CN219018709U - 电磁能量转换器 - Google Patents

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Abstract

用于将电磁(EM)能量转换为电能的封闭式多维系统。电磁能量转换器(EMEC)设备包括多个电磁(EM)能量转换电池，这些电磁能量转换电池设置在单件的、至少部分透明的绝缘介质中，该绝缘介质选自以下项的列表：发光性材料、透射性材料、吸收性材料、漫射性材料、折射性材料、色散性材料、传导性材料、以及介电性材料或它们的组合。该介质促进电磁能量在EMEC设备内的传播并帮助优化电磁能量通过多个电磁(EM)能量转换电池转换为电能。多个电磁(EM)能量转换电池至少部分地设置在介质内。提供了一种通过如下方式优化电磁能量转换器(EMEC)设备的单位占用表面积的功率的方法：调整介质漫射性并且通过调整三个主要物理参数中的至少一个来设置多个电磁(EM)能量转换电池的位置和/或取向。

Description

电磁能量转换器
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年11月8日提交的美国专利申请16/677,912的优先权，该美国申请是2018年9月7日提交的国际申请号PCT/US2018/049880的部分继续申请，该国际申请要求2017年9月8日提交的美国临时申请号62/555,686的优先权。上述申请的全部公开内容通过引用合并于本文中。
技术领域
本公开涉及一种用于改进能量转换以为移动式设备或固定式设备提供动力的设备和方法。
背景技术和实用新型内容
本部分提供了与本公开有关的背景信息，这些信息不一定是现有技术。本部分还提供了本公开的一般概述，并不是对本公开的全部范围或本公开的所有特征的全面公开。
光伏太阳能板(photovoltaic solar panel)通常用于将光能转换为用于移动式物体的电能/电力(electricity)，这可能是基于地面的或基于空中/空间的。电磁(Electromagnetic，EM)能量广泛用于为卫星(即，太阳帆)提供动力和推进卫星(即，太阳帆)。
随着电子电路的缩小，能量输送和储存变得更具挑战性。已经提出将激光通信/功率输送作为一种创建更紧凑的、3D结构(在本教导的情况下)的方式。当前的解决方案包括单色激光照明的扁平电池，这些扁平电池提供的功率密度输出比根据本教导的原理提供的功率密度输出更低。
激光功率束射使用激光将聚集的光输送至远程接收器。然后接收器将光转化为电能，就像太阳能功率的光伏(photovoltaic，PV)电池那样将阳光转化为电能。
激光与太阳能照明之间的主要区别为：i)激光可能比太阳强得多，ii)可以使用自适应性光学器件(adaptive optics)将激光引导至任何地方，iii)激光可以连续地和/或受控脉冲地操作，以及iv)可以优化光伏以使用单色激光发射进行操作。
功率束射技术(power beaming technology)从发射器接收能量。发射器功率由电插座、发电机、聚光器和/或功率储存单元(例如，蓄电池和燃料电池)供应。射束的波长和形状由一组光学器件定义。然后，这种光通过空气、空间真空和/或通过纤维光缆传播，直到这种光到达接收器。然后接收器将光转换回电能/热/等。
无线功率传输只需要在发射和接收点进行物理安装，因此在提高系统的可靠性的情况下降低成本。因此，激光功率束射具有许多优于太阳能功率的优点。
在一些实施方案中，本教导提供了一种比传统转换器更高效(单位表面积的功率)、更便宜、紧凑、轻质、便携、先进(使用最先进的技术来提高效率，通过无线紧凑型设备替代传统的能量储存/传输来减小机器的尺寸和重量)等的设备。
先前提出的设备和方法已经解决了实现无线能量传输所需的技术、材料和制造工艺以及成本分析；然而，本教导的电磁能量转换器和方法旨在将现有的、经过充分研究的构建块组装在一起，以实现对能量转换/获得问题的更经济、更高效且可持续的解决方案。
本教导还提供了用于制造多维太阳能结构的方法，可以使用现成的太阳能电池和廉价的诸如环氧树脂等铸造材料来轻松制造这些多维太阳能结构。发现由此产生的太阳能结构单位占用表面积产生的功率输出是传统太阳能板的数倍。这些结构的易于制造和紧凑的性质使它们在安装大型太阳能结构的可用表面积受限、且因此昂贵的情况下对城市环境特别有吸引力。我们还发现，这些多维太阳能结构的重量和空气动力学可以针对运输应用进行修改。目前，在移动式交通工具上很少使用笨重的传统太阳能板。
进一步的适用性领域根据本文提供的描述将变得显而易见。本实用新型内容中的描述和具体实施例仅旨在用于说明的目的，并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选定实施方案的说明性目的、而非针对所有可能的实现方式，并且不旨在限制本公开的范围。
图1示出了根据本教导的原理的封闭式电磁(EM)能量转换器的立体图。
图2为示出了本教导的操作原理的示意图。
图3示出了根据本教导的原理的具有液态或固态转换器的敞开面电磁(EM)能量转换器的立体图。
图4示出了根据本教导的原理的电磁(EM)能量转换器的立体图，该电磁(EM)能量转换器具有传导经转换的EM能量的电极矩阵。
图5示出了图4的电磁(EM)能量转换器的立体图。
图6示出了根据本教导的原理的串联耦合的成对电磁(EM)能量转换器的立体图。
图7A示出了根据本教导的原理的并联耦合的多个电磁(EM)能量转换器的立体图。
图7B示出了安装在发射EM能量和信息的光纤周围的电磁(EM)能量转换器的立体图。
图8示出了根据本教导的原理的安装至EM接收器碟的电磁(EM)能量转换器的立体图。
图9示出了根据本教导的原理的安装至EM接收器碟的图8的电磁(EM)能量转换器的第二立体图。
图10示出了根据本教导的原理的安装至EM接收器碟的电磁(EM)能量转换器的立体图。
图11示出了根据本教导的原理的安装至EM接收器碟的图10的电磁(EM)能量转换器的第二立体图。
图12示出了根据本教导的原理的具有可滚动构造的电磁(EM)能量转换器的立体图。
图13示出了根据本教导的原理的具有可滚动构造的图12的电磁(EM)能量转换器的立体图。
图14示出了根据本教导的原理的可调电磁(EM)能量转换器的立体图。
图15示出了根据本教导的原理的图14的可调电磁(EM)能量转换器的立体图。
图16示出了根据本教导的原理的安装至无人驾驶飞行器(unmanned aerialvehicle，UAV)的电磁(EM)能量转换器的立体图。
图17示出了根据本教导的原理的安装至无人驾驶飞行器(UAV)的图16的电磁(EM)能量转换器的立体图。
图18示出了电磁(EM)能量转换器的立体图和本教导的操作原理。
图19A为2010-2018年NREL PV系统成本基准总结(经通胀调整的)。
图19B为2010-2018年按行业划分的软成本占总成本比例的模拟趋势。
图20是针对实验1的电路图。太阳能电池由二极管表示，并且两个电压表并联在电阻两端进行测量。这两个电压表代表Ni USB 6009和手持数字电压表。
图21显示了以电压与功率的关系绘制的手动输出测量值。使用等式P＝V2/R计算功率。因为当时自动系统可能无法测量电流，所以使用了此功率方程。
图22显示了以电压与功率的关系绘制的自动输出测量值。
图23是针对实验2的电路图。
图24为太阳能板的性能和各种光强度。
图25为用于各种光强度的最大功率点分析。图形上的点是通过将电流和电压有序对相乘得到功率，然后针对电压绘制而成的。
图26为带有PV电池的电池固持器，在电池上方具有漫射器。
图27为电压与功率输出的关系，该功率输出以背离法线光(normal light)的度数着色。
图28显示了距法线光的度数的功率输出(Power Output)。此测试没有使用漫射器来确定功率如何通过改变角度而变化。
图29显示了距法线光的度数的功率输出。此测试使用42.8％透明漫射器来观察漫射器的透明度如何影响功率的变化。该漫射器是经过测试的具有最低透明度的漫射器。
图30显示了在425(×100勒克斯(lux))下、在PV电池上不同着色的LED的特性曲线。
图31显示了用于各种光源的最大功率点分析。图形上的点是通过将电流和电压有序对相乘得到功率，然后针对电压绘制而成的。
图32A提供了三个参数的示意图：来自入射电磁辐射的层角度θ、层相对角度α、以及层相对距离D。层A和层B选自至少由光伏电池和诸如镜等光学层组成的列表。
图32B是针对多个PV电池测试的设置。
图33显示了针对一个和两个PV电池的电压与功率的关系。
图34为针对在双PV设置中的一个PV电池暴露于LED的单位表面积的功率(powerper surface area)。单位表面积的功率是针对每个电池的。
图35显示了针对一个PV电池暴露于LED的单位表面积的功率除以单个扁平PV电池的单位表面积的功率。
图36显示了针对两个PV电池设置的天顶角与功率的关系。此测试在任何电池上都没有反射性材料。如果2个电池功率与1个电池功率的比值大于2，则这些点为蓝色；如果该比值小于2，则这些点为红色。
图37显示了针对两个PV电池设置的天顶角与功率的关系。每个单位面积的功率测量值是针对两个电池设置中的单个电池的。如果两个电池测试中单个电池的性能大于单个电池测试中的性能，则这些点为蓝色。
