CN116195161A - 三维光伏充电系统 - Google Patents

三维光伏充电系统 Download PDF

Info

Publication number
CN116195161A
CN116195161A CN202180065827.9A CN202180065827A CN116195161A CN 116195161 A CN116195161 A CN 116195161A CN 202180065827 A CN202180065827 A CN 202180065827A CN 116195161 A CN116195161 A CN 116195161A
Authority
CN
China
Prior art keywords
photovoltaic
charging system
light
unit
coplanar
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202180065827.9A
Other languages
English (en)
Inventor
莫吉塔巴·阿卡万-塔夫提
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Michigan
Original Assignee
University of Michigan
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Michigan filed Critical University of Michigan
Publication of CN116195161A publication Critical patent/CN116195161A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S20/00—Supporting structures for PV modules
    • H02S20/30—Supporting structures being movable or adjustable, e.g. for angle adjustment
    • H02S20/32—Supporting structures being movable or adjustable, e.g. for angle adjustment specially adapted for solar tracking
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S50/00—Arrangements for controlling solar heat collectors
    • F24S50/20—Arrangements for controlling solar heat collectors for tracking
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/66—Regulating electric power
    • G05F1/67—Regulating electric power to the maximum power available from a generator, e.g. from solar cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
    • H01L31/035272—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/035281—Shape of the body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/036—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
    • H01L31/0392—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate
    • H01L31/03925—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate including AIIBVI compound materials, e.g. CdTe, CdS
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/048—Encapsulation of modules
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H01L31/0547—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means comprising light concentrating means of the reflecting type, e.g. parabolic mirrors, concentrators using total internal reflection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/35—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S30/00—Structural details of PV modules other than those related to light conversion
    • H02S30/10—Frame structures
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/20—Optical components
    • H02S40/22—Light-reflecting or light-concentrating means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/30—Electrical components
    • H02S40/38—Energy storage means, e.g. batteries, structurally associated with PV modules
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/40—Thermal components
    • H02S40/42—Cooling means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/40—Thermal components
    • H02S40/42—Cooling means
    • H02S40/425—Cooling means using a gaseous or a liquid coolant, e.g. air flow ventilation, water circulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/70—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S60/00—Arrangements for storing heat collected by solar heat collectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S70/00—Details of absorbing elements
    • F24S70/20—Details of absorbing elements characterised by absorbing coatings; characterised by surface treatment for increasing absorption
    • F24S70/225—Details of absorbing elements characterised by absorbing coatings; characterised by surface treatment for increasing absorption for spectrally selective absorption
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/10—Photovoltaic [PV]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/47—Mountings or tracking
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

一种紧凑型三维(3D)光伏充电系统，其包括封装在透明的壳体中的光伏单元、功率管理单元和支承基座。光伏单元具有以相对距离和相对取向定位的非共面光伏表面。与传统的平板太阳能面板相比，3D光伏充电系统可以竖直地收集光，因此放大被定义为每安装占地面积的功率输出的太阳能模块功率密度。还描述了一种光跟踪3D光伏充电系统，其具有封装在透明的壳体中的光伏单元、功率管理单元以及跟踪电磁辐射源的装置。光跟踪3D光伏充电系统跟踪移动光源，产生改善的光通量摄入，并且因此提高电功率输出。

