本特許出願は、2016年4月12日に出願された米国仮特許出願第62/321,287号からの優先権を主張する、2017年4月11日に出願された米国非仮特許出願第15/484,762号からの優先権を主張する一部継続出願であり、それらの開示は、それらの全体が参照により本明細書に組み込まれる。
図に示される非限定的な実施形態は、ダイヤモンド形壁部を作るのに含まれる一連の製造および組み立て工程を説明する。この実施形態の様々な要素は、特定の測定値を用いて説明され得る。他の実施形態では、上記要素の寸法は、それに応じて、例えば、より小さいかまたはより大きなダイヤモンド形壁部を製造ために調整され得る。さらなる実施形態では、一連の製造および組み立て工程は、並べ替えることができ、様々な工程を組み合わせるおよび/または省略することができる。
角錐形状は、強度および表面積増加を含む多くの利点を有する。角錐壁システムの裏にある1つの主要なアイデアは、3つの内容から成る:
1)電力に関して自立する、軽量で安価なモジュラーシステムの構築。
2)そのシステムのエネルギー蓄積容量およびそのシステムのソーラーパネルの効率向上。ソーラーパネルの角錐構成は、ソーラーエネルギーに曝されるソーラーパネル表面積を38%増加させる。
3)上記曝される内側/外側角錐パターンは、飛行を延ばすために使用されるゴルフボール上のくぼみのアイデアと同様に、トラクタートレーラの側壁上の風抵抗を減少させる。削減された抵抗だけで、車両1台あたり少なくとも11%の年間燃料費を節約できる。
上記角錐壁システムは、限定されるものではないが、四面体(3つの側面と底面とを有する角錐)、直方錐(4つの側面と底面)、立方体、直方体などを含む、多くの異なる幾何学的形状(多面体)を形成する構造フレームワークに適応可能である。壁部は、上記構造体の各面を支持するフレームの境界縁部を形成するために、さらに区分されていてもよい。
図1に示される角錐金型コア100は、炭素繊維筐体を製造するために使用される基礎型である。角錐金型コア100は、熱溶解積層法(Fused Deposition Modelling)(FDM)とも呼ばれる、融着フィラメント製法(Fused Filament Fabrication)(FFF)と呼ばれるプロセスを用いて熱可塑性物質で3D印刷され得る。このプロセスでは、プラスチックフィラメントは、押出機に供給され、押出機はそれを溶融し、ノズルを通して供給する。上記フィラメントは、補強および寸法安定性のためにさらに加えられた複合繊維を有し得る。3Dモデルからのデータは、押出機ヘッドの経路、該経路の速度、材料の流速、および温度を決定するコードに変換される。上記押出機ヘッドは、デュアルガントリ機構に取り付けられ、サーボモーターがX、Y、Z軸に沿った様々な点でレベルビルドプレート(level build plate)上に押出機ヘッドを配置できるようにする。各々が独立して制御される2つ以上の押出機ヘッドがあってもよい。
上記角錐金型コア100は、格子状の内部を有する部分的に中空なものであってもよく、または剛性のために固体充填および/または電気めっきされていてもよい。上記筐体の「フットプリント」110は、対角線が29インチ×18インチ弱、かつ、厚さ2インチのダイヤモンド形状をしている。それは、各底面から頂点まで高さ5インチ弱である、4組の角錐形状ボス120を支持する。金型コア100全体は、一部品とすることができる。
図2は、筐体を製造するために使用される炭素繊維シート200を示す。炭素繊維またはその同等物は、従来の材料および構築方法を上回るいくつかの利点を有する。炭素繊維またはその同等物は、木材または金属よりも軽く、強く、耐久性があり、これら材料では不可能な形状に形成することができる。炭素繊維またはその同等物の厚さは、1mmから1.75mmであり得る。炭素繊維シート200は、配置されるときに継ぎ目が位置する場所および/または開口部を提供する場所に基づくパターンに切断され得る。図3において、上記炭素繊維シート200は、角錐金型コア100の形状となるように真空成形される。
図4は、雄型導電性フレーム400を示す。このフレーム400は、無線ユニットを作成し、複合筐体内に埋め込まれることによって長期損傷の可能性を低減する。雄型-A-導電性フレームと呼ばれるこのフレーム400は、角錐壁の外形に従う。図5から図17に示されるように、上記フレーム400は、2つの部分から構成される材料で3D印刷される。第一の材料は、外側シェル(500)、ならびに(導電層間で交互に現れる)第一の絶縁層および第二の絶縁層を形成する絶縁熱可塑性プラスチックである。第二の材料は、非限定的な一例として、グラフェン注入熱可塑性物質などの導電性のもので有り得る。第二の材料は、第一の導電層および第二の導電層、ならびにエアフローを可能にする中空の軽量内部構造体である「バードボーン」コア1300を形成する。
このバードボーンコア1300は、わずかな重量で強度を増大させる構造部品である。バードボーンコア1300はまた、電流フローを増加させる上記格子を通って低圧ガスが流れる際に正のイオン電流を与えるエアフロー(例えば、不活性ガスフロー)を提供する。後述するように、上記バードボーンコア1300は、ソーラーパネル1800を有する部分のために導電性経路も提供する。
一つの非限定的な実施形態では、ロッキングポスト1660がダイヤモンド形部分に接続できるように、外側シェル500は、上面に沿ってポストスロット510を有する。この設計は、背中合わせの壁部の間の空間が制限される場合に使用され得る。
別の非限定的な実施形態では、ポスト/スロットの組み合わせは、空間がそれほど限定されない場合、外側シェル500の一部であり得る。ポストスロット510は、側面に切り込まれたブラインドチャネル(blind channel)を有する隆起した円筒形ポストと置き換えられる。チャネルの外形は、丸みを帯びた内面を有する「T」字形断面を有する(元々のポストスロット510については図14、図40、図83、図87、図88および図97を参照)。ロッキングポスト1660は、これらのチャネルの中に収まる「T」字形ポストを作成するために、肩付き円筒形ボスで置き換えられ得る。(元々のロッキングポスト1660については、図36から図39、図85、図87および図88を参照)。
この非限定的な実施形態では、上記フレーム400は、導体および絶縁体の様々な層を切り込むスロットフィーチャーを取り除くことによって大幅に簡略化される(図14参照)。側面に沿った「V」字形ボス520および溝530は、位置合わせおよび固定の助けになる。4組のボールソケットボス540は、パネルラックプラグを第一の導電層および第二の導電層に接続する。長い対角線に沿った各角部には、第一の導電層900のためのコネクタタブ560と第二の導電層1200のためのコネクタタブ570との間に開放矩形スロット550がある。次に、上記フレーム400は、原料炭素繊維材料200の上に置かれる。
図5は、フレーム400の断面500を強調している。図06から図13は、この断面の様々な構成要素およびフィーチャーを取り出す。
図6は、この断面の「V」字外形の半分を有する外側シェル部600を示す。ここでは、ボールソケットボス540およびボールソケットスナップフィット700が示されている。それらは、絶縁熱可塑性物質で作られ得る。
図7は、パネルラックプラグのボールジョイント2150を固定するために使用される、ボールソケットスナップフィット700のうちの1つの詳細を示す(図61を参照)。ボールソケットスナップフィット700は、ボール形状のプラグに適合するのを助け、次いで、所定の位置にあるときにボール形状のプラグを係合させるために、3つのレリーフスロットを有する球形の空洞を有する。
図8は、上記外側シェルと同じ材料である第一の絶縁層800を示す。第一の絶縁層800は、第一の導電層の外形に従うため、外側シェルと区別することができる(図9参照)。この非限定的な実施形態では、上記材料の厚さは、1/32インチ程度である。
図09は、グラフェン注入/埋め込み熱可塑性物質(または同等物)で印刷し得る第一の導電層900を示す。この層900は、負電荷を伝導し、円錐形状のレセプタクル1000で終端し、この非限定的な実施形態では、この層900の厚さは、1/32インチ程度であり得る。
図10では、プラグ先端部のための円錐形状のレセプタクル1000の詳細が示される。これは、ボールジョイント2150(図61参照)が、ボールソケットスナップフィット700のボールソケットボス540の内部でボールソケットスナップフィット700中の所定の位置にある際の、第一の導電層900のための電気接点である。
図11に示される上記第二の絶縁層1100は、外側シェル600および第一の絶縁層800と同じ材質である。この第二の絶縁層1100は、上記第一導電層900と第二の導電層1200との間に挟まれ、この非限定的な実施形態では、該第二の絶縁層1100の厚さは、1/32インチ程度である。
図12は、第二の導電層1200を示す。この層1200は、正電荷を伝導することを除いて上記第一の導電層900と同じ材質であり、円錐形状のレセプタクル1210で終端する。上記層1200は、「バードボーン」コア1300(図13に示す)のシェルとみなすことができるが、第二の絶縁層1100の外形に従うので区別される。この非限定的な実施形態では、第二の導電層1200の厚みは、1/32インチ程度である。
図13のバードボーン部1300もまた、上記第一の導電層900および上記第二の導電層1200と同じ材質であり、正電荷を運ぶ。このコア1300の形状は、軽量であり、かつ、エアフローを可能にしながらある程度の構造的補強を提供するために、バードボーンのように、中空かつ有機物のものであってもよい。
図14は、フレームの層の別の断面を端面図で示す。中心1400から始まり、「バードボーン」1300は正に帯電される。中心1400を囲むのは、第二の導電層1200であり(正に帯電される)、次いで第二の絶縁層1100であり、次いで第一の導電層900であり(負に帯電される)、次いで第一の絶縁層800であり、最後に、外側のシェル600である。ポストスロット510は、画像の上部に示されている。(この例では、第二の絶縁層1100は、例えば、限定的空間であるのに起因して、連続していないことに留意されたい。)
図15は、角部に開放矩形スロット550を有する雄型-A-導電性フレーム400の切り取り図を示す。これらのスロットは、パネル部同士が接続された際にパネル部間の低圧ガスの流れを可能にするための、導電性「バードボーン」コア1300内の開口部である。図16は、上記第一の導電層900のためのコネクタタブ560の分解図を示す。この層とこれらのタブとの外側境界は、第一の絶縁層800である。図17は、第二の導電層1200のためのコネクタタブ570の分解図を示す。この層とこれらのタブとの外側境界は、第二の絶縁層1100である。
図18は、真空成形された炭素繊維シート200上の所定の位置にある雄型-A-導電性フレーム400を示す。図19は、真空成形された炭素繊維シート200から成る第一の層に切り込まれた三つ一組の「鍵穴」スロット1500を1組示す。図20は、「鍵穴」スロット1500の外形の詳細を示している。各スロット1500の狭い部分は、それが所定の位置に置かれたときに、ソーラーパネル1800の背面にあるポスト1810の肩部を保持する。各角錐形状ボスについてスロット1500の組が4組あり、各炭素繊維筐体について合計4つの角錐形状ボスがある。図21は、フレーム400の周りと、フレーム400自体の上とを覆い込む準備をしている炭素繊維シート200の外縁部を示す。図22は、炭素繊維シート200の外縁部が引き上げられ、クランプ固定具1600のためのクリアランスを可能にするために上記筐体の「フットプリント」110を露出させた状態を示している。
図23は、長い対角線の角部(この図では反対側の角部が隠れている)にある炭素繊維シート200に切り込まれている2つの通気孔1700を示す。これらの切り込みは、開放矩形スロット550、コネクタタブ560およびコネクタタブ570のためのクリアランスを可能にするためのものである。図24は、通気孔1700の詳細を示す。
図25は、クランプベース1610を導入し、図26は4つの摺動動作スライド1620を導入し、図27は、クランプベース1610上に置かれた摺動動作スライド1620を示す。
図28は、クランプベース1610上の所定の位置にあるインラインクランプ1630を示す。図29は、インラインクランプハードウェア1640を導入する。4つのクランプのうちの1つは、既に所定の位置にあるハードウェアを有する。図30は、所定の位置にある、取っ手を下げて開いたクランプ固定具1600を示す。
図31は、ハンドルを上にして、摺動動作スライド1620に対して閉じた上記インラインクランプ1630を示す。図32は、上記雄型-A-導電性フレーム400上のV字形ボス520内への上記炭素繊維シート200に対するクランプ作用の詳細を示す。
図33は、炭素繊維シート200およびV字形ボス520を含むクランプ作用の影響を受ける領域のクローズアップされた詳細を示す。図34は、炭素繊維シート200が雄型導電性フレーム400の上部を覆い、第二の層で炭素繊維シート200がそれ自体の上に戻る領域のクローズアップされた詳細を示す。
図35は、炭素繊維シート200が、炭素繊維シート200自体の上を完全に覆って、第二の層を完成した状態を示している。図36は、第一の層への切り欠きではない、炭素繊維シート200の最上層への円形の切り欠き1650を示す。これは、ロッキングポスト1660を中に接着するための凹部を作成するためのものである。
図37は、ロッキングポスト1660を導入する。図38は、ロッキングポスト1660の底面側を見せる。これらの4つの面1670および/または上記円形の切り欠き1650の露出面には、ポスト1660を接着するためにそこに接着剤が塗布されている。図39は、所定の位置にある4つのロッキングポスト1660全てを示す。
図40は、上記ポストスロット510を露出させるために上記覆いがトリミングされた状態を示し、図41は、ボールソケットスナップフィット700を有するボールソケットボス540を露出させるために上記覆いがトリミングされた状態を示す。
図42は、真空成形された炭素繊維シート200から成る上記第二の層に切り込まれた三つ一組の楕円形スロット1820を1組示す。図43は、上記「鍵穴」スロット1500の上にある楕円形スロット1820の外形の詳細を示す。これらのスロット1820は、上記第一の層上の「鍵穴」スロット1500に対して位置合わせされ、所定の位置に置かれると、ソーラーパネル1800の背面にあるポスト1810のヘッドに対する止め具となる。各角錐形ボス120にはスロット1820、1500の組が4組あり、各炭素繊維筐体には合計4つの角錐ボス120がある。
図44は、完全な雄型側壁1900(マイナスソーラーパネル)およびV字形ボス520を示す。図45は、V字形溝530を示す向きに置かれた雄型側壁1900(マイナスソーラーパネル)を示す。
図46は、ソーラーパネル1800の挿入前の雄型側壁1900(マイナスソーラーパネル)の上側(内側)を示す。
図47は、単一のソーラーパネル1800が滑り込む面の切断図と共に雄型側壁1900に挿入されるように準備された単一のソーラーパネル1800と隣接する面とを示す。図48は、図47の切断図を示すが、長い対角線エッジ(long, diagonal edge)(短い対角線エッジを二分する平面に垂直)に沿って示す。図49は、図48と同じ切断図を有する雄型側壁1900内へ入って所定の位置にある上記単一のソーラーパネル1800を示す。
図50は、2つのソーラーパネルポスト1810の切断図の切り取り部詳細を示す。図50において、1つのソーラ-ポスト1810は、「キー溝」スロット1500の広い部分に挿入され、その肩部が楕円形スロット1820の一端に置かれている。図51は、ソーラーパネルポスト1810が、「キー溝」スロット1500の狭い部分の上でその肩部により所定の位置にロックされ、楕円形スロット1820の反対端に押し付けられた状態を示す。図52は、両方のポスト1810と、所定の位置にロックされたソーラーパネル1800の裏面上の補強タブ1830との詳細を示す。
図53は、相対位置にある4つのソーラーパネル1800のモジュール2000を示し、図54は、ソーラーパネルモジュール2000が雄型側壁1900内の所定の位置にロックされた状態を示す。
図55は、ソーラーパネルモジュール2000を接合し、該ソーラーパネルモジュール2000を上記第一の導電層900および上記第二の導電層1200に接続するために使用される接続ラック2100を示す。これらのラック2100は、露出ワイヤをなくし、損傷があれば容易に交換できるので、有用である。これらのラック2100は、並列に配置されるので、個々のラック2100は、電流フローを中断することなく交換することができる。
図56Aは、接続ラック2100の切断図を示す。図56Aは、接続ラック2100の接続ラック本体2110と、ソーラーラック正回路2120と、ソーラーラック負回路2130と、正リード2160と、負リード2170とを示す。図56Bは、明確化の目的で、抽出された回路の2つの図を示す。これらの抽出された回路は、左の図のソーラーラック正回路2120および正リード2160と、右の図のソーラーラック負回路2130および負リード2170である。
一つの非限定的な実施例では、上記接続ラック2100は、熱可塑性体でオーバーモールドされた金属導電回路2120、2130で構成されるであろう。別の非限定的な例では、上記構成要素は、デュアル押出機ヘッドで3D印刷されてもよい。このプロセスでは、上記本体2110は、絶縁熱可塑性物質を使用して印刷され、一方、第二の材料は、場合により、上記雄型導電性フレーム400と同様のグラフェン注入熱可塑性物質を使用して、上記導電回路2120、2130を作るであろう。さらに別の非限定的な実施例では、上記本体2110は、3D印刷されるか、または複数の部分に成形され、そして導電性ワイヤにロックされる。
図57は、雄型側壁1900に接合するために適切な方向に向けられた接続ラック2100を示す。図58は、上記雄型側壁1900で所定の位置にロックされた上記接続ラック2100を示す。図59は、接続ラック2100上の8つの戻り止めソケット2190のうちの1つの切断図詳細を示す。上記戻り止めソケット2190は、上記ソーラーパネルポスト1810上の導電性リードの球状先端部を保持するために使用される。この画像では、ソーラーパネル1800およびそのポスト1810は、戻り止めソケット2190の空洞を見せるにするために隠されている。