图38是树脂测试的设置。针对每次测试，测量两个PV电池的功率。
图39显示了针对树脂电池设置中的扁平单个电池的归一化的(normalized)单位面积的功率。此测试在容器中没有树脂。
图40显示了针对具有箔的树脂电池设置中的树脂电池中的扁平单个电池的归一化的单位面积的功率。此测试在容器中没有树脂，并且容器中覆盖有反射铝箔。
图41为针对1000mL透明树脂(Clear Resin)的归一化的单位面积的功率(powerper area，PPA)。
图42为针对1000mL透明树脂和箔的归一化的单位面积的功率(PPA)。
图43显示了三次测试相加在一起的归一化输出功率，即累积的单位面积的功率(PPA)。
图44显示了针对60度时树脂浴中每层的单独归一化输出功率百分比。线显示了针对所有三层的累积功率总和，即累积的单位面积的功率(PPA)。
图45显示了选自PV电池、介电性材料和反射性材料的列表的三个层(层A、B和C)的示意图。这些层可以通过间距d分开以允许在层之间传播电磁能。这些层设置在介质中。在一些实施方案中，EMEC的内表面由反射性材料涂覆。
图46显示了EMEC的示意图，其中透明体是色散性材料，其漫射性沿结构向远侧变化。可以调整漫射性梯度以确保被表示为层A和层B的PV电池产生相似的功率输出。相似的输出电池可以并联地或串联地连接以减少功率浪费并降低获得电池的电子器件的成本。
图47提供了堆叠在漫射性材料的透明体中的两个层、PV电池、反射片材等的示意图，这些层被标记为层A和层B。如开始显示的，间隔物和/或填充物可以用于三个直接目的：1)填充介质以减少减轻重量和/或降低成本所需的漫射性材料的量，2)用作间隔物，使得它们以彼此恒定的距离保持层，以及3)用作漫射表面和/或反射表面。间隔物可以是棒、片材或颗粒。它们可以由介电性材料或传导性材料组成。
图48显示了由三个PV层(层A、B和C)组成的示意图。这些层设置在透明介质中。封装(encasing)这些层和介质的壳体(标记为外层)是有反射性的以将电磁能量捕获在EMEC内直到其被转换，和/或是漫射层以使用于漫射辐射的入射电磁能量色散并避免在EMEC上形成遮蔽。在反射外层的情况下，反射器可以是表面的组合，如定位成距这些层距离a的黑色三角形所示，以控制电磁辐射在EMEC内的传播。层A和B被分开和/或填充有以灰色阴影显示的层，该层的厚度为d、其远端横截面与传播的电磁辐射成一定角度。该层用来将辐射带入层A与层B之间的空隙中直到它被转换。
图49显示了由三个PV层(层A、B和C)组成的示意图。光学表面(即，半反射镜、透镜或波导)相对于传播的电磁辐射成角度地定位。光学表面将一部分入射电磁辐射朝向PV电池层A与层B之间的空间偏转以转换为电能。电磁辐射的剩余部分通过光学表面传播。光学表面可以在EMEC产生之后进行处理，例如气泡图(bubblegram)法。
图50显示了由四个层组成的示意图，显示为由漫射层分开的白色矩形，显示为灰色阴影矩形。漫射层还用来朝向白色层之间引导入射电磁辐射。
图51显示了由三层组成的示意图，层A是PV电池，层B是反射表面，并且层C是PV电池。在一些实施方案中，层A和C是透明和/或漫射光伏。在这种情况下，渐变灰色材料示出了一个由5层不同折射率的透明漫射性材料组成的本体、以朝向层A与层B之间的间距引导入射电磁辐射(如弯曲箭头所示)。可以使用波导矩阵对各个层进行寻址，波导矩阵独立地引导入射电磁辐射。在一些实施方案中，不同的波导是光纤，而在其他实施方案中，波导覆盖有反射性材料以避免交叉传播。在一些实施方案中，透明材料层是铟锡氧化物(Indium tinoxide，ITO)涂覆的玻璃，其中玻璃用来引导和/或漫射光，而在ITO的情况下传导性材料用来导电和/或导热。
图52显示了由三个PV层组成的示意图，层A、B和C完全设置在透明材料体(标记为“介质”)中。介质在EMEC内部循环并被提取以在传热系统中冷却和/或加热，该传热系统被描绘为封装在辐射阵列中的线圈以在介质与周围环境之间传导热量。传热系统可以与EMEC一起封装或作为独立设备耦合。在一些实施方案中，EMEC结构漂浮在水上方，而水进一步用于冷却系统。在一些实施方案中，使用地热法进行温度调节。
图53显示了由四个PV层组成的示意图，层A和C完全设置在透明材料体(标记为“介质”)中。层A和C背靠背定位。在这两个层之间，存在一个例如管道、片材或热盘管等层(标记为层B)。层B填充有传热液体和/或加压蒸气，以实心灰色显示。这些层的目的是传递与能量转换过程相关的热量和/或调节层A和C的温度以获得最佳性能效率。在一些实施方案中，传热是主动的并且在泵、电机和/或空气压缩机的帮助下完成，如灰色圆圈所示。
图54显示了EMEC的示例应用的示意图。UAV携带机载EMEC，由多个PV电池组成，这些PV电池设置在漫射性、透明的绝缘材料体中。在一些实施方案中，EMEC被封闭在反射壳体内，该反射壳体进一步封闭机载功率储存和控制系统。在一些实施方案中，在圆顶状透镜用来聚集入射光并增强光入射的角度的情况下，EMEC由来自上方的太阳辐射供能，在这种情况下，由UAV的对称轴线跨越约90度。在一些其他实施方案中，UAV可以进一步由来自下方的聚集式电磁辐射源供能，这些聚集式电磁辐射源比如是单色激光、聚集式太阳辐射或中值横截面(例如，5英寸)多色光束(例如，聚焦的闪光灯)。
图55显示了EMEC的示例应用的示意图。由设置在漫射性、透明的绝缘材料体中的多个PV电池组成的紧凑型EMEC安装在果园上在植物之间。共住性能够节省与将大片土地(即，房地产)单独用于传统太阳能板相关联的软成本。
图56显示了EMEC的示例应用的示意图。由设置漫射性、透明的绝缘材料体中的多个PV电池组成的紧凑型EMEC安装在农用地面下方和/或城市环境中的公寓地下室中。在一些实施方案中，EMEC介质在地面上方延伸以收集光。在其他实施方案中，波导用以收集和引入来自地面上方和/或公寓屋顶的光。EMEC结构还可以包含机载功率储存和控制系统，或者可以连接至其他相邻的EMEC结构和本地电网。在一些实施方案中，波导还可以用作植物或温室的遮蔽物。在一些实施方案中，EMEC结构在水的下方，这样可以进一步帮助冷却该结构。在一些实施方案中，传热是辐射的，例如在空间应用中是辐射的。
图57显示了EMEC的示例应用的示意图。由设置在漫射性、透明的绝缘材料体中的多个PV电池组成的紧凑型EMEC安装在灯柱上方。EMEC将环境光(例如，室外环境中的太阳能辐射)转换为电能。可以通过为机载功率储存和控制系统充电来储存电能。转换后的光也可以用于为机载照明系统供能。在一些实施方案中，多个PV电池以彼此相似的角度定向，例如以图中所显示的配置定向。在一些其他实施方案中，PV电池被定位为使得电池之间的开口横截面相同、以确保所有电池接收相同量的光并因此产生相似的功率输出。这将允许使用简单的电路并帮助降低制造和维护成本。
图58显示了EMEC的示例应用的示意图。EMEC结构是独立的设备。可以连接多个独立的EMEC设备，使得在设备之间共享入射电磁辐射。在一些实施方案中，EMEC设备的透明介质是接触性的，使得它们能够在EMEC设备之间传播电磁辐射。在一些实施方案中，通过应用具有优化不同介质之间的电磁辐射交叉的折射特性的结材料来改善光传播。在一些实施方案中，EMEC设备之间的结/连接由波导(例如，光纤)制成。
表1为在针对聚碳酸酯膜和丙烯酸漫射体的、距法线的角度增加时的归一化功率下降。此表针对425勒克斯，并显示了系统的总功率如何在不同的漫射体下、以不同的速率下降-选择425作为基线，因为它是中值。100％透明度测试的标准偏差为1.017。
表2为在针对聚碳酸酯漫射体的、距法线的角度增加时的归一化功率下降。
表3显示了在针对聚碳酸酯膜和丙烯酸漫射体的、距离法线的角度增加时相对于PV电池上没有漫射体归一化功率下降。此表针对425勒克斯，并显示了系统的总功率如何受每个漫射体的使用影响。选择425作为基线，因为它是中值。
表4显示了在针对聚碳酸酯漫射体的、距法线的角度增加时相对于PV电池上没有漫射体的归一化功率下降。
表5显示了在针对不同LED颜色的、距法线的角度增加时的归一化功率下降。
表6显示了在针对不同LED颜色的、距法线的角度增加时的归一化功率下降。
表7显示了在针对不同LED颜色的、距法线的角度增加时相对于没有漫射体的电池的归一化功率下降。
表8显示了在针对不同LED颜色的、距法线的角度增加时相对于没有漫射体的电池的归一化功率下降。
表9为两个电池设置与一次电池设置之间的功率比。绿色电池为2个电池功率(P2)与1个电池功率(P1)的比大于2的情况。红色电池为P2/P1小于1的情况。
表10为在另一个固持器上具有反射表面的双PV配置中的单个PV电池。
表11为具有反射表面的一个电池与一个电池设置之间的功率比。
表12为在一个电池上具有反射表面的两个电池与不具有反射表面的两个电池之间的功率比。
表13为在一个电池上具有反射表面的两个电池与不具有反射表面的两个电池之间的功率比。
表14为针对单个电池测量值的1-电池归一化绿色LED测试(1-Cell NormalizedGreen LED Test)的多着色测试除以用于表中每个电池的白色LED功率输出。