Description

三维光伏充电系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年8月23日提交的美国专利申请号17/408,925的优先权，并且还要求于2020年8月24日提交的美国临时申请号63/069,261号的权益。上述申请的全部公开内容以引用方式并入本文。
技术领域
本公开涉及光伏模块，并且更具体地，涉及一种改善用于为电力设备供电的光伏模块的功率密度的设备。
背景技术
本部分提供与本公开相关的背景信息，该背景信息不一定是现有技术。本部分提供了本公开的总体概述，并且不是对其全部范围或其所有特征的全面公开。
在美国太阳能比以往更便宜、易获得和流行。美国能源部能量效率与可再生能源办公室报道了，自2008年以来，美国安装已经增长了35倍，目前估计达到62.5千兆瓦特(GW)。这是足以为相当于1200万个普通美国家庭供电。自2014的开始以来，太阳能光伏(solar photovoltaic，PV)面板的平均成本已经下降了接近50％。在包括加利福尼亚州、夏威夷州和明尼苏达州等多个州使用传统能源的情况下，太阳能发电现在在经济上是有竞争力的，在2020初期超过了煤发电。此外，太阳能工业是整个国家和世界(特别是发展中国家)经济增长的成熟孵化器(proven incubator)。
增加的太阳能部署为美国提供了无数的益处。在整个美国，太阳能的丰富性和潜力是惊人的：正如美国能源部宣布的那样，仅占全国总土地面积0.6％的PV面板可以为整个美国供应足够的电力。
尽管取得了令人瞩目的进展，但在太阳能变得像传统能源一样便宜并在全国发挥其全部潜力之前，仍存在大量工作。太阳能硬件成本急剧地下降，但是市场障碍和电网集成的挑战继续阻碍更大的运用。美国国家可再生能源实验室得出的结论是，非硬件太阳能“软成本”——诸如许可、融资、土地和客户获取——在太阳能总成本中所占比例越来越大，并且目前构成住宅系统成本的74％。仍然需要技术进步和创新的解决方案来提高效率、降低成本，使公用事业依靠太阳能作为基本负荷电力。
PV可以安装在屋顶上，对土地使用基本上没有影响。然而，在美国，小型建筑物上仅26％的屋顶总面积定向适用于PV部署，其一部分缺乏增加负荷的基本结构完整性。更高功率密度的太阳能模块将能够减少屋顶负荷。可部署的、高功率密度太阳能模块可以不安装在住宅屋顶上，而是安装在后院上、沿人行道等上，以完全避免屋顶安装成本，而不损害有价值的不动产。本教导提供了一种紧凑且高功率密度的太阳能模块设计，以解决这些未满足的需要。
三维(3D)太阳能模块，如标题为“电磁能量转换器”的共同转让的国际申请号PCT/US2018/049880(通过引用并入本文)中所描述的，旨在改善太阳能模块的功率密度，并且因此降低太阳能的软成本。
与传统的平板太阳能面板不同，3D太阳能模块可以收集和转换来自各种方向的光，特别是从周围和/或相邻的光伏电池反射的光子，特别是在钝化发射器和后接触电池的情况下。更重要的是，3D太阳能模块可以垂直地收集光，从而在维持功率输出的情况下降低安装占用面积。因此，与传统的平板太阳能面板相比，3D太阳能模块具有更高的功率密度，该功率密度被定义为每安装占地面积的输出功率，单位为瓦/平方米。
根据本文提供的描述，其它应用领域将变得显而易见。本概述中的描述和具体实施例仅旨在用于说明的目的，而不旨在限制本公开的范围。
附图说明
本文描述的附图仅用于所选实施方案的说明目的，而不是所有可能的实，并且不旨在限制本公开的范围。
图1示出3D光伏充电系统的示意图，该3D光伏充电系统包括具有封装在透明的壳体中的多个光伏层的光伏单元、具有控制单元的功率管理单元以及支承基座(supportbase)。由转换为电力的光生成的电流经由容纳在电线导管(electric conduit)内的电缆递送到功率管理单元。功率控制单元经由物理和/或虚拟电连接器与其它电气设备、消耗器或发电机耦合。
图2示出3D光伏充电系统的示意图，该3D光伏充电系统包括具有封装在透明的壳体中的多个光伏层和反射层的光伏单元、具有功率储存单元和控制单元的功率管理单元以及支承基座。
图3示出3D光伏充电系统的示意图，该3D光伏充电系统包括具有封装在透明的壳体中的覆盖有均匀光伏层的锯齿状表面的基板、具有功率储存单元和控制单元的功率管理单元以及支承基座。
图4示出3D光伏充电系统的示意图，该3D光伏充电系统包括具有封装在透明的壳体中的多个光伏层的光伏单元、具有功率储存单元和控制单元的功率管理单元、支承基座。透明的壳体还包括热吸收层和循环冷却系统。
图5示出了光跟踪3D光伏充电系统示意图，该3D光伏充电系统包括：具有封装在透明的壳体中的多个光伏层的光伏单元，具有功率储存单元和控制单元的功率管理单元，支承基座、以及锚固基座(anchor base)。
在附图的若干视图中，对应的附图标记指示对应的部件。
具体实施方式
现在将参照附图更全面地描述实施例实施方案。
提供实施例实施方案使得本公开将是详尽的，并且将向本领域技术人员充分传达范围。阐述了许多具体细节，诸如具体组件、设备和方法的实施例，以提供对本公开的实施方案的透彻理解。对于本领域技术人员将显而易见的是，不需要采用具体细节，实施例实施方案可以以许多不同的形式来体现，并且都不应被解释为限制本公开的范围。在一些实施例实施方案中，没有详细描述公知的工艺、公知的设备结构和公知的技术。
本文中所使用的术语仅出于描述特定实施例实施方案的目的、且并不旨在限制。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”可以旨在包括复数形式，除非上下文另有明确指示。术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“包含(including)”和“具有(having)”是包括性的，并且因此指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或他们的组合。本文描述的方法步骤、工艺和操作不应被解释为必须要求它们以所讨论或示出的特定顺序执行，除非具体地标识为执行顺序。还应当理解，可以采用附加的或替代的步骤。