図60は、切断図詳細(図59に類似)を示す。ここで、上記ソーラーパネルポスト1810上の導電性リードの球状先端部は、戻り止めソケット2130にロックされると露出される。
図61は、接続ラック2100の切断図を示す。下部には、上記ボールソケットスナップフィット700(図7参照)に入る上記ボールジョイント2150の詳細がある。これらのスナップフィット700は、上記ソーラーラック正回路2120の露出された正リード2160、ならびに上記ソーラーラック負回路2130の露出された負リード2170を収容する。
図62は、ボールソケットスナップフィット700(接続ラック2100を隠した状態)の断面および露出した上記ソーラーパネルポスト1810の詳細を示す。
図63は、(図60に類似するが)上記ボールスナップフィット700にロックされた上記ボールジョイント2150を見せる図と、所定の位置にあるソーラーパネルポスト1810を露出させている上記接続ラック2100の切断図とを示す。
図64は、ソーラーパネル部の背面を完成するために、3つの残りの接続ラック2100を導入する。図65は、4つ全ての接続ラック2100が所定の位置にロックされた状態を示す。
図66は、分離され、所定の位置にロックされる準備が整った4つのソーラーパネル2000の第二モジュールを示す。図67は、所定の位置にロックされた4つのソーラーパネル2000の第二モジュールを示す。図68は、雄型ソーラーパネル部2300の完成したアセンブリを露出されたソーラーパネル側から示す。
図69は、ソーラーパネル1800および透明ケーシング1840の詳述される領域(図70に示される)を示す。このケーシングは、パネル1800の外側表面上の波形パターン屈折段で構成される。一つの非限定的な実施形態では、光起電性(PV)ソーラーパネル1800上のセルは、それぞれ異なる材料を割り当てられる複数の押出機ヘッドで3D印刷される。第一の押出機は、絶縁性バッキング材を印刷する。第二の押出機は、導電性インクを使用して、下部の正のセル層用の導電性経路を印刷する。第三の押出機は、正に「ドープ」された半導体層を印刷し、第四の押出機は、負にドープされた半導体層を印刷する。上記第二の押出機は、再導入されることが可能であり、負の最上層のための導電性経路を印刷する。
一つの非限定的な実施形態では、構造形態の種々のレベルで、印刷は、部品を挿入するために停止され、再始動され、次いで、集積回路すなわちICに組み入れられる部品を封入する。このICは、電流の逆流を防止し、個々のセルが損傷した場合に電気の継続を可能にするために、並列に配置されたバイパスダイオードとブロッキングダイオードとで構成されるジャンクションボックスであってもよい。別の非限定的な実施形態では、セルが印刷されるのと同様にそれぞれ別個の材料を有する複数の押出機ヘッドを使用して、ICサブアセンブリ全体を一度に3D印刷することができる。
図70は、図69において参照されるように、上記パネルのケーシング上の波形パターンの透明屈折段1840を強調した詳細を示す。これらの段は、太陽光に曝される表面積を増加させる。一つの非限定的な実施形態では、このケーシングは、光学的品質ポリマーを使用して射出成形部品として製造され、次いで研磨される。次いで、縁部が、上記セルの最上層に接着され、上記ソーラーパネル1800を完成する。別の非限定的な実施形態では、上記ケーシングは、光造形(SLA)などの異なるプロセスを使用して3D印刷され、次いで、屈折段1840を精緻化するために研磨される。
図71は、雌型-B-壁部2400を接続ラック側から示す。図72は、組み合わされた雌型コネクタ端部2410の詳細を示す。図73は、雌型第一導電層2430のコネクタ端部の詳細を示す。(雌型第一絶縁層は隠されている。)
図74は、雌型第二絶縁層2440および右側にその補強接続シース2450の詳細を示す。図75は、コネクタ端部の雌型第二導電層2460の詳細を示す。
図76は、雌型第一導電層2430の分離されたコネクタ端部の詳細を示す。図77は、分離された雌型第二絶縁層2440および右側にその補強接続シース2450の詳細を示す。図78は、雌型第二導電層2460の分離されたコネクタ端部の詳細を示す。
図79は、相対位置にある雄型-A-壁部2300と雌型-B-壁部2400とをコネクタ側から示す。
図80Aは、-A-雄型コネクタ端部(組み合わされた550、560および570)、-B-雌型コネクタ端部2410、嵌合角部における切り抜き通気孔1700、V字形ボス520、V字形溝530およびOリング溝580の詳細を示す。図80Bは、Oリング溝580の拡大図を示す。これは、壁部をまとめて密封し、何れの側にも湿気が侵入しないようにするために使用される。溝表面は、密封を強化するために接着剤でコーティングされてもよい。図80Cは、上記Oリング溝580および上記Oリング590を露出する角部の断面を示す。
図81は、コネクタ側から見た、モジュラーアレイ2500内の所定の位置にロックされた雄型2300-A-壁部および雌型2400-B-壁部を示す。図82は、コネクタ側から見た(ここでは下面に垂直)、上記モジュラーアレイ2500内の所定の位置にロックされた雄型-A-および雌型-B-壁部2300、2400の代替図を示す。
図83は、ポストスロット510を形成する-A-部および-B-部の接合部2510の切り取り部詳細を示す。図84は、横方向に分解された-A-部および-B-部の接合部2510の切り取り部詳細を示す。
図85は、上記モジュラーアレイ2500に接合するために適切な方向に向けられたバッキング壁部からのロッキングポスト1660と共に、横方向に分解された-A-と-B-との接合部2510の切断二軸側視図(cutaway dimetric view)を示す。図86は、短い対角線エッジを二分する平面に垂直な、図85におけるアセンブリの代替図を示す。図87は、互いに接合された-A-と-B-との接合部2510を示す。ロッキングポスト1660は、ポストスロット510に挿入され、バッキング壁部をモジュラーアレイ2500に接合するために適切な方向に向けられている。図88は、短い対角線エッジを二分する平面に垂直な断面図から、上記ポストスロット510内に固定された上記ロッキングポスト1660を示し、図89は、図88の向きから90°回転した断面図を示す。
図90は、ソーラーパネル側から、上記モジュラーアレイ2500を示す。
図91は、上記モジュラーアレイ2500およびバッキング壁部の側面図を示す。この非限定的な実施形態では、このバッキング壁は、コンデンサ壁部2900となる。図92は、所定の位置にあるコンデンサ壁部2900と共に、モジュラーアレイ2500の長い対角線に沿った側断面図を示す。
(モジュラーアレイ2500およびコンデンサ壁部2900などの)背中合わせの壁部が摺動して離れるのを防止するために、磁気固定ポスト3000が使用される。これらのポスト3000の本体3010は、熱可塑性物質から作られ、その中に接着された希土類NdFeBロッキング磁石3020を有する。
図93Aは、磁気固定ポスト3000の本体3010を示す。図93Bは、磁気固定ポスト3000の分解図を示す。上部に磁気固定ポスト3000の本体3010があり、下部に希土類NdFeBロッキング磁石3020がある。図93Cは、希土類NdFeBロッキング磁石3020が内側に接着され、該希土類NdFeBロッキング磁石3020のS極3030が外側を向くように組み立てられた磁気固定ポスト3000を示す。図93Dは、磁気固定ポスト3000を、その矩形貫通孔3050の明確な図とともに示す。
図94は、組み立て準備が整っている磁気固定ポスト3000が見える、図92に類似する図を示す。
図95Aは、磁石挿入工具3040を示す。工具本体は、磁気固定ポスト3000がぐらつくのを防止するために矩形の外形を有し、ポストの本体3010の矩形貫通孔3050内に滑り込む。また、上記工具3040は、ポスト3000が挿入される際に後方に滑るのを防止するために、一方の端部に向かって肩止め具3060を有する。図95Bは、磁石挿入工具3040上の肩止め具3060に対して所定の位置に滑り込まされた磁気固定ポスト3000を示す。そして、図95Cは、磁気固定ポスト3000のロッキング磁石3020のS極3030を露出させる磁石挿入工具3040上の磁気固定ポスト3000の下面を示す。
図96は、-A-と-B-との接合部2510の断面の切り取り図と上に磁気固定ポスト3000が載せられ挿入される準備が整っている上記挿入工具3040とを示す。
図97は、ポストスロット510内の鋼製凹部3080内に磁石を保持するために使用される小型鋼製保持ディスク3070の導入と共に、図96と同様の図を示す。図98は、上記鋼製凹部3080内に接着された上記小型鋼製保持ディスク3070を示す。図99は、上記小型鋼製保持ディスク3070に磁気的に固定された上記ロッキング磁石3020のS極3030と共に、所定の位置にロックされた磁気固定ポスト3000を示す。
図100は、サンプル構造バッキング(ここではコンデンサ壁部2900)でロックされたモジュラーアレイ2500を示す。
図101は、完全な(雄型)コンデンサ壁部2900を示す。ここに示されるコンデンサラック3200は、図111において説明される。
リチウムイオン電池は、化学反応によって電力を充放電する。コンデンサは、セル内の静電荷を介してエネルギーを蓄積する。この非限定的な実施形態では、上記角錐壁システムによって収集されたソーラーエネルギーは、図102から図109に詳細に示されるような角錐形状コンデンサセル3100に蓄積されるだろう。「スーパーコンデンサ」、「ウルトラコンデンサ」または「二重層コンデンサ」と呼ばれるこれらのセルは、適合する電池技術に特に適している。
これらの「スーパーコンデンサ」は、二十年の寿命、軽重量、98%の効率、百万サイクルにわたる充放電能力、無毒性材料の使用、過熱しないこと、および-40℃まで作動する能力など、電池に比べて多くの利点を有している。しかしながら、従来のスーパーコンデンサは、数秒間から数分間にわたってのみ放電できるため、連続出力が必要とされる用途には不向きである。従来のスーパーコンデンサは、同等のリチウムイオン電池と比べ、約二十倍のコストがかかり、約1/3の蓄電容量を有する。この容量は、コンデンサ内の電極の表面積に直接関係する。従って、上記電極は、超電導材料を用いて、種々の密なパターンで印刷される。
一つの非限定的な実施形態では、コンデンサセル3100は、ハニカム格子の層に形成され、導電性熱可塑性物質の基材を有する電極を有するだろう。それは、次に、表面積を増加させるために、グラフェンまたは同等のナノ粒子でコーティングされ、上記層間に超電導ゲル電解質が導入される。この増加した表面積は、蓄電容量を増加させる。ゲル電解質はまた、エネルギー密度を増加させ、放電時間を電池の放電時間と一致させるように延長する。
従来の電池は、高いエネルギー密度を有し、電力が数時間必要な用途に該従来の電池が使用されることを可能にする。しかし、充電には数時間かかる可能性がある。スーパーコンデンサは、高い電力密度を有し、数分の一秒から数分間で充放電できることを意味する。これは、停電中のデータクラッシュおよび/または大きな量のデータクラッシュを回避するために、電力が迅速に必要とされる場合(数マイクロ秒から数分)に有用である(列車の回生制動)。電池は、長期放電を必要とする用途によく使用されるが、特に負荷が大きい場合に経時的に著しく劣化する(数千回の充放電サイクルに制限される)。負荷スパイクをスーパーコンデンサにシフトすることにより、電池の寿命を延ばすことができる。別の非限定的な実施形態では、コンデンサと交互になるようにリチウムイオン電池を角錐セルに導入することができる。
図102は、コンデンサセル3100のカソード接点側を示す。これらのセル3100のうちの4つが、コンデンサ壁部2900に入れられることができる。
図103Aは、コンデンサセル3100のアノード接点側を示す。示されているのは以下のとおりである:コンデンサ絶縁カバー3110、2つのアノード導電ポスト3130、コンデンサラック3200(図110参照)にロックするためにコンデンサセルケーシング3160から突出する4つの球状ボス3165のうちの1つ、2つのカソード導電ポスト3170のうちの1つ、2つのコンデンサカバーハンドル3180、およびLEDソケット3190。上記コンデンサハンドル3180は損傷したセルを取り除くために使用され得る。該損傷されたセルの状態は、LEDソケット3190につながるハンドル3180のうちの1つのポート穴を通してLEDを見ることによって決定することが可能である。図103Bは、後続の図で切断されるように回転され、1つ以上の球状ボス3165を含む図103Aと同じフィーチャーを強調しているコンデンサセル3200を示す。
図104Aは、ハニカムアノード3120、LED3105、およびカソードLEDチャネル3125が現れるように切断された絶縁カバー3110を示す。一つの非限定的な実施形態では、このチャネル3125は、絶縁性熱可塑性物質でLEDリードをオーバーモールドする絶縁カバー3110によって作られる。別の非限定的な実施形態では、絶縁カバー3110は、同様の材料で3D印刷される。そして、印刷は一時停止され、ワイヤが挿入され、プロセスが再開される。別の非限定的な実施形態では、上記チャネル3125は、中空であり、グラフェンまたは別の導電性ナノ粒子材料でコーティング(または印刷)される。
図104Bは、図104Aの切り取り部詳細であり、上記LED3105と、カソードLEDチャネル3125と、ハニカムカソード3150の縁部付近で突出し、上記カソードLEDチャネル3125に接続するカソードチャネルボス3145とを強調する。ハニカムカソード3150は、図107Aから図107Fに示される。
図104Cは、上記絶縁カバー3110、ハニカムアノード3120、およびLED3105を取り除いた、コンデンサセル3100の分解図を示す。上記コンデンサセルケーシング3160およびハニカムカソード3150は、所定の位置にある。
図104Dは、絶縁カバー3110の断面とハニカムアノード3120との切り取り部詳細領域を示す。切断された領域は、LED3105と、カソードLEDチャネル3125と、上記LED3105の正リード線を収容するために上記ハニカムアノード3120内に形成されるLEDコンタクトキャビティ3115とを露出させる。
図104Eは、上記アノード導電ポスト3130がコンデンサカバー孔3140(図105Aに示される)を通って見える、ハニカムアノード3120と接合された絶縁カバー3110を示す。
図105Aは、上記アノード導電ポスト3130およびコンデンサカバー孔3140が強調表示された、ハニカムアノード3120から分離された絶縁カバー3110を示す。図105Bは、上記ハニカムアノード3120と接合された上記絶縁カバー3110の裏面を示す。これらの2つの構成要素3110、3120は、図105Dから図105Fに詳述されるように、互いに固定される。図105Cは、上記LED3105および上記カソードLEDチャネル3125を見せる、図105Bの断面図である。
図105Dは、上記絶縁カバー3110上のテーパ状カバーボス3195を見せる、図105Bの断面図である。これらのボス3195は、上記アノード3120を固定し、ハニカム空間の内部に圧入することによって、該アノード3120がカソード3150に接触するのを防止する。図105Eは、その軸に垂直な、1つの被覆ボス3195を示す、図105Dの切り取り部詳細図であり、上記カソードLEDチャネル3125の断面図をその軸に垂直に示す。
図105Fは、上記絶縁カバー3110上の上記テーパ状カバーボス3195から分離された上記ハニカムアノード3120を示す。また、カバー3110とコンデンサセルケーシング3160とが互いに接着された時に、コンデンサセルケーシング3160上のタブ3185(図107Aに示される)を保持するために使用される、カバー3110内のタブスロット3175も示される。図105Gは、図105Fと同様であり、分解図におけるLED3105の追加を示す。図106は、インジケータLED3105の拡大図を示す。
図107Aは、上記コンデンサセルケーシング3160および上記ハニカムカソード3150を共に示すとともに、上記絶縁カバー3110上のタブスロット3175に挿入されるケーシングタブ3185を示す。上記ケーシング3160の角錐形状は、ソーラーパネルモジュール2000と同じ3D「フットプリント」を有し、これらの壁部の2つのタイプ間で一貫性のあるモジュール設計を可能にする。
図107Bは、(2つのうちの)1つのカソード導電ポスト3170が見えるだけでなく、それらポスト3170のための両方のケーシング孔3135と2つの球状ボス3165も見える、分離された上記コンデンサセルケーシング3160と上記ハニカムカソード3150とを示す。これらのボス3165は、ソーラーパネル1800上の導電性先端部1810と同じ形状を有する。そして、該ボス3165は、コンデンサラック3200を固定し、電流を流さないロックフィーチャーを提供する。図107Cは、カソード導電ポスト3170の切り取り部詳細を示す。
図107Dは、切断された絶縁カバー3110を有する組み立てられたコンデンサセル3100を示す。強調されたものは、アノード3120と、カソード3150の外縁部と、セルケーシング3160と、カソードLEDチャネル3125と、LED3105と、上記チャネル3125の端部に接続するカソードチャネルボス3145とである。
図107Eは、上記カソードLEDチャネル3125およびカソードチャネルボス3145を強調する、図107Dの切り取り部詳細を示す。図107Fは、カソードチャネルボス3145を示すために、上記絶縁カバー3110をわずかに上昇させた状態の、図107Eと同様の図である。
図108Aは、所定の位置に接着される前の絶縁カバー3110の向きを示すために、該絶縁カバー3110が、タブスロット3175を横切って切断され、ケーシングタブ3185の上方に少し持ち上げられた、上記コンデンサセル3100の上部の切り取り部詳細を示す。図108Bは、上記タブスロット3175およびケーシングタブ3185が相対位置にある状態で上記絶縁カバー3110が所定の位置に接着されている、図108Aと同様の図を示す。
図109は、上記コンデンサセルケーシング3160、上記ハニカムカソード3150、上記ハニカムアノード3120、上記インジケータLED3105、および上記コンデンサ絶縁カバー3110を含む上記コンデンサセル3100内の構成要素の分解図を示す。
図110は、完全な(雄型)コンデンサ壁部2900から取り外されたコンデンサラック3200を示す。