表15为针对单个电池测量值的1-电池归一化蓝色LED(1-Cell Normalized BlueLED Test)测试的多着色测试除以用于表中每个电池的白色LED功率输出。
表16为在与表14和表15相同的条件下、2-电池归一化绿色LED测试(2-CellNormalized Green LED Test)的多着色测试，该多着色测试在单个电池的归一化白色LED测试中进行测量。
表17为在与表14和表15相同的条件下、2-电池归一化蓝色LED测试(2-CellNormalized Blue LED Test)的多着色测试，该多着色测试在单个电池的归一化白色LED测试中进行测量。
表18为通过将表16中的值与表14中的值相比较而进行的多着色测试。
表19为通过将表17中的值与表15中的值相比较而进行的多着色测试。
贯穿附图的若干视图，相应的附图标记表示相应的部件。
具体实施方式
现在将参考附图更完全地描述示例实施方案。
提供示例实施方案使得本公开将是彻底的，并且将向本领域技术人员充分传达范围。阐述了许多特定细节，例如特定组件、设备和方法的实施例，以提供对本公开的实施方案的彻底理解。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，示例性实施方案可以以许多不同的形式来体现，且具体细节不应被理解为限制本公开的范围。在一些示例性实施方案中，并未详细描述公知的过程、公知的设备结构和公知的技术。
本文中使用的术语仅为了描述特定示例性实施方案的目的，且不旨在是限制性的。如本文中所使用的，除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一(a)”、“一个(an)”和“该(the)”可以旨在包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”和“具有”为开放性的，且因此特指所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、部件、元件、组件和/或它们的组的存在或添加。除非具体标识为执行顺序，否则本文描述的方法步骤、过程和操作不应被解释为必然要求它们以所讨论或图示的特定顺序执行。还应当理解，可以采用附加的或替代的步骤。
当一个元件或层被称为“在另一个元件或层上”、“接合到另一个元件或层”、“连接到另一个元件或层”、或“耦合到另一个元件或层”时，一个元件或层可以直接在另一个元件或层上、接合到另一个元件或层、连接到另一个元件或层、或耦合到另一个元件或层，或可能存在中间元件或层。相反，当一个元件被称为“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。用于描述元件之间关系的其他词(例如，“在……之间”与“直接在……之间”、“相邻”与“直接相邻”等)应该以相似的方式进行解释。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目中的任何项目和所有组合。
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/或区段不应受这些术语的限制。这些术语可仅用于将一个元件、组件、区域、层或区段与另一区域、层或区段区分开来。在本文中使用时，除非上下文明确指出，否则诸如“第一”、“第二”和其他数值项的术语并不暗指顺序或次序。因此，在不背离示例性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(例如“内部”、“外部”、“之下”、“下面”、“下方”、“之上”和“上面”等)可以在本文中用于描述附图中所示的一个元件或特征与另一个(另一些)元件或特征的关系。除了图中所描绘的取向之外，空间相对术语可以旨在涵盖电磁能量转换器14在使用或操作中的不同取向。例如，如果图中的电磁能量转换器14被翻转，被描述为在其他元件或特征的“下面”或“下方”的元件于是将被定向为在其他元件或特征“上方”。因此，示例性术语“下面”可以涵盖上方和下面的取向。电磁能量转换器14可以以其他方式定向(旋转90度或以其他取向)，并且本文使用的空间相对描述也相应地解释。
各种项目深入研究了无线能量转换/获得技术的应用。本教导解决了用于将不同强度的波/粒子能量转换为功率电子/热/机械设备而不需要物理连接(例如，电线)的未满足需求。
特别参照图1至图18，在一些实施方案中，本教导提供了一种电磁能量转换器系统10(参见图2和图18)，该电磁能量转换器系统具有能量源12和电磁(EM)能量转换器14、以将来自能量源12的单色和/或多色波和/或粒子能量转换成电磁能量转换器14中的电能和/或热。特别地，本教导将第三维度结合至传统的能量转换设备中、以提高转换效率(即，瓦/平方米)。
在一些实施方案中，能量源12可以包括高功率激光器、粒子加速度计、或辐射波的其他合成电磁能量源，从而照射电磁能量转换器14，这些波例如但不限于是无线电波、微波、红外发射、可见发射、紫外发射、X射线和伽马射线。在一些实施方案中，能量源12可以是天然存在的源，例如但不限于太阳、发光物、热辐射、等离子体辐射、放射性辐射和振动。此外，在一些实施方案中，能量源12是基于地面的、基于空气的和/或基于空间的。本教导中使用的电磁能量可以是各种波形，包括但不限于短脉冲、正弦波、修正正弦波、方波和任意波。本教导中使用的电磁能也选自以下项的列表：单色波形、多色波形、极性波形、非极性波形、相干波形、非相干波形、经准直的波形和发散波形。
在一些实施方案中，电磁能量转换器14包括围封壳(enclosure case)或壳体16，该围封壳或壳体具有至少部分设置在壳体16内的一个或多个电池18(例如，光伏电池、热光伏电池、热离子转换器、热电转换器、压电转换器、电化学转换器、或生物电化学转换器)。在一些实施方案中，电池18可以包括但不限于无机电池、有机电池、非晶电池、多晶电池、单晶电池、有机发光二极管(OLED)、量子点、钙钛矿电池、热光伏电池等。在一些实施方案中，电池18由气相材料、液相材料、或固相材料、或它们的组合组成。在一些实施方案中，电池18为膜、板、片、棒、颗粒、溶液或混合物等形式。这些物质用于将(单色和多色)EM能量转换为电能。应当理解的是，电磁能量转换器14可以包括多个电池18，这些电池为具有不同带宽或操作和物理特性的不同类型或相似类型。
在一些实施方案中，电磁能量转换器14可以包括一个或多个透镜或光学输入20，一个或多个透镜或光学输入用于接收和操纵来自能量源12的单色和/或多色波、和/或粒子能量。在一些实施方案中，壳体16可以是具有相对端面22和侧面24的大致矩形形状。在一些实施方案中，一个或两个端面22可以包括一个或多个透镜20。应当理解的是，透镜或光学输入20在一些实施方案中是可选的，因此可以以替代方式引入波和/或粒子，这些方式例如但不限于通孔或非转换介质(例如，非光学材料)。
在一些实施方案中，电磁能量转换器14可以包括多个内层或材料26，这些内层或材料沿壳体16的一个或多个(例如，所有)内表面设置、以引导或操纵壳体16内的波或粒子能量，从而增强与电池18的接触。换而言之，在一些实施方案中，电磁能量转换器14可以包括内层26，该内层设置在端面22和侧面24中的一个或多个的面向内表面上。在一些实施方案中，内层26是漫射性介质、和/或色散性介质、和/或发光性介质。例如，在一些实施方案中，内层26可以包括漫射性材料/复合材料，例如但不限于包括丙烯酸树脂、聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯的聚合物，固化性聚合物，铸造性聚合物和增强聚合物。在一些实施方案中，内层26可以包括色散性介质，优选地是其中设置色散性材料的透明基质。每种色散性介质具有不同的色散能力并且由色散性材料组成，该色散性材料例如但不限于小的光散射颗粒(例如，二氧化钛晶体)和金属镜。在一些实施方案中，内层26可以包括发光材料，例如但不限于无机发光材料(例如，量子点)、发光掺杂剂、以及有机和荧光染料。发光材料可以用于将入射波和/或粒子从一种类型和/或波长转换为与电磁能量转换器14(特别是与电池18)兼容的类型和/或波长。应当理解的是，内层26可以包括透明性、折射性、漫射性、色散性和发光性特性的组合。在一些实施方案中，内层26包括一种或多种高反射和/或非吸收材料、以提高电磁能量转换器14的转换效率。应当理解的是，电磁能量转换器14可以包括多个层或材料26，这些层或材料为具有不同操作特性的不同类型或相似类型。
在一些实施方案中，电磁能量转换器14可以包括一个或多个主动性、自适应性和/或光电子光学系统，统称为30。这样的系统可以包括透镜或波导20、和/或一个或多个设置在壳体16内或壳体外的附加光学层28。在一些实施方案中，光学层28可以设置在相邻电池18之间，如图1所示。光学层28可以包括漫射性、和/或色散性、和/或发光性的介质材料，例如但不限于金属镜。在一些实施方案中，光学系统30是主动管理EM波和/或粒子传输和/或反射到电磁能量转换器14和电池18中的主动性系统。在一些实施方案中，光学系统30容纳在转换器外部并且包括主动性和/或自适应性光学器件46，以防止由于诸如风、温度、机械应力等外部影响而导致的变形或者补偿大气效应。