当元件或层被称为“在另一元件或层上”、“接合到另一元件或层”、“连接到另一元件或层”或“耦合到另一元件或层”时，该元件或层可以直接在另一元件或层上、接合到另一元件或层、连接到另一元件或层、或耦合到另一元件或层，或者可以存在中间元件或层。相反地，当元件被称为“直接在另一元件或层上”、“直接接合到另一元件或层”、“直接连接到另一元件或层”或“直接耦合到另一元件或层”时，可能不存在中间元件或层。用于描述元件之间的关系的其他词语应当以类似的方式来解释(例如，“在……之间”与“直接在……之间”、“相邻”与“直接相邻”等)。如本文所使用的，术语“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和所有组合。
尽管本文可以使用术语第一，第二，第三等来描述各种元件、组件、区域、层和/或区段，但是这些元件、组件、区域、层和/或区段不应受到这些术语的限制。这些术语可以仅用于将一个元件、部件、区域、层或区段与另一个区域、层或区段区分开。诸如“第一”、“第二”和其他数字术语的术语在本文中使用时并不暗示序列或顺序，除非上下文明确指出。因此，在不脱离示例实施方案的教导的情况下，下面讨论的第一元件、第一组件、第一区域、第一层或第一区段可以被称为第二元件、第二组件、第二区域、第二层或第二区段。
为了便于描述，空间相对术语，诸如“内部”、“外部”、“在……之下”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等可以在本文中使用，以描述一个元件或特征与图中所示的另一元件或特征的关系。除了图中所示的取向外，空间相对术语可以旨在包括设备在使用或操作中的不同取向。例如，如果图中的设备被翻转，则描述为在其他元件或特征“下方”或“在……之下”的元件将被定向在其他元件或特征“上方”。因此，示例术语“下方”可以涵盖上方和下方两种取向。该设备可以以其他方式取向(旋转90度或以其他取向)，并且本文使用的空间相对描述被相应地解释。
根据本教导的原理，并且参考附图1-3，提供了具有有利构造和使用方法的三维(3D)光伏充电系统100。在一些实施方案中，3D光伏充电系统100可以包括具有多个离散且非共面的光伏层112的光伏单元110。在一些实施方案中，光伏层是光伏电池，诸如单晶太阳能电池或多晶太阳能电池。
在一些实施方案中，三维光伏充电系统100包括：光伏单元110，该光伏单元包括配置为将光转换成电流的多个离散且非共面的光伏层112、在多个离散且非共面的光伏层112的相邻层之间的距离150和相对角度152；功率管理单元120，该功率管理单元包括功率控制单元122，功率管理单元120配置为接收和管理来自多个离散且非共面的光伏层112的电流；支承基座130，该支承基座接收光伏单元110和功率管理单元120；以及至少部分透明的壳体114，该至少部分透明的壳体至少部分地绝缘多个离散且非共面的光伏层112。
在一些实施方案中，多个光伏层112以大于1纳米的距离150分离。距离150是指相邻的光伏层112之间的间隔。相邻的光伏层112之间的距离可以针对每单位长度的最佳功率输出进行调整。相邻的光伏层112也可以以0至360度范围内的相对角度152倾斜。相对角度152是指相邻光伏层112与天顶(zenith)的角度差。例如，在距离150处堆叠在彼此顶部上的两个平行面向天顶的太阳能电池之间的相对角度152是0度。类似地，面向相反的方向的两个垂直堆叠的太阳能电池之间的相对角度152(一个朝向天顶或PV侧向上，而另一个背向天顶或PV侧向下)是180度。在后面的实施方案中，相邻的光伏层112彼此面向(面对面)或定位成彼此背离(即，背对背)。在双面太阳能电池的情况下，电池可以以两个互补角来表征，每个角识别两个面中的一个。
在一些实施方案中，3D光伏充电系统100还可以包括具有功率控制单元122的功率管理单元120。功率控制单元122配置为管理和控制3D光伏充电系统100的元件和操作。在一些实施方案中，功率控制单元122包括最大功率点跟踪(maximum power point tracking，MPPT)控制器。在一些实施方案中，功率控制单元122包括脉宽度调制(pulse widthmodulation，PWM)控制器。
在一些实施方案中，功率管理单元120还包括用于接收和储存所产生的功率的功率储存单元124。在一些实施方案中，功率控制单元122用于连接多个光伏单元110。在一些实施方案中，功率控制单元122用于管理经由物理或虚拟电连接141耦合的多个3D光伏充电系统100和/或电消耗器。在一些实施方案中，功率控制单元122将一个或多个光伏单元110连接到电网。在一些实施方案中，功率控制单元122包括电池管理系统(batterymanagement system，BMS)。
在一些实施方案中，支承基座130接收和/或包含光伏单元110和/或功率管理单元120。在一些实施方案中，多个光伏层112在透明的壳体114中绝缘，并且多个光伏层将光转换成电流，由此电流由功率管理单元120接收和管理。
在一些实施方案中，支承基座130选自包括以下的组：安装杆(mounting pole)、柱(post)、混凝土地基、桩(bollard)、锚固件、框架、安装支架、夹具、导轨、磁板、绳索、链条、线(wire)、电缆(cable)、臂、腿、钩、桅杆(mast)、悬挂件(hanger)、撑杆(strut)、安装紧固件、壁安装件和带。