図111は、分離した上記コンデンサラック3200を示す。上記コンデンサラック3200は、上記コンデンサセルケーシング3160における球状ボス3250に対して戻り止めスナップフィットを提供する役割を果たす、8つのボスの代わりに、4つのボスがあることを除いて、上記接続ラック2100と同様の構造を有する。図112は、フレームへの入力リード3210および出力リード3220を備えるコンデンサラック回路3205を示す。上記コンデンサラック回路3205は、上記コンデンサラック3200内に具現化される。図113は、カソードへの回路接点3230を示す。
図114は、回路接点3230が所定の位置にある際の、カソード接続ポスト3170の先端のハッチを示す。図115は、カソード接続ポスト3170の詳細と上記コンデンサラック3200の切断図とを示し、上記コンデンサセルケーシング3160における上記球状ボス3165を示す。上記コンデンサラック3200が所定の位置にあるとき、上記カソード接続ポスト3170は上記回路接点3230に対して適切な位置にあり、該回路接点3230と接触する。
U字形状の三面基部3410またはその上部カバー4400内の電線管は、ソーラーパネル壁3300をコンデンサ壁3500と接続することができる。上記電線管は、上記コンデンサ3100から上記ソーラーパネル1800への電流の逆流を防止するために、バイパスダイオードおよびブロッキングダイオードを有することができる。一つの非限定的な実施形態では、(図61から図63に見られるものに類似する)戻り止め/スナップフィット接続方法は、上記基部3410および/またはカバー4400を通って壁部間の電気的接続を提供する。これらは、壁の一部が損傷した場合に電気の継続を可能にするために、並列に接続することができる。さらなる非限定的な実施形態では、上記パネルのサブセクションから電力を引き出すために、プラグコンセントを設けることができる。別の非限定的な実施形態では、一壁当たり単一のコンセントが使用される。
図116は、角錐壁フレーム3400内のソーラーパネル壁3300の一例を示す。上記部分同士を横方向にまとめて保持するV字形ボス520および溝530に加えて、壁3300の面に垂直に力が加えられたときに崩壊するのを防止するために、上記接続ラック面に垂直なこれらのV接合部にダボピンを通すことが可能である。ここに示される構成には、1つのフルモジュラーアレイ2500、4つの雄型ソーラーパネル部2300、1/2雌型部(右側)3700、1/2雌型部3800(左側)、1/2雌型部(上部)3900、および1/2雌型部(下部)4000が存在する。
図117は、角錐壁フレーム3400の背面を示す。ここで、コンデンサ壁3500は、パネル毎および1/2の部分毎の面を覆うコンデンサシールド4300を有するソーラーパネル面を補完する。
図118は、上記角錐壁フレーム3400のU字形状の三面基部3410を示す。図119は、欠落している1/4パネルに対する化粧用シールドとして、上記フレームに追加された角錐フレーム角部3420を示す。
図120は、上記フレーム3400の下部に挿入された2つの上部1/2雌型部3900を示す。図121は、中心に追加された1つの雄型側面-A-壁部2900と、その両側に追加された2つの雌型側面-B-壁部2400とを示す。図122は、いずれかの側に追加された1/2雌型部(右側)3700および1/2雌型部3800(左側)を示す。図123は、残りの追加部分を示す:2つの雌型側面-B-壁部2400、3つの雄型側面-A-壁部2900、および2つの1/2雌型部(下部)4000。
図124は、所定の位置にあるコンデンサ壁4100を示す。図125は、フレームカバー4200が所定の位置に配置される準備が整った状態を示す。
図126Aは、所定の位置に配置される準備が整ったコンデンサシールド4300を示す。図126Bは、上記インジケータLED3105上の停電信号を見るための透明ウィンドウ4320を備えるメンテナンスハンドル4310を示す。図127は、明確化のために、コンデンサシールド4300を1つ外した状態で、所定の位置にあるコンデンサシールド4300を示す。
図128は角錐壁フレーム3400の反対側を示し、上記コンデンサ壁4100のコネクタ側を露出させる。図129は、下部に追加されたフレームカバー4200を示す。
図130は、集合体4100に追加される上記ソーラーパネル壁3300を示す。図131は、フレームに追加される角錐フレーム角部3420を示す。図132は、上部を完成し、上記角錐壁フレーム3400を密閉するために追加される上部カバー4400を示す。
上記角錐壁システムの様々な実施形態は、ソーラーエネルギーを収集して蓄積するための要素を含む角錐形状の空洞のアレイを使用する。これらの角錐の底面は、正多角形または非多角形であってもよく、側面の数は制限されない。パネル間の反射率は、パネルが平らに置かれた場合と同じ電力出力を維持する。これは、表面積が制限される場所での設置を可能にする。角錐の底面に対する各側面の角度は、角錐壁システムにおいて5°から85°の範囲とすることができる。
任意の角錐の側面を多角形の底面と組み合わせた面積は、常に底面の面積よりも大きい。側面と底面との間の角度が大きくなるかまたは急勾配になるにつれて、面積の差も大きくなる。しかし、浅い角度の角錐を形成するように配置されたパネルと急な角度の角錐を形成するように配置されたパネルと間にはトレードオフがある。角度が急なほど、フットプリントは小さくなり、内部反射率は大きくなるが、システムはトラッキングに敏感になる(最大の効率を得るにはオーバヘッドライトが必要である)。角度が浅いほど、フットプリントは大きくなり、内部反射率は小さくなるが、システムのトラッキングに対する感度は低くなる。
図133は、菱形またはダイヤモンド形状の底面を有する適度な角度の角錐の画像を有する。一つ目の図は、その側面の角度を示す断面図である。次の図に、その底面またはフットプリントの面積を示す。下の図には、その側面の面積を示す。
上記角錐壁システムは、このトレードオフを菱形(ダイヤモンド形状)の底面および側面とでバランスさせて、図133に示すような合成角度を形成する。その角度は、長い対角線から水平まで33.6°である。底面4500に対する側面4520の表面増加は、62.2%であり、同じ電力出力を維持しながら、フットプリント4510の38%低減を可能にする。この低減されたフットプリント4510は、窓、煙突、通気口または排気口などの壁または屋根の設計における不規則な側面、角度または障害物に適合できる。逆に、上記角錐壁システムのこの構成は、同じフットプリント4510をカバーする同等のフラットパネルシステムよりも62%の電力増加を可能にする。
上記角錐壁システムは、図133に記載される形状に限定されない。代替構成は、図134に示すように、高さ制限または形状の他の要件があるセットアップに対して、水平4550から5°程もの低さの浅い角度を可能にする。この構成4530においてフットプリント4540を越えて増加する、表面積は、わずか(1.4%)であるが、トラッキングを使用しない。また、それは、従来のパネルセットアップに対してより適応性がある。
他の構成は、取付け表面積に制限があるセットアップに対して、水平4580から85°程ものより急勾配の角度を可能にする。この構成4560において、フットプリント4570を超える表面積の増加は、図135に示されるように、2,100%である。これらの鋭角角錐構成のアレイは、フットプリント面積が高度に制限され、垂直空間は問題にならず、かつ、厳密に制御されたトラッキングシステムが所定の位置にある場合に適用され得る。
他の、このシステムの非限定的な構成では、正方形の底面を有してより急な側面角度が使用され得、149%の表面積増加を生じ得る。そのような構成は、図133におけるものと同じ三角形のパネル4520を有し、それらの短辺が、角錐の開放フットプリントで正方形の周囲を形成する。このようなシステムは、トラッキングからより多くの恩恵を受ける。
さらに非限定的な実施形態では、角錐側面は、不均一であってもよい。太陽光へのアクセスが制限されている部分は、入射光を最もよく捕捉するために、延長されたまたは収縮された長さの側面を有し得る。アレイは、等しい大きさおよび等しくない大きさの逆角錐を組み合わせ得る。
図136は、2つの実施例を示す。第一の実施形態4585は、X軸に沿って対称であるが、側面4586と側面4587とは等しくない表面積を有する。もう一方の実施形態4590は、Y軸に沿って対称であるが、側面4591および側面4592は、等しくない表面積を有する。
両方の実施形態4585、4590では、フットプリント4510(図133にも示される)は同面積および同形状であり、かつ、それら実施形態の側面4586、4587、4591および4592間での表面積増加は同等である。実施形態4585は、59.8%の増加を有し、実施形態4590は60.6%の増加を有する。非対称性は、単一の軸に限定されず、側面は、X軸およびY軸の両方に沿って等しくなくてもよい。フットプリントの形状は、設定された数の辺に限定されず、また、辺の長さも等しくなるようには限定されない。
逆角錐は、図137に示されるように、それら側面を建造物表面から離され、自然のエアフロー4595がセルを冷却することを可能にし、熱が低減されるにつれて効率を増加させる。
内部反射性4596は、図137における概略的表現として示される。パネル間のこの反射性は、同一または同等の電力出力を維持しながら、それらパネルをより小さなフットプリント内に配置することを可能にする。頂部の逆角錐空洞に球を追加して、形状の向きを明示する。実際には、それは、4つの逆角錐のセットである。
北部の気候では、パネルは、両面にソーラーセルを有して、雪の反射率を利用することができる。片面パネルでも、出力の増加を示すことができる。沿岸気候では、片面パネルおよび両面パネルは、水の反射率を利用することができる。上記角錐壁システムは、逆角錐「セル」または「モジュール」の数によって限定されない。それは、1ほど小さくてもよいし、無制限に拡張されることもできる。上記角錐壁セルまたはモジュールは、スケーラブルである。
従来のソーラーパネルは、上記角錐壁システムで使用されることができるが、上記角錐壁システムは、既存の光起電力技術や光起電材料に限定されるものではない。パネルは、様々な方法で逆角錐空間に導入し得る。いくつかの非限定的な実施形態では:
●ソーラーパネルは、平らに組み立てられ、ヒンジ連結されて、角錐の内面に接着またはスナップフィットされた十字形のパターンを作り出してもよい。
●ソーラーパネルは、フレキシブルであってもよく、十字形の平坦なパターンとして形成され、角錐形状に「4D」折り4D folded)されて、角錐の内面に接着されるか、または、はめ込まれる。
●フレキシブルソーラーパネルは、十字形の平坦なパターンであってもよく、角錐形状に「4D」折りされてもよい。
●ソーラーパネルは、片面または両面であってもよく、従来の製造方法を用いて、または3D印刷としても知られる積層造形によって作成されてもよい。それらは、融着フィラメント製造(Fused Filament Fabrication(熱溶解積層法))(FFF)、融着蒸着モデリング(Fused Deposition Modeling(熱溶解積層法))(FDM)、光造形法(SLA)、粉末焼結積層造形法(SLS)および直接金属レーザ焼結法(DMLS)などの特定の3D印刷法によって部分的にまたは全部を作製されてもよい。一つの非限定的な実施形態では、これは、SLA樹脂を酸素とUV光とで硬化させ、25×から100×まで印刷速度を増加させるプロセスを含んでもよい。この超高速アディテブ法(ultrafast additive method)は、フル生産に適合される。ソーラーパネルは、可視スペクトルにおいて透明であり得、そしてペロブスカイトまたは有機塩などの無機材料から作成され得る。それらは、縁部全体および縁部に沿って透明な接点を形成するために透明なナノワイヤを作成するために、グラフェンまたは同等の超電導材料を使用してもよい。それらは、不透明であり得る従来の電気接点を覆うために、グラフェンまたは同等の超電導材料を使用してもよい。後者の場合、パネル全体にわたる接点パターンの密度および縁部に沿った被覆率が影響を受ける場合がある。パネル接点は、接触表面積および効率を高めるために、(限定されないが)ハニカム形状などの密な幾何パターンで配置され得る。パネルおよびその接点は、化学エッチング、レーザエッチング、他の従来の製造方法、導電性材料を用いる3D印刷、またはそれらの任意の組合せによって作成し得る。ソーラーパネルは、中央位置を通る導電性経路を実現にする取り付けポストに固定されてもよい。取り付けポスト配線層は、埋め込みワイヤ/オーバーモールドされたワイヤを含み得る。取り付けポスト配線層は、配線層を作成するために、挿入されたリード線を有する、成形、機械加工、または3D印刷されたチャネルまたは導管を収容し得る。上記層は、3D印刷された導電性リードを有し得る。上記取り付けポスト内のチャネルまたは導管は、導電性材料、あるいはグラフェンまたは同等物のような超電導材料を用いて噴霧または電気メッキされてもよい。それらは、導電ゲルまたは超電導ゲルでコーティングされ得る。
●配線層は、本明細書に記載される任意の組み合わせで製造され、複数の組のパネルのために積み重ねられてもよい。上記取り付けポスト本体は、複数のパネルアレイを積み重ねることができるように追加されたスロットを有して延長されてもよい。可視光(または特定の波長)に対して透明なパネルは角錐空間内に積層されてもよく、各層は特定の範囲の波長を吸収するように配置される。パネル層は、平らで互いに平行であってもよく、または平らで互いに独立して方向付け/角度付け/位置決めされてもよい。パネル層は、任意の幾何学的形状または非幾何学的形状を形成するように湾曲されてもよい。パネル層は、同心状に入れ子にされていてもよく、または互いに独立して方向付け/角度付け/位置決めされてもよい。パネル層は、バラの花弁のように、互い違いにされ、オフセットされてもよい。パネルが不透明な縁部接点を有する場合、それらは、その下のパネルを隠さないように、辺に沿って途中までだけ延伸し、上部を回避してもよい。そうでなければ、透明な接点が、パネルの周囲に沿って使用し得る。
●パネルは、従来の単レンズ、レンチキュラーレンズまたはフレネルレンズのうちの任意のタイプとして機能する透明な外面を有し得る。これらのレンズは、様々な形状のものであり得、光の焦点合わせ、焦点外し、および方向転換を含む様々な目的を有し得る。図69は、波形ソーラーパネル1800を示す。また、図69は、このパネル1840のサンプル領域を強調している。一つの非限定的な実施形態では、図70が、このサンプル抽出された領域を詳述し、勾配波パターン屈折段を有するソーラーセルカバーを示す。
●パネル表面は、反射防止化合物および/または偏光化合物でコーティングされた特定の領域を有し得る。
●角錐の内面は、エレクトロルミネセンス塗料、エレクトロルミネセンステープ、または発光ダイオード(LED)で覆われ(またはライニングされ)てもよい。
LEDは、アレイ内、リボン内またはシート内の個々の構成要素であってもよい。これは、透明/半透明セルが使用される場合、夜間の使用を可能にする。これらの照明された面は、角錐壁モジュール内のスーパーコンデンサおよび/または電池などの蓄電部に接続されたインバータを通して電力を引き出すことにより、自続光を可能にする。
一つの非限定的な実施形態の図138では、ヒンジ付き十字形のパネルアセンブリ4600が分解図で示される。4つの三角形のパネル4610は、平らに置かれる。これらのパネルのそれぞれの最小内側縁部には、所定の位置に接合されたヒンジ4620がある。上記アセンブリの下部中央には、上記ヒンジを所定の位置に保持する空洞の底部を有し、取り付けネジ4640がパネルアセンブリを上記逆角錐空間内に固定することを可能にする取り付けポストハブ4630がある。取り付けポスト本体4650は、上記ヒンジを所定の位置に固定する空洞の頂部を有し、1自由度でそれを回転させることを可能にする。取り付けポスト本体4650は、ハブ4630に接合されてもよい。
図139は、取り付けポスト本体4650のスロット4660を強調している。追加のパネル4570は、所定の位置に滑り込むように配置される。図140において、取り付けポスト本体4650が、分解された構成要素で囲まれて示されている。この本体4650は、いくつかの目的を有する。それは、パネル4610、4670のすべてを中央位置に接続し、内部配線を収容し、パネルアセンブリ4600を逆角錐空洞に固定するための皿穴を提供する。
上記取り付けポスト本体4650の下には、取り付けハブ4530があり、これは逆角錐空洞内に配置されることになる。外部リード4680は、上記ハブ4530のすぐ上で本体4650から突出する。取り付けネジ4640は本体4650のすぐ上にあり、スナップフィット4656を有する保護アクセスキャップ4655は、該ネジのすぐ上にある。一つの非限定的な実施形態では、上記保護アクセスキャップ4655は、光を反射させてソーラーパネル4610、4670に戻すために、略角錐形状および反射コーティングを有し得る。
図141は、取り付けポスト、一部分解された構成要素、およびフィーチャーの詳細の断面図を示す。これには、上記取り付けハブ4630と、上記取り付けポスト本体4650(その内部配線は明確化のために隠される)と、上記保護アクセスキャップ4655と、該キャップ4655内の上記スナップフィット4656と、上記取り付けポスト本体4650内の上記スナップフィットソケット4657と、上記パネル4670の第二のアレイのためのスロット4660とが含まれる。上記取り付けポスト本体4650は、複数のパネルアレイ4670の積み重ねを可能にするために追加された追加スロット4660を有して延長され得る。
この非限定的な実施形態では、図142は、そのヒンジ4620の断面図と共に透明パネル4610を示す。また、図143は、上記ヒンジ4620の断面図を強調する。リード4621上の負の接点は、取り付けポスト本体4650内のソケットに接続することができ、リード4622上の正の接点は、ヒンジ4620の本体内に入ることができ、かつ、正リード接点4623は、パネルリードに接続する。
図144は、切り取られた断面の詳細を示す。ここでは、パネル4610およびそのヒンジ4620は、接続されて水平に置かれ、その正リード4622は取り付けポスト本体4650の空洞内にある。また、第二のパネル4670は、上記取り付けポスト本体4650の空洞内の所定の位置にある一方、上記内部配線からの2つのリード4680は露出される。取り付けハブ4630は、所定の位置に入れられる準備ができている。