特别参照图2的示意图，电磁能量转换器系统10被显示为具有能量源12和可操作地耦合在介质100上的电磁(EM)能量转换器14。应当理解的是，介质100可以包括可操作以传输波和/或粒子能量的任何介质，例如但不限于空气、气体、液体、固体、真空以及光纤等。如图2所示，电磁能量转换器系统10可以包括可选的功率转换器32和功率储存系统34。在一些实施方案中，功率转换器32被配置为将波和/或粒子能量转换和/或过滤为另一种形式、频率和/或类型。以这种方式，功率转换器32可以用于具体地将紫外射束转换为例如可见射束或其他可用形式。在一些实施方案中，光学过滤器用以将波改变为均匀波形，例如极性波形或经准直的波形。在一些实施方案中，使用衍射介质(例如，衍射光栅或棱镜)来选择性地选择窄带宽。在一些实施方案中，光闸(shutter)控制EM辐射间隔、以改善安全性并且还实现EM辐射的短期脉冲。此外，应当理解的是，功率储存器34可以可操作地耦合到电磁能量转换器14、以储存和/或以其他方式管理从电磁能量转换器14输出的所产生电能的使用。在一些实施方案中，电磁能量转换器14和可选的功率转换器32和/或功率储存器34可以由固定构件(即，物理支承或基座)和/或移动式设备(例如，无人驾驶飞行器(unmanned aerialvehicle，UAV)、航空器、船、舰、车辆、火车、卫星或任何需要或受益于能源使用、或存储和/或再传输的结构)承载或以其他方式支承，这些固定构件和移动式设备统称为36。应该注意的是，在UAV中的特定应用在图16至图18中示出。
继续参照图2，同样地，能量源12可以包括功率发生器38、可选的功率储存系统40和功率发射器42。在一些实施方案中，能量源12包括但不限于漫射激光器12。
参照图3，在一些实施方案中，电磁能量转换器系统10可以包括气态、液态或固态电磁能量转换器14，该电磁能量转换器设置成穿过壳体16的内部容积的一部分或全部。在这方面，气态、液态或固态电磁能量转换器14通常填充壳体16内未被相关结构占据的剩余体积。在一些实施方案中，如图3示出的，电池18可以包括棒状元件、以传导转换成电流的EM能量，例如但不限于反射棒状元件。
在一些实施方案中，如图4和图5中示出的，电磁能量转换器14可以包括传导转换的EM能量的电极矩阵。如图2示意性示出的，电子电路可以包括二极管、电容器和其他电子元件，从而调节、储存和/或消耗转换成电流的EM能量。
特别参照图6和图7A，在一些实施方案中，电磁能量转换器系统10可以包括多个电磁能量转换器14、14a、……、14n，从而提高将EM射束转换成电能的程度。在这样的实施方案中，电磁能量转换器14、14a可以串联(图6)和/或并联(图7A)耦合。参照图6，电磁能量转换器14、14a可以通过光学接口或波导44可操作地和物理地耦合、以允许和促进电磁能量转换器14、14a之间的波和/或粒子的传输和通信。在一些实施方案中，光学接口44可以是光学系统30的一部分，并且可以包括但不限于纤维光缆。应当理解的是，波和/或粒子可以在电磁能量转换器14、14a之间单向或多向行进。参照图7A，在一些实施方案中，电磁能量转换器14、14n可以布置成使得每个电磁能量转换器14、14a、14n平行于相邻的电磁能量转换器，并且每个电磁能量转换器可以包括单独的透镜20或公共透镜。此外，在一些实施方案中，每个电磁能量转换器14、14a、14n可以保持独立，从而防止波和/或粒子输入能量的共享，或者可以允许将波和/或粒子输入能量传输至相邻转换器。
参照图7B，在一些实施方案中，电磁能量转换器14可以包括：电池18组合；不同浓度(径向梯度)的EM能量色散性材料，该EM能量色散性材料在封闭在壳体22内的透光介质26内；传导膜；反射表面，该反射表面用于将EM能量反射回透光介质内的EM能量色散性材料中。EM能量通过光纤20传输至EM能量转换器中。可以在远侧长度上剥离光纤的包层。一部分EM能量进入EM能量转换器，而在径向梯度的EM能量色散性介质中散射和传播。EM能量从反射端面22和侧面24反射回色散性介质。在一些实施方案中，具有不同折射率的多个折射层用于选择性地引导EM波。一般而言，通过上述元件的组合，可以控制进入EM转换器的EM波的方向性和强度分布。EM能量的剩余部分在另一端上、通过光纤传播离开EM转换器。EM波的输出部分可以用于传达信息。
参照图8和图9，在一些实施方案中，电磁能量转换器14可以安装在EM接收器碟46上或由EM接收器碟支承。EM接收器碟46可以包括碟状构件48，该碟状构件用于接收从能量源12或其他源(即，自然产生的源)发射的能量。在一些实施方案中，碟状构件48是通过腿部50支承电磁能量转换器14的抛物面碟，这些腿部被配置为将接收的能量直接聚焦至电磁能量转换器14的输入端(例如，透镜20)。在一些实施方案中，为了使能量损失最小化，可以使用EM接收器碟46的单次反弹配置(即，接收的能量在聚焦到电磁能量转换器14之前被单次反弹)。相似地，参照图10和图11，在一些实施方案中，EM接收器碟48可以包括：电磁能量转换器14，该电磁能量转换器安装在碟状构件48的后面；以及，辅助的主动性和/或自适应性光学器件30，该辅助的主动性和/或自适应性光学器件例如为由腿部50支承的聚集器碟52，用于将发射至电磁能量转换器14的能量聚焦至碟状构件48中形成的通孔54，该碟状构件与电磁能量转换器14的透镜20耦合。以这种方式，尽管是通过两次反弹，也可以将能量聚焦至电磁能量转换器14。如图16至图18可见的，在一些实施方案中，电磁能量转换器14(单独或与EM接收器碟48一起)可以由诸如UAV等的交通工具安装、支承和携带。在一些实施方案中，电磁能量转换器系统10可以包括准确且精确的跟踪和反馈系统62，用于高精度和可靠能量输送。在一些实施方案中，可以采用自适应性光学器件30来补偿潜在的环境湍流。
参照图12和图13，在一些实施方案中，电磁能量转换器14可以包括带状结构，该带状结构包括居中设置的光纤56，该光纤具有电池带18'和传导性材料(例如，膜)，以及反射或漫射层26。换而言之，在一些实施方案中，电磁能量转换器14可以包括可卷曲的片材，这些片材包括光伏材料、色散性介质、反射性介质、传导性(并且在一些实施方案中是介电性)材料和波导(即，折射性介质)。EM能量通过波导传播，并且可以在远侧长度上剥离其包层。EM能量在色散性介质中散射和传播的情况下被引入转换器。EM射束从反射表面反射离开。
在一些实施方案中，如图14和图15中所示，示出通常的可调整电磁能量转换器14'。可调整电磁能量转换器14'的输出是散布在电池18(平行设置)内的盘58阵列的相对位置的函数。电磁能量转换器14'的输出通过盘58的旋转而改变，从而阻挡或以其他方式使电池18暴露于入射的EM波和/或粒子。盘阵列的相对位置通过旋转可操作地耦合至盘58的销构件60来改变，该销构件选择性地、部分地和/或完全地阻挡或以其他方式向使电池18暴露于进入透镜20的EM波和/或粒子。在一些实施方案中，盘58阵列涂覆有折射性材料和/或反射性材料。
根据美国国家可再生能源实验室(National Renewable Energy Laboratory，NREL)的数据，过去十年来，美国和世界各地的太阳能模块的总成本一直在下降。如图19A所示，住宅光伏阵列的总成本已从2010年的7.34美元/瓦降至2018年的2.70美元/瓦。成本降低主要是由于自动化带来的太阳能模块的成本降低。
另一方面，软成本(包括比如土地征用、安装劳动力和间接成本等费用)在过去十年中一直保持较高水平。事实上，如图19B所表明的，软成本的总体贡献，尤其是安装太阳能模块的不动产成本，一直在缓慢上升。软成本几乎占太阳能模块的总成本的60％以上。因此，可以得出结论，未来对太阳能模块的改进必须满足对紧凑(占地面积小)且高效太阳能模块的未满足需求，太阳能模块的高功率密度将减少电能产生所需的土地数量。软成本也被认为会影响硬件成本，使得模块效率的提高将降低硬件成本，从而减少每个占用土地面积的模块数量。
现有太阳能模块的每能量密度模块成本相对较高的主要原因之一是：1)昂贵的跟踪系统，以及2)模块出现遮蔽。跟踪系统允许太阳能模块全天跟踪太阳，从而最大限度地提高太阳能模块每天的功率输出。太阳能模块将需要以大间距安装以避免出现遮蔽。出现遮蔽会导致系统性能整体下降。此外，出现遮蔽还负责加热太阳能模块组件并降低其预期寿命。通过设计紧凑且功率密度相对较高的太阳能模块，未来的太阳能模块将实现更低的成本，从而提高采用率，而无需昂贵的太阳能跟踪系统。这些紧凑且高效的太阳能模块需要进一步避免出现遮蔽。
实验部分
通过调整三个主要系统特性，优化了电磁能量转换器(electromagnetic energyconvertor，EMEC)设备：1)光伏(PV)电池数量，2)相对PV电池角度，3)介质透明度扩散系数。其他可调整参数包括：PV电池堆叠密度、光强度、光频率、负载电阻、介质介电常数(即，折射率)、EMEC重量和光收集孔径。