在一些实施方案中，3D光伏充电系统100包括具有十个光伏层112的光伏单元110，在这种情况下，商用多晶太阳能电池在距天顶(即，0度的相对角度152)30度的角度处以0.1英尺的相邻电池的距离150竖直堆叠在彼此的顶部上，并且封装在具有反射后表面的透明聚碳酸酯管状壳体114中。在一些实施方案中，每个单独的太阳能电池的背侧覆盖有反射层118(在这种情况下是反射带)以减少光吸收并增强光反射。在一些实施方案中，太阳能电池串联连接。光伏单元110包括多个光伏层112。光伏单元110可以封装透明的壳体114中，该透明的壳体定位在具有开口窗口(opening window)129的3英寸直径聚氯乙烯(polyvinylchloride，PVC)管支承基座130内。光伏单元110通过开口窗口129接收光。光伏单元110的投影面积137是1000mm2。
包含光伏单元110的PVC支承基座130的开口窗口129被定位成暴露在密歇根州安阿伯市(AnnArbor，MI)指向南方的固定面向方向143的夏日(2020年6月)太阳。以各种负载电阻测量3D光伏充电系统的输出。在一个多晶太阳能电池固定在与“面向”南方的地平线成45度的角度的位置的情况下，还测量参考光伏层112的输出。与从一个固定参考光伏层112测量的30W/m2的输出相比，发现3D光伏充电系统100的输出达到330瓦/平方米(地球上平均阳光强度为1000W/m2)。
在距离150处堆叠在彼此顶部上的多个光伏层112的安装导致投影面积137与各个光伏层112的投影面积137相等。这表明，在只有一英尺高的情况下，3D光伏充电系统100产生的功率密度是固定参考光伏层112的十倍。换句话说，本实施方案每英尺高度产生了330W/m2。为了比较，通常路灯柱(street light post)是6至14英尺高，并且通过竖直地收集和转换光，可以显著地提高太阳能模块的功率密度，从而使得在较小的占地面积情况下增强功率输出。
在一些实施方案中，3D光伏充电系统100向无电电网照明、充电、通信、化学反应器和物联网(internet of things，IoT)系统提供功率。
近来，太阳能工业已经采用双面平板太阳能面板来利用来自周围环境的反射光。结果，双面太阳能面板的输出仍然强烈地取决于周围环境的性质。这种依赖性转化为双面太阳能装置(例如，混凝土或涂漆地板)处需要反射表面，从而进一步抬高了安装成本。虽然这些类似的环境特征也可以用于改善3D光伏充电系统100的功率输出，但是在一些实施方案中，它们是不必要的。
术语“离散且非共面的光伏层112”不包括光伏层112的平面配置，诸如平面太阳能面板、双面太阳能面板、柔性太阳能面板和串接太阳能电池。双面太阳能电池板由安装在平面几何结构中的双面太阳能电池构成。柔性太阳能电池板由印刷在平面和柔性表面上并由平面和柔性表面支承的太阳能电池构成。串接太阳能电池由竖直堆叠以选择性地转换各种光频率的多个光伏层构成。出于本申请的目的，串接太阳能电池被认为是一个“光伏层112”。
术语“离散且非共面的光伏层”不涉及由光伏材料喷涂和/或印刷的表面。由光伏膜印刷的表面被认为是一个离散的光伏层112。
术语“透明”是指其透光率比大于零的材料。在该上下文中，透明度被定义为允许电磁能在具有或不具有明显的散射的情况下至少部分地或全部电磁波谱在材料内传播的物理性质。在一些实施方案中，透明的壳体114是用于使光伏层112绝缘的透明覆盖物。在一些实施方案中，光伏层112定位在具有从灯柱中雕刻出开口窗口137的灯柱内部。在一些实施方案中，透明的壳体114是使光伏层112绝缘的透明接入栅(access gate)(例如，防眩丙烯酸覆盖物)。透明的壳体114提供光进入，并且在一些实施方案中，阻挡光伏层112暴露于环境损坏，包括湿气、露水、冰雹、灰尘、风或甚至有意破坏。
在一些实施方案中，透明的壳体114是至少部分地封装光伏层112的透明模制板(slab)，以提高结构强度。在一些实施方案中，透明的壳体114被抽真空以用于绝缘。在一些实施方案中，透明的壳体114填充有用于绝缘的介电材料(诸如，惰性气体)，以减少光伏层112的腐蚀速率、热导率和/或电导率。
在一些实施方案中，多个离散且非共面的光伏层112至少部分地封装在模制介电板中。在一些实施方案中，多个离散且非共面的光伏层的相邻层之间的距离至少部分地填充有以下材料，所述材料选自包括以下的组：光反射材料、介电材料、电导体、热导体、光透射材料、光吸收材料、聚光器(light concentrator)、光漫射材料(light-diffusivematerials)、凝胶、糊剂、液体、油、水、树脂、聚合物、热固型聚合物、光固型聚合物、热冷却剂、热吸收材料、热分散材料、气袋(air packets)、发光材料、电致发光材料、以及光致发光材料。
在一些实施方案中，3D光伏充电系统100包括光伏单元110，该光伏单元具有封装在透明的壳体114中的多个非共面的光伏层112和反射表面132。光伏单元通过紧固件安装在支承基座130上，例如路灯柱。在一些实施方案中，紧固件可以是沿灯柱的外表面固定光伏单元110的可调节带。在一些实施方案中，功率管理单元120被容纳在灯柱内部以提供用于照明的功率。在一些实施方案中，支承基座130是电气设备，例如但不限于电话充电器、电动滑板车、电动自行车充电站和智能交通监控器。在一些实施方案中，3D光伏充电系统100集成到户外可配置硬件或马赛克硬件(mosaic hardware)(例如，传感器组件)中并向其提供电力。
在一些实施方案中，支承基座130是3D光伏充电系统100放置在其上的地板和/或地面。在一些实施方案中，透明的壳体114还容纳功率管理系统120，并因此用作支承基座130。在一些实施方案中，支承基座130是可以是便于电网连接的电线柱。
在一些实施方案中，由光伏单元110产生的电力经由容纳在电线导管116中的导线输送到功率管理单元120。电线导管116也可以用作支承基座130。在一些实施方案中，电线导管116涂覆有反射材料。
在一些实施方案中，光伏单元110的各个光伏层112是可替换的。在一些实施方案中，将光伏层112从透明硬化树脂模制板、介电凝胶或冷却剂流体中拉出以进行检查或更换。
