其中，所述至少一个太阳能电池串定位在所述第一面板与所述第二面板之间。
13.根据权利要求12所述的窗户单元，其中，每个太阳能电池的第一表面直接或间接地结合至所述第一面板，并且每个太阳能电池的第二表面直接或间接地结合至所述第二面板，由此每个太阳能电池夹在所述第一面板与所述第二面板之间。
14.根据前述权利要求中任一项所述的窗户单元，包括至少一个另外的太阳能电池串，所述至少一个另外的太阳能电池定位在所述面板或所述第一面板和所述第二面板中的至少一个面板的至少一个边缘表面处，并且被定向成与所述光接收表面基本上垂直，面向所述面板的边缘表面或所述第一面板和所述第二面板中的至少一个面板的边缘表面，由此所述至少一个另外的太阳能电池串被定位成接收行进穿过所述面板或所述第一面板和所述第二面板中的至少一个面板的边缘表面的光。
15.根据权利要求1至11中任一项所述的窗户单元，包括至少一个反射边缘元件，所述至少一个反射边缘元件定位在所述面板或所述第一面板和所述第二面板中的至少一个面板的至少一个边缘表面处，并且被定向成与所述光接收表面基本上垂直，面向所述面板或所述第一面板和所述第二面板中的至少一个面板的边缘表面，由此所述至少一个另外的太阳能电池串被定位成将行进穿过所述面板、或所述第一面板和所述第二面板中的至少一个面板的光反射回所述面板、或所述第一面板和所述第二面板中的至少一个面板中，从而增加所述光将被所述太阳能电池中的一个或更多个太阳能电池吸收的可能性。
16.根据权利要求15所述的窗户单元，包括另外的反射元件，所述另外的反射元件定位在所述面板或所述第一面板和所述第二面板中的至少一个面板的边缘表面处，并且被定位成基本上平行于所述光接收表面，并且使得所述另外的反射元件和所述反射边缘元件一起形成在所述边缘表面处具有基本上杯形截面形状的布置。
17.权利要求15或16所述的窗户单元，其中，所述至少一个反射边缘元件和所述另外的反射元件包括反射涂层或者以反射涂层的形式提供。
18.根据权利要求13或当从属于权利要求13时的权利要求14至17中任一项所述的窗户单元，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，并且所述窗户单元还包括至少一个第二太阳能电池串，所述至少一个第二太阳能电池串定位在所述第二面板处，每个第二太阳能电池是双面太阳能电池。
19.根据前述权利要求中任一项所述的窗户单元，其中，所述面板、或所述第一面板和所述第二面板中的至少一个面板还包括至少一个衍射元件和/或发光材料，以有助于将入射的红外光朝向所述面板或所述第一面板和所述第二面板中的至少一个面板的边缘重定向。
20.根据权利要求1所述的窗户单元，包括渐缩延伸部，所述渐缩延伸部附接所述窗户单元的面板或者形成所述窗户单元的面板的一部分。
21.根据权利要求20所述的窗户单元，其中，所述渐缩延伸部具有相对的第一侧部和第二侧部，所述第一侧部和第二侧部限定它们之间的角度并且限定渐缩形状。
22.根据权利要求20或21所述的窗户单元，其中，所述窗户单元包括第一太阳能电池串和第二太阳能电池串，第一太阳能电池和第二太阳能电池均是双面的并且具有用于接收光和发电的第一表面和相对的第二表面。
23.根据权利要求22所述的窗户单元，其中，所述太阳能电池的第二表面面向所述渐缩延伸部的侧部并且附接至所述渐缩延伸部的侧部，并且被定位成接收行进穿过所述一个或更多个面板的边缘的光，由此所述窗户单元被布置成使得所述太阳能电池的第一表面接收来自所述入射光方向或来自基本上相对的方向的光。
24.根据权利要求20至23中任一项所述的窗户单元，其中，所述渐缩延伸部是截面基本上为棱柱形的附件。
25.根据权利要求20至23中任一项所述的窗户单元，其中，所述面板在边缘处渐缩，使得所述渐缩延伸部形成所述面板的一部分。
26.根据权利要求1至21中任一项所述的窗户单元，其中，所述至少一个太阳能电池串包括柔性和/或能够弯曲的太阳能电池。
27.根据当从属于权利要求19或20时的权利要求26所述的窗户单元，其中，所述至少一个太阳能电池串包括能够弯曲的双面太阳能电池，所述能够弯曲的双面太阳能电池围绕所述渐缩延伸部的末端弯曲。
28.根据权利要求20至23中任一项所述的窗户单元，其中，所述面板包括平行的部件面板部分并且还包括衍射元件和/或发光材料，所述衍射元件和/或发光材料被布置成有助于将入射的红外光重定向到所述面板的边缘。
29.根据前述权利要求中任一项所述的窗户单元，其中，所述太阳能电池结合到所述渐缩延伸部的面板表面，使得避免所述太阳能电池与所述面板表面之间或所述太阳能电池与所述渐缩延伸部之间的气隙。
30.根据前述权利要求中任一项所述的窗户单元，其中，所述面板或所述第一面板和所述第二面板中的至少一个面板包括另外的光伏材料，并且其中，所述另外的光伏材料定位在所述面板或所述第一面板和所述第二面板中的至少一个面板的表面中、表面处或者表面附近，所述另外的光伏材料沿所述面板或所述面板中的至少一个面板的表面分布并且分布在作为所述另外的光伏材料的空隙的透射区域之间，所述另外的光伏材料被构造成使得所述另外的光伏材料的特征足够窄以对于肉眼至少很大程度上不可见。
31.根据权利要求30所述的窗户单元，其中，所述另外的光伏材料的特征的直径为100至80微米、80至60微米、60至40微米、40至20微米或者20至10微米，并且其中，这些特征之间的透射区域的直径能够为100至80微米、80至60微米、60至40微米、40至20微米或者20至10微米。
32.根据权利要求30或31所述的窗户单元，其中，所述另外的光伏材料形成图案。
33.根据权利要求31或32所述的窗户单元，其中，所述另外的光伏材料形成另外的衍射元件，所述另外的衍射元件被布置成吸收一部分所接收的光以发电，并且使一部分所接收的光朝向所述面板材料的至少一个边缘表面偏转。
34.根据当从属于权利要求13时的权利要求33所述的窗户单元，其中，所述至少一个另外的太阳能电池串被定位成接收由所述另外的衍射元件偏转的至少一部分光。
35.根据当从属于权利要求15时的权利要求33所述的窗户单元，其中，所述至少一个反射边缘元件被定位成接收由所述另外的衍射元件偏转的至少一部分光。
36.一种用于建筑物或结构的窗户单元，所述窗户单元被布置成用于发电并且包括：
面板，具有对于至少一部分可见光透明的区域；以及
至少一个太阳能电池串；
其中，所述面板包括另外的光伏材料，所述另外的光伏材料定位在面板材料中、面板材料处或面板材料附近，所述另外的光伏材料分布在所述面板的表面上并且分布在作为所述另外的光伏材料的空隙的透射区域之间，使得所述另外的光伏材料的特征足够窄以对于肉眼至少很大程度上不可见。
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