在一些实施方案中，PV电池是现成的硅系材料。在其他实施方案中，PV电池包括有机材料(例如，OLED和钙钛矿材料)，该有机材料用以将电磁能量转换为电流。在一些其他实施方案中，PV电池不是不透明的。在一些实施方案中，PV电池涂覆有反射层、以减少光吸收。在一些实施方案中，PV电池被特别选择为在窄波长范围内操作。在其他实施方案中，PV电池在一个(或多个)EM频率范围内操作。在一些实施方案中，PV电池涂覆有介电性材料、以避免电池端子之间的短路(或放电)。在一些实施方案中，介电性涂覆的PV电池浸没在高比热流体(例如，去离子水)中。
在一些实施方案中，流体介质循环、并且可以进行热交换。在一些实施方案中，PV电池至少部分地沉积在其中的介质是气体混合物。在一些实施方案中，介质是绝缘材料、并且是多于一种物质状态的材料的混合物。例如，在一些实施方案中，将空气包与树脂的固态基质一起引入，以减轻系统重量。在以下实验中，首先对PV电池进行表征。然后，在调整3个主要系统特性的情况下，将该电池与其他电池结合使用。将EMEC总输出与具有相同占用表面积的电池进行比较。因此，相对性能定义为每占用表面积的EMEC功率输出与占用相同表面积的扁平电池功率输出的比值。
实验1：电池功率输出表征
为了确定EMEC效率，即η＝P_输出/P_输入×100％，输入电磁功率和输出电功率的知识是必不可少的。使用P＝IV测量EMEC设备的功率输出以确保一致性。使用自动测量算法和万用表手动测量与LED串联的单个电阻器两端的电压。针对1Ω至10kΩ的电阻值测量电压。对各种负载进行了测试，以再次确保所耗散的功率在校准测量算法时表现出可预测性。
方法：
用于测量算法的USB微控制器是NI USB-6009。光源为Chanzon 100W LED，并且发射的照度为(25–775)×100勒克斯的自然白(4000K)光。如图20所示，Chanzon LED连接至直流(DC)电源。电源由Arduino控制。为了校准NI仪器电压读数(V1)，还使用手动电压表测量了与光伏(PV)电池串联的电阻器两端的电压(V2)。
太阳能电池测试在使用自动测量算法的自动测量下和使用万用表的手动测量下是一致的。测试分三次进行，并计算平均值以进行误差分析。由于太阳能电池的特性，两次测量的输出电压都不能超过0.5V。
相似的结果表明使用自动测量算法的自动测量是准确的，因此将用于未来所有相似配置的实验。电压与功率的图形简单说明了自动测量与标准电压表一致。系统的电流不是使用万用表测量的，而是使用欧姆定律(V＝RI)计算得出的。需要测量EMEC设备两端的电压和电流，以便找到用于进一步实验的最大功耗。
实验2：太阳能板输出规格
此实验的目的是测量太阳能板的输出和各种光强度，以便找到太阳能板的最大输出。太阳能板的功率由P＝IV给出。最大功率点或PMax由电流和电压点的最高乘积给出为PMax＝max(IV)。
最大功率点(maximum power point，MPP)将给出产生最大可能功率所需的电压。从这一点来看，可以选择最佳的负载电阻器来实现最大的功率输出。
电流和输出电压都是用两个万用表手动计算的，如图23所示。以75×100勒克斯的间隔、由25-775×100勒克斯测量光强度。电阻器值的测量范围为0Ω至4kΩ。选择这个范围是为了确保记录开路电压(VOC)和短路电压(ISC)。VOC是太阳能板的一个特性，即在没有电流流动的情况下，板上的电压差。这一点很重要，因为它告诉我们太阳能板端子之间的最大电位差。VOC通过将板连接到电压表来测量的。4kΩ的电阻器使我们在没有电流的情况下准确地接近VOC。ISC是在端子上没有电压降时出现的特性。ISC的测量很重要，因为它告诉我们在各种光强度下可以在电路中流动的最高电流。取出电阻器并连接板线将导致ISC。这相当于具有0Ω的电阻器。太阳能板的这些行为将有助于进一步测试。
结果和讨论
电池的电流和电压测量表现一致。太阳能电池的最大电压为0.5V，并且所有测试均没有超过该电压。这证实了电池的VOC为0.5V。短路电流值范围为4mA至185mA。光强度越低，图形的恒流部分越长。对于较高的光强度而言，图形的拐点处于较低的电压和较高的电流下，对于较低的光强度而言，反之亦然。这可以在图25中看出。
图24表明对于光强小于775勒克斯而言，这种特定PV电池的短路电流不会超过200mA。这可以帮助我们对使用的装备类型进行分类。如果万用表的某个读数不能超过200mA，我们知道它可以安全地用于单个电池。电压将在0.4V至0.5V的范围内开路，并且永远不会超过0.5V。这可以像电流一样帮助我们。
图25提供了针对特定电池的电压与功率的关系图。该关系图可以帮助有效地使用PV电池。单个电池可以产生约26mW。在光照强度增加时，功率产生的额外优势降低，这显示出每增加光照强度的优势将减少。这是因为电池的ISC和VOC特性不允许更多的电流，因此在达到VOC后产生功率。可以针对每个光强度确定最大功率点，以找到最接近该点的电阻。了解MPP可以有助于使系统效率最大化。
实验3：透明度和角度测试
光漫射体可以与太阳能电池一起使用、以将光散布到阵列中的所有电池，从而改善(单位表面积)效率。太阳能阵列具有许多彼此串联(或并联)的太阳能电池、以增加功率产生量。如果阵列的一部分没有接收到光，则阵列的效率会急剧下降。这个实验比较了光漫射体，以查看是否可以将光散布到每个电池，从而确保没有死区/遮蔽的电池、并避免功率产生量大幅下降。
方法：
各种光漫射体样品在25-775(×100勒克斯)的光强度下、用100Ω的串联电阻进行测试，如图26所示。每种光强度也在不同程度上远离法线光暴露下进行测试。从距法线的0-180°、以10°的增量测试每个勒克斯值。通过测试不同角度、以进一步了解太阳能电池的特性，从而使效率最大化并找出放置电池的最佳角度。使用漫射体测试角度，以查看不同透明度与距法线的角度之间的关系。
固持器的厚度在PV电池所在位置处为4mm和1.75mm。包括电池的厚度和位于电池下方的胶水，漫射体距离用于这些测试的电池表面约1.5mm至2mm。
结果与讨论
图27显示了没有漫射体的PV电池的电压与功率的图形。该分布表明在光的角度与输出电压之间存在相关性。较低的角度具有较高的输出电压并产生更多的功率，而较高的角度具有较低的输出电压并产生较低的功率输出。当光强度保持恒定时，这种关系在大多数情况下都是正确的。此图形显示了功率取决于光的度数，以及光强度依赖性。
此图形详细说明了通过改变光源的角度，电池的功率输出是如何变化的。在与光成90度之前，功率输出保持相当一致，但在90度时会有很大的下降。功率输出继续下降直到160度，然后在最后两次测量中上升。变化的强度值与实验3保持一致，强度越高，功率输出越高。对于小于90度的角度而言，更接近法线的角度比光强度更重要。在90度之后，随着光强度以相同大小的步长增加，功率几乎是恒定增加的。
此测试使用漫射体样品套件中的Makrofol DE 1-4 020209进行。漫射体经过测试，并且发现其透明度为42.8％。与没有漫射体的测试相比，功率输出在超过90度时下降得更厉害。对于所有后续度数而言，在90度之后的功率几乎为零。随着功率开始下降接近90度，功率在顶部处也不一致。同样重要的是需要注意，针对功率的轴线以瓦特为单位，图28中以毫瓦为单位。漫射体阻挡更多的光到达电池，因此产生更少的功率。
表1显示了针对不同漫射体的功率输出的不同变化率。在漫射体范围内，功率输出的下降没有实际的模式。大多数漫射体基本上在90度之后显著减小，如图26-27所示，但是一些漫射体下降更稳定，如91.6％和87.7％。在一些特定的情况下，一些漫射体在远离光源时，它们实际上会增加功率。这种情况在110度时发生率为91.6％，在100度时发生率为91.5％。当电池的面向直接背离光时，大多数漫射体在从170度转向180度之后略微增加。聚碳酸酯膜制成的漫射体(93、42.8、77、87.6和82)的输出功率都在90度标记附近经历了急剧下降。除了64.8％之外，其余的漫射体都是由丙烯酸制成的，并且功率输出经历了逐渐下降。64.8的颜色(白色)与其他丙烯酸漫射体不同，并且这可能是90度处急剧下降的原因。
表2是针对聚碳酸酯漫射体的表1的延续。所有的聚碳酸酯漫射体都具有相同的厚度和相同的表面纹理。前四个(89.1、55.6、53.2和52)因其颜色而被认为是半透明的冷色，其余的是半透明的暖色。漫射体的功率输出都在90度左右下降。漫射体的行为在整个表中更加一致，因为这些漫射体都是由相同的材料制成的。聚碳酸酯漫射体在90度标记处开始变得有用，因为这些漫射体相较于不使用漫射体更好地保持其功率输出。
表3显示了在总功率输出方面、在某些角度处使用漫射体的优势或劣势。大多数漫射体增加了低于90度的角度的功率输出。对于90度或以上的角度，漫射体的差异真正显示出来。一些漫射体增加功率输出，而一些降低功率输出。聚碳酸酯膜漫射体在90度之后会降低功率输出。这告诉我们，在90度以上不使用漫射体比使用聚碳酸酯膜漫射体更好。大多数丙烯酸漫射体在90度以上时改善功率输出。性能最好的漫射体(94.2、KSH 93、91.6和87.6)都是由丙烯酸制成的。由聚碳酸酯膜制成的87.6漫射体可以在90度时增加功率输出，但随后性能会降低，这与其他聚碳酸酯膜漫射体相似。再次，透明度并不是改变功率输出的唯一因素。一些更透明的漫射体优于透明度较低的漫射体，而一些不太透明的漫射体则优于更透明的漫射体。证明这一点的是两个93％透明漫射体之间的性能差异。