図145は、パネル4610およびヒンジ4620が所定の位置に折り畳まれた場合の、切り取られた断面の詳細を示す。リード4622上の正の接点および第二のパネル4670が参照のために示され、取り付けハブ4630は、現在、所定の位置にある。
図146は、平らな位置のヒンジ4620を示す。図146は、取り付けポスト本体4650に入るリード4621上のヒンジの4つの負の接点と、4つの正の接点4622とを強調している。第一の配線層4681、およびクロスパネル取り付けポスト内の第二の配線層4682への接続リードが示される。これらの配線層は、取り付けポスト内における埋め込みワイヤ/オーバーモールドされたワイヤであってもよく、または3D印刷された導電性リードを有していてもよい。あるいは、それら配線層は、挿入されたリードを有する取り付けポスト基部において成形、機械加工または3D印刷されたチャネルであってもよく、噴霧または電気メッキされた導電性材料でコーティングされていてもよく、導電性ゲルまたは超電導ゲルでコーティングされていてもよく、あるいは、それら配線層は、それらの任意の組み合わせを有していてもよい。ここまでは全文チェック10261420
図147は、パネルから成る第二の層および電気リード4680へ接続する上記第二の配線層4682を導入する。これらの配線層は、複数組のパネルのために積層され得る。図148は、取り付けハブを通して接続する負リードおよび正リード4680を露出させる折り畳み位置のヒンジを示す。
図149は、平らな位置にある3つの背面パネル4610と、一つの非限定的な実施形態では、夜間使用のために、エレクトロルミネセンス塗料、エレクトロルミネセンステープまたはLEDで覆われ得る背面を露出するように折り畳まれた第四の背面パネル4611とを示す。これらのパネルは、可視光に対して透明または半透明である。また、上記背面は、一つの非限定的な実施形態ではエレクトロルミネセンス塗料、エレクトロルミネセンステープまたはLEDで覆われた内面を有する逆角錐筐体内にパネル4610、4611を固定するのを助けるスナップフィット4612をも有する。パネル4670から成る第二の層も示されている。
図150は、透明パネル4610およびその接点の格子を示す。一つの非限定的な実施形態では、これらの接点は、ハニカム形状であり、接触表面積および効率を増加させる。上記パネル4610およびその接点は、従来の製造方法で作成されるか、導電性材料で3D印刷されるか、またはそれら2つの組み合わせで作成され得る。
図151は、接点のハニカム格子4613を強調し、パネル4610の切り取り部詳細を強調する。その正の縁部接点4614および正のヒンジソケット4617が示される。また、その負の縁部接点4615および負のヒンジソケット4616も示される。
図152は、接続部および接点4614、4615のさらなる拡大図を示す。ハニカム格子4613は、両側の縁部接点に接続する。以下の詳細が示される:正の縁部接点4614の一部、正のヒンジソケット4617のための筐体の形状、負の縁部接点4614、および負のヒンジソケット4616の断面図。
図153は、完成した、折り畳みクロスパネルアセンブリ4600を示し、エレクトロルミネセンス塗料、エレクトロルミネセントテープまたはLED4611が透明または半透明パネルに適用される外側層に注目する。
複合壁部は、様々なプロセスを使用して製造することができる。角錐壁部は、複合シートを使用して金型上に真空成形することができる。(上述のように)これらの部分は、小さなモジュラー式の「A」および「B」嵌合部分から全壁パネルまでの範囲に及ぶことができる。
角錐壁部は、3D印刷としても知られている、積層造形によって製造されることもできる。それらは、融着フィラメント製造(Fused Filament Fabrication(熱溶解積層法))(FFF)、融着蒸着モデリング(Fused Deposition Modeling(熱溶解積層法))(FDM)、光造形法(SLA)、粉末焼結積層造形法(SLS)および直接金属レーザ焼結法(DMLS)などの特定の3D印刷法によって部分的にまたは全部を作製されてもよい。一つの非限定的な実施形態では、SLA樹脂を酸素とUV光とで硬化させるプロセスは、25×から100×まで印刷速度を増加させる。この超高速アディテブ法(ultrafast additive method)は、フル生産に適合される。
角錐壁部は、熱可塑性基材を有する刻まれた炭素繊維、または熱可塑性基材を有する繊維の連続ストランドを使用して、層状にFFF/FDM3D印刷されてもよい。刻まれた炭素繊維および熱可塑性基材は、ペレット、フィラメント、またはそれらの組み合わせの形であり得る。
上記角錐壁システムは、中空の逆角錐のアレイを形成することができる。従来のFFFまたはFDM3D印刷技術では、次のレベルに移動する前に完全な水平経路をたどる押出機ヘッドが使用されている。機械速度および材料スループットの進歩は、これらの部品をより速く作成することを可能にする一方、従来のプリンタ上の押出機は、3自由度に制限される。
上記3D印刷プロセスにロボットアームを組み込むと、押出機を6自由度で移動させ、非直交移動を上記部分の形状に合わせることを可能にする。これにより、製造プロセスが高速化される。上記ロボットアームは、従来のリニアレールまたはリニアガントリシステム上を移動、または自律的に移動し得る。ロボットアームは、単純な曲線トラック、複合曲線トラック、または三次元的に曲がった経路上を曲線運動で移動し得る。ロボットアームは、個々のユニットとして、または調和してまたは独立して移動する複数のアームとして動作し得る。
上記角錐壁システムは、従来のFFF/FDMまたは他の製造方法を組み込んだ、ロボットアーム上の押出機によって部分的にまたは全部をFFF/FDM3D印刷され得る。従来のFFF3D印刷とロボット3D印刷との組み合わせは、複数の材料と押出機の複数の直径とを使用する場合に使用できる。これらのオプションにより、大口径の押出機で作成された大規模印刷が可能になり、より小口径のヘッドで作成された詳細なフィーチャーを有することも可能になる。
一つの非限定的な実施形態では、図154は、ロボット3D印刷で使用するためのペレット化されたプラスチックを取り扱うためのフレキシブルスクリューコンベヤ4700を示す。図154は、以下のラベルを付す:上記システムのための制御パネル4710、スタンド4720、導管4730、および電気モータ4740。(3Dプリンタの押出機のうちの1つにホースを介して接続される)フィーダー4750が示されている。また、フレキシブルスクリュー筐体4760およびフレキシブルスクリュー4770の切断図も示される。このスクリュー4770は、ペレットを上記フィーダー4750まで引き込む。メインホッパー4790に取り付けられているフレキシブルスクリュー筐体4760内に送り込まれるペレット化されたプラスチック4780が示される。このホッパー4790は、印刷する材料を保管する。明確化のために、このホッパー4790のヒンジ付きホッパードア4785は取り除かれている。
図155は、ロボット3D印刷システム4800の部分的なセットアップを示す。生産システムは、印刷のために複数のロボットアームも、従来のFFFまたはFDM印刷の場合のようにガントリー上の押出機も使用し得る。ガントリまたはリニアレール4810は、リニアガイド4820の制御運動を可能にする。ロボットアーム4830は、多自由度を有する押出機ヘッド(図156に詳細を示す)を繰り返し位置決めすることを可能にする。ホース4840は、上記ロボットアームの端部の押出機にペレットを、自重によって供給する。図154で取り外されたホッパードア4785が示されている。例えばロボット3D印刷システム4800を使用して作られたもののような、完成した壁部4850が示される。
図156は、ロボットアーム4830および押出機の分解図の切り取り部分の詳細を示す。上記アーム4830の端部、ホッパー供給チューブ4840、ステッピングモーターとチューブとの結合器4860、加熱カートリッジ4870、サーミスタ(熱センサ)4880、および押出機高温端部とノズル4890。フィラメントは、ホッパーに供給されたペレット化されたプラスチックの代わりに、またはホッパーに供給されたペレット化されたプラスチックと組み合わせて使用し得る。
他の非限定的な実施形態では、複合ラッピングのための金型または型がFFFまたはFDMなどの積層造形プロセスを使用して3D印刷され得る。また、それら金型または型は、SLA、SLS、またはDMLSによっても作成され得る。上述のように、上記角錐金型コア100は、融着フィラメント製造(FFF)または融着蒸着モデリング(FDM)のような3D印刷プロセスによって作成できる。金型は、CNCフライス盤または外形加工機を用いて作製され得る。また、金型は、背中合わせの壁部同士の間に様々な材料(プラスチックおよびコンクリートを含むがこれらに限定されない)を流し込むことによって作ることもできる。
角錐壁部は、真空成形された熱可塑性シートから作り得る。角錐壁部はまた、射出成形、回転成形、鋳造、および/または押出成形されてもよい。
壁部は、保管および輸送のために積み重ねられるように、上記プロセス(例えば、積層造形または成形)のいずれかによって平らにされ得る。次に、リビングヒンジを組み込むことによって、上記壁部を所定の形状に手動で展開することができる。あるいは、上記壁部は、金型形状上で最終的な形状となってもよい。上記壁部はまた、熱、電力、または化学反応などの外部刺激を使用することによって、「4D」プロセスで形を成してもよい。
複合成形ラッピングのための代替材料には、ガラス繊維およびケブラーが含まれる。
FFF/FDM3D印刷の代替材料には、ガラス繊維およびケブラー(ストランドまたは刻まれたもの)、熱可塑性物質(単独で)、コンクリート、セメント、木材パルプ、結合剤を有する複合木材、およびリサイクル可能材料が含まれる。これらの材料は、ペレット、フィラメント、またはそれらの組み合わせとして供給され、3Dプリンタノズルを通して押し出され得る。
様々な成形プロセスのための代替材料には、木材パルプ/複合木材、リサイクル可能な材料(プラスチックを含む)および複合埋め込み熱可塑性物質、セメントまたはコンクリートが含まれる。
壁は、プラスチックまたは木材から機械で作られる、または切り出されてもよく、シートメタルから作られてもよく、または形状に打ち抜かれてもよい。
上記角錐壁システム内の構成要素のいずれも、本明細書に記載のプロセスのいずれかを用いて、またはそのようなプロセスの組合せを用いて全体を製造され得る。
図157に示される一つの非限定的な実施形態では、真空/熱成形セットアップ4900が示される。壁パネル部において逆角錐の内面として形作られた型4910は、その背面に取り付けられた真空管4920網を有する。図158は、型4910の上部、真空管4920網、管の断面、および上記型4910の断面を含む構造セットアップ4900を示し、上記通気孔が真空経路に接続する場所を示す。図159は、上記型4910と、真空管4920と、切断された通気孔4930と、上記型4910の通気孔に対して位置合わせされた真空管の断面とを有する、図158の断面図の詳細を示す。
図160は、上側に加熱された熱可塑性シート4945と共に熱成形セットアップ4900を示す。図161は、熱可塑性シートから形成され、上記型4900から取り外された角錐アレイ4950を示す。
図162は、熱成形角錐壁4990、およびその構成要素の分解図を示す。下部には、角錐アレイ4950がある。その上に、アレイの支持フレームコア4960(ダミーまたはバードボーンおよび導電層/絶縁層を有する)、およびソケット4970と装着プラグ4980とを有する支持フレームの上部がある。
図163は、完成した壁部4990の裏側を示す。図164は、その壁部の前側および熱成形角錐アレイ4950の内面を示す。
図165に示す一つの非限定的な実施形態では、従来の射出成形金型5000(側面作用なし)を使用して、完成した壁部を作成する。スプルー5010および金型の全長にわたって延在するランナー5020から始まる溶融プラスチックチャネルの断面図が、示される。次いで、上記ランナーは、金型コア5040内の位置で終わるゲート5030に接続される(図159のような熱成形の画像内の通気孔4930と同様の向きで)。
次いで、上部支持板5060および下部支持板5070が金型5000を閉じた状態に保ちながら、上記ゲートから金型キャビティ5050内にプラスチックを流すことができる。
図166では、開放状態で示される、金型コア5040、上部支持板5060、金型キャビティ5050、および下部支持板5070を有する金型から完成した壁部5100が取り出された状態で示す。図167は、完全に成形されたフィーチャーを有する単一部品壁部5100の裏側を示す。別の実施形態では、成形部品上のフィーチャーいずれかを除去し、壁部全体を複数の部品から組み立てることができる。
独立部分において、別個の壁部同士をファスナで背中合わせに接続することができる。上記ポストおよびソケットの軸は、ポストが固定されるようにソケット収められるときに位置合わせされ得る。あるいは、ポストが滑り込むように、ソケットは半円形の切り欠きを有し得る。これらの独立部分同士は、独立気泡発泡体または様々な材料(再生プラスチックまたは紙を含む)のペレットまたはセメントで満たすことができる空間を有する。この充填材は、断熱、吸音またはその両方に使用し得る。格子を部分同士の間に挿入し、独立気泡発泡体などの材料で強化することができる。上記格子は、3D印刷としても知られている積層造形を含む従来の製造方法によって製造され得る。それは、融着フィラメント製造(Fused Filament Fabrication(熱溶解積層法))(FFF)、融着蒸着モデリング(Fused Deposition Modeling(熱溶解積層法))(FDM)、光造形法(SLA)、粉末焼結積層造形法(SLS)および直接金属レーザ焼結法(DMLS)などの特定の3D印刷法によって部分的にまたは全部を作製されてもよい。一つの非限定的な実施形態では、SLA樹脂を酸素とUV光とで硬化させるプロセスは、25×から100×まで印刷速度を増加させる。この超高速アディテブ法(ultrafast additive method)は、フル生産に適合される。
また、上記格子は、独立壁部のうちの1つの内面に印刷されて、該独立壁部を後で接合されてもよい。
図168は、独立角錐壁サンドイッチ5200を形成する、所定の位置にある、分離された、背中合わせの2つの壁部を示す。一つの非限定的な実施形態では、図169は、壁サンドイッチ5200の切り取られた部分を示し、所定の位置で背中合わせの部分と角錐アレイ4950とを示す。この部分の詳細は、排出ポート4975を有する一方の側にソケット4970を含む。プラグ4980は、上記ソケットの反対側に示されており、排出ポート4985が上記ソケットのポートと一直線になっている。上記排出ポートは、水、湿気に対して使用することができ、かつ、熱に対する通気孔として使用することができる。
図170は、上記独立角錐壁サンドイッチ5200の破断図を示す。この非限定的な実施形態では、壁部同士の間の空洞を部分的に満たしている独立気泡発泡体5210が示されている。
図64に示されるように、ソーラーパネル接続ラック2100は、四つ一組のパネル4組の各組をフレーム内の1つのソケットに接続する。(例えば、図101では、コンデンサ/電池接続ラック3200が同じ方法で、各電池/コンデンサを接続する。
片面角錐壁部の代替/補助接続方法は、それらの中心ポストに上記ソーラーパネルリードを接続する電気ハブを形成させることである。次いで、このハブは、壁または支持面に取り付けられた壁ソケットの空洞に接続する。ファスナは、上記壁ソケットの空洞内の埋め込み、ねじ切りインサートに固定されているハブから突き出ている。上記空洞は、電気接点を有し、該電気接点は、次いで、ハブから電力を引き出し、それを位置決め/取り付けテンプレート/固定具の中のワイヤハーネスまたは電気導管に伝送する。上記位置決めテンプレート/取り付け固定具内のカットアウト部は、壁ソケットと同じ外形を有することができる。上記カットアウト部における切り込みは、上記壁ソケットのコンタクトニップル(contact nipple)のためのレリーフ(relief)を提供する。
上記位置決めテンプレート/取り付け固定具は、上記壁ソケットを壁に固定または接着する前に、該壁ソケットを位置合わせするために一時的な取り付けテンプレートとしても使用され得る。上記テンプレートは、電気導管または埋め込み配線を有さないであろう。上記テンプレートは、壁ソケットの位置合わせ用であり、その後、取り外されることができる。
永久的な取り付け固定具として、上記位置決めテンプレート/取り付け固定具が、電気導管または埋め込み配線を含む場合と含まない場合がある。上記位置決めテンプレート/取り付け固定具は、ソケットが壁に固定または接着された後に、該ソケットによって全面的に支持されてもよい。上記位置決めテンプレート/取り付け固定具は、上記角錐壁部に対して追加の支持を提供するために、独立して固定または接着されてもよい。
上記壁ソケットおよび位置決めテンプレート/取り付け固定具は、機械加工、切り出し、レーザー切断、水切断(water cut)、または射出成形を含む様々な方法によって成形し得る。それらは、3D印刷としても知られる積層造形によって形成されてもよい。それらは、融着フィラメント製造(Fused Filament Fabrication(熱溶解積層法))(FFF)、融着蒸着モデリング(Fused Deposition Modeling(熱溶解積層法))(FDM)、光造形法(SLA)、粉末焼結積層造形法(SLS)および直接金属レーザ焼結法(DMLS)などの特定の3D印刷法によって部分的にまたは全部を作製されてもよい。
上記壁ソケット内の電気接点および上記位置決めテンプレート/取り付け固定具内の導管は、オーバーモールドされたワイヤであっても、導電性材料で3D印刷されていても、あるいは絶縁配線用の経路であってもよい。上記導管は、グラフェンまたは同等物などの超電導材料でコーティングされてもよく、かつ/または超伝導ゲルまたはそれらの任意の組み合わせで充填されてもよい。
永久的な固定具としての上記壁ソケットおよび上記位置決め/取り付けテンプレートは、取り付け面に固定できるように取り付け穴があってもよい。あるいは、上記壁ソケットおよび位置決め/取り付けテンプレートは、ファスナ(ネジなど)、結合化合物、またはそれらの組み合わせで固定され得る。
