JP2023539741A - ３次元光起電力充電システム - Google Patents

Abstract

透明ハウジング内に収納された光起電力ユニット、電力管理ユニット、及び支持ベースを備えるコンパクトな３次元（３Ｄ）光起電力充電システム。光起電力ユニットは、或る相対的距離及び或る相対的配向で位置決めされる同一平面上にない光起電力表面を有する。従来の平坦なソーラー・パネルと比較して、３Ｄ光起電力充電システムは、光を垂直に収集することができ、したがって、設置フットプリント面積当たりの電力出力として規定されるソーラー・モジュール電力密度を増幅する。透明ハウジング内に収納された光起電力ユニット、電力管理ユニット、及び電磁放射の発生源を追跡する手段を有する光追尾３Ｄ光起電力充電システムも説明される。光追尾３Ｄ光起電力充電システムは、移動する光源を追跡し、取り込まれる光束の改善、したがって、電力出力の向上をもたらす。

Description

本出願は、２０２１年８月２３日に出願された米国特許出願第１７／４０８，９２５号に対する優先権を主張し、また同様に、２０２０年８月２４日に出願された米国仮出願第６３／０６９，２６１号の利益を主張する。上記出願の全開示は、参照により本明細書に組み込まれる。

本開示は、光起電力モジュールに関し、より詳細には、電気デバイスに電力供給するための光起電力モジュールの電力密度を改善するデバイスに関する。

この節は、必ずしも従来技術でない本開示に関連する背景情報を提供する。この節は、開示の全体的な要約を提供し、その全範囲又はその特徴の全ての包括的な開示ではない。

ソーラー電力は、かつてないほどに米国において手頃で、アクセス可能であり、広く行き渡っている。米国エネルギー効率及び再生可能エネルギー局（Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ｏｆｆｉｃｅ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ Ｅｎｅｒｇｙ）は、２００８年以来、米国での設置が、今日、３５倍に成長し、６２．５ギガワット（ＧＷ）と推定されると報告した。これは、１２００万戸の平均的なアメリアの家庭に相当するものに電力供給するのに十分な容量である。２０１４年の初め以来、ソーラー光起電力（ＰＶ：ｓｏｌａｒ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ）パネルの平均コストは、ほぼ５０％下がった。ソーラー電気は、今や、経済的に競争力があり、カリフォルニア州、ハワイ州、及びミネソタ州を含む幾つかの州の従来のエネルギー源に関して、２０２０年初めに石炭電気を克服する。さらに、ソーラー産業は、国及び世界全体を通して、特に、開発途上地域において、実証済みの経済成長のための培養環境である。

ソーラー・エネルギー配備の増大は、米国にとって多大な利益を提供する。米国全体を通したソーラーの豊富さ及び可能性は、驚異的である：国の総土地面積のたった０．６％上でのＰＶパネルは、米国エネルギー省（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ）が宣言したように、米国全体に電力供給するのに十分な電気を供給することができるであろう。

この目覚ましい進歩にもかかわらず、ソーラーが、従来のエネルギー源と同程度の手頃な価格になり、国全体を通してその最大限の可能性を発揮する前に、重要な仕事が残っている。ソーラー・ハードウェア・コストは、劇的に低下したが、市場障壁及びグリッド統合課題は、より大規模な配備を妨害し続ける。米国国立再生可能エネルギー研究所（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ）は、非ハードウェア・ソーラー「ソフト・コスト（ｓｏｆｔ ｃｏｓｔ）」－許可、融資、そして土地及び顧客獲得等－が、ソーラーの総コストの益々大きな割合となっており、今や、住宅システムのコストの最大７４％を構成すると結論付けた。ベースロード（ｂａｓｅｌｏａｄ）電力についてソーラーに依存するため、効率を増大させ、コストを低減し、ユーティリティを使用可能にするために、技術的進歩及び革新的解決策が依然として必要とされる。

ＰＶは、土地利用の影響が本質的にない状態でルーフトップに設置され得る。しかしながら、米国では、小さい建物の上の総ルーフトップ面積のわずか２６％がＰＶ配備に好適に向いているにすぎず、その一部には、増大する荷重のための本質的な構造的完全性がない。より高い電力密度のソーラー・モジュールは、ルーフトップ荷重の低減を可能にするであろう。配備可能な高電力密度ソーラー・モジュールは、住宅ルーフトップから外れて、裏庭に、歩道に沿って等に設置されて、価値ある不動産を損なうことなくルーフトップ設置コストを完全に回避することができる。本教示は、満たされていないこれらのニーズに対処するために、コンパクトで且つ高電力密度のソーラー・モジュール設計を提供する。

「Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ」とう名称で、参照により本明細書に組み込まれる、本発明の譲受人に譲渡された国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１８／０４９８８０号に記載される３次元（３Ｄ：Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ）ソーラー・モジュールは、ソーラー・モジュールの電力密度を改善し、したがって、ソーラー電気のソフト・コストを低減することを目指す。

従来の平坦ソーラー・パネルと違って、３Ｄソーラー・モジュールは、特に、不動態化エミッタ及び背面接触セルの場合に、種々の方向からの光、特に、周囲の及び／又は隣接する光起電力セルから反射される光子を収集し変換することができる。より重要なことには、３Ｄソーラー・モジュールは、光を垂直に収集することができ、したがって、電力出力を維持しながら、設置フットプリントを下げる。したがって、３Ｄソーラー・モジュールは、従来の平坦ソーラー・パネルと比べて、１平方メートル当たりのワット数の単位で設置フットプリント当たりの電力出力として規定される高い電力密度を有する。

さらなる応用分野は、本明細書で提供される説明から明らかになる。この要約の説明及び特定の実例は、単に例証のために意図され、本開示の範囲を制限することを意図されない。