表4是针对聚碳酸酯漫射体的表3的延续。聚碳酸酯漫射体在90度标记之后均表现最佳。除52％之外，所有漫射体都会在90度标记处至110度标记显著增加PV电池的功率。聚碳酸酯膜漫射体在这个范围内最有用，并且可以增加电池的功率输出。这些测试将进一步帮助使基于光线的方向和角度的EMEC设备的功率最大化。
漫射体实验的目标是找到使用PV电池最大化功率输出的最佳条件设定。这些测试可以用作设计黑匣子设备时的参考。随着电池旋转背离阳光直射，功率会降低。某些漫射体可以在某些角度改善电池的性能。这些组合可以与漫射光一起使用，以从非直射光的PV电池产生更多功率。
聚碳酸酯漫射体可以在较低的入射角下使用以保持效率。丙烯酸漫射体应在超过90度的更高入射角下使用以优化电池效率。
实验4：彩色LED测试
当光照射电池并导致电子从电池中释放出来时，太阳能电池会产生电能，从而产生电位差，这被称为光伏效应。射出的电子的能量与照射电池的光的波长直接相关。此实验研究了这种关系以及不同颜色的光源如何影响PV电池的特性曲线。
方法：
测试使用与实验2中相同的电路设置进行。测试的LED为绿光、蓝光、红光和白光。所有测试均在425勒克斯下进行。将电阻器值设置为0.3Ω至4000Ω，以便获得全范围的特性曲线。
结果
图12显示了针对不同颜色LED的各种特性曲线。光的波长似乎对电池的V_OC和I_SC特性具有显著影响。彩色LED降低了电池的V_OC和I_SC这两者。绿色LED比蓝色LED更能拉低电流和电压。同样重要的是需要注意，在可见光光谱中，蓝色具有比绿色更短的波长。
图31显示了针对不同LED的最大功率。白色光具有最高的潜在功率输出，其次是蓝光和绿光。这些结果也遵循可见光谱的波长模式。
光的颜色是另一个可以被操纵以实现电池所需特性的因素。为了实现电池的最大功率，白光是针对选择的PV电池的最佳光源。
实验5：具有漫射体的彩色LED
在实验3和实验4中，观察到漫射体和LED颜色可能会对PV电池的功率输出具有显著的影响。此实验同时使用漫射体和彩色LED来检验它们之间的关系。实验的目的是观察漫射体如何阻止不同波长的光到达电池，并找到漫射体和LED的最佳组合以使功率最大化。
方法：
各种光漫射体在24勒克斯至775勒克斯的光强度下、用100Ω得串联电阻进行了测试。对于每个漫射体而言，电池在距法线光0-180度的范围内进行了测试。针对所有不同颜色的LED重复进行测试。
结果：
表5和表6显示了在LED颜色的总功率输出方面，在特定角度使用漫射体的优势和劣势。漫射体的整体功率输出趋势在不同颜色的LED上是恒定的。与白色LED一样，针对聚碳酸酯膜漫射体的功率基本上在90度左右时大幅下降，而其他漫射体的下降幅度更大。蓝色LED的起始参考功率值均较高。对于大多数漫射体而言，绿色LED在超过100度的角度表现较差。针对绿色的180度值均低于0.5％，而针对蓝色的则高于0.5％。
表5显示了在90度标记附近的功率输出存在巨大差异。对于绿光而言，所有漫射体在80度和90度处都比参考值差。90度之后，结果就不太一致了。针对绿色LED的、90度以上的5种最佳性能漫射体(KSH 63、91.6、91.5、79.1和61.5)均由丙烯酸制成。除了由丙烯酸制成的64.8之外，90度以上表现最差的是由聚碳酸酯膜制成的。64.8在白光LED测试中表现不佳，而其他丙烯酸漫射体表现地更好。
表6针对的是蓝色LED测试。所有漫射体对功率输出的影响并不一致。对于大多数漫射体而言，在90度标记附近没有大的下降。对于蓝色LED而言，90s中、具有透明度的漫射体表现最差。针对绿色LED的情况并非如此，因为KSH 93在所有漫射体中表现最好。低于90％透明度标记的漫射体增加了针对大部分90度以上的功率输出。
实验6：多PV电池表征
EMEC设备将包含多个连接在一起的PV电池，这些电池创建一系列电池以使设备的功率最大化。了解电池如何协同工作对于确保以最佳方式可能的设计和使用设备至关重要。图32A提供了针对以下三个相互依赖的参数的示意图：来自入射电磁能的层角度θ、层相对角度α、以及层相对距离D。层A和层B选自至少包括以下项的列表：PV电池和诸如镜的光学层。
角度θ定义了每一层相对于入射电磁能(例如，光)定向的角度，并且可以在0至360之间变化。在θ＝0度时，电池垂直于入射电磁辐射定向。传统太阳能电池在θ＝0度处定向时产生最大功率。
相对角度α定义为各个层之间的角度。例如，在一些实施方案中，两个PV电池面向彼此以α＝180度定向。在其他实施方案中，层A是与层B耦合的PV电池，在α＝90度的角度处的反射表面。在本实施方案中，两层在θ＝45度处取向，通过反射来自层B的光，使层A的光摄入增加加倍。传统2D太阳能板中的PV电池在θ＝α＝0度处定向。
相对距离D是指层的堆叠密度。相对距离D将决定层A和层B的光摄入截面。较小的D将导致进入两层之间的光量较少。
在一些实施方案中，介质(以灰色显示)是树脂。树脂在一些实施方案中是液态，而在其他实施方案中是固态(即，硬化)。在一些实施方案中，使用彩色颜料(例如，染料)和气泡来改变介质的透明度和漫射性。在一些实施方案中，树脂介质通过添加丙酮来稀释。
方法：
如图32B中显示的，将两个PV电池彼此串联设置，并且测量两个电池之间的电压。
将电池放置在连接至200个步进电机的固持器中。使用Arduino Uno和ArduinoIDE控制电机，并使用NI USB-6009测量100Ω电阻器两端的电压。电池开始彼此齐平，然后从0-180度、以10.8度的步幅打开。这些测量值是根据步进电机的极限值选取的。电机的每个步幅为1.8度，并且5个步幅为9度，以尝试模拟单个电池测试角度。电池与光源的距离始终相等，并且由于两个电池的设计相同，我们假设每个电池的电位相等。
结果：
针对两个电池设置的电压是总电压，因此单个电池的电压是电压除以2，如图33中显示的。多个电池设置导致电阻器两端的最大电压加倍。这些点在开路电压下出现，因此是电池的特性。针对两个电池的电压几乎达到1V，并且单个电池达到0.5V左右。结果，设备的总功率被加倍。单电池设置的整体功率分布的增长速度是双电池设置的两倍。
如图34中显示的，针对两个电池的单位表面积的功率(power per surface area，PPA)的范围高达每个电池5W/m2。角度是垂直于接收光截取的。几乎总是配对的点就在法线的两侧。
图35显示了利用EMEC内部区域产生最大功率的最佳方式。垂直于接收光的PV电池产生了最大功率(图9)。改变电池的角度会降低功率，但可以以更好的方式利用给定的区域。在距法线90度(距天顶0度或180度)处，电池可产生的单位面积的功率最多为扁平电池的4倍。应当竖直地或接近竖直地使用多个电池以使得单位面积的功率最大化。
图36显示了针对双电池设置的功率输出与角度的关系。蓝点是受益于多个电池相互作用的点。蓝点是增加第二PV电池超过功率输出两倍的位置。发生这种情况的条件是高光强度和小天顶角。这是电池之间光反射的结果，当它们一起更靠近时，光的反射量会更大。由于更大的入射角、且电池已经在接近其VOC点的位置运行，因此在较高角度下，结果不太明显。
表9是与刚刚在表中列出的图35相同的数据。电池上方没有反射性材料，每个电池都列出了功率比值。两个电池系统从第二电池接收额外优势(功率增加一倍以上)的条件发生在小角度。对于中等和更高的角度而言，添加第二电池没有这种额外优势。红色电池在添加第二电池的情况下、实际上会降低系统性能。这是因为电池连接在一起。这个串联中单个电池的性能下降将降低该串联中其他电池的功率。
电池的取向无法避免这一事实。如果电池串联排列，则一个不接收光的电池充当电阻器、并降低电池两端的电压。并联连接也不是解决方案。在并联中，电池共享每个电池两端的相同电压值。经遮蔽的电池将降低总电压、并因此降低每条路径的电压。然而，串联连接是最好的解决方案，因为与并联连接相比，遮蔽对功率输出的影响较小。旁路二极管也可以用于跳过任何遮蔽的串联电池。
通过添加第二PV电池获得的功率输出增益可从图37中看出。这些是蓝点，在这些蓝点中多电池设置中的每个电池优于单电池。这些位置在电池彼此最接近的情况下、再次以小角度出现。这些条件是光从电池反射至彼此并增加功率的地方，如图36中示出的。与图34中的单电池相比，171的最终天顶角的单位面积的功率大幅地下降。这是显示通过添加第二电池显著降低功率的第一角度。在171度处的光较少，PV电池无法有效地工作。这会损害整个设置并降低第二电池的潜在功率输出。
表12的目的是表征在以下反射率测试中使用的反射表面。使用的反射表面是用于汽车窗户的35％色调的银乙烯基表面。单个电池的功率在小角度处提升。这是可预期的，因为电池最接近彼此并且用于反射的机会更大。电池在180度标记处的性能也有所提高。针对电池的这种反射率测试有助于了解使用这种特定乙烯基以及最佳天顶角和勒克斯组合的影响。
表11显示了针对单电池设置，在电池上使用反射盖的基本效果。除180度的天顶角之外，所有情况下的功率都会降低。在取向上在单个电池上使用反射表面的唯一优势是180度。此测试的目的是表征反射表面如何工作以及在功率输出中使用它的结果。