在一些实施方案中，3D光伏充电系统100包括多个光伏单元110，该多个光伏单元110封装在互锁透明的壳体114中(单独地称为3D太阳能块)，以创建太阳能垫(solar mat)。在一些实施方案中，3D光伏充电系统100包括多个光伏层112，每个光伏层112被单独封装在透明的壳体中。多个单独封装的光伏层112耦合到光伏单元110中。在一些实施方案中，光伏单元110还包括单独封装的反射层118。在一些实施方案中，3D太阳能块包括封装在透明的壳体中的至少一对光伏层112和反射层118。3D太阳能垫水平地或竖直地安装。在一些情况下，使用诸如壁挂式安装件的支承基座130。在一些实施方案中，单独的3D太阳能块是可替换的。在一些实施方案中，多个光伏层112、光伏单元110被封装在透明的壳体114中、以创建3D太阳能面板。
在一些实施方案中，反射层118分布在光伏层112之间。在一些实施方案中，光伏层112和反射层118以一定角度取向。光伏层112与反射层118之间的角度可以调整为最佳功率输出。
在一些实施方案中，反射表面132被定位成朝向至少一个对应的光伏层112引导光子。在一些实施方案中，反射表面132用于限制光通量可以进入光伏单元110的角度。在一些其他实施方案中，反射表面132包封透明的壳体114的一部分、以改善光吸入。在一些实施方案中，反射表面132是静止且固定的，而在一些实施方案中，反射表面132根据光源的位置而旋转。在一些实施方案中，反射表面132沿对称轴手动地旋转或由容纳在支承基座130中的伺服马达旋转。
参照图4，在一些实施方案中，透明的壳体114是模制板。在一些实施方案中，模制板是至少部分硬化的聚合物中的一种或组合。在一些实施方案中，透明的壳体114还封装热吸收层127，该热吸收层旨在将热能转换成电力和/或将热能储存在循环的热吸收材料中。在一些实施方案中，热吸收层127选择性地反射特定波长范围内的光。
在一些实施方案中，3D光伏充电系统100包括安装在中央3D充电系统100上的一个或多个3D充电系统100。
在一些实施方案中，透明的壳体114还封装冷却系统128，以通过循环的热吸收材料降低光伏层112的运行温度。在一些实施方案中，模制板是电、热和/或湿气绝缘体。
在一些实施方案中，3D光伏系统100包括容纳在可拆卸、可折叠、可伸缩和/或可扩展的透明的壳体114中的光伏单元110。在一些实施方案中，支承基座130是其中容纳有光伏单元110的氦气球囊。在一些实施方案中，透明的壳体114具有用于改善光收集和/或增强光控制的图案，诸如圆顶形或棱柱形几何形状的图案。
在一些实施方案中，三维光伏充电系统100包括：光伏单元110，该光伏单元包括至少一个基板126，该基板具有至少部分地由光伏层112覆盖的锯齿状表面，该光伏层配置为将光转换成电流，锯齿状表面基板126和光伏层112具有会聚表面法线(convergingsurface normal)119；功率管理单元120，该功率管理单元包括功率控制单元122，功率管理单元120配置为接收和管理来自光伏层112的电流；支承基座130，该支承基座接收光伏单元110和功率管理单元120；以及至少部分透明的壳体114，该壳体至少部分地使光伏层112绝缘。
在一些实施方案中，具有至少部分地由光伏层112覆盖的锯齿状表面的基板126用于收集和转换光。在一些实施方案中，3D光伏充电系统100包括：具有基板126的光伏单元110，该基板具有至少部分地由光伏层112覆盖的锯齿状表面；功率管理单元120，该功率管理单元具有功率控制单元122；以及支承基座130，该支承基座用于接收光伏单元110和功率管理单元120。
锯齿状表面基板126以及因此光伏层112覆盖物可以具有会聚表面法线119。以相对角度(即，相对表面法线角139)取向的表面法线在0度与180度之间的范围内。表面法线119被定义为在垂直于P处的切平面的表面S的任何给定点P处的单位向量。平面多边形的所有表面法线是平行的，即表面法线相对角度为0度。相反地，实心球体的表面法线指向所有方向。表征球体的相对端上的两个点的两个表面法线具有180度的相对角度，即反平行。表面法线的取向指示表面“所面向”的方向。在一些实施方案中，光伏层112在透明的壳体114中绝缘，并且光伏层112将光转换为电流，由此电流由功率管理单元120接收和管理。
在一些实施方案中，具有相同表面法线的光伏层112的部分电连接。在一些实施方案中，光伏层112印刷在印刷导电表面的网状物上(即，布线)。在一些实施方案中，印刷布线被设计成连接光伏层112的具有相同表面法线的部分、并且将它们与具有不同表面法线的其他部分分离。在一些实施方案中，功率管理单元120的功率控制单元122将光伏层的不同部分离散地划分和管理为独立的“区”。
本文中的术语“锯齿状表面”是指切入和/或形成在表面上的多个(多于一个)凹口。“具有至少部分地由光伏层112覆盖的锯齿状表面的基板126”不包括太阳能聚集器面板，其中光伏层112定位在转换聚集光的锯齿状凹部的凹口中。在本教导中，描述光伏层112的表面法线119是会聚的和/或发散的。太阳能聚集器面板中的光伏表面法线119全部平行、共面或相对表面法线角139为零度，所有这些都朝向一个或多个聚集器透镜径向地取向。
术语“具有至少部分地由光伏层112覆盖的锯齿状表面的基板126”也可指代由于外部刺激(诸如，折纸太阳能结构(origami solar structure))而改变结构和几何形状的平滑且均匀的表面。
在一些实施方案中，“具有锯齿状表面的基板126”支承薄膜光伏层112。薄膜光伏层112可以是均匀喷涂的有机光伏材料。在一些实施方案中，薄膜光伏层112包括多个子层，该子层包括诸如透明导电氧化物的后和/或前导体层、诸如ZnTe的背接触点、以及诸如CdTe的吸收层。在一些实施方案中，薄膜光伏层涂覆有抗反射材料。在一些实施方案中，透明的壳体涂覆有抗反射材料。在一些实施方案中，光伏层通过密封剂层绝缘。
在一些实施方案中，3D光伏充电系统100以固定“面向”方向143固定。“面向”指的是光通过其进入系统的开口窗口129或孔径。在一些实施方案中，3D光伏充电系统100被定位成在北半球永久“面向”南部，反之亦然。