ＰＣＴ／ＵＳ２０１８／０４９８８０

本明細書で説明する図面は、考えられる全ての実装態様ではなく、選択された実施例の単に例証のためのものであり、本開示の範囲を制限することを意図されない。

透明ハウジング内に収納された複数の光起電力層を有する光起電力ユニット、制御ユニットを有する電力管理ユニット、及び支持ベースを備える３Ｄ光起電力充電システムの概略図である。光が電気に変換されたことから発生した電流は、電気導管内に収容されたケーブルを介して電力管理ユニットに送出される。電力制御ユニットは、物理的及び／又は仮想的電気接続部を介して、他の電気デバイス、消費物、又は発電機と結合される。 透明ハウジング内に収納された複数の光起電力層及び反射層を有する光起電力ユニット、電力貯蔵ユニット及び制御ユニットを有する電力管理ユニット、及び支持ベースを備える３Ｄ光起電力充電システムの概略図である。 透明ハウジング内に収納された均一な光起電力層で覆われた鋸歯状表面を有する基板、電力貯蔵ユニット及び制御ユニットを有する電力管理ユニット、及び支持ベースを備える３Ｄ光起電力充電システムの概略図である。 透明ハウジング内に収納された複数の光起電力層を有する光起電力ユニット、電力貯蔵ユニット及び制御ユニットを有する電力管理ユニット、及び支持ベースを備える３Ｄ光起電力充電システムの概略図である。透明ハウジングは、熱吸収層及び循環冷却システムをさらに備える。 透明ハウジング内に収納された複数の光起電力層を有する光起電力ユニット、電力貯蔵ユニット及び制御ユニットを有する電力管理ユニット、支持ベース、及びアンカー・ベースを備える光追尾３Ｄ光起電力充電システムの概略図である。

対応する参照数字は、図面の幾つかの図を通して対応する部品を示す。

例示的な実施例は、ここで、添付図面を参照してより完全に説明される。

例示的な実施例は、本開示が、徹底的であることになり、その範囲を当業者に完全に伝えることになるように提供される。多数の特定の詳細が、本開示の実施例の徹底的な理解を提供するために、特定の構成要素、デバイス、及び方法の実例として述べられる。特定の詳細が使用される必要がないこと、例示的な実施例が多くの異なる形態で具現化され得ること、及び、いずれも、本開示の範囲に限定すると解釈されるべきでないことが、当業者に明らかになる。幾つかの例示的な実施例において、よく知られているプロセス、よく知られているデバイス構造、及びよく知られている技術は詳細に説明されない。

本明細書で使用される用語は、単に特定の例示的な実施例を説明するためのものであり、限定的であることを意図されない。本明細書で使用するとき、単数形「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」は、別段に文脈が明確に示さない限り、複数形も含むことが意図される場合がある。用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、及び「有している（ｈａｖｉｎｇ）」は、包含的であり、したがって、述べた特徴、整数、ステップ、操作、元素、及び／又は構成要素の存在を明示するが、１つ又は複数の他の特徴、整数、ステップ、操作、元素、構成要素、及び／又はその群の存在又は追加を排除しない。本明細書で説明する方法ステップ、プロセス、及び操作は、実施の順序として特に特定されない限り、論じられるか又は示される特定の順序でのそれらの実施を必ず必要とするものとして解釈されない。追加の又は代替のステップが使用されることも理解される。

要素又は層は、別の要素又は層「の上に（ｏｎ）」存在する、「に係合される（ｅｎｇａｇｅｄ ｔｏ）」、「に接続される（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｔｏ）」、又は「に結合される（ｃｏｕｐｌｅｄ ｔｏ）」として参照されるとき、他の要素又は層の、直接、上にある、に係合される、に接続される、又は、に結合され得る、又は、介在する要素又は層が存在することができる。対照的に、要素が、別の要素又は層「の直接上に（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｏｎ）」存在する、「に直接係合される（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｅｎｇａｇｅｄ ｔｏ）」、「に直接接続される（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｔｏ）」、又は「に直接結合される（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ ｔｏ）」として参照されるとき、介在する要素又は層は存在しないとすることができる。要素間の関係を説明するために使用される他の語は、同様な方法で解釈されるべきである（例えば、「の間に（ｂｅｔｗｅｅｎ）」対「直接間に（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｂｅｔｗｅｅｎ）」、「隣接する（ａｄｊａｃｅｎｔ）」対「直接隣接する（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ａｄｊａｃｅｎｔ）」等）。本明細書で使用するとき、用語「及び／又は（ａｎｄ／ｏｒ）」は、挙げた関連項目の１つ又は複数の任意の又は全ての組み合わせを含む。

用語、第１、第２、第３等は、種々の要素、構成要素、領域、層、及び／又はセクションを説明するために本明細書で使用され得るが、これらの要素、構成要素、領域、層、及び／又はセクションは、これらの用語によって制限されるべきでない。これらの用語は、１つの要素、構成要素、領域、層、又はセクションを別の領域、層、又はセクションから区別するためにだけ使用され得る。「第１（ｆｉｒｓｔ）」、「第２（ｓｅｃｏｎｄ）」等の用語、及び、本明細書で使用されるときの他の数値用語は、文脈が明確に示さない限り、シーケンス又は順序を示唆しない。そのため、以下で論じる第１の要素、構成要素、領域、層、又はセクションは、例示的な実施例の教示から逸脱することなく、第２の要素、構成要素、領域、層、又はセクションと呼ばれ得る。

「内部の（ｉｎｎｅｒ）」、「外部の（ｏｕｔｅｒ）」、「下に（ｂｅｎｅａｔｈ）」、「下方に（ｂｅｌｏｗ）」、「下の（ｌｏｗｅｒ）」、「上方に（ａｂｏｖｅ）」、「上の（ｕｐｐｅｒ）」、及び同様なもの等の空間的に相対的な用語は、図に示すように、１つの要素又は特徴の別の要素（複数可）又は特徴（複数可）に対する関係を説明するため説明の容易さのために本明細書で使用され得る。空間的に相対的な用語は、図に示す配向に加えて、使用又は操作時のデバイスの異なる配向を包含することを意図され得る。例えば、図のデバイスがひっくり返る場合、他の要素又は特徴より「下に（ｂｅｌｏｗ）」又は「下に（ｂｅｎｅａｔｈ）」として説明される要素は、他の要素又は特徴より「上に（ａｂｏｖｅ）」に配向することになる。そのため、例示的な用語「下に（ｂｅｌｏｗ）」は、上の配向及び下の配向を共に包含することができる。デバイスは、その他の方法で配向する（９０度回転する、又は、他の配向である）ことができ、本明細書で使用される空間的に相対的な用語は、相応して解釈され得る。