表12显示了在双电池设置中将反射表面放置在一个电池上的优势或障碍。反射表面的优势只出现在171度和180度的天顶角处。这些角度是指电池的面向彼此直接背对时的角度。因此，没有光从一个电池反射至另一个电池。在这些角度处的额外优势与反光乙烯基的性能有关，如表11所示。在电池最靠近并且相互作用最多的情况下，对于小角度没有反射优势。
表13比较了针对双电池设置和在两个电池上都带有反射乙烯基的双电池设置的功率。在所有情况和条件下，功率都会降低。
对于任何电池布局，反射表面似乎都没有显著增加功率。可以测试其他反射性材料或其他透明材料，以找到利用具有反射层的电池的最佳方式。
实验7：具有彩色LED的多PV电池
实验7显示了在实验6的多PV电池设置中使用绿色LED和蓝色LED的效果。此测试将观察不同波长的光如何影响功率，并且观察单个电池着色测试的结果是否一致。这种特性将有助于使电池组合的功率输出最大化。
方法：
以与实验6相同的方式，使用绿色LED、蓝色LED和白色LED从0-180度对电池进行测试。第一次测试仅使用一个PV电池、以为在用于不同颜色的LED的这种配置中的电池创建基线。第二次测试测试两个串联的电池，并测量其中一个电池两端的电压。此测试还使用了三种不同颜色的LED。由于白色LED在实验4中具有最高的功率输出，因此对彩色LED的结果进行比较并将其归一化为白光功率测量值。
结果包括在表14至表19中。第一次测试产生了两个表“1电池归一化绿色LED测试”和“1电池归一化蓝色LED测试”。这些表格来自单个电池测量，并且除以表中针对每个电池的白色LED功率输出。
与白色LED相比，绿色LED没有太大优势，因为几乎所有的点得到的数字都小于1，或者功率输出降低。可以看出蓝色LED增加了针对小角度的功率输出，这可能是蓝光吸收的结果。与白光相比，蓝光具有低吸光度并且从电池反射的机会更大。
接下来的两个表格是根据在单个电池上进行测量的两个电池测试创建的。这些值在相同条件下被归一化为白色LED测试。在这种设置中，这两个表都没有优于白光的显著优势。绿色LED在任何情况下都没有优势，蓝色LED在160度左右略微有优势。
最后两张表是通过将第二组表中的值与第一组表中的值相比较而制成的。这些表显示了针对每种LED颜色添加第二电池后，功率输出百分比增加变化。这些表的目的是显示通过添加另一个电池可以利用多少蓝光或绿光。这提高了设置中单个电池的性能。
通过针对更高的天顶角添加第二电池，这两种颜色的功率输出有所增加。随着电池之间角度的增加，在设置中的第二PV电池将导致每个电池的性能显著提高。
得出的结论是，当使用彩色LED时，两个PV电池设置对于每个电池的更高角度是有优势的。对于小角度而言，应在单电池设置中使用蓝色LED。在使用这种特定类型的PV电池的双PV电池设置中，彩色LED不应用于小的天顶角。
实验8：漫射性介质中的多电池
实验3显示了使用固体漫射性材料、以散射光并将光提供至PV电池的优势。此实验使用液态树脂作为漫射性材料、以检验在液态材料中散射光的优势。树脂有利于EMEC设备的设计，因为与固体漫射体不同，树脂可以很容易地倾倒在电池上而不用担心定位。
方法：
使用不同量的透明树脂进行多种树脂测试。该树脂是树脂和乙醇的溶液，以降低树脂的粘度。使用的树脂量为0mL至1000mL，每200mL为一步。每种量的树脂都进行了二次测试，这些测试将容器覆盖在反射表面(铝箔)中。
这些电池以与光源成90度天顶角水平地开始。电池以9度的步长朝向彼此旋转，直到电池彼此平行。测试中测量的角度是PV电池相对于地平面的角度(称为高度角)。然后将单位面积功率数归一化为不含树脂的平板PV电池的单位面积的功率。这种归一化显示了使用树脂在节省所需的最大化电池功率方面的优势。
结果与讨论：
图39显示了树脂容器中针对基础电池的归一化的单位面积的功率(PPA)。当电池几乎垂直时，针对PV电池的最大PPA为5W/m2左右。这显示了与图16相似的结果，因为针对未覆盖电池的最大PPA也为5W/m2左右。
图40显示了用铝箔覆盖容器的结果。这确保了容器不会吸收任何光，并将光向上偏转回电池。这使得在与地平面成81度时最大PPA略高于5W/m2。结果与图39没有显著差异，因为电池朝上、朝向光。由箔反射的光对朝上的电池具有很小的影响。使用箔的其他附图和图表将在箔设置中被归一化为扁平电池，因为使用箔时PPA会略有增加。
图41至图42分别显示了针对使用树脂和不使用树脂的最大树脂量的PPA。箔测试显示，与之前测试中再次看见的没有箔相比，PPA略有增加。与较高强度相比，较低的勒克斯强度(例如，25和75勒克斯)表现出奇怪的行为。这是使用的树脂特性的结果。树脂不是完全透明的，并且较小的光强度在针对较大角度到达电池时存在问题。在较小的角度下，光也不会漫射并且很容易照射到扁平电池上。
测试表明，在使用PV电池时，漫射性材料(诸如，树脂)可以节省空间，因此显著改善了单位面积功率。树脂允许光在整个容器中漫射并在电池间共享。树脂还允许以可以使PPA最大化的方式定位电池。使PPA最大化将允许在更小的区域内使用更多的电池，并且允许从相同的空间量获得更多的功率。
实验9：PV堆叠w/树脂
实验8显示了使用树脂使太阳能电池的单位面积的功率最大化的优势。树脂允许柔和的光遍布在整个容器中，为需要直射光的多个电池供能。
此实验显示了在各种配置中使用多层PV电池以使整个设置的PPA最大化的潜力。这样做的目的是使用相同量的土地创造更多的功率，从而实现更高效的功率生产。
方法：
此实验使用与实验12相同的设置。将电池置于1000mL的树脂浴中，并且用箔覆盖该浴。使用不同配置的PV电池进行了三次单独的测试。
第一次测试以与实验12相同的方式设置PV电池。电池朝上且以9度间隔旋转。第二次测试将电池放置在这些固持器的底部侧上。光从容器反射并从底部到达倒置的电池。第三次测试将两个电池放置在容器底部处，在电池的上方具有树脂。电池固持器与前两次测试的位置相同，并以相同的方式旋转。固持器的目的是在正面朝上和正面朝下的电池所在的位置处阻挡光线。
将每次测试产生的功率相加并计算PPA。然后将该数字归一化为在没有树脂的容器中的扁平PV电池的PPA。
图43显示了与100％下的扁平电池相比的PPA百分比。这个图显示了光可以用于为三个不同的电池层供能，从而在更高角度下将电池的PPA提高多达11倍。即使在小角度下，使用分层电池也显示出所产生的功率的增加。这个图形显示了在使用树脂的任何情况下，电池的堆叠都是有优势的。
图45示出了选自PV电池、介电性材料和反射性材料的列表的三个层(层A、B和C)的示意图。在一些实施方案中，层A、B和C是PV电池，其中层A和层B面向彼此。层B和C背对彼此定位。层A与层B之间的间距为d，从而允许光在它们之间传播。可以优化间距(d)和EMEC内的总光摄入截面(a)的比率。
这些层设置在介质中。如图46中显示的，介质可以在EMEC内径向地和/或向远侧方向变化。介质的一些特性包括透明度、漫射性、比热、粘度、凝固点、沸点和吸收。透明度在0至1的范围内，其中0表示不透光。在一些实施方案中，介质特性是电磁辐射波长的函数。在一些实施方案中，如在图47中显示的，介质掺杂有标记为星号的间隔物，这些间隔物的目的至少为以下之一：1)降低总重量，2)确定间距d，以及3)漫射电磁辐射。在一些实施方案中，间隔物是气泡。在一些实施方案中，间隔物是(已知的)均匀直径的透明塑料颗粒。在一些实施方案中，介质是柔性材料，例如硅或凝胶。在其他实施方案中，介质由硬化后非柔性材料组成。
在一些实施方案中，EMEC的内表面由反射性材料涂覆，如图48中的黑色三角形示出。在此实施方案中，相邻PV电池(层A&层B)之间的间隔填充有厚度为d的波导。波导摄入光截面旨在捕获具有截面a的光，光在介质中沿两个方向(从顶到底和从底到顶)传播。在其他实施方案中，如图49中显示的，反射和/或漫射表面定位在相邻PV电池(层A和层B)之间的间距附近，其目的是反射至少一部分传播光。然后，反射和/或漫射的光将在层A与层B之间传播并转化为电能。反射表面的一个实施例是镜。漫射表面的一个实施例是介质内部的蚀刻。蚀刻可以在介质(例如，环氧树脂+硬化剂)硬化后、使用激光气泡图制造技术进行。气泡图(也称为激光晶体、3D晶体雕刻或玻璃体成像)是将玻璃或透明塑料的固体块暴露至激光束以在内部生成三维设计。
在一个实施方案中，介质至少部分地改变特性。在一个实施方案中，介质包括反射液态晶体表面层，该反射液态晶体表面层的宏观性质可以在各种电或磁扰动下改变。在一些实施方案中，介质可以改变相，例如，从液态变为固态并再次变回液态。例如，对于不同的介电性能，可以将水系介质暂时冷却至凝固点以下。
层A与层B之间的间隔也可以用漫射性波导填充，如图50所示。在这样的实施方案中，漫射性波导散射入射电磁辐射。然后，一些散射的电磁辐射在波导内传播并通过层A和B转换为电能。在与图46相似的其他实施方案中，介质被分为具有不同折射率的向远侧变化的介电性材料和径向变化的介电性材料，如图51中显示的。这种具有梯度折射率分布的波导的目的是解决单个PV电池间距的问题。在这样的实施方案中，介质是波导矩阵，在该波导矩阵中光沿预期路径传播。改变折射率的目的是通过在具有不同折射率的相邻介电性材料的界面处使光拐弯来引导光。