参考图5，在一些实施方案中，光跟踪3D光伏充电系统200包括：至少部分透明的壳体114；光伏单元110，该光伏单元具有配置为将光转换成电流的多个非共面光伏表面113，多个非共面光伏表面113在至少部分透明的壳体114中至少部分地绝缘；功率管理单元120，该功率管理单元包括功率控制单元122，功率管理单元120配置为接收和管理来自多个非共面光伏表面113的电流，这意味着引起光通量的变化，从而引起电流的变化，电流的变化由功率控制单元122监测。
术语的“光通量”是指入射电磁辐射的量。在一些实施方案中，多个非共面光伏表面113将入射光通量(电磁能)的一部分转换成电力(电能)。确定转换能量比例的一些物理参数包括辐射频率、强度和入射角。
在一些实施方案中，多个非共面光伏表面113的至少一部分在取向上改变，从而引起光通量的变化。在一些实施方案中，取向的改变包括在多个离散且非共面的光伏层112的两个相邻层之间的相对距离115和相对角度144中的至少一者的变化。在一些实施方案中，光通量的变化是由开口窗口137中的变化引起的。在一些实施方案中，光伏单元112包括至少一个基板126，该基板具有至少部分地由光伏层112覆盖的锯齿状表面，该光伏层配置为将光转换成电流，锯齿状表面和光伏层具有以相对角度取向的会聚表面法线119。
在一些实施方案中，3D光伏充电系统200可以跟踪光源并且包括光伏单元110，光伏单元110具有以相对距离115和相对表面取向117定位的多个非共面光伏表面113。光伏表面113在透明的壳体114中绝缘。在一些实施方案中，3D光伏充电系统200还可以包括具有功率控制单元122的功率管理单元120。在一些实施方案中，3D光伏充电系统200还可以包括具有功率储存单元124的功率管理单元120。在一些实施方案中，3D光伏充电系统200可以包括定位在与光伏单元110的相对取向的锚固基座140(即，光伏单元相对于锚固基座的取向(relative photovoltaic unit to anchor base orientation)144)，其中光伏表面113将光转换成电流、并且电流由功率管理单元120接收和管理，其中光伏单元110和锚固基座140的相对取向(即，光伏单元相对于锚固基座的取向144)的改变导致由于光通量的改变而引起的电流改变。电流的改变由功率控制单元122监测，并且锚固基座140牢固地固定到物体。
在一些实施方案中，将光伏单元110相对于锚固基座140取向144被认为是锚固基座140上的参考点与光伏单元110的“面向”方向(‘face’direction)143之间的角度。
在一个实验中，图1的3D光伏充电系统的输出是在7月的上午9点在固定南方面向方向143处测量的。然后沿其轴线手动地旋转相同的实施方案，并且再次测量输出。已经确定了，实施方案的单轴旋转从固定在南方到直接沿太阳的路径，导致在那时的输出加倍。发现这种改善是太阳在天空中的位置(即，一天中的时间)的函数。
在一些实施方案中，3D光伏充电系统200是沿圆柱体的轴线旋转以面向天空中的太阳的圆柱形结构。在一些实施方案中，存在连接到至少部分地包封光伏单元110的锚固基座140的反射表面132。反射表面132相对于光伏单元110以相对取向取向。反射表面132的相对取向的变化改变光通量、并引起由光伏单元110产生的功率的变化。
“光跟踪3D光伏充电系统200”中的术语“光伏表面”指的是多面的、非共面光伏表面。该术语是指三维堆叠的光伏器件的通用概念，包括：
a)多个离散且非共面的光伏层112，该光伏层具有大于1纳米的距离及从0度到360度的范围内的相对角度；以及
b)基板126，该基板具有至少部分地被光伏层112覆盖的锯齿状表面。
在一些实施方案中，光跟踪3D光伏充电系统200的功率控制单元122监测并计算光伏单元相对于锚固基座的取向144处的第一最大功率点。然后，功率控制单元122中继第一光伏单元相对于锚固基座的取向144中的变化142并且计算第二最大功率点。功率控制单元122继续这个过程以确定最佳光伏单元相对于锚固基座的取向144。
在一些实施方案中，对于光跟踪，功率控制单元122中继第一光伏单元相对于锚固基座的取向144中的变化142。在一些实施方案中，变化由马达执行。在一些实施方案中，马达经由支承轴、带、链、线、轨道、铰链或活塞连接到光伏单元110。在一些实施方案中，通过液压活塞、弹簧或杆在安装点处改变光伏单元相对于锚固基座的取向144。
在一些实施方案中，功率管理单元120包括功率控制单元122。在一些实施方案中，功率控制单元122包括以下组件，所述组件选自以下列表：物联网(IoT)子系统、功率逆变器子系统、电流开关、断路器、电阻器、电缆、功率变压器、有源和无源传感器、功率发射器、电插头、显示器、发光二极管和功率跟踪子系统。在一些实施方案中，功率控制单元122包括主动跟踪子系统，诸如马达。在其他实施方案中，功率控制单元122依赖于无源跟踪子系统，诸如用作液压致动器的石蜡。
在其它实施方案中，功率管理单元120还包括功率储存单元124。在一些实施方案中，功率储存单元124选自以下列表：电动功率储存器、机电功率储存器、电化学功率储存器、电生物学功率储存器和电热功率储存器。
在一些实施方案中，3D光伏充电系统200包括以一个或多个自由度(诸如，第一光伏单元相对于锚固基座的取向144中的变化142)安装在一个锚固基座140上的多个3D光伏充电系统100。锚固基座140移动一个或多个3D光伏充电系统100、以改善功率输出。在一些实施方案中，3D光伏充电系统200包括安装在中央3D光伏充电系统100上的多个3D光伏充电系统100。
已经出于说明和描述的目的，提供了实施方案的前述描述。该描述并非旨在穷举或限制本公开。特定实施方案的各个元件或特征通常不限于该特定实施方案，但在适用的情况下，即使没有具体示出或描述，各个元件或特征是可互换的，并且也可以在所选定的实施方案中使用。同样的情况也可能在许多方面有所不同。这样的变化不被认为偏离本公开，并且所有这样的修改旨在被包括在本公开的范围内。