図171では、単一の、ダイヤモンド形状角錐壁部4900が、壁ソケット5300および位置決めテンプレート/取り付け固定具5400の上方に示される。一つの非限定的な実施形態では、壁ソケット5300がファスナあるいは結合化合物で壁、屋根、または、他の表面上に固定される際に、該壁ソケット5300を一時的に位置決めするために上記テンプレート5400を使用することができる。別の非限定的な実施形態では、上記テンプレート5400は、補強のため、および/または複数のパネル部、複数のコンデンサ、および/または複数の電池の間に導電性経路を提供するために、永久的に固定される。
図172は、切断された壁ソケット5300の分解図の詳細を示す。図172は、電気リード5315用のニップルを有するソケット本体5310を示す。壁ソケット5300は、角錐壁ポスト用の座ぐり、該座ぐり5316内の排水領域、および真鍮ねじ付き挿入物5320用の貫通孔に分解して図示されている。上記排水領域は水分を逃がし、熱が出ていくことを可能にする。上記挿入物5320は、ネジ4640を受け、上記角錐壁ポストを固定するように位置合わせされ、これによりソーラーパネルアセンブリを収容する。
一つの非限定的な実施形態では、コンクリートネジ5330(例えば、固定具をコンクリートに固定するために使用されるタップコンネジ(Tapcon screws))を使用して、上記壁ソケットを壁または屋根に固定する。図173は、角錐壁部の上記ポストを上記壁ソケット画像に導入する。上記角錐壁部内のパネルアレイからのソーラーパネルリード4680は、上記壁ソケット内の導管5340に対して位置合わせされる。
図174は、位置決めテンプレート/取り付け固定具の詳細な部分を追加する。この非限定的な実施形態では、その導管5410は露出され、上記壁ソケット導管および上記ソーラーパネルリードに対して位置合わせされる。この導管5410は、絶縁配線、オーバーモールドされた配線、または3D印刷導電性材料のための経路であってもよい。上記導管5410は、グラフェンまたは同等物などの超電導材料でコーティングされてもよく、かつ/または超伝導ゲルまたはそれらの任意の組み合わせで充填されてもよい。
図175は、完成した角錐壁システム4990が壁ソケット5310に接続される際の該角錐壁システム4990の一部を示す。上記位置決めテンプレート/取り付け固定具5400は、各壁ソケットの位置合わせを行う。そして、上記位置決めテンプレート/取り付け固定具5400は、位置合わせツールとなった後に取り外されるか、電気導管に永久固定されることができる。図176は、角錐壁4990、いくつかの壁ソケット5300、および位置決めテンプレート/取り付け固定具5400の分解図の詳細を示す。図177は、上記角錐壁を取り除き、上記画像の拡大図を示す。壁ソケット5300は、位置決めテンプレート/取り付け固定具5400の受入空洞にはまる所定の位置にある。取り付け穴5420は、表面上に取り付けテンプレートを固定するために使用され得る。上記穴はそのままにしておいてもよいし、ファスナ用の皿穴に変更されてもよい。
一つの非限定的な実施形態では、上記角錐壁システムは、可視光および/または非可視光の特定の波長を吸収するように半透明または透明のセル/パネルの層を位置決めするために、角錐空間内の空間を利用できる。これは、「透明な」セルから成る第二の層が導入される、図139に示され、図142、図150、図151および図152に強調されている。ソーラーパネルから成る第一の層は、片面または両面であってもよく、上記角錐筐体の内面に固定される。それらは、透明なナノワイヤを作成するため、または、従来の電気接点を覆うために、グラフェンまたは同等の超電導材料を使用し得る。パネル接点は、接触表面積および効率を高めるために、(限定されないが)ハニカム形状などの密な幾何パターンで配置され得る。
第一および後続のパネル層の両方は、可視スペクトルにおいて透明であり得、ペロブスカイトまたは有機塩などの無機材料から作成され得る。それらパネル層は、ポストまたは「ステム」の周りに花の花弁のように積み重ねられることができる。この積み重ねは、平らであってもよく、ステムの周りにオフセット角錐の側面を形成するか、または該側面がバラの花弁のように湾曲し、かつ/または重なり合っていてもよい。パネル層は、平らで互いに平行であってもよく、または平らで互いに独立して方向付け/角度付け/位置決めされてもよい。パネル層は、任意の幾何学的形状または非幾何学的形状状を形成するように湾曲していてもよい。パネル層は、同心状に入れ子にされていてもよく、または互いに独立して方向付け/角度付け/位置決めされてもよい。パネル層は、バラの花弁のように、互い違いにされ、オフセットされてもよい。個々のパネルは、2つ以上の部分に分割され、独立して配置されてもよい。パネル層は、反射防止化合物および/または偏光化合物でコーティングされてもよい。
パネル層は従来の製造方法を用いて、または3D印刷としても知られる積層造形によって作成されてもよい。それらは、融着フィラメント製造(Fused Filament Fabrication(熱溶解積層法))(FFF)、融着蒸着モデリング(Fused Deposition Modeling(熱溶解積層法))(FDM)、光造形法(SLA)、粉末焼結積層造形法(SLS)および直接金属レーザ焼結法(DMLS)などの特定の3D印刷法によって部分的にまたは全部を作製されてもよい。一つの非限定的な実施形態では、SLA樹脂を酸素とUV光とで硬化させるプロセスは、25×から100×まで印刷速度を増加させる。この超高速アディテブ法(ultrafast additive method)は、フル生産に適合される。
上記パネルおよびその接点は、従来の製造方法で作成されるか、導電性材料で3D印刷されるか、またはそれら2つの組み合わせで作成され得る。ソーラーパネルは、中央位置を通る導電性経路を実現にする取り付けポストに固定されてもよい。上記取り付けポストは、射出成形などの従来の製造方法を用いて製造されてもよく、または上述の様々な方法のいずれかで3D印刷されてもよく、またはそれらの組合せで製造されてもよい。一つの非限定的な実施形態では、透明な超電導コンデンサを蓄電用の透明セル層間に使用することができる。
注記:この積み重ねパネル「フラワー」アセンブリを説明するために使用される画像内の構成要素のいくつかは、クロスパネルアセンブリ内の構成要素と同一である。他のものは、図138から図141のものと同様である。しかし、個々の部品が今現在アセンブリである場合がある。したがって、明確化のため、個々の部品の番号は付け直しされている。
図178は、フラワーポストアセンブリ5600の周囲にパネル4610およびそのヒンジ4620の分解図を示す。これらのパネルは、図138から図153に示されるものと同様のクロスパネルアセンブリを形成するが、上記フラワーポストアセンブリは、複数の組のパネルが積み重ねられることを可能にするという差がある。この分解図の下部には、フラワーポストの接続ハブ5610がある。このハブは、上記角錐壁空洞内でパネルを安定させ、固定するために使用される。
図179は、パネル4670から成る第二の層を導入する。図180は、フラワーポストアセンブリ5600の分解図を示す。フラワーポストアセンブリ5600は、ポストの基部またはハブ5610、ポスト本体5620、取り付けファスナ5630、およびアクセスキャップ5640を含む。一つの非限定的な実施形態では、フラワーポストアセンブリ5600は、上記ソーラーアレイを角錐壁部に取り付け、また、壁ソケットに取り付けるために使用される。それは、反射率のためにコーティングされていてもよく、電気リードと共にオーバーモールド、挿入、または3D印刷され得る電気経路または導管を含み得る。フラワーポストアセンブリ5600は、円形、楕円形、または任意の正多角形もしくは不規則な多角形などの、図示されるダイヤモンド形状とは異なる外形を有してもよい。また、それは、先細りになってもよく、空間制限を構成するように、異なってスケーリングされてもよい。
図181は、フラワーポスト5600の断面図を示す。ポストのハブ5610は、本体の皿穴の所定の位置にある取り付けファスナ5630を備えたポスト本体5620の下方にある。アクセスキャップ5640は、その真上にある。
図182は、上記ポストの本体5620およびアクセスキャップ5640の切り取られた断面図上のフィーチャーの拡大図を示す。上記ポストの本体5620の外側に沿ったパネル凹部5622は、異なるレベルのパネルを位置決めする。スナップフィットソケット5621により、上記アクセスキャップ5640上のスナップフィット5641が該アクセスキャップ5640を所定の位置に固定し、上記ファスナを保護することを可能とする。アクセスキャップ凹部5642は、取り外しを容易にするためのツールアクセスを可能にする。
図183は、上記クロスパネルヒンジ4620に接続する第1レベルの配線5650を示す。第一レベルの配線5650は、図146から図148におけるクロスパネルについて説明した上記配線層と同じ回路、多様な材料、および製造プロセスに従う。セル内の複数レベルのパネルを接続する直列接続5651は、例外である。
図184は、上記取り付けハブを通して接続する負リードおよび正リード5682を示す。第2レベルの配線5683から第7の配線層5688は、明瞭化のため、片側のみにマークされる。
図185は、第2レベルパネル4670から第7レベルパネル4675までの積み重ねを示す。それらは、明確化のための目的のみで、片側面にのみマークされる。
図186は、完成した、積み重ねられたフラワーアセンブリ5700を示し、上記クロスパネル4610は扁平位置にあり、上記フラワーポストのハブ5610は分解されている。
図187は、角錐形状に折り畳まれた、完成したフラワーアセンブリ5700を示す。このフラワーアセンブリ5700の外面は、エレクトロルミネセンス塗料、エレクトロルミネセンステープまたは発光ダイオード(LED)4611で覆われる。パネルは、エレクトロルミネセンスコーティングまたはLEDの必要条件に応じて、異なる波長に対して透明または半透明であってもよい。
一つの非限定的な実施形態では、各パネルは、上記取り付けポストの周囲に単一の平らな層を形成し得る。そこでは、各パネルの露出面は、角錐のフットプリントに平行である。各層は、湾曲し、取り付けポストの周りに同心状に入れ子にされていてもよい。各層は、上記取り付けポストに沿って等間隔に配置されてもよく、または異なる間隔で配置されてもよい。各層は、互いに独立して、またはそれらの任意の組み合わせで、角度付けされていてもよい。
電気接点を有するタブは、上記取り付けポストスロット内に固定されてもよく、それらタブの露出した縁部がソーラーパネル上のリードに接続するように固定されてもよい。それらタブは、ファスナ、スナップフィット、結合剤、またはそれらの任意の組み合わせで固定されてもよい。1026ここまで1536
パネルは、反射防止化合物および/または偏光化合物でコーティングされてもよい。
図188は、角錐の底面またはフットプリントに対して平行な向きに置かれた面を有する第1層水平パネル5800を導入する。上記水平パネルにおけるクリアランスホールの縁部は、フラワーポストのパネル凹部5622のすぐ上に配置することが可能である。上記凹部に嵌る接続タブ5805は、第1層水平パネルに接着または固定されることができる。後続のパネルを最初に組み立て、頂部に向かって作業することも可能である。
図189は、いくつかの水平パネルおよびそれらの接続タブの断面を示す。上記クロスパネルの上に最初に取り付けられるのは、接続タブ5855を有する第6パネル5850である。次に、第5パネル5840およびその接続タブ5845が取り付けられる。次に、接続タブ5835を有する第4のパネル5830が取り付けられる。次に、接続タブ5825を有する第3のパネル5820が取り付けられる。次に、接続タブ5815を有する第2のパネル5810が取り付けられる。最後に、最上層パネル5800およびその接続タブ5805が取り付けられる。
図190は、クロスパネル4610が平らに示され、第1層水平パネル5800が強調された、完成した水平の積み重ねフラワ-5900を示す。
図191は、上記パネルの代替的な断面図とそれらの構成により増加した表面積とを示す。図191は、ポストのハブ5610、ポストの本体5620、取り付けファスナ5630、およびアクセスキャップ5640を強調する。
図192は、角錐形状に折り畳まれた水平の積み重ねフラワ-5900を示す。その外側表面4611は、エレクトロルミネセンス塗料、エレクトロルミネセンステープまたはLEDで覆われる。
さらなる非限定的な実施形態では、上記積み重ねフラワ-は、水平でなくてもよい。
いくつかの非限定的な実施形態では、透明カバーが、上記角錐壁システム内の様々な目的のために使用され得る。それらの透明カバーは、気象からの保護のため、空気力学的表面を提供するため、および/または光の収集または分散を補助するために使用され得る。上記カバーの形状は、平らであっても、窪んでいても、突き出ていてもよく、様々な形状であり得る。カバーは、個々のセル、小さなパネル部、または大きなアレイを覆い得る。カバーは、用途に応じて、均一であっても混合されていてもよい。
カバーは、様々な波長の可視光および不可視光に対して透明な多数の異なる材料から作られ得る。これら材料としては、ガラス、透明ポリマー、透明無機ポリマー、透明エポキシ樹脂、透明セラミックス、およびこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。これらの材料は、保護のために、透明なシリカコーティング、透明なエポキシまたは透明なナノコーティングで処理され得る。
また、ソーラーパネルのための保護バリアを形成するカバーは、風の強い地域において構造体に対する保護も提供し得る。カバーは、動いている車両上のソーラーパネルをシールドするために使用される場合、抵抗を減少させ得る。風洞試験および計算流体力学(CFD)などのコンピュータ解析からのデータが、カバーセグメントの特定の形状、並びに大きなアレイ上の、これらのセグメントの配置を決定するだろう。
上記角錐壁システムは、厳しい気象条件に曝される可能性があるため、湿気および熱換気ポートを壁部のさまざまな構成要素に導入することができる。それら構成要素は、角錐壁上の側壁、縁部角部、ポストおよび取り付けソケット、ならびにカバー上の角部および縁部を含み得る。
カバーは、可視スペクトルにおいて透明なソーラーセルとして二重機能を遂行し得、そしてペロブスカイトなどの無機材料または有機塩から作成され得る。それらは、透明なナノワイヤを作成するため、または、従来の電気接点を覆うために、グラフェンまたは同等の超電導材料を使用し得る。パネル接点は、(上述したように)接触表面積および効率を高めるために、(限定されないが)ハニカム形状などの密な幾何パターンで配置され得る。
カバーは、従来の単レンズ、レンチキュラーレンズまたはフレネルレンズのうちの任意のタイプとして機能し得る。これらのレンズは、様々な形状のものであり得、光の焦点合わせ、焦点外し、および方向転換を含む様々な目的を有し得る。原出願における図69は、波形ソーラーパネル1800を示す。また、図69は、このパネル1840のサンプル領域を強調している。一つの非限定的な実施形態では、図70が、このサンプル抽出された領域を詳述し、勾配波パターン屈折段を有するソーラーセルカバーを示す。
カバーは、反射防止化合物および/または偏光化合物でコーティングされてもよい。
カバーは、個々の角錐セルのための個々のユニットとして作成され得る。カバーは、小さなモジュール部分または完全なパネルとして作成され得る。モジュール部分または完全なパネルは、個々のユニットに対して追加された分離フィーチャーを有する個々の角錐セル上に固定するために、カスタム形状の領域を有し得る。このようにして、損傷したユニットのみの交換が必要となる。
カバーは、押出成形、鋳造、インフレーションフィルム、射出成形および熱成形を含む透明プラスチックシートを製造するために使用される従来の方法によって作成され得る。切断部は、成形されたフィーチャーとして設計されてもよく、または水ジェット切断、レーザートリミング、または切刃(cutting blades)などの二次製造プロセスで追加されてもよい。
カバーは、3D印刷としても知られている積層造形によって製造することもできる。それらは、融着フィラメント製造(Fused Filament Fabrication(熱溶解積層法))(FFF)、融着蒸着モデリング(Fused Deposition Modeling(熱溶解積層法))(FDM)、光造形法(SLA)、粉末焼結積層造形法(SLS)および直接金属レーザ焼結法(DMLS)などの特定の3D印刷法によって部分的にまたは全部を作製されてもよい。一つの非限定的な実施形態では、SLA樹脂を酸素とUV光とで硬化させるプロセスは、25×から100×まで印刷速度を増加させる。(上述のように、)この超高速アディテブ法(ultrafast additive method)は、フル生産に適合される。
3D印刷部品における切断部は、単一の材料を用いる設計フィーチャーとして作成されてもよい。また、3D印刷支持材の除去後に作成される溝/空洞から切断部を形成してもよい。あるいは、切断部は、水ジェット切断、レーザートリミング、または切刃(cutting blades)などの二次製造プロセスとして追加されてもよい。
注記:このセクションでは、ポストの有無にかかわらず、水平花弁セットアップ上のカバーの例を示す。しかし、それらカバーは、コンデンサと電池との組み合わせと同様に、ソーラーパネルの変形例のいずれにおいても使用されることができる。
図193は、球形凹状カバー6010および水平の積み重ねフラワ-5900の断面図を示す。この非限定的な実施形態では、上記アクセスキャップ5645は、クリアランスのために切頂され、上記カバー6010は壁部4990内の4セルキャビティ上に嵌合する。中心ネジ(図示せず)は、角部におけるスナップフィットフィーチャーと共にカバーを固定するのに使用され得る。
図194および図195は、単一セルの例として、いくつかの非限定的な実施形態におけるカバーの変形例を示す。図194では、平坦カバー6000、球形凹状カバー6010、楕円形凹状カバー6020、およびティアドロップ形凹状カバー6030が示される。図195では、レンズを有する球形凹状カバー6040と、球形凸状カバー6050と、楕円形凸状カバー6060と、ティアドロップ形凸状カバー6070とが示される。
上記レンズのフィーチャーは、球形凹状の変形例に限定されず、また、これらの図の変形例のいずれにも限定されない。上記レンズ形状は、従来の単レンズまたはフレネルレンズの任意の変形例であってもよい。上記カバーのいずれかの材料は、光学的に透明な化合物、透明なソーラーセル、透明なコンデンサ、またはそれらの任意の組み合わせであり得る。