在一些实施方案中，介质是液相的并且可以循环。液态介质的一些优势包括：1)散热，2)介质更换，以及3)PV电池更换。如图52中显示的，介质在EMEC围封件和管道系统之间循环，以便从围封件内部传递热量并将该热量排放到周围空气(或其他周围介质)。其他传热方法包括：对流、传导、热辐射和蒸发冷却。在一个实施方案中，EMEC的PV电池用绝缘介电性材料涂覆并浸没在具有相对高比热的极性液体(例如，去离子水)中。在本实施方案中，EMEC的透明绝缘体由可循环的极性液体和绝缘介电性材料组成。在一些实施方案中，液体是传导性的和极性的，例如水；而在其他实施方案中，液体介质是绝缘体，例如环氧树脂。在又一些实施方案中，EMEC介质是可以被循环以用于热传递的扩散性气体(例如，烟雾和水蒸气)。
在其他实施方案中，如图53中显示的，冷却机制包含循环部分地填充有流体(例如，乙醇或水)的透明或反射表面的真空管。由于压力较低，当管道内的流体从EMEC围封件内的空气中吸收热量时，该流体可能会沸腾。流体和/或蒸气通过管内的PV电池之间的管道循环。一旦离开EMEC围封件，流体(和/或蒸气)就会被围封件外部的空气冷却(并凝结)。然后(凝结的)流体返回围封件的底部并重复循环。在一些实施方案中，传热过程使用空气压缩机或流体循环泵来进行。在其他实施方案中，传热系统包括温度调节器，该温度调节器的目的是调节PV电池和/或介质的温度、以用于优化PV电池的功率输出。这个实施方案旨在为PV电池提供合适的温度，PV电池的效率是环境温度的函数。在一些其他实施方案中，PV电池和/或介质温度保持在零摄氏度以下、以用于优化功率输出。
在一些实施方案中，EMEC是逐层制造的。这种制造过程的实施例包括：3D打印、化学气相沉积、卷-对-卷制造(roll-to-roll fabrication)、激光蚀刻和化学固化(例如，热固化和辐射固化)。
在一些实施方案中，修改电磁能量摄入截面、以增强或减少入射能量的量。在一些实施方案中，孔径设置是使用主动性组件(诸如，机械门)来完成的。在一些实施方案中，能量摄入由液晶层控制。
根据本教导的原理，已经公开了电磁能量转换系统10和/或电磁能量转换器14，其特别适用于任何一种或多种应用，包括但不限于发射功率的高效输送和/或储存。事实上，电磁能量转换系统10和/或电磁能量转换器14可以用于例如为紧凑型太阳能结构、微机电设备(microelectromechanical devices，MEMS)、电子电路和设备、运输元件(例如，公共汽车、火车、汽车、航空器等)、空间和长距离应用(例如，轨道中的卫星或一般的航空器(飞机、UAV等))供能。本教导的原理用可移动且高效的可靠、弹性、紧凑、轻质设备代替笨重且易碎的太阳能板。EMEC的一些应用包括：
a.运输：如图54中显示的，EMEC可以实施到运输设备(例如，UAV)的设计中。EMEC将入射辐射(太阳辐射和/或聚集的电磁能量源，例如激光)转换成可以机载储存和消耗的电能。同样地，EMEC设备可以设计为具有优化的空气动力学特性，并且可以安装在交通工具(例如卡车和舰)上。
b.农场：与占据巨大的表面积来产生功率的传统太阳能农场不同，如图55显示的，紧凑型EMEC可以在农作物间植入农场，从而将太阳能辐射转换为电能。电功率可以机载储存和消耗，例如用于照明，和/或传输至电网。
c.城市应用：由于城市地区可用于安装传统太阳能电池板的土地有限，紧凑型EMEC设备可以用于获得电能。可以通过波导收集太阳能辐射并将其引导至EMEC围封件中。在一个实施方式中，如图56中显示的，EMEC围封件和电子设备安装在地下。地下EMEC装置的另一个优势是热管理。相对恒定的土壤温度(特别是深度大于30英尺处)可以用于调整EMEC的温度。在另一个实施方案中，EMEC用以将太阳能辐射转换为电能，从而为城市照明结构(例如灯柱)供能，如图57中显示的。同样地，如图58中显示的，多个EMEC设备可以耦合在一起。这种设计的两个重要优势是：1)易于安装，和2)易于维护。在一个实施方案中，EMEC设备缠绕在现有的灯柱周围。在一些实施方案中，相邻EMEC设备之间的结填充有结材料、以管理EMEC之间的光传播。可以轻松更换失效的EMEC。
为了清楚起见，这里重新说明了一些术语的定义：
a.透明材料：透明材料是指传输至少部分电磁能谱的一类材料。透明度的范围可以在0(无传输)与1(100％传输)之间。未传输的电磁能可以由材料吸收和/或偏转。
b.漫射性：具有光学漫射性的材料在吸收或不吸收的情况下漫射或散射电磁辐射。电磁辐射的反复散射可以改变其方向，通常称为“随机游走”。漫射性材料还可以是衍射的(也称为“衍射漫射体或均化体”)、以衍射(和折射)用于特定的空间配置和/或强度分布的入射单色电磁辐射。漫射性的范围可以在0(无散射)与1(完全反射和/或吸收)之间。
c.绝缘材料：绝缘材料是具有已知介电常数和折射率(即，有限实部和虚部介电常数)的介电性材料。在一些实施方案中，绝缘材料还可以用作热绝缘体以减少EMEC介质与周围环境之间的传热。在其他实施方案中，绝缘材料使PV电池与湿气和其他传导剂和/或氧化剂绝缘。
d.多个电磁(EM)能量转换电池：电磁(EM)能量转换电池包括将电磁能转换为电能的光电层。这个层可以由选自导体(例如，铜)、半导体(例如，硅晶体和量子点)、无机材料和有机材料(例如，钙钛矿和有机发光二极管)的列表中的材料制成。在电磁(EM)能量转换电池的光电层中产生的电流通过传导极/端子传输。术语“多个”是指一个以上的电磁(EM)能量转换电池。本教导进一步排除以下多个电磁(EM)能量转换电池：其中，电磁(EM)能量转换电池都以相对角度(α＝0)定位，并且电磁(EM)能量转换电池间距d＝0。排除的结构描述了一种传统的太阳能板，其中所有的PV电池都朝上并定位在单个平面中。多个电磁(EM)能量转换电池可以电耦合。在一些实施方案中，电磁(EM)能量转换电池之间的耦合以串联配置完成。在其他实施方案中，电磁(EM)能量转换电池以并联配置连接。在其他实施方案中，电磁(EM)能量转换电池被单独寻址(获得)，而在其他实施方案中，这些电池作为一个组被寻址，其中来自具有相似功率输出的多个电池的电荷被连接和获得。
e.单件封装材料：术语“封装”是指将EMEC的电磁(EM)能量转换电池至少部分地封闭在绝缘材料中。“单件”是指可以发射至少一些电磁能波长的一种材料或多种材料。在一些实施方案中，单件绝缘材料(例如，硬化环氧树脂)将EMEC的电磁(EM)能量转换电池保持在适当位置，而在其他实施方案中，如上所述，单件绝缘材料由介电性材料组成，从而覆盖电磁(EM)能量转换电池，而被覆盖的电池浸入漫射性和/或传热液态材料中。上述单件封装材料之间的一个共同特征是它们都用作介质，在该介质中发射电磁能量直到由多个电磁(EM)能量转换电池转换为电能。单件封装材料的另一个共同特点是它们都可以防止电流在电磁(EM)能量转换电池的正负端子之间流动(即，短路)。换而言之，单件封装材料至少部分是电绝缘体，即使在电场(即，端子之间的电位差)的影响下电荷也不会在该电绝缘体中自由流动。
f.单位表面积的功率：术语“单位表面积的功率”是指在占地(即，EMEC占用的表面积)上产生的电功率的量。相似地，归一化的单位表面积的功率是在相似的电磁辐射和环境条件下，单位表面积的EMEC功率与占据与EMEC的占地相同表面积的扁平电池的功率输出之比，即(P/A)EMEC/(P/A)扁平电池。

Claims (12)

1. 一种用于将电磁能量转换为电能的电磁能量转换器，其特征在于，所述电磁能量转换器包括：
透明绝缘材料体；以及
多个电磁能量转换电池，所述多个电磁能量转换电池至少部分地设置在所述透明绝缘材料体内，所述多个电磁能量转换电池被配置为将所述电磁能量转换为电能，
其中，所述透明绝缘材料体是封装所述多个电磁能量转换电池的整体式单件，
其中，所述透明绝缘材料体被配置为朝向所述多个电磁能量转换电池引导或操纵电磁能量。
2.根据权利要求1所述的电磁能量转换器，其特征在于，所述电磁能量转换器进一步设置在围封件中。
3.根据权利要求1所述的电磁能量转换器，其特征在于，所述电磁能量转换器进一步包括基板，所述基板支承所述多个电磁能量转换电池。
4.根据权利要求1所述的电磁能量转换器，其特征在于，所述透明绝缘材料体的外表面至少部分地涂覆有一层或多层材料。
5.根据权利要求1所述的电磁能量转换器，其特征在于，所述透明绝缘材料体包括具有聚合物膜的卷-对-卷制造材料。
6.根据权利要求1所述的电磁能量转换器，其特征在于，所述透明绝缘材料体包括圆顶式部分，所述圆顶式部分被配置为用作透镜。
7.根据权利要求1所述的电磁能量转换器，其特征在于，所述透明绝缘材料体包括碟状部分，所述碟状部分被配置为用作电磁能量收集器。
8.根据权利要求1所述的电磁能量转换器，其特征在于，所述透明绝缘材料体是物理可调的。
9.根据权利要求1所述的电磁能量转换器，其特征在于，所述多个电磁能量转换电池包括不同类型和操作特性的电磁能量转换电池。
10.根据权利要求1所述的电磁能量转换器，其特征在于，所述多个电磁能量转换电池是物理可调的。
11.根据权利要求1所述的电磁能量转换器，其特征在于，所述电磁能量转换器还包括光学器件和光波导中的至少一种。
12.根据权利要求1所述的电磁能量转换器，其特征在于，所述电磁能量转换器还包括传热系统。
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