本教示の原理によれば、そして、図１～３を参照すると、有利な構成及び使用方法を有する３次元（３Ｄ）光起電力充電システム１００が提供される。幾つかの実施例において、３Ｄ光起電力充電システム１００は、複数の離散的且つ同一平面上にない光起電力層１１２を有する光起電力ユニット１１０を備えることができる。幾つかの実施例において、光起電力層は、単結晶又は多結晶ソーラー・セル等の光起電力セルである。

幾つかの実施例において、３次元光起電力充電システム１００は、光を電流に変換するように構成される複数の離散的且つ同一平面上にない光起電力層１１２、複数の離散的且つ同一平面上にない光起電力層１１２の隣接層間の或る距離１５０及び或る相対的角度１５２を備える、光起電力ユニット１１０と、電力制御ユニット１２２を備える電力管理ユニット１２０であって、複数の離散的且つ同一平面上にない光起電力層１１２からの電流を受け取り管理するように構成される、電力管理ユニット１２０と、光起電力ユニット１１０及び電力管理ユニット１２０を受け取る支持ベース１３０と、複数の離散的且つ同一平面上にない光起電力層１１２を少なくとも部分的に絶縁する少なくとも部分的に透明なハウジング１１４とを備える。

幾つかの実施例において、複数の光起電力層１１２は、１ナノメートルより長い距離１５０に分離される。距離１５０は、隣接光起電力層１１２間の分離を指す。隣接光起電力層１１２間の距離は、単位長さ当たりの最適電力出力のために調整され得る。隣接光起電力層１１２は、０～３６０度に及ぶ相対角度１５２で傾斜することもできる。相対角度１５２は、天頂からの隣接光起電力層１１２の角度の差を指す。例えば、互いの頂部で或る距離１５０に積層された２つの平行な天頂を向くソーラー・セル間の相対角度１５２は０度である。同様に、対向する方向に向く２つの垂直に積層されたソーラー・セル（１つのセルは天頂に向く又はＰＶ側が上、そして、他のセルは、天頂から外方に向く又はＰＶ側が下）間の相対角度１５２は１８０度である。後者の実施例において、隣接光起電力層１１２は、互いに向き合う、顔を合わせる（ｆａｃｅ－ｔｏ－ｆａｃｅ）、又は、互いから外方に向くように位置決めされる、すなわち、背中を合わせる（ｂａｃｋ－ｔｏ－ｂａｃｋ）。２面ソーラー・セルの場合、セルは、それぞれが２つの面の一方を特定する２つの相補的角度で特徴付けられ得る。

幾つかの実施例において、３Ｄ光起電力充電システム１００は、電力制御ユニット１２２を有する電力管理ユニット１２０をさらに備えることができる。電力制御ユニット１２２は、３Ｄ光起電力充電システム１００の要素及び操作を管理し制御するように構成される。幾つかの実施例において、電力制御ユニット１２２は、最大電力点追尾（ＭＰＰＴ：ｍａｘｉｍｕｍ ｐｏｗｅｒ ｐｏｉｎｔ ｔｒａｃｋｉｎｇ）コントローラーを備える。幾つかの実施例において、電力制御ユニット１２２は、パルス幅変調（ＰＷＭ：ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）コントローラーを備える。

幾つかの実施例において、電力管理ユニット１２０は、生成された電力を受け取り貯蔵するための電力貯蔵ユニット１２４をさらに備える。幾つかの実施例において、電力制御ユニット１２２は、複数の光起電力ユニット１１０を接続するのに役立つ。幾つかの実施例において、電力制御ユニット１２２は、物理的又は仮想的電気接続部１４１を介して結合された、複数の３Ｄ光起電力充電システム１００及び／又は他の電気消費物を管理するのに役立つ。幾つかの実施例において、電力制御ユニット１２２は、１つ又は複数の光起電力ユニット１１０をパワー・グリッドに接続する。幾つかの実施例において、電力制御ユニット１２２は、電池管理システム（ＢＭＳ：ｂａｔｔｅｒｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ）を備える。

幾つかの実施例において、支持ベース１３０は、光起電力ユニット１１０及び／又は電力管理ユニット１２０を受け取る及び／又は含む。幾つかの実施例において、複数の光起電力層１１２は、透明ハウジング１１４内で絶縁され、複数の光起電力層は、光を電流に変換し、それにより、電流は、電力管理ユニット１２０によって受け取られ管理される。

幾つかの実施例において、支持ベース１３０は、搭載用ポール、ポスト、コンクリート基礎、ボラード、アンカー、フレーム、搭載用ブラケット、クランプ、レール、磁気プレート、ロープ、チェーン、ワイヤ、ケーブル、アーム、レグ、フック、マスト、ハンガー、ストラット、搭載用ファスナー、ウォール・マウント、及びベルトからなる群から選択される。

幾つかの実施例において、３Ｄ光起電力充電システム１００は、天頂から３０度の角度、すなわち、０度の相対的角度１５２で３．０４８センチメートル（０．１ｆｔ）の隣接セルの距離１５０において互いの頂部に垂直に積層され、反射背面を有する透明ポリカーボネート・チューブ・ハウジング１１４内に収納された、１０個の光起電力層１１２、この場合、商用多結晶ソーラー・セルを有する光起電力ユニット１１０を備える。幾つかの実施例において、それぞれの個々のソーラー・セルの背面は、反射層１１８、この場合、反射テープで覆われて、光吸収を低減し、光反射を高める。幾つかの実施例において、ソーラー・セルは直列に接続される。光起電力ユニット１１０は、複数の光起電力層１１２を備える。光起電力ユニット１１０は、開放窓１２９を有する７．６２センチメートル（３インチ）径のポリ塩化ビニル（ＰＶＣ：ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）パイプ支持ベース１３０の内部に位置決めされた透明ハウジング１１４内に収納され得る。光起電力ユニット１１０は、開放窓１２９を通して光を受ける。光起電力ユニット１１０の投影エリア１３７は１０００ｍｍ^２である。

光起電力ユニット１１０を含むＰＶＣ支持ベース１３０の開放窓１２９は、ミシガン州アナーバーの南を指す固定面方向１４３において、夏（２０２０年６月）の太陽に対して露出されて位置決めされた。３Ｄ光起電力充電システムの出力は、種々の負荷抵抗で測定された。参照光起電力層１１２、この場合、南「に向く（ｆａｃｉｎｇ）」水平線から４５度の角度で固定された１つの多結晶ソーラー・セルの出力も測定された。３Ｄ光起電力充電システム１００の出力は、１つの固定参照光起電力層１１２から測定された３０Ｗ／ｍ^２の出力と比較して、１平方メートル当たり３３０ワット（大地における平均太陽光強度１０００Ｗ／ｍ^２）に達することが見出された。