一つの非限定的な実施形態では、上記水平の積み重ねフラワ-の代替バージョンが積み重ね用の取り付けポストを除去する。これにより、パネルの構造をより簡単にでき、光に露出する表面積をより大きくすることができる。パネル層は、平らで互いに平行であってもよく、または平らで互いに独立して方向付け/角度付け/位置決めされてもよい。パネル層は、任意の幾何学的形状または非幾何学的形状を形成するように湾曲していてもよい。パネル層は、同心状に入れ子にされていてもよく、または互いに独立して方向付け/角度付け/位置決めされてもよい。
パネル層は、反射防止化合物および/または偏光化合物でコーティングされてもよい。
上記パネルの角部は、上記角錐セルの内側縁部に沿ったリードを通して、または折り畳まれたクロスパネルの側面間の縁部を通して、電気接点を提供し得る。切頂された取り付けポストの単純化されたバージョンは、内側縁部リードから中央位置(図示せず)に電流を引き込むだろう。
図196は、水平の積み重ねフラワ-6100の代替バージョンを示す。上記ポストなしの積み重ねフラワ-6100は、種々のフィーチャーを示すために、1つのクロスパネル4610およびヒンジ4620を取り外した状態で示される。上記クロスパネル、フラワーおよび水平の積み重ねフラワーバージョンにおいてみられるように、上記クロスパネル4610の背面は、エレクトロルミネセンス塗料、エレクトロルミネセンステープまたはLEDで覆われてもよい。
この非限定的な実施形態では、6つの入れ子状パネル:6110、6120、6130、6140、6150、および6160が、クロスパネル側面に圧入されているのが示される。電気接点は、直列接続を提供する上記クロスパネル4610の縁部を有する、上記水平パネルの外側角部に有り得る。上記クロスパネルは、所定の位置に折り畳まれた場合に上記水平パネルを保持するために内面に溝フィーチャーを有してもよく、またはクロスパネルは接着されてもよい(または、上記2つの組み合わせ)。上記パネルは、平らであっても、湾曲していてもよく、上記角錐空洞内に種々の方向に向いて配置されてもよく、必ずしも角錐のフットプリント/底面と平行である必要はない。上記角錐空洞の上方には、参照のために球形凹状カバーがある。
図197は、切頂されたロッキングハブ6200の分解図を示す。ハブ基部6210は、上記クロスパネルおよび他のフラワー設計におけるハブと同様である。ハブ本体6220は、上記クロスパネルおよびフラワ設計ポストと同じ機能を有する。ハブ本体6220は、他の設計と同様に配線経路と、ヒンジ接点のための支持を提供する。しかし、花弁を支える必要がないため、ハブ本体6220は、ずっと高さが低い外形である。取り付けファスナ6230が、ハブ本体の上方に示される。ハブ本体は、それを位置決めするための皿状貫通孔を有する上記配線経路からの電気リード6250が示される。
図198は、上記切頂されたロッキングハブ6200の断面図を示す。ハブ基部6210は、ハブ本体6220を入れ子にし、取り付けファスナは、両方を通って示される。内部配線は、明確化のために除去されている。
図199は、上記ハブ基部および本体が取り外された状態を示し、切頂された基部6240の内部配線を強調する。画像から煩雑さを除去するために、2つのヒンジ本体は隠されている。上記内部配線リード6250は、上記ヒンジ接点に接続されて示される。
一つの非限定的な実施形態では、図200は、凹状透明カバー6300を備える、完全に組み立てられた水平フラワ-パネルアセンブリを示す。
スーパーコンデンサと電池の概要は、上述された。要約すると、スーパーコンデンサは、急速充電用に設計されているが、電池は長時間エネルギーを供給するように設計されている。スーパーコンデンサは、「ウルトラコンデンサ」とも呼ばれ、軽量で電力密度が高い。これは、スーパーコンデンサが、数分の一秒から数分の範囲の間に充放電出来ることを意味する。スーパーコンデンサは、長年、数百万サイクル、および広範囲の温度にわたって高効率を維持するが、高価であり、蓄電量が限られている。逆に、電池は、エネルギー密度が高く、数分から数時間にわたって充放電が可能であることを意味する。電池は、スーパーコンデンサよりも安価であり、蓄電量が多い。しかしながら、電池のサイクル寿命は、はるかに短い。また、電池の作動温度は限定されており、間欠的なソーラーパワーなどの重い負荷の下では、電池は急速に劣化する。負荷スパイクをスーパーコンデンサにシフトすることにより、電池の寿命を延ばすことができる。そして、スーパーコンデンサの蓄電量が増加するにつれて、それは、電気自動車などの用途における電池を補完し、充電時間を大幅に高速化するであろう。
コンデンサ蓄電量は、コンデンサの電極の表面積に直接関係するので、エネルギー蓄積量を増加させるためにハニカム層の高密度積層を導入した。上記スーパーコンデンサ内の層の密度および層の数は変化し得る。これらの層は、グラフェン、または同等のナノ粒子でコーティングされており、追加の表面領域を作り出す。これにより、より高い蓄電容量がもたらされる。電極のパターンは、必ずしもハニカムではなく、任意の形状のアレイであってもよい。また、各層上のパターンは、より最適な表面積を得るために、特定の3D形状を作るたように後続の層上のパターンと組み合わせ得る。上記層は、上記角錐の底面/フットプリントに平行であるようには限定されない。また、上記層は、互いに平行であることにも、平らであることにも限定されない。上記層は、湾曲していてもよい。
超電導ゲル電解質は、エネルギー密度を増加させる層間に導入され、放電時間を電池の放電時間と一致させるように延長する(図101から図115参照)。3D印刷としても知られる積層造形の出現まで、これらのスーパーコンデンサに必要とされる複雑な形状は、容易には実現できなったか、または法外に高価であった。このプロセスのスピードが上がるにつれて、部品は、試作品から製造まで直接進めることができ、コストをさらに押し下げる。
それらは、融着フィラメント製造(Fused Filament Fabrication(熱溶解積層法))(FFF)、融着蒸着モデリング(Fused Deposition Modeling(熱溶解積層法))(FDM)、光造形法(SLA)、粉末焼結積層造形法(SLS)および直接金属レーザ焼結法(DMLS)などの特定の3D印刷法によって部分的にまたは全部を作製されてもよい。一つの非限定的な実施形態では、SLA樹脂を酸素とUV光とで硬化させるプロセスは、25×から100×まで印刷速度を増加させる。この超高速アディテブ法(ultrafast additive method)は、フル生産に適合される。
スーパーコンデンサ層は、表面積/容量を増加させるために、化学的にエッチングされた金属板または箔を用いて作成され得る。
射出成形、熱成形、またはブロー成形などの従来の製造方法が、コンデンサセル内の様々な構成要素に使用され得る。これらの構成要素を作成するために、従来の製造方法は、3D印刷と組み合わせて使用され得る。
空間、重量、および/またはコストの制約がある場合には、単一の角錐セル内でスーパーコンデンサ層とソーラーパネル層とを組み合わせた代替のハイブリッド構成を使用し得る。上記角錐空間の下部は、コンデンサとして機能し、上部はソーラーパネル用となるであろう。他の非限定的な構成は、同じ空間内でコンデンサの代わりに電池を用い得る。
注記:電池は、様々な実施形態のいずれかにおいて、コンデンサ蓄電を置換または補完し得る。
図201は、スーパーコンデンサセル6400の分解図を示す。構成要素は、セルカバー6410、ハニカム格子角錐6420、スーパーコンデンサケーシング6430、およびスーパーコンデンサ接続ラック6440を含む。同様の構成要素が、カバー3110、シェルまたはケーシング3160、および接続ラック3200を含む、図109および図111に示される。これらの構成要素は、図201の構成要素とは異なる形状を有する。
図202は、以下の構成要素を分離する:正の直列ポスト6421、正の電気リード6422、負の直列ポスト6423、および負の電気リード6424。上記ポスト6421および6423は、上記ハニカム層の各々に対して、それらハニカム層の電荷に応じて、直列接続を提供する。上記正リード線6422および負リード線6424は、上記スーパーコンデンサ接続ラック6440にスナップフィットする上記スーパーコンデンサケーシング6430上の上記ポストに接続する。
図203は、スーパーコンデンサ接続ラックにスナップフィットされる際の上記負の電気リード6424を見せるために、半分に切断された上記スーパーコンデンサケーシング6430を示す。参照のために、上記負の直列ポスト6423が示されている。上記ラックは、上記角錐壁本体のソケットにスナップフィットされる独自のリード線二本に電流を引き込む内部配線を有する。これらのリード線は、上記角錐壁部上のバードボーンフレーム内の導電性要素に接続される。
図204は、正のハニカム層6425の導入を示す。この非限定的な実施形態の図205には、11層の正の層6425が示される。図206では、11層の負のハニカム層6426が強調され、完全なハニカム格子角錐6420を示す。傾斜した上面図および下面図は、上記格子角錐6420における詳細を示す。
図207は、完全なスーパーコンデンサモジュール6500を示す。ここに示される非限定的な実施形態では、上記モジュールは上下逆さまにされ、同一のモジュールに接続されている。他の非限定的な実施形態では、反対側の部分は、角錐壁パネルであってもよい。この壁部は、その中に複数バージョンのソーラーパネルを有し得る。
図208は、ハイブリッドスーパーコンデンサ/ポストレスフラワーパネルセル6600を示す。上部に、セルカバー6410が示されている。その下には、4つの入れ子状パネル6110、6120、6130、および6140がある。その下には、スーパーコンデンサケーシング6430および1/2サイズのハニカム格子角錐6420の断面図がある。この構成は、片面角錐壁上での太陽光収集および蓄電を可能にする。これは、垂直空間または奥行または重量が制限される場合に適用することができる。
図209は、完全なスーパーコンデンサモジュール6500の断面図を示す。下部に、2つのハニカム格子角錐6420が示される。上部で接続されているのは、3つのソーラーパネル構成を有する角錐壁筐体である。まず、水平の積み重ねフラワー5900が接続されている。この非限定的な実施形態では、上記角錐壁筐体内のこのセルは、1つの角部に球形凹状カバー6010を有する。それに隣接して、「従来の」フラワーアセンブリ5700があり、それに隣接して、ハイブリッドスーパーコンデンサ/ポストレスフラワーパネルセル6600がある。
図210は、切断された上部カバーを有する上記と同じ完全なスーパーコンデンサモジュール6500を示す。この非限定的な実施形態では、上記モジュールカバーは、少なくとも1つの球形凹状カバー6010と、2つの平坦カバー6000とを含む。雨除け、制限された光へのアクセス、または空気力学のため、カバースタイルの組み合わせは、6000から6070の範囲、または、用途に基づく任意の幾何学的形状とし得る。
上記角錐壁システムは、可動設備およびトラック運送業界の両方に適用されている。可動式セットアップは、遠隔地における非常用電源またはシェルター用に展開してもよく、そのコンテナは、1つ以上のセグメントでヒンジ留めされた角錐壁部から形成されてもよい。角錐壁部は、広がって太陽を追うか、または固定構造体を形成し得る。トラック運送業界では、トラクタートレーラおよび他の車両が、燃料コストを部分的にまたは全体的に埋め合わせるために上記角錐壁システムを使用することができる。トラクタートレーラは、以下を含むがそれらに限定されない上記角錐壁システムのいくつかのフィーチャーの恩恵を受けるだろう:
1)その独特の形状は、同じ大きさの従来の壁および屋根と比較して、剛性および強度の増加をもたらす。この強度は、バードボーン格子フレームで増強することができる。
2)この形状内のソーラーパネルの構成は、同じフットプリント上に平らに置かれたパネルと比較して、増加エネルギー収集をもたらす。
3)先進的なスーパーコンデンサを迅速に充電する能力は、燃料補給基地で必要とされる時間を短縮し、一方、スーパーコンデンサ/電池の組み合わせは、ハイブリッド車または完全電気自動車のための電力の制御放電を可能にする。
4)くぼみ付きカバーからの抗力低減は、少なくとも年間11%の燃料コストの節約を可能にする。フルーク(Fluke)(図215参照)などの付加的なフィーチャーは、抗力をさらに低減することができる。
5)上記角錐壁システムは、冷蔵ユニットに電力を供給することができ、一方、壁サンドイッチ部のクローズドセル内部は、断熱を提供することができる。
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6)エレクトロルミネセンス塗料、エレクトロルミネセンステープまたは発光ダイオード(LED)は、パネルおよび/またはフルーク(flukes)を通して夜間照明および/またはサイネージを提供することができる。LEDは、アレイ内、リボン内またはシート内の個々の構成要素であってもよい。LEDはまた、信号伝達を増強するために、この照明フィーチャーを使用することができる。LEDの低消費電力は、外部ソースなしで上記角錐壁システムのコンデンサ-電池部分からの引き出しを可能にする。パネルの最終層の裏面または上記角錐の内面をコーティングするなど、上述のいくつかの方法がある。一つの非限定的な実施形態では、トレーラの側面上の上記角錐の上面は、下向きの照明のためにコーティングされてもよい。
7)コンテナ側面は、角錐壁部を収容するように改造されてもよく、または角錐壁部を材料として構築されてもよい。コンテナ側面は、ソーラーセルまたはソーラーパネル-コンデンサの任意の組合せのうちのいずれかを含む片面壁パネルを含み得る。
8)角錐壁部は、雨除け用の透明カバーと、図193から図195および図200に示されるような様々なくぼみ形状と特性とを有していてもよい。これらのカバーは、独立して位置決めされ、最大抗力低減のために構成された形状を有する側面パネルを形成する。いくつかのカバーは、単レンズ特性、つまり、上記角錐セルの位置に基づいて、従来のフレネルまたはレンチキュラーのいずれかを有し得る。さらに、角錐空洞は、壁内のそれらの位置に基づいて、最大限可能な太陽光収集を達成するために、不均一な側面を有し得る。上記カバーは、個別に形成されてもよく、完全な側壁シートの形に作成されてもよい。損傷が生じた場合または再構成された場合に、個々の部分の交換を可能にするために、後処理を次に行うことができる。上記カバーは、前縁部および後縁部に抗力低減「フルーク(Flukes)」を有し得る。これらのフルークは、個別に形成されてもよく、あるいは交換可能な完全な側壁シートの形に作成されてもよい。抗力低減カバーは、上記角錐壁部を備えない既存のトレーラで使用されてもよい。
図211は、上記角錐壁システムを備える、完全に組み立てられたトラクタトレーラ6700を示す。上記くぼみ付きカバーが、構成可能であり、ソーラーパネル、または電池あるいはコンデンサなどの蓄電部なしに使用し得る。上記くぼみ付きカバーは、角錐壁部を備えない従来のトレーラ側面にも使用し得る。
図212は、独立したトレーラフレーム6710、3つの壁部4990、角錐アレイ4950の内面の拡大図、およびソケット4970および装着プラグ4980を備えるフレーム上部を示す、壁部の背面の拡大図を示す。壁部は、様々な大きさで作られ、完全なトレーラ側面を作るように互いに接着されることができる。あるいは、壁部は、連結フィーチャーまたは電気的フィーチャーを有して、または有さずに、単一パネルとして作られることができる。
図213は、キャブ6720および2つの端部透明くぼみ付きカバー6730を導入する。他の非限定的な実施形態は、ソーラーセルおよびコンデンサ/電池の端壁を含み得る。
図214は、2枚の透明くぼみ付き側壁6740と、1枚の透明くぼみ付き上壁6750とを導入する。これらの壁上のくぼみパターンは、風洞試験と計算流体力学(CFD)などの3Dモデルシミュレーションとからの入力に基づいて、構成可能であり、調整される。
図215は、上記透明くぼみ付き上壁6750上の幾つかのフィーチャーの切り取り、分解および詳細図を示す。含まれるのは、円形くぼみ付きパネル、フラットパネル、三日月形くぼみ付きパネルおよび三角形状空洞シールである。その上に組み合わされているのは、小さな空気力学的「フルーク」と大きな空気力学的「フルーク」である。前縁部から分解されているのは、3つの小さな空気力学的フルーク6760および3つの大きな空気力学的フルーク6770の列である。その左上には、小さなフルーク6760およびその背後の大きなフルーク6770の外形を示す側面図がある。その右側には、三日月形状のくぼみ6025を強調するパネルの後端からの切り取り図がある。3つの大きなフルーク6770が、その上に分解されている。それらのフットプリントは、三日月形状のくぼみに対して位置合わせされるものであり、これは、一つの非限定的な実施形態では実験データに基づくパターン選択であり得る。
左下には、くぼみ付き上壁の詳細図がある。平坦カバー6000および球形凹状カバー6010、ならびに平坦カバーの三角形状空洞シール6005、および球形凹状カバーの三角形状空洞シール6015が注目される。一つの非限定的な実施形態では、これらの空洞シールは、単にカバー構成の端部フィーチャーであり、例えば、シール6005はカバー6000の一部であり、シール6015はカバー6010の一部である。
図216は、上記ソーラーパネル/スーパーコンデンサ壁のサンプルを示すトラクタ-トレーラ-の断面図を示す。切断部に垂直な切り取り図は、コンデンサとフラワーパネル壁セルとを示す。上記コンデンサ/フラワーアセンブリのより詳細な断面図を示すために、透明なカバーが取り外されている。後方から前方に見た端面図は、交互に配置された小さなフルーク6760と大きなフルーク6770とを示す。
一つの非限定的な実施形態では、上記ソーラーパネル構成は、端面図に示されるように積み重ねられたフラワーアセンブリ5700であってもよい。その斜め下および右側には、スーパーコンデンサの一部としてのハニカム格子角錐6420がある。これは、フラワーパネル/スーパーコンデンサアレイの断面を示す。右側には、トレーラセクションの詳細図が示されている。選択カバーは、アレイのフィーチャー(フラワー5700の花弁およびポスト、および格子6420のハニカムフィーチャー)を見せるにするために除去されている。
図217は、切断されたトラクタートレーラの正面からの図を示す。いくつかの透明な壁カバーの分解図は、非対称の角錐壁セルを明らかにする。ここで、上部側面は、下部側面よりも短い。参考までに、キャブ6720を示す。側面パネルの分解領域の詳細が、いくつかの平坦カバー6000が取り外された状態で示されている。そのすぐ後ろに、非対称パネルのサンプルがある。一つの非限定的な実施形態では、不均一な側面(上部が短くされた)を有する角錐構成4585は、トレーラ上の下部列からの入射光を最良に捕捉するために使用される。パネル側面とカバーはカスタマイズできる。
図218は、角錐壁システム6700を備えたトラクタートレーラの斜視図(angled view)を示す。カスタマイズ可能な空気力学的フィーチャーは、車両全体に関連して示されている。
防音壁は、音波を反射、拡散または吸収する目的で設計される。50年以上にわたり、防音壁は、ハイウェイの遮音壁として米国で広く使用されてきた。住宅開発および商業開発により、これらの遮音壁が増加した。防音壁は、コンサートホールや、特定の周波数を弱めることができるスタジオでの音響減衰に使用されてきた。防音壁は、実験室内に無響室を作り出す。無響室は、全ての音波を完全に吸収し、隔離する。有効性、コスト、および美観は、設計要因であり、コストと有効性との間にトレードオフの大部分がある。
一般的に、最も効果が低いが最も安価な壁の形態は、反射壁であり、これは、長く広がるハイウェイで見ることができる。反射壁は、農村部では十分であるが、一般的に、その前方の領域に騒音を伝送する。両側で競合する反射壁は、実際にエリア内の騒音を増加させることがある。
拡散壁は、次に最も効果的であるが、より精巧な形状を有し、より高いコストとなり得る。「S」字型の壁や不規則な幾何学的フィーチャーを有する壁はこのカテゴリーに属する。それらの壁は、単に別の側に音を反射するだけではなく、その前で音を分裂させる。
吸収壁は、一般的に、最も効果的であり、最も高価である。吸収壁は、音響発泡体独立気泡発泡体、ペレット、土および小岩を有する壁を含む。多くの防音壁は、全三種類の障壁のうちの何らかの組み合わせを有する。
上記角錐壁システムは、これらの防音壁カテゴリのうちの2つ、すなわち、拡散および吸収のための当然の候補である。その独特の形状は、逆角錐面のアレイ内で音を反射して、音を拡散させる。
一つの非限定的な実施形態では、H形鋼がコンクリート型枠(例えば、ソノチューブ(Sonotubes))上に固定され、このコンクリート型枠は次にフーティング(footings)に固定される。その後、横向き地上水平支持体が基部を提供し、ソノチューブ同士の間隔をあけて、ソノチューブ/フーティングの組み合わせを地面に埋め込むことができる。
図168から図170に記載されているような、背中合わせの壁部は、吸収壁を作成するために使用される独立パネルを形成することができる。背中合わせの壁部は、H形鋼内のチャネルの間を滑り落ち、下部にダミーパネルの列を有する開始部から始まる。ウェザーキャップを保持するための空間を有する頂部に到達するまで、より多くの壁部が追加される。
その後、上記キャップが追加される前に、前部と後部との間の「サンドイッチギャップ」内に資材が押し込まれる。この資材としては、スプレー発泡絶縁材、独立気泡発泡体、音響発泡体、およびプラスチックおよび木材パルプを含むリサイクル材料が挙げられるが、これらに限定されない。
補強を強化するために独立壁部のうちの1つの内面に格子を印刷し、該独立壁部を後で接合してもよい。プラグおよびソケットは、湿気および熱のための排出ポートを有し得る。
角錐壁部は、上述の材料のいずれかを使用して、上記プロセスのうちの任意のプロセスで作られ得る。特に、複合材料で作られた上記壁部のいずれも、コンクリートで作られた場合よりも一桁分以上軽い。
角錐壁部で構成される防音壁は、空の角錐空間を有し得る。
角錐空間は、片側にソーラーパネル、反対側にコンデンサ/電池の組み合わせ、または片側にハイブリッドコンデンサ/ソーラーパネルを有し得る。夜間使用のために最も内側のソーラーパネルの外面または角錐セルの内面上には、エレクトロルミネセンス塗料、エレクトロルミネセンステープおよび発光ダイオード(LED)。LEDは、アレイ内、リボン内またはシート内の個々の構成要素であってもよい。コンデンサ/電池の組み合わせは、これらの点灯フィーチャーを自足させるようにできる。
連続して延びる防音壁を形成するために、H形鋼で接合した角錐壁部を接合し得る。防音壁部は、湾曲していてもよい。一つの非限定的な実施形態では、上記角錐の反転面は、音響基準に基づく設計において、湾曲したバッキング材の形状に沿うことができる。曲線は、「S」字形状または複合であってもよい。
上記角錐の内面は、音響基準に基づいて、不均一または非対称であってもよい。ソーラーパワー基準も、内側角錐面を成形する際の要素となり得る。
図219は、防音壁部6800の分解図を示す。左側の画像の下部に、フーティング6820が地中に置かれる準備ができている。コンクリートソノチューブ6830は、直上にあり、フーティング6820の上部に埋め込まれる。地上壁支持体6840は、上記ソノチューブ6830のすぐ上に配置され、地上壁支持体6840の端部はポスト間の隔たりをちょうどカバーしている。H形鋼6810は、上記ソノチューブ6830の上に接合され、鉄筋(図示せず)はソノチューブ6830の中に突きささり、フーティングに至る。
4つの背中合わせの角錐壁部5200は、滑り込む準備ができた状態でH形鋼6810の上方に示されている。左下の詳細は、背中合わせの角錐壁部5200の下部にあるダミーパネル5220の一部を示す。H形鋼6810の外形は、その詳細図に示される。右側のその上には、上記角錐アレイ4950(背面および前面)および上記角錐壁部5200を固定する準備ができている壁キャップ6850の詳細がある。
図220は、完成した防音壁部6800を示す。図221は、(一つの非限定的な実施形態における)独立気泡発泡体5210を露出させる破断図を有する完成した防音壁部6800を示す。他の構成では、この挿入物が、プラスチックのペレット、プラスチックを含むリサイクル可能なもの、紙/パルプ、またはコンクリートであってもよい。図222は、一連の防音壁6900を示す。これらのセグメントは、設計基準に応じて、不定の長さ、湾曲、または角度を有し得る。
上記角錐壁システムは、様々な大きさおよび形状の構造体に適用され得る。それらはまた、様々な大きさおよび形状の独立ユニットとして使用される自己完結型構造体を形成し得る。それらは、不定の長さのアレイを形成し得る。それらは、トラッキングシステムを使用してもよく、または固定されてもよい。上記構造体内の個々の角錐セルは、不均一な側面を有してもよく、大きさおよび数が制限されなくてもよい。この構造体の底面は、正多角形または不規則な多角形であり得、辺の数は制限されない。上記角錐壁構造体の側面は、平らであっても湾曲していてもよい。次に、上記角錐セルは、上記角錐壁構造体を作成するように、角錐形状のフレーム内でモジュール式に接合される。
一つの非限定的な実施形態では、上記角錐壁構造体のインボリュート表面は、角錐の底面またはフットプリント全体の表面積において119.6%の増加を示す。上記角錐壁構造体の別の非限定的な実施形態は、側面が除去され、上記角錐の底面のためのパネルのみを使用してもよい。通風中にパネルが屋根に押し付けられた状態を維持するのを助けるために、これらの基部部分の周囲にウィンドスカートを追加し得る。換気口が、湿気および熱の換気のために追加されてもよい。
図223は、独立型の角錐壁構造体7000を示す。これは、独立型のユニットであってもよく、建造物の頂部またはソーラーファーム上のアレイで使用され得る。
図224は、角錐壁構造体の三角形の側壁の分解図を示す。この側壁は、上述の角錐壁4990と同様の構造を有し得る。しかし、この側壁は、異なるように分割されることが可能なので、固有の数を有する。この非限定的な実施形態では、9つの先の尖った壁部7110、8つおよび7つの先端部7120、6つおよび5つの先端部7130、4つおよび3つの先端部7140、ならびに2つおよび1つの先端部7150が接合されるように配置される。溝付き基部部分7210は、真下にあり、基部7220がそれに接続する。
図225は、接続される上記溝付き基部部分7210および基部7210の詳細を示す。図226は、上記溝付き基部部分7210に、かつ上記基部7220上に接続するために組み立てられ、準備が整った、三角形の側壁7100を示す。図227は、溝付き基部部分7210に組み付けられた三角形の側壁7100と、組み立てを待つ上記基部7220との2つの参考図を示す。図228は、4つの基部7220と、上記4つの溝付き基部部分7210のうちの1つに入った1つの三角形の側壁7100と、組み立てる準備ができた2つのフレーム部材7230とのアセンブリを示す。一つの非限定的な実施形態では、これらのフレーム部材は、パネル縁部および側面を太陽に完全に露出させることができるように、上記角錐構造体の内側でパネルを固定し得る。図229は、完成した角錐壁構造体7000を該角錐壁構造体の上に分解されたキャップ7240と共に示す。
図230は、片面角錐壁4990部分で覆われた側面を有する建造物全体を示す。上部には、基部7220および溝付き基部7210がある。図231は、部分的に組み立てられた角錐壁建造物7300を示す。フレーム部材7230は、それらの直ぐ上にあるキャップ7240と共に分解されて示されている。パネルは、一度に一列ずつ、または一度に一側面ずつ組み立てられ得る。図233は、完全に組み立てられた角錐壁建造物7300を示す。この非限定的な実施形態では、4つの角錐壁構造体が屋根の上に示されている。これらの構造体は、大きさ、形状または量を限定されない。
図233は、トラッキング角錐壁構造体7400を示す。この非限定的な実施形態では、上記角錐構造体が2自由度で太陽を追跡することができる。ベース要素7420は、旋回要素7410に接続される。要素7410は、一方向に移動可能であり、上記角錐構造体は、第二の、垂直方向に移動され得る。
一つの非限定的な実施形態(図示せず)では、上記角錐の構造体の内側にコンデンサ/電池を収容するために、背中合わせの壁パネルが使用され得る。背中合わせの壁パネルは、ソーラーファーム内でアレイ状であってもよく、個々のセルの形状は、太陽光収集の最適な性能に基づいて変化し得る。
図234は、平らな角錐壁建造物7500を示す。屋根部分の上の分解図には、ウィンドスカートが固定されるように位置決めされている。この非限定的な実施形態では、上記パネル、側面、基部、溝付き基部フレームおよびキャップは、壁ソケット(5300)および位置決めテンプレート/取り付け固定具(5400)によって固定された角錐壁4990に置き換えられる。これらのパネルの周囲は、ウィンドスカート7510によって固定される。これは、建造物上の下向きの抜き風を利用することによって、ファスナおよび結合剤に対する歪みを低減するのに役立つ。
図235は、上記ウィンドスカート7510、スカート通気孔7515、および角錐壁部4990の詳細な切り取り図を示す。角錐壁システムの上記構成のうちのいずれかと同様に、エレクトロルミネセンス塗料、エレクトロルミネセンステープまたは発光ダイオード(LED)が、パネルの背面または角錐の内面のいずれかに、このシステムのインバータと共に使用され得る。LEDは、アレイ内、リボン内またはシート内の個々の構成要素であってもよい。気象および/または空気拡散用の透明カバーを使用してもよい。
上述したように、様々な実施形態は、壁部を作成するための方法および装置を提供する。そして、これらの壁部は、角錐構造体を迅速に配置するために使用し得る。
説明される様々なオペレーションは、純粋に例示的なものであり、特定の順序をほのめかすものではない。また、これらのオペレーションを、適切な場合に、任意の順序で使用することができ、また、部分的に使用することもできる。個々の工程として説明される様々なオペレーションは、単一のオペレーションに組み合わせられ得る。さらに、個々の工程として説明されるいくつかのオペレーションは、複数の工程として実行されるように分割され得る。本明細書で使用するとき、図面、図、画像、および工程という用語は、互換的に使用され得る。例えば、いくつかの実施形態では、図3に示される真空成形が完全真空チャンバ内で行われてもよく、工程が変わってもよい。他の実施形態では、上記シートは、最終的な真空成形工程および硬化が起こる前に、様々な工程でクランプされ、切断されてもよい。さらに他の実施形態では、別の一連の工程のとして行われるように、様々な図を並べ替えることができる。
角錐の形状に形成されるシートの一つの非限定的な実施形態では、最後の折り畳みおよび切断工程の後、樹脂を逃す(wick)するために材料の上に注入メッシュが配置され得る。上記メッシュは、外側に沿ってテープで留められ、2つのプラスチック製コネクタが真空ホース用に両側に緩く配置され得る。次いで、やや特大サイズの真空バッグ(例えば、透明バギング材料の片面シート)を材料の上に配置し、真空バギングテープでテープ止めすることができる。
各コネクタの上方に切開部が形成され得る。一つは、ホースがリザーバから樹脂を引き出すことを可能にする。もう一つは、真空ポンプに取り付けられているホースを接続する。最初に、リザーバをクランプオフ(clamped off)し、袋中から完全に空気を抜き取り得る。それから、ポンプ端部のホースが同様に、クランプオフされ得る。漏れがないと判定された後、リザーバ端部のクランプを開き、樹脂を注入メッシュを通して引き込み得る。その後、両方のホースを再びクランプオフし得る。真空成形シートは完成した筐体を作成するために、次の24時間にわたって硬化できるようにされ得る。
一実施形態により、独特なユニットまたはアレイにおいて角錐形状の空洞と、関連要素とを使用して、ソーラーエネルギーを収集し、蓄積する方法が実現される。この方法は、平らに置かれた場合と同じ電力出力を維持するように、パネル間の反射率を利用する。これにより、実装面積が制限された所に設置が可能となる。上記角錐の底面に対する各側面の角度は、5°から85°の範囲である。これらの角錐の底面または「フットプリント」は、ダイヤモンド形状または菱形形状などの正多角形または不規則な多角形であってもよい。しかしながら、辺の数は制限されず、角錐の側面は、不均一であってもよい。太陽光へのアクセスが制限されている部分は、入射光を最もよく捕捉するために、不均一な側面を有し得る。
逆角錐は、その側面が建造物表面から離され、自然のエアフローがセルを冷却することを可能にし、熱が減少されるので効率を高める。上記角錐壁システムは、角錐「セル」または「モジュール」の数によって限定されず、しかも該セルまたはモジュールはスケーラブルである。
別の実施形態により、ソーラーパネルを配置するための方法が実現される。それらのソーラーパネルは、平らに組み立てられ、ヒンジ連結され、角錐の内面に接着またはスナップフィットされた十字型のパターンを作成してもよい。ソーラーパネルは、フレキシブルであってもよく、十字形の平らなパターンとして形成され、角錐形状に「4D」折りされて、角錐の内面に接着されるか、または、はめ込まれる。ソーラーパネルは、片面または両面であってもよく、従来の製造方法または3D印刷で作成されてもよい。ソーラーパネルは、可視スペクトルにおいて透明であり得、そしてペロブスカイトまたは有機塩などの無機材料から作成され得る。ソーラーパネルは、透明なナノワイヤを作成するため、または、従来の電気接点を覆うために、グラフェンまたは同等の超電導材料を使用し得る。パネル接点は、接触表面積および効率を高めるために、(限定されないが)ハニカム形状などの密な幾何パターンで配置され得る。上記パネルおよびその接点は、従来の製造方法で作成されるか、導電性材料で3D印刷されるか、またはそれら2つの組み合わせで作成され得る。
ソーラーパネルは、中央位置を通る導電性経路を実現にする取り付けポストに固定されてもよい。取り付けポスト配線層は、埋め込みワイヤ/オーバーモールドされたワイヤを含み得る。取り付けポスト配線層は、配線層を作成するために、挿入されたリード線を有する、成形、機械加工、または3D印刷されたチャネルまたは導管を収容し得る。上記層は、3D印刷された導電性リードを有し得る。上記取り付けポスト内のチャネルまたは導管は、導電性材料、あるいはグラフェンまたは同等物のような超電導材料を用いて噴霧または電気メッキされてもよい。それらは、導電ゲルまたは超電導ゲルでコーティングされ得る。
配線層は、本明細書に記載される任意の組み合わせで製造され、複数の組のパネルのために積み重ねられてもよい。上記取り付けポスト本体は、複数のパネルアレイを積み重ねることができるように追加されたスロットを有して延長されてもよい。可視光(または特定の波長)に対して透明なパネルは角錐空間内に積層されてもよく、各層は特定の範囲の波長を吸収するように配置される。パネル層は、平らで互いに平行であってもよく、または平らで互いに独立して方向付け/角度付け/位置決めされてもよい。パネル層は、任意の幾何学または非幾何学的形状を形成するように湾曲されてもよい。パネル層は、同心状に入れ子にされていてもよく、または互いに独立して方向付け/角度付け/位置決めされてもよい。パネル層は、バラの花弁のように、互い違いにされ、オフセットされてもよい。
パネルは、従来の単レンズ、レンチキュラーレンズまたはフレネルレンズのうちの任意のタイプとして機能する透明な外面を有し得る。これらのレンズは、様々な形状のものであり得、光の焦点合わせ、焦点外し、および方向転換を含む様々な目的を有し得る。
可視光に対して透明または半透明のパネルは、エレクトロルミネセンス塗料、エレクトロルミネセンステープまたは発光ダイオード(LED)で覆われた外面を有し得る。LEDは、アレイ内、リボン内またはシート内の個々の構成要素であってもよい。これは、透明セルが使用される場合、夜間の使用のためとなる。これらの照明された面は、上記角錐壁モジュール内のスーパーコンデンサおよび/または電池などの蓄電部に接続されたインバータを通して電力を引き出し、自立するであろう。エレクトロルミネセンスは、コンデンサまたはソーラーパネルによって電力供給され得る。
さらなる実施形態により、複合シートを用いて金型上に真空成形された壁部が実現される。これらの壁部は、小さなモジュラー式の「A」および「B」嵌合部分から全壁パネルまでの範囲に及ぶことができる。壁部は、3D印刷としても知られている、積層造形によって製造され得る。それらは、融着フィラメント製造(Fused Filament Fabrication(熱溶解積層法))(FFF)、融着蒸着モデリング(Fused Deposition Modeling(熱溶解積層法))(FDM)、光造形法(SLA)、粉末焼結積層造形法(SLS)および直接金属レーザ焼結法(DMLS)などの特定の3D印刷法によって部分的にまたは全部を作製されてもよい。(フル生産に適合される一つの超高速アディテブプロセスは、酸素とUV光とで硬化されるSLA樹脂および/またはSLAを使用する。壁部は、熱可塑性基材を有する刻まれた炭素繊維、または熱可塑性基材を有する繊維の連続ストランドを使用して、FFF/FDM3D印刷されてもよい。刻まれた炭素繊維および熱可塑性基材は、ペレット、フィラメント、またはそれらの組み合わせの形であり得る。
上記角錐壁システムは、断面の形状に合致して製造プロセスを高速化する非直交移動を可能とするロボットアーム上の押出機によって部分的にまたは全部をFFF/FDM3D印刷され得る。上記ロボットアームは、従来のリニアレールまたはリニアガントリシステム上を個々または複数のユニットで移動し得る。ロボットアームは、曲線運動で移動することもでき、個々のまたは複数のアームは、独立して、または複合曲線トラック上で移動し得る。生産システムは、ロボットアームの組み合わせも、従来のFFFまたはFDM印刷の場合のようにガントリー上の押出機も使用し得る。
複合ラッピングのための金型または型は、FFF、FDM、SLA、SLS、またはDMLSなどの積層造形プロセスを使用して3D印刷され得る。金型は、CNCフライス盤または外形加工機を用いて作製され得る。金型は、背中合わせの壁部同士の間に様々な材料(プラスチックおよびコンクリートを含むがこれらに限定されない)を流し込むことによって作ることができる。
角錐壁部は、真空成形された熱可塑性シートから作成され得、あるいは、射出成形または回転成形され得る。
壁部は、保管および輸送のために積み重ねられるように、手動または外部刺激のいずれかで整った形に変化するように、リビングヒンジを用いて平らに印刷され得る。
ラッピング用の代替材料には、ガラス繊維およびケブラーが含まれる。FFF/FDM3D印刷の代替材料には、ガラス繊維およびケブラー(ストランドまたは刻まれたもの)、熱可塑性物質(単独で)、コンクリート、セメント、木材パルプ、結合剤を有する複合木材、およびリサイクル可能材料が含まれる。これらの材料は、ペレット、フィラメント、またはそれらの組み合わせとして供給され、3Dプリンタノズルを通して押し出され得る。様々な成形プロセスのための代替材料には、木材パルプ/複合木材、リサイクル可能な材料(プラスチックを含む)および複合埋め込み熱可塑性物質、セメントまたはコンクリートが含まれる。
壁は、プラスチックまたは木材から機械で作られる、または切り出されてもよい。
壁は、シートメタルから作られてもよい。
上記角錐壁システム内の構成要素のいずれも、全体を製造され得る、あるいは、本明細書に記載のプロセスのいずれかを用いて全体を製造され得る。
別の実施形態により、角錐壁部を背中合わせに接合する方法が実現される。独立部分において、別個の壁部同士をファスナで背中合わせに接続することができる。上記ポストおよびソケットの軸は、ポストが固定されるようにソケット収められるときに位置合わせされ得る。ソケットは代わりに、ポストが滑り込むことができるように、半円形の切り欠きを有し得る。
これらの独立部分同士は、独立気泡発泡体または様々な材料(再生プラスチックまたは紙を含む)のペレットまたはセメントで満たすことができる空間を有する。この充填材は、断熱、吸音またはその両方に使用し得る。3D印刷された格子を部分同士の間に挿入し、独立気泡発泡体などの材料で強化することができる。上記格子は、独立壁部のうちの1つの内面に印刷されて、該独立壁部を後で接合してもよい。
プラグおよびソケットは、湿気および熱に対する、位置合わせされた排出ポートを有し得る。
さらなる実施形態により、片面角錐壁部を壁に接続する方法が実現される。片面角錐壁部は、それらの中心ポストに上記ソーラーパネルリードを接続する電気ハブを形成させる。次いで、このハブは、壁または支持面に取り付けられた壁ソケットの空洞に接続する。ファスナは、上記壁ソケットの空洞内の埋め込み、ねじ切りインサートに固定されているハブから突き出ている。上記空洞は、電気接点を有し、該電気接点は、次いで、ハブから電力を引き出し、それを位置決めテンプレート/取り付け固定具の中のワイヤハーネスまたは電気導管に伝送する。上記位置決めテンプレート/取り付け固定具内のカットアウト部は、壁ソケットと同じ外形を有する。上記カットアウト部における切り込みは、上記壁ソケットのコンタクトニップル(contact nipple)のためのレリーフ(relief)を提供する。
上記位置決めテンプレート/取り付け固定具は、上記壁ソケットを壁に固定または接着する前に、該壁ソケットを位置合わせするために、一時的な取り付けテンプレートとしても使用し得る。上記テンプレート自体は、電気導管または埋め込み配線を有さないでよい。上記テンプレートは、壁ソケットの位置合わせ用であり、その後、取り外されるであろう。
永久的な取り付け固定具として、上記位置決めテンプレート/取り付け固定具が、電気導管または埋め込み配線を有する場合と有さない場合がある。上記位置決めテンプレート/取り付け固定具は、ソケットが壁に固定または接着された後に、該ソケットによって全面的に支持されてもよい。上記位置決めテンプレート/取り付け固定具は、上記角錐壁部に対して追加の支持を提供するために、独立して固定または接着されてもよい。
上記壁ソケットおよび位置決めテンプレート/取り付け固定具は、機械加工、切り出し、レーザー切断、水切断(water cut)、または射出成形を含む様々な方法によって成形し得る。それらは、3D印刷としても知られる積層造形によって形成されてもよい。それらは、融着フィラメント製造(Fused Filament Fabrication(熱溶解積層法))(FFF)、融着蒸着モデリング(Fused Deposition Modeling(熱溶解積層法))(FDM)、光造形法(SLA)、粉末焼結積層造形法(SLS)および直接金属レーザ焼結法(DMLS)などの特定の3D印刷法によって部分的にまたは全部を作製されてもよい。
上記壁ソケット内の電気接点および位置決めテンプレート/取り付け固定具内の導管は、絶縁配線用の経路であっても、オーバーモールドされたワイヤであっても、導電性材料で3D印刷されていてもよい。上記導管は、グラフェンまたは同等物などの超電導材料でコーティングされてもよく、かつ/または超伝導ゲルまたはそれらの任意の組み合わせで充填されてもよい。
永久的な固定具としての上記壁ソケットおよび上記位置決め/取り付けテンプレートは、取り付け面に固定できるように取り付け穴があってもよい。それらは、結合化合物、またはその組み合わせで固定され得る。
一つの非限定的な実施形態では、上記角錐壁システムは、可視光および/または非可視光の特定の波長を吸収するように半透明または透明のセル/パネルの層を位置決めするために、角錐空間内の空間を利用できる。ソーラーパネルから成る第一の層は、片面または両面であってもよく、上記角錐筐体の内面に固定される。それらは、透明なナノワイヤを作成するため、または、従来の電気接点を覆うために、グラフェンまたは同等の超電導材料を使用し得る。パネル接点は、接触表面積および効率を高めるために、(限定されないが)ハニカム形状などの密な幾何パターンで配置され得る。
第一および後続のパネル層の両方は、可視スペクトルにおいて透明であり得、ペロブスカイトまたは有機塩などの無機材料から作成され得る。それらパネル層は、ポストまたは「ステム」の周りに花の花弁のように積み重ねられることができる。この積み重ねは、平らであってもよく、ステムの周りにオフセット角錐の側面を形成するか、または該側面がバラの花弁のように湾曲し、かつ/または重なり合っていてもよい。パネル層は、平らで互いに平行であってもよく、または平らで互いに独立して方向付け/角度付け/位置決めされてもよい。パネル層は、任意の幾何学的形状または非幾何学的形状を形成するように湾曲されてもよい。パネル層は、同心状に入れ子にされていてもよく、または互いに独立して方向付け/角度付け/位置決めされてもよい。パネル層は、バラの花弁のように、互い違いにされ、オフセットされてもよい。個々のパネルは、2つ以上の部分に分割され、独立して配置されてもよい。
パネル層は、反射防止化合物および/または偏光化合物でコーティングされてもよい。
パネル層は従来の製造方法を用いて、または3D印刷としても知られる積層造形によって作成されてもよい。それらは、融着フィラメント製造(Fused Filament Fabrication(熱溶解積層法))(FFF)、融着蒸着モデリング(Fused Deposition Modeling(熱溶解積層法))(FDM)、光造形法(SLA)、粉末焼結積層造形法(SLS)および直接金属レーザ焼結法(DMLS)などの特定の3D印刷法によって部分的にまたは全部を作製されてもよい。一つの非限定的な実施形態では、SLA樹脂を酸素とUV光とで硬化させるプロセスは、25×から100×まで印刷速度を増加させる。この超高速アディテブ法(ultrafast additive method)は、フル生産に適合される。
上記パネルおよびその接点は、従来の製造方法で作成されるか、導電性材料で3D印刷されるか、またはそれら2つの組み合わせで作成され得る。ソーラーパネルは、中央位置を通る導電性経路を実現にする取り付けポストに固定されてもよい。上記取り付けポストは、射出成形などの従来の製造方法を用いて製造されてもよく、または上述の様々な方法のいずれかで3D印刷されてもよく、またはそれらの組合せで製造されてもよい。
上記取り付けポスト配線層を構成する導電性経路は、埋め込みワイヤ/オーバーモールドされたワイヤ含み得る。取り付けポスト配線層は、配線層を作成するために、挿入されたリード線を有する、成形、機械加工、または3D印刷されたチャネルまたは導管を収容し得る。上記層は、3D印刷された導電性リードを有し得る。上記取り付けポスト内のチャネルまたは導管は、導電性材料、あるいはグラフェンまたは同等物のような超電導材料を用いて噴霧または電気メッキされてもよい。それらは、導電ゲルまたは超電導ゲルでコーティングされ得る。
一つの非限定的な実施形態では、透明な超電導コンデンサを蓄電用の透明セル層間に使用することができる。
上記クロスパネル/フラワーアセンブリは、複数組のパネルを積み重ねることができる取り付け/フラワーポストアセンブリを有することができる。上記フラワーポストの接続は、上記角錐壁空洞内でパネルを安定させ、固定するために使用され得る。フラワーポストアセンブリは、上記ポストの基部またはハブ、ポスト本体、取り付けファスナ、およびアクセスキャップを含む。一つの非限定的な実施形態では、フラワーポストアセンブリは、上記ソーラーアレイを角錐壁部に取り付け、また、壁ソケットに取り付けるために使用される。それは、反射率のためにコーティングされていてもよく、電気リードと共にオーバーモールド、挿入、または3D印刷され得る電気経路または導管を含み得る。フラワーポストアセンブリは、円形、楕円形、または任意の正多角形もしくは不規則な多角形などの、図示されるダイヤモンド形状とは異なる外形を有してもよい。また、それは、先細りになってもよく、空間制限を構成するように、異なってスケーリングされてもよい。上記フラワーポストのハブは、本体の皿穴の所定の位置にある取り付けファスナを備えたポスト本体の下方にある。ポストの本体の外側に沿ったパネル凹部は、異なるレベルのパネルを位置決めする。スナップフィットソケットにより、上記アクセスキャップ上のスナップフィットが所定の位置に該アクセスキャップを固定し、ファスナを保護することを可能とする。アクセスキャップ凹部は、取り外しを容易にするためのツールアクセスを可能にする。
第一レベルの配線は、上記クロスパネルヒンジに接続する。負リードおよび正リードは、取り付けハブを通して接続する。複数レベルの配線は、複数レベルの積み重ねられたパネルを接続する。
完成したフラワーアセンブリは、角錐形状に折り畳まれ得、このフラワーアセンブリ外面は、エレクトロルミネセンス塗料、エレクトロルミネセンステープまたは発光ダイオード(LED)で覆われ得る。LEDは、アレイ内、リボン内またはシート内の個々の構成要素であってもよい。パネルは、エレクトロルミネセンスコーティングまたはLEDの必要条件に応じて、異なる波長に対して透明または半透明であってもよい。
別の非限定的な実施形態では、各パネルは、上記取り付けポストの周囲に単一の平らな層を形成し得る。そこでは、各パネルの露出面は、角錐のフットプリントに平行である。各層は、湾曲し、取り付けポストの周りに同心状に入れ子にされていてもよい。各層は、上記取り付けポストに沿って等間隔に配置されてもよく、または異なる間隔で配置されてもよい。各層は、互いに独立して、またはそれらの任意の組み合わせで、角度付けされていてもよい。
電気接点を有するタブは、上記取り付けポストスロット内に固定されてもよく、それらタブの露出した縁部がソーラーパネル上のリードに接続するように固定されてもよい。それらタブは、ファスナ、スナップフィット、結合剤、またはそれらの任意の組み合わせで固定されてもよい。
パネルは、反射防止化合物および/または偏光化合物でコーティングされてもよい。
この非限定的な実施形態では、第一層水平パネルは、角錐の底面またはフットプリントに対して平行な向きに置かれた露出面を有する。上記水平パネルにおけるクリアランスホールの縁部は、上記フラワーポストのパネル凹部のすぐ上に配置されるであろう。接続タブは、上記第一層水平パネルに接着または固定されるように、凹部に嵌る。後続のパネルを最初に組み立て、頂部に向かって作業することも可能である。上記クロスパネルの上に最初に取り付けられるのは、接続タブを有する最下層パネルであってもよい。最上層パネルおよびその接続タブまで、連続する層が、組み立てられる。上記フラワーアセンブリは、その後、角錐形状に折り畳まれ、このフラワーアセンブリ外面は、エレクトロルミネセンス塗料、エレクトロルミネセンステープまたはLEDで覆われる。
いくつかの非限定的な実施形態では、透明カバーが、上記角錐壁システム内の様々な目的のために使用され得る。透明カバーは、気象からの保護のため、空気力学的表面を提供するため、または光の収集または分散を補助するために使用され得る。上記カバーの形状は、平らであっても、窪んでいても、突き出ていてもよく、様々な形状であり得る。カバーは、個々のセル、小さなパネル部、または大きなアレイを覆い得る。カバーは、用途に応じて、均一であっても混合されていてもよい。
カバーは、様々な波長の可視光および不可視光に対して透明な多数の異なる材料から作り得る。これら材料としては、ガラス、透明ポリマー、透明無機ポリマー、透明エポキシ樹脂、透明セラミックス、およびこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。これらの材料は、保護のために、透明なシリカコーティング、透明なエポキシまたは透明なナノコーティングで処理され得る。
また、ソーラーパネルのための保護バリアを形成するカバーは、風の強い地域において構造体に対する保護も提供し得る。カバーは、動いている車両上のソーラーパネルをシールドするために使用される場合、抵抗を減少させ得る。風洞試験および計算流体力学(CFD)などのコンピュータ解析からのデータが、カバーセグメントの特定の形状、並びに大きなアレイ上の、これらのセグメントの配置を決定するだろう。
上記角錐壁システムは、厳しい気象条件に曝される可能性があるため、湿気および熱換気ポートを壁部のさまざまな構成要素に導入することが可能である。それら構成要素は、角錐壁上の側壁、縁部角部、ポストおよび取り付けソケット、ならびにカバー上の角部および縁部を含み得る。
カバーは、可視スペクトルにおいて透明なソーラーセルとして二重機能を遂行し得、そしてペロブスカイトまたは有機塩などの無機材料から作成され得る。それらは、透明なナノワイヤを作成するため、または、従来の電気接点を覆うために、グラフェンまたは同等の超電導材料を使用し得る。パネル接点は、接触表面積および効率を高めるために、(限定されないが)ハニカム形状などの密な幾何パターンで配置され得る。
カバーは、従来の単レンズ、レンチキュラーレンズまたはフレネルレンズのうちの任意のタイプとして機能し得る。これらのレンズは、様々な形状のものであり得、光の焦点合わせ、焦点外し、および方向転換を含む様々な目的を有し得る。一つの非限定的な実施形態において、ソーラーセルカバーは、勾配波パターン屈折段を有し得る。
カバーは、反射防止化合物および/または偏光化合物でコーティングされてもよい。
カバーは、個々の角錐セルのための個々のユニットとして作成され得る。カバーは、小さなモジュール部分または完全なパネルとして作成され得る。モジュール部分または完全なパネルは、個々のユニットに対して追加された分離フィーチャーを有する個々の角錐セル上に固定するために、カスタム形状の領域を有し得る。このようにして、損傷したユニットのみの交換が必要となる。
カバーは、押出成形、鋳造、インフレーションフィルム、射出成形および熱成形を含む透明プラスチックシートを製造するために使用される従来の方法によって作成され得る。切断部は、成形されたフィーチャーとして設計されてもよく、または水ジェット切断、レーザートリミング、または切刃(cutting blades)などの二次製造プロセスで追加されてもよい。
カバーは、3D印刷としても知られている積層造形によって製造することもできる。それらは、融着フィラメント製造(Fused Filament Fabrication(熱溶解積層法))(FFF)、融着蒸着モデリング(Fused Deposition Modeling(熱溶解積層法))(FDM)、光造形法(SLA)、粉末焼結積層造形法(SLS)および直接金属レーザ焼結法(DMLS)などの特定の3D印刷法によって部分的にまたは全部を作製されてもよい。一つの非限定的な実施形態では、SLA樹脂を酸素とUV光とで硬化させるプロセスは、25×から100×まで印刷速度を増加させる。この超高速アディテブ法(ultrafast additive method)は、フル生産に適合される。
3D印刷部品における切断部は、単一の材料を用いる設計フィーチャーとして作成されてもよい。また、3D印刷支持材の除去後に作成される溝/空洞から切断部を形成してもよい。代わりに、切断部は、水ジェット切断、レーザートリミング、または切刃(cutting blades)などの二次製造プロセスとして追加されてもよい。
カバーは、ポストの有無にかかわらず、水平花弁セットアップ上で使用され得る。さらに、それらカバーは、コンデンサと電池との組み合わせと同様に、ソーラーパネルの変形例のいずれにおいても