Claims (20)

1.一种三维光伏充电系统，所述三维光伏充电系统包括：
光伏单元，所述光伏单元具有多个离散且非共面的光伏层，所述多个离散且非共面的光伏层配置为将光转换成电流，在所述多个离散且非共面的光伏层的相邻层之间具有距离和相对角度；
功率管理单元，所述功率管理单元具有功率控制单元，所述功率管理单元配置为接收和管理来所述自多个离散且非共面的光伏层的电流；
支承基座，所述支承基座接收所述光伏单元和所述功率管理单元；以及
至少部分透明的壳体，所述至少部分透明的壳体至少部分地使所述多个离散且非共面的光伏层绝缘。
2.根据权利要求1所述的光伏充电系统，其中，所述多个离散且非共面的光伏层由以下材料制成，所述材料选自包括无机材料、有机材料或它们的组合的组。
3.根据权利要求1所述的光伏充电系统，其中，所述功率管理单元还包括功率储存单元。
4.根据权利要求1所述的光伏充电系统，其中，所述多个离散且非共面的光伏层至少部分是透明的。
5.根据权利要求1所述的光伏充电系统，其中，所述多个离散且非共面的光伏层至少部分地涂覆有以下材料，所述材料选自包括封装材料、绝缘材料、介电材料、透明材料、反射材料、抗反射材料、导电材料、色散材料、漫射材料、折射材料和棱镜材料的组。
6.根据权利要求1所述的光伏充电系统，其中，所述多个离散且非共面的光伏层中的至少一个层是可替换的。
7.根据权利要求1所述的光伏充电系统，其中，所述多个离散且非共面的光伏层至少部分地封装在模制介电板中。
8.根据权利要求1所述的光伏充电系统，其中，所述多个离散且非共面的光伏层的相邻层之间的距离至少部分地填充有以下材料，所述材料选自包括光反射材料、介电材料、电导体、热导体、透光材料、光吸收材料、聚光器、光漫射材料、凝胶、糊剂、液体、油、水、树脂、聚合物、热固型聚合物、光固型聚合物、热冷却剂、热吸收材料、热分散材料、气袋、发光材料、电致发光材料和光致发光材料的组。
9.根据权利要求1所述的光伏充电系统，其中，所述功率控制单元包括以下组件，所述组件选自包括物联网(IoT)子系统、功率逆变器子系统、电流开关、断路器、功率变压器、有源和无源传感器、功率发射器、电插头、显示器、发光二极管和功率跟踪子系统的组。
10.根据权利要求1所述的光伏充电系统，其中，所述至少部分透明的壳体至少部分地封装在以下表面中，所述表面选自包括光反射材料、光色散材料、光吸收材料、导光材料和光漫射材料的组。
11.根据权利要求1所述的光伏充电系统，其中，所述支承基座选自包括安装杆、柱、混凝土地基、桩、锚固件、框架、安装支架、夹具、轨道、磁板、绳索、链、线、电缆、臂、腿、钩、桅杆、悬挂件、撑杆、安装紧固件、壁安装件和带的组。
12.一种三维光伏充电系统，所述三维光伏充电系统包括：
光伏单元，所述光伏单元具有至少一个基板，所述基板具有至少部分地由光伏层覆盖的锯齿状表面，所述光伏层配置为将光转换为电流，所述锯齿状表面基板和所述光伏层具有会聚表面法线；
功率管理单元，所述功率管理单元具有功率控制单元，所述功率管理单元配置为接收和管理来自所述光伏层的电流；
支承基座，所述支承基座接收所述光伏单元和所述功率管理单元；以及
至少部分透明的壳体，所述至少部分透明的壳体至少部分地使所述光伏层绝缘。
13.根据权利要求12所述的光伏充电系统，其中，所述功率管理单元还包括功率储存单元。
14.根据权利要求12所述的光伏充电系统，其中，所述锯齿状表面配置为响应于外部刺激而改变形状。
15.根据权利要求12所述的光伏充电系统，其中，所述至少部分透明的壳体是模制介电板。
16.一种光跟踪3D光伏充电系统，所述光跟踪3D光伏充电系统包括：
至少部分透明的壳体；
光伏单元，所述光伏单元具有多个非共面光伏表面，所述多个非共面光伏表面配置为将光转换成电流，在所述至少部分透明的壳体中所述多个非面光伏表面至少部分地绝缘；
功率管理单元，所述功率管理单元具有功率控制单元，所述功率管理单元配置为接收和管理来自所述多个非共面光伏表面的电流；
锚固基座，所述锚固基座固定至物体、并且相对于所述光伏单元以一定取向定位，并且所述锚固基座配置成使得所述锚固基座和所述光伏单元中的至少一者相对于另一者为可移动的、以使得所述光伏单元和所述锚固单元的相对取向变化，使得由于光通量的变化而引起电流的变化，从而引起电流的变化，电流的变化由所述功率控制单元监测。
17.根据权利要求16所述的光跟踪3D光伏充电系统，其中，所述光伏单元的取向变化由所述功率控制单元中继。
18.根据权利要求16所述的光跟踪3D光伏充电系统，其中，所述光伏单元包括多个离散且非共面的光伏层，并且所述取向变化包括所述多个离散且非共面的光伏层中的两个相邻层之间的相对距离和相对角度中的至少一者的变化。
19.根据权利要求16所述的光跟踪3D光伏充电系统，其中，所述功率管理单元还包括功率储存单元。
20.根据权利要求16所述的光跟踪3D光伏充电系统，其中，所述光伏单元包括至少一个基板，所述基板具有至少部分地由光伏层覆盖的锯齿状表面，所述光伏层配置为将光转换为电流，所述锯齿状表面和所述光伏层具有以相对角度取向的会聚表面法线。
CN202180065827.9A 2020-08-24 2021-08-24 三维光伏充电系统 Pending CN116195161A (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202063069261P 2020-08-24 2020-08-24
US63/069,261 2020-08-24
US17/408,925 US20220060142A1 (en) 2020-08-24 2021-08-23 Three-Dimensional Photovoltaic Charging System
US17/408,925 2021-08-23
PCT/US2021/047268 WO2022046714A1 (en) 2020-08-24 2021-08-24 Three-dimensional photovoltaic charging system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116195161A true CN116195161A (zh) 2023-05-30