或る距離１５０において互いの頂部に積層された複数の光起電力層１１２の設置は、個々の光起電力層１１２の投影エリアに等しい投影エリア１３７をもたらす。これは、この場合わずか３０．５センチメートル（１フット）高さの３Ｄ光起電力充電システム１００が、固定参照光起電力層１１２の電力密度の１０倍を発生することを示した。換言すれば、この実施例は、３０．５センチメートル（１フット）高さ当たり３３０Ｗ／ｍ^２を発生した。比較のために、典型的な街灯柱は高さ１８３～４２７センチメートル（６～１４フィート）であり、光を垂直に収集し変換することによって、ソーラー・モジュールの電力密度を大幅に改善することができ、小さいフットプリントを用いて電力出力の向上をもたらす。

幾つかの実施例において、３Ｄ光起電力充電システム１００は、オフ・ザ・パワー・グリッド（ｏｆｆ－ｔｈｅ－ｐｏｗｅｒ ｇｒｉｄ）照明、充電、通信、化学反応器、及び、モノのインターネット（ＩｏＴ：ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ ｔｈｉｎｇｓ）システムに電力を提供する。

最近、ソーラー産業は、周囲環境からの反射光を利用するために、２面平坦ソーラー・パネルを採用している。結果として、２面ソーラー・パネルの出力は、周囲環境の特性に強く依存するままである。この依存性は、コンクリート又は塗装済みフローリング等の２面ソーラー設置において反射表面を必要とすることになり、設置コストをさらに押し上げる。これらの同様の環境特徴は、幾つかの実施例において、３Ｄ光起電力充電システム１００の電力出力を改善するために使用されることもできるが、それらは不必要である。

用語「離散的且つ同一平面上にない光起電力層１１２（ｄｉｓｃｒｅｔｅ ａｎｄ ｎｏｎ－ｃｏｐｌａｎａｒ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｌａｙｅｒｓ １１２）」は、平坦ソーラー・パネル、２面ソーラー・パネル、可撓性ソーラー・パネル、及びタンデムソーラー・セル等の平面構成の光起電力層１１２を含まない。２面ソーラー・パネルは、平面幾何形状で設置された２面のあるソーラー・セルからなる。可撓性ソーラー・パネルは、平面且つ可撓性表面上に印刷されそれによって支持されたソーラー・セルからなる。タンデムソーラー・セルは、種々の光周波数を選択的に変換するために垂直に積層された複数の光起電力層からなる。この用途のために、タンデムソーラー・セルは、１つの「光起電力層１１２（ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｌａｙｅｒ １１２）」として考えられる。

用語「離散的且つ同一平面上にない光起電力層」は、光起電力材料によって噴霧及び／又は印刷された表面を指さない。光起電力フィルムによって印刷された表面は、１つの離散的光起電力層１１２として考えられる。

用語「透明な（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ）」は、その光透過比がゼロより大きい材料を指す。この文脈における透明度は、かなりの散乱がある状態で又はない状態で、少なくとも部分的に又は全体として電磁スペクトルの電磁エネルギーが材料内を伝搬することを可能にする物理的特性として規定される。幾つかの実施例において、透明ハウジング１１４は、光起電力層１１２を絶縁する透明カバーである。幾つかの実施例において、光起電力層１１２は、灯柱を彫って作られた開放窓１３７を有する灯柱の内部に位置決めされる。幾つかの実施例において、透明ハウジング１１４は、光起電力層１１２を絶縁するノングレア・アクリル・カバーリング等の透明アクセス・ゲートである。透明ハウジング１１４は、光エントリーを提供し、また同様に幾つかの実施例において、湿気、露、ひょう、ほこり、風、又はさらに器物損壊を含む環境損傷に対する光起電力層１１２の曝露を阻止する。

幾つかの実施例において、透明ハウジング１１４は、構造的強度改善のために光起電力層１１２を少なくとも部分的に収納する透明成形スラブである。幾つかの実施例において、透明ハウジング１１４は、絶縁のためにバキューム操作される。幾つかの実施例において、透明ハウジング１１４は、絶縁のために、不活性ガス等の誘電体材料を充填されて、光起電力層１１２の腐食率、熱伝導率、及び／又は電気伝導率を低減する。

幾つかの実施例において、複数の離散的且つ同一平面上にない光起電力層１１２は、成形誘電体スラブ内に少なくとも部分的に収納される。幾つかの実施例において、複数の離散的且つ同一平面上にない光起電力層の隣接層間の距離は、光反射材料、誘電体材料、電気伝導体、熱伝導体、光透過材料、光吸収材料、集光器、光拡散材料、ゲル、ペースト、液体、オイル、水、樹脂、ポリマー、熱硬化性ポリマー、光硬化性ポリマー、熱クーラント、熱吸収材料、熱分散材料、エア・ポケット、発光材料、エレクトロルミネセント材料、及びフォトルミネセント材料からなる群から選択された材料で少なくとも部分的に充填される。

幾つかの実施例において、３Ｄ光起電力充電システム１００は、透明ハウジング１１４内に収納された複数の同一平面上にない光起電力層１１２を有する光起電力ユニット１１０及び反射表面１３２を備える。光起電力ユニットは、ファスナーによって、支持ベース１３０、例えば街灯柱に設置される。幾つかの実施例において、ファスナーは、灯柱の外部表面に沿って光起電力ユニット１１０を取り付ける調整可能ベルトとすることができる。幾つかの実施例において、電力管理ユニット１２０は、照明用の電力を提供するために灯柱の内部に収容される。幾つかの実施例において、支持ベース１３０は、限定はしないが、電話充電器、電動スクータ、電動バイク充電器ステーション、及びスマート・トラフィック・モニタ等の電気デバイスである。幾つかの実施例において、３Ｄ光起電力充電システム１００は、センサのアセンブリ等の室外構成可能又はモザイク・ハードウェアに統合され、それに電力を提供する。

幾つかの実施例において、支持ベース１３０は、３Ｄ光起電力充電システム１００が載る床及び／又はグラウンドである。幾つかの実施例において、透明ハウジング１１４は同様に、電力管理システム１２０を収容し、したがって、支持ベース１３０として役立つ。幾つかの実施例において、支持ベース１３０は、パワー・グリッド接続を容易にすることができる電柱である。

幾つかの実施例において、光起電力ユニット１１０によって発生される電気は、電気導管１１６内に収容されたワイヤを介して電力管理ユニット１２０に送出される。電気導管１１６は、支持ベース１３０として使用されることもできる。幾つかの実施例において、電気導管１１６は、反射材料で被覆される。

幾つかの実施例において、光起電力ユニット１１０の個々の光起電力層１１２は交換可能である。幾つかの実施例において、光起電力層１１２は、検査又は交換のために、透明な、硬化済み樹脂成型スラブ、誘電体ゲル、又はクーラント流体から引き出される。

幾つかの実施例において、３Ｄ光起電力充電システム１００は、ソーラー・マットを作成するために、３Ｄソーラー・ブロックと個々に呼ばれる、連結型透明ハウジング１１４内に収納された複数の光起電力ユニット１１０を備える。幾つかの実施例において、３Ｄ光起電力充電システム１００は、複数の光起電力層１１２を備え、それぞれの光起電力層１１２は透明ハウジング内に個々に収納される。複数の個々に収納済みの光起電力層１１２は、光起電力ユニット１１０内に結合される。幾つかの実施例において、光起電力ユニット１１０は、個々に収納済みの反射層１１８からさらに構成される。幾つかの実施例において、３Ｄソーラー・ブロックは、透明ハウジング内に収納された少なくとも一対の光起電力層１１２及び反射層１１８を備える。３Ｄソーラー・マットは、水平に又は垂直に設置される。幾つかの場合、ウォール・マウント等の支持ベース１３０が使用される。幾つかの実施例において、個々の３Ｄソーラー・ブロックは交換可能である。幾つかの実施例において、複数の光起電力層１１２、光起電力ユニット１１０は、３Ｄソーラー・パネルを作成するために透明ハウジング１１４内に収納される。

幾つかの実施例において、反射層１１８は、光起電力層１１２間で分配される。幾つかの実施例において、光起電力層１１２及び反射層１１８は、或る角度で配向する。光起電力層１１２と反射層１１８との間の角度は、最適電力出力のために調整され得る。

幾つかの実施例において、反射表面１３２は、光子を少なくとも１つの対応する光起電力層１１２に向けるために位置決めされる。幾つかの実施例において、反射表面１３２は、光束がそれ以内で光起電力ユニット１１０に入ることができる角度を制限するために使用される。幾つかの他の実施例において、反射表面１３２は、光取り込みを改善するために透明ハウジング１１４の一部を閉囲する。幾つかの実施例において、反射表面１３２は、静止し且つ固定され、一方、幾つかの実施例において、反射表面１３２は、光源の位置に応じて、回転する。幾つかの実施例において、反射表面１３２は、対称軸に沿って、手動で、又は、支持ベース１３０内に収容されたサーボモーターによって回転される。

図４を参照すると、幾つかの実施例において、透明ハウジング１１４は成形スラブである。幾つかの実施例において、成形スラブは、少なくとも部分的に硬化済みのポリマー（複数可）の１つ又は組み合わせである。幾つかの実施例において、透明ハウジング１１４は、熱エネルギーを電気に変換する、及び／又は、熱エネルギーを循環熱吸収材料内に貯蔵することを意図される熱吸収体層１２７を包囲する。幾つかの実施例において、熱吸収体層１２７は、特定の波長範囲内の光を選択的に反射する。

幾つかの実施例において、３Ｄ光起電力充電システム１００は、中央３Ｄ充電システム１００上に搭載された１つ又は複数の３Ｄ充電システム１００を備える。

幾つかの実施例において、透明ハウジング１１４は、循環熱吸収材料によって光起電力層１１２の使用温度を下げるために冷却システム１２８も包囲する。幾つかの実施例において、成形スラブは、電気、熱、及び／又は湿気絶縁体である。

幾つかの実施例において、３Ｄ光起電力システム１００は、圧壊可能、折り畳み可能、入れ子式、及び／又は拡張可能透明ハウジング１１４内に収容された光起電力ユニット１１０を備える。幾つかの実施例において、支持ベース１３０は、光起電力ユニット１１０が収容されるヘリウム・ガス・バルーンである。幾つかの実施例において、透明ハウジング１１４は、光収集の改善及び／又は光制御の向上のためにドーム形又はプリズム状幾何形状等のパターンを有する。

幾つかの実施例において、３次元光起電力充電システム１００は、光を電流に変換するように構成される光起電力層１１２によって少なくとも部分的に覆われた鋸歯状表面を有する少なくとも１つの基板１２６を備える光起電力ユニット１１０であって、鋸歯状表面基板１２６及び光起電力層１１２は、収束表面法線１１９を有する、光起電力ユニットと、電力制御ユニット１２２を備える電力管理ユニット１２０であって、光起電力層１１２からの電流を受け取り管理するように構成される、電力管理ユニット１２０と、光起電力ユニット１１０及び電力管理ユニット１２０を受け取る支持ベース１３０と、光起電力層１１２を少なくとも部分的に絶縁する少なくとも部分的に透明なハウジング１１４とを備える。

幾つかの実施例において、光起電力層１１２によって少なくとも部分的に覆われた鋸歯状表面を有する基板１２６は、光を収集し変換するために使用される。幾つかの実施例において、３Ｄ光起電力充電システム１００は、光起電力層１１２によって少なくとも部分的に覆われた鋸歯状表面を有する基板１２６を有する光起電力ユニット１１０と、電力制御ユニット１２２を有する電力管理ユニット１２０と、光起電力ユニット１１０及び電力管理ユニット１２０を受け取るための支持ベース１３０とを備える。

鋸歯状表面基板１２６、したがって、光起電力層１１２カバーリングは、カバーリング表面法線１１９を有することができる。表面法線は、０度と１８０度との間に及ぶ、相対的角度、すなわち、相対的表面法線角度１３９に配向した。表面法線１１９は、表面Ｓの任意の所与の点Ｐの単位ベクトルとして規定され、その単位ベクトルは、Ｐにおける接平面に垂直である。平面多角形の全ての表面法線は、平行、すなわち、表面法線相対的角度０度である。対照的に、固体球の表面法線は、全ての方向に離れて指す。球の対向端上の２つのスポットを特徴付ける２つの表面法線は、相対的角度１８０度、すなわち、逆平行を有する。表面法線の配向は、表面が「向く（ｆａｃｅ）」方向を示す。幾つかの実施例において、光起電力層１１２は透明ハウジング１１４内で絶縁され、光起電力層１１２は光を電流に変換し、それにより、電流は、電力管理ユニット１２０によって受け取られ管理される。

幾つかの実施例において、同一の表面法線を有する光起電力層１１２の部分は電気接続される。幾つかの実施例において、光起電力層１１２は、印刷された導電性表面、すなわち、配線のネットワーク上に印刷される。幾つかの実施例において、印刷された配線は、同一の表面法線を有する光起電力層１１２の部分を接続し、それらを、異なる表面法線を有する他の部分から分離するように設計される。幾つかの実施例において、電力管理ユニット１２０の電力制御ユニット１２２は、光起電力層の異なる部分を、独立「ゾーン（ｚｏｎｅ）」として離散的に分割し管理する。

本明細書の用語「鋸歯状表面（ｓｅｒｒａｔｅｄ ｓｕｒｆａｃｅ）」は、表面に切り込まれた及び／又はその上に作成された複数の（２つ以上の）刻み目を指す。「光起電力層１１２によって少なくとも部分的に覆われた鋸歯状表面を有する基板１２６（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ １２６ ｗｉｔｈ ａ ｓｅｒｒａｔｅｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｃｏｖｅｒｅｄ ａｔ ｌｅａｓｔ ｐａｒｔｉａｌｌｙ ｂｙ ａ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｌａｙｅｒ １１２）」は、ソーラー集光器パネルを含まず、光起電力層１１２は、集光された光が変換される、鋸歯状で凹状の刻み目の内部に位置決めされる。本教示において、光起電力層１１２を記述する表面法線１１９は、収束性及び／又は発散性である。ソーラー集光器パネル内の光起電力表面法線１１９は、全て平行、同一平面上、又はゼロ度の相対的表面法線角度１３９であり、全て、１つ又は複数の集光器レンズに向かって半径方向に配向する。

用語「光起電力層１１２によって少なくとも部分的に覆われた鋸歯状表面を有する基板１２６」は、折り紙ソーラー構造等の、外部刺激によって構造及び幾何形状を変化させる平滑且つ均一表面を指すことができる。

幾つかの実施例において、「鋸歯状表面を有する基板１２６（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ １２６ ｗｉｔｈ ａ ｓｅｒｒａｔｅｄ ｓｕｒｆａｃｅ）」は、薄フィルム光起電力層１１２を支持する。薄フィルム光起電力層１１２は、均一に噴霧された有機光起電力材料とすることができる。幾つかの実施例において、薄フィルム光起電力層１１２は、透明導電性酸化物等の後及び／又は前導体層（複数可）、ＺｎＴｅ等のバック・コンタクト、及びＣｄＴｅ等の吸収層を含む副層のホストを備える。幾つかの実施例において、薄フィルム光起電力層は、反射防止材料で被覆される。幾つかの実施例において、透明ハウジングは、反射防止材料で被覆される。幾つかの実施例において、光起電力層は、封入層によって絶縁される。

幾つかの実施例において、３Ｄ光起電力充電システム１００は、固定「面（ｆａｃｅ）」方向１４３を持って静止している。「面」は、光がそこを通してシステムに入る開放窓１２９又はアパーチャを指す。幾つかの実施例において、３Ｄ光起電力充電システム１００は、北半球において永久的に南を「向く（ｆａｃｅ）」ように位置決めされ、その逆も同様である。

図５を参照すると、幾つかの実施例において、光追尾３Ｄ光起電力充電システム２００は、少なくとも部分的に透明なハウジング１１４と、光を電流に変換するように構成される複数の同一平面上にない光起電力表面１１３を有する光起電力ユニット１１０であって、複数の同一平面上にない光起電力表面１１３は、少なくとも部分的に透明なハウジング１１４内で少なくとも部分的に絶縁される、光起電力ユニット１１０と、電力制御ユニット１２２を備える電力管理ユニット１２０であって、複数の同一平面上にない光起電力表面１１３からの電流を受け取り管理するように構成される、電力管理ユニット１２０と、光束の変化を引き起こし、それにより、電流の変化を引き起こす手段であって、電流の変化は電力制御ユニット１２２によって監視される、手段とを備える。

用語「光束」は、入射電磁放射の量を指す。幾つかの実施例において、複数の同一平面上にない光起電力表面１１３は、或る割合の入射光束（電磁エネルギー）を電気（電気エネルギー）に変換する。変換されるエネルギーの割合を決定する幾つかの物理的パラメータは、放射周波数、強度、及び入射角度を含む。

幾つかの実施例において、少なくとも或る割合の複数の同一平面上にない光起電力表面１１３は、配向が変化し、光束の変化を引き起こす。幾つかの実施例において、配向の変化は、複数の離散的且つ同一平面上にない光起電力層１１２の２つの隣接層間の相対的距離１１５及び相対的角度１４４の少なくとも一方の変化を含む。幾つかの実施例において、光束の変化は、開放窓１３７の変化によって引き起こされる。幾つかの実施例において、光起電力ユニット１１２は、光を電流に変換するように構成される光起電力層１１２によって少なくとも部分的に覆われた鋸歯状表面を有する少なくとも１つの基板１２６を備え、鋸歯状表面及び光起電力層は、相対的角度で配向した収束表面法線１１９を有する。

幾つかの実施例において、３Ｄ光起電力充電システム２００は、光源を追尾することができ、或る相対的距離１１５及び或る相対的表面配向１１７で位置決めされた複数の同一平面上にない光起電力表面１１３を有する光起電力ユニット１１０を備える。光起電力表面１１３は、透明ハウジング１１４内で絶縁される。幾つかの実施例において、３Ｄ光起電力充電システム２００は、電力制御ユニット１２２を有する電力管理ユニット１２０をさらに備えることができる。幾つかの実施例において、３Ｄ光起電力充電システム２００は、電力貯蔵ユニット１２４を有する電力管理ユニット１２０をさらに備えることができる。幾つかの実施例において、３Ｄ光起電力充電システム２００は、光起電力ユニット１１０との相対的配向で位置決めされたアンカー・ベース１４０、すなわち、光起電力ユニットとアンカー・ベースの相対的配向１４４を備えることができ、光起電力表面１１３は、光を電流に変換し、電流は、電力管理ユニット１２０によって受け取られ管理され、光起電力ユニット１１０とアンカー・ベース１４０の相対的配向、すなわち、光起電力ユニットとアンカー・ベースの相対的配向１４４の変化は、光束の変化による電流の変化を引き起こす。電流の変化は、電力制御ユニット１２２によって監視され、アンカー・ベース１４０は、物体にしっかり固定される。

幾つかの実施例において、光起電力ユニット１１０とアンカー・ベース１４０の相対的配向１４４は、アンカー・ベース１４０上の参照点と光起電力ユニット１１０「面」方向１４３との間の角度と考えられる。

１つの実験において、図１の３Ｄ光起電力充電システムの出力は、固定南面方向１４３において７月の日の午前９時に測定された。同じ実施例は、その後、その軸に沿って手動で回転され、出力が再び測定された。南に固定された位置から太陽の経路に直接沿う位置に向くような実施例の単一軸回転が、その時刻においてその出力を２倍にすることをもたらしたと判定された。改善は、空の太陽の位置、すなわち、時刻の関数であることが見出された。

幾つかの実施例において、３Ｄ光起電力充電システム２００は、空の太陽に向くために、円筒の軸に沿って回転する円筒形構造である。幾つかの実施例において、光起電力ユニット１１０を少なくとも部分的に閉囲するアンカー・ベース１４０に接続された反射表面１３２が存在する。反射表面１３２は、光起電力ユニット１１０に対して相対的配向で配向する。反射表面１３２の或る相対的配向の変化は、光束を変化させ、光起電力ユニット１１０によって発生される電力の変化を引き起こす。

「光追尾３Ｄ光起電力充電システム２００（ｐｈｏｔｏ－ｔｒａｃｋｉｎｇ，３Ｄ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｃｈａｒｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ２００）」における用語「光起電力表面（ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｓｕｒｆａｃｅｓ）」は、多面で同一平面上にない光起電力表面を指す。その用語は、３次元積層光起電技術の一般的な概念を指し、３次元積層光起電技術は、
ａ）１ナノメートルより長い距離及び０度～３６０度に及ぶ相対的角度を有する複数の離散的且つ同一平面上にない光起電力層１１２、及び、
ｂ）光起電力層１１２によって少なくとも部分的に覆われた鋸歯状表面を有する基板１２６
を含む。

幾つかの実施例において、光追尾３Ｄ光起電力充電システム２００の電力制御ユニット１２２は、光起電力ユニットとアンカー・ベースの相対的配向１４４における第１の最大電力点を監視し計算する。電力制御ユニット１２２は、その後、光起電力ユニットとアンカー・ベースの第１の相対的配向１４４における変化１４２を中継し、第２の最大電力点を計算する。電力制御ユニット１２２は、このプロセスを継続して、光起電力ユニットとアンカー・ベースの最適な相対的配向１４４を決定する。

幾つかの実施例において、光追尾のために、電力制御ユニット１２２は、光起電力ユニットとアンカー・ベースの第１の相対的配向１４４の変化１４２を中継する。幾つかの実施例において、変化はモーターによって実施される。幾つかの実施例において、モーターは、支持シャフト、ベルト、チェーン、ストリング、レール、ヒンジ、又はピストンによって光起電力ユニット１１０に接続される。幾つかの実施例において、光起電力ユニットとアンカー・ベースの相対的配向１４４は、油圧ピストン、ばね、又はロッドによって搭載点で変更される。

幾つかの実施例において、電力管理ユニット１２０は電力制御ユニット１２２を備える。幾つかの実施例において、電力制御ユニット１２２は、モノのインターネット（ＩｏＴ）サブシステム、電力インバーター・サブシステム、電流スイッチ、回路遮断器、抵抗器、ケーブル、電力変換器、能動及び受動センサ、電力送信機、電気プラグ、ディスプレイ、発光ダイオード、及び電力追尾サブシステムのリストから選択された構成要素を備える。幾つかの実施例において、電力制御ユニット１２２は、モーター等の能動追尾サブシステムを含む。他の実施例において、電力制御ユニット１２２は、油圧アクチュエータとして働くために、パラフィン・ワックス等の受動追尾サブシステムに依存する。

他の実施例において、電力管理ユニット１２０は電力貯蔵ユニット１２４をさらに備える。幾つかの実施例において、電力貯蔵ユニット１２４は、電気、電気機械、電気化学、電気生物学、及び電熱電力ストレージのリストから選択される。

幾つかの実施例において、３Ｄ光起電力充電システム２００は、光起電力ユニットとアンカー・ベースの第１の相対的配向１４４の変化１４２等の１つ又は複数の自由度で、１つのアンカー・ベース１４０に搭載された複数の３Ｄ光起電力充電システム１００を備える。アンカー・ベース１４０は、電力出力の改善のために１つ又は複数の３Ｄ光起電力充電システム１００を移動させる。幾つかの実施例において、３Ｄ光起電力充電システム２００は、中央３Ｄ光起電力充電システム１００上に搭載された複数の３Ｄ光起電力充電システム１００を備える。

実施例の上記説明は、例証及び説明のために提供された。網羅的であること又は本開示を限定することは意図されない。特定の実施例の個々の要素及び特徴は、一般に、その特定の実施例に限定されるのではなく、適用可能である場合、特に示されないか又は説明されない場合でも、交換可能であり、選択された実施例で使用され得る。同じことは、多くの方法によって変更されることもできる。そのような変形は、本開示からの逸脱と見なされず、全てのそのような修正は、本開示の範囲内に含まれることが意図される。

Claims (20)

1. ３次元光起電力充電システムであって、
   光を電流に変換するように構成される複数の離散的且つ同一平面上にない光起電力層を有する光起電力ユニットであって、前記複数の離散的且つ同一平面上にない光起電力層の隣接層は、前記隣接層間に或る距離及び或る相対的角度を有する、光起電力ユニットと、
   電力制御ユニットを有する電力管理ユニットであって、前記複数の離散的且つ同一平面上にない光起電力層からの電流を受け取り管理するように構成される、電力管理ユニットと、
   前記光起電力ユニット及び前記電力管理ユニットを受け取る支持ベースと、
   前記複数の離散的且つ同一平面上にない光起電力層を少なくとも部分的に絶縁する少なくとも部分的に透明なハウジングと
   を備える、光起電力充電システム。
2. 前記複数の離散的且つ同一平面上にない光起電力層は、無機材料、有機材料、又はその組み合わせからなる群から選択された材料から作られる、請求項１に記載の光起電力充電システム。
3. 前記電力管理ユニットは、電力貯蔵ユニットをさらに備える、請求項１に記載の光起電力充電システム。
4. 前記複数の離散的且つ同一平面上にない光起電力層は、少なくとも部分的に透明である、請求項１に記載の光起電力充電システム。
5. 前記複数の離散的且つ同一平面上にない光起電力層は、封入、絶縁、誘電体、透明、反射、反射防止、伝導、分散、拡散、屈折、及びプリズム状の材料からなる群から選択された材料で少なくとも部分的に被覆される、請求項１に記載の光起電力充電システム。
6. 前記複数の離散的且つ同一平面上にない光起電力層のうちの少なくとも１つの層は置換可能である、請求項１に記載の光起電力充電システム。
7. 前記複数の離散的且つ同一平面上にない光起電力層は、成形誘電体スラブ内に少なくとも部分的に収納される、請求項１に記載の光起電力充電システム。
8. 前記複数の離散的且つ同一平面上にない光起電力層の隣接層間の距離は、光反射材料、誘電体材料、電気伝導体、熱伝導体、光透過材料、光吸収材料、集光器、光拡散材料、ゲル、ペースト、液体、オイル、水、樹脂、ポリマー、熱硬化性ポリマー、光硬化性ポリマー、熱クーラント、熱吸収材料、熱分散材料、エア・ポケット、発光材料、エレクトロルミネセント材料、及びフォトルミネセント材料からなる群から選択された材料で少なくとも部分的に充填される、請求項１に記載の光起電力充電システム。
9. 前記電力制御ユニットは、モノのインターネット（ＩｏＴ）サブシステム、電力インバーター・サブシステム、電流スイッチ、回路遮断器、電力変換器、能動及び受動センサ、電力送信機、電気プラグ、ディスプレイ、発光ダイオード、及び電力追尾サブシステムからなる群から選択された構成要素を備える、請求項１に記載の光起電力充電システム。
10. 前記少なくとも部分的に透明なハウジングは、光反射、光分散、光吸収、光誘導、及び光拡散材料からなる群から選択された表面内に少なくとも部分的に閉囲される、請求項１に記載の光起電力充電システム。
11. 前記支持ベースは、搭載用ポール、ポスト、コンクリート基礎、ボラード、アンカー、フレーム、搭載用ブラケット、クランプ、レール、磁気プレート、ロープ、チェーン、ワイヤ、ケーブル、アーム、レグ、フック、マスト、ハンガー、ストラット、搭載用ファスナー、ウォール・マウント、及びベルトからなる群から選択される、請求項１に記載の光起電力充電システム。
12. ３次元光起電力充電システムであって、
    光を電流に変換するように構成される光起電力層によって少なくとも部分的に覆われた鋸歯状表面を有する少なくとも１つの基板を有する光起電力ユニットであって、前記鋸歯状表面基板及び前記光起電力層は、収束表面法線を有する、光起電力ユニットと、
    電力制御ユニットを有する電力管理ユニットであって、前記光起電力層からの電流を受け取り管理するように構成される、電力管理ユニットと、
    前記光起電力ユニット及び前記電力管理ユニットを受け取る支持ベースと、
    前記光起電力層を少なくとも部分的に絶縁する少なくとも部分的に透明なハウジングと
    を備える、光起電力充電システム。
13. 前記電力管理ユニットは、電力貯蔵ユニットをさらに備える、請求項１２に記載の光起電力充電システム。
14. 前記鋸歯状表面は、外部刺激に応答して形状を変更するように構成される、請求項１２に記載の光起電力充電システム。
15. 前記少なくとも部分的に透明なハウジングは、成形誘電体スラブである、請求項１２に記載の光起電力充電システム。
16. 光追尾３Ｄ光起電力充電システムであって、
    少なくとも部分的に透明なハウジングと、
    光を電流に変換するように構成される複数の同一平面上にない光起電力表面を有する光起電力ユニットであって、前記複数の同一平面上にない光起電力表面は、前記少なくとも部分的に透明なハウジング内で少なくとも部分的に絶縁される、光起電力ユニットと、
    電力制御ユニットを有する電力管理ユニットであって、前記複数の同一平面上にない光起電力表面からの電流を受け取り管理するように構成される、電力管理ユニットと、
    アンカー・ベースとを備え、前記アンカー・ベースは、物体に固定され、前記光起電力ユニットに対して或る配向で位置決めされ、前記アンカー・ベース及び前記光起電力ユニットの少なくとも一方が他方に対して可動であるように構成されて、前記光起電力ユニット及び前記アンカーユニットの相対的配向の変化をもたらし、光束の変化による電流の変化を引き起こし、それにより、電流の変化を引き起こし、電流の変化は前記電力制御ユニットによって監視される、光追尾３Ｄ光起電力充電システム。
17. 前記光起電力ユニットの配向の変化は、前記電力制御ユニットによって中継される、請求項１６に記載の光追尾３Ｄ光起電力充電システム。
18. 前記光起電力ユニットは、複数の離散的且つ同一平面上にない光起電力層を備え、配向の前記変化は、前記複数の離散的且つ同一平面上にない光起電力層の２つの隣接層間の相対的距離及び相対的角度の少なくとも一方の変化を含む、請求項１６に記載の光追尾３Ｄ光起電力充電システム。
19. 前記電力管理ユニットは、電力貯蔵ユニットをさらに備える、請求項１６に記載の光追尾３Ｄ光起電力充電システム。
20. 前記光起電力ユニットは、光を電流に変換するように構成される光起電力層によって少なくとも部分的に覆われた鋸歯状表面を有する少なくとも１つの基板を備え、前記鋸歯状表面及び前記光起電力層は、相対的角度で配向した収束表面法線を有する、請求項１６に記載の光追尾３Ｄ光起電力充電システム。