Family

ID=80269929

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202180065827.9A Pending CN116195161A (zh) 2020-08-24 2021-08-24 三维光伏充电系统

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20220060142A1 (zh)
EP (1) EP4200955A1 (zh)
JP (1) JP2023539741A (zh)
KR (1) KR20230054698A (zh)
CN (1) CN116195161A (zh)
AU (1) AU2021330951A1 (zh)
CA (1) CA3190933A1 (zh)
MX (1) MX2023002305A (zh)
WO (1) WO2022046714A1 (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019051178A1 (en) 2017-09-08 2019-03-14 The Regents Of The University Of Michigan ELECTROMAGNETIC ENERGY CONVERTER
EP4150282A2 (en) 2020-11-30 2023-03-22 Rondo Energy, Inc. Energy storage system and applications
US11913362B2 (en) 2020-11-30 2024-02-27 Rondo Energy, Inc. Thermal energy storage system coupled with steam cracking system
US11913361B2 (en) 2020-11-30 2024-02-27 Rondo Energy, Inc. Energy storage system and alumina calcination applications
CN115149939B (zh) * 2022-09-01 2023-01-06 清华大学 一种分立式高压电子装置及方法
CN115528990B (zh) * 2022-09-30 2023-10-20 成都宇能通能源开发有限公司 一种多功能电池板

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3903521C2 (de) * 1989-02-07 1993-11-25 Kunert Heinz Transparentes Element zur Verwendung als Fenster-, Wand, Dach- oder Brüstungselement
US7971398B2 (en) * 2009-03-20 2011-07-05 Richard Tweedie Photovoltaic solar panel mounting system
US8230649B2 (en) * 2009-09-18 2012-07-31 Solarpath, Inc. Solar wall apparatus and method
US20130192662A1 (en) * 2012-01-30 2013-08-01 Scuint Corporation Paired Photovoltaic Cell Module
KR20140028179A (ko) * 2012-07-23 2014-03-10 영원문화산업 주식회사 태양추적 발전이 가능한 빌딩 회전형 태양광 발전소
US20150101761A1 (en) * 2013-05-12 2015-04-16 Solexel, Inc. Solar photovoltaic blinds and curtains for residential and commercial buildings
US10211776B2 (en) * 2015-12-09 2019-02-19 Brian Patrick Janowski Solar window construction and methods
ITUB20156810A1 (it) * 2015-12-09 2017-06-09 Angelo Beretta Rivestimento di pareti di edifici
US20190252565A1 (en) * 2016-09-15 2019-08-15 Mark Lyons A modular photovoltaic louvered device
CN207701042U (zh) * 2017-12-28 2018-08-07 山东极景装饰工程有限公司 一种发电窗
KR102046409B1 (ko) * 2018-03-16 2019-11-19 유한회사 와이즈에너지월드 태양광 발전수단이 구비된 건축용 외장재

Also Published As

Publication number Publication date
CA3190933A1 (en) 2022-03-03
KR20230054698A (ko) 2023-04-25
MX2023002305A (es) 2023-04-26
JP2023539741A (ja) 2023-09-19
US20220060142A1 (en) 2022-02-24
WO2022046714A1 (en) 2022-03-03
EP4200955A1 (en) 2023-06-28
AU2021330951A1 (en) 2023-03-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN116195161A (zh) 三维光伏充电系统
US8748727B2 (en) Flat-plate photovoltaic module
US6670541B2 (en) Solar battery, solar generating apparatus, and building
US20110290306A1 (en) Solar array configurations
US20040246596A1 (en) Concentrating type solar collection and daylighting system within glazed building envelopes
US20110290305A1 (en) Cabled matrix for cantilevered photovoltaic solar panel arrays, apparatus and deployment systems
CN101012813A (zh) 一种风光能源复合型发电装置及其用途
US20190326459A1 (en) Single-cell encapsulation and flexible-format module architecture and mounting assembly for photovoltaic power generation and method for constructing, inspecting and qualifying the same
WO2018103316A1 (zh) 多功能太阳能景观路面系统
Brogren et al. Design of concentrating elements with CIS thin-film solar cells for façade integration
Matsushima et al. Concentrating solar module with horizontal reflectors
KR20180003580U (ko) 노면 전력 발전 유닛 및 시스템
EP2235755A2 (en) Flat-plate photovoltaic module
KR102108156B1 (ko) 이중 액추에이터를 이용한 동적 태양광 패널 가로등
JP2012105459A (ja) ノイズ電流リサイクル発電システム
KR20180003579U (ko) 노면 발전 유닛 및 시스템
KR20170000112A (ko) 위치기반 솔루션 제어기를 이용한 주차관제 장치
CN210297869U (zh) 利用环保能源的智能监控摄像头
US20110271997A1 (en) Support device for a solar power generator assembly, solar power generator assembly comprising said device and installation method therefor
JP2021145496A (ja) 横配線方式に基づく太陽光発電システム、及び、横配線方式に基づく太陽光発電方法
JP3794245B2 (ja) 太陽光発電装置
CN219145032U (zh) 一种分布式微型离网太阳能发电系统
US20220263457A1 (en) Modular, Photovoltaic Utility Pole System
CN217932934U (zh) 太阳能信号灯
CN219659610U (zh) 台形太阳能电池及太阳能电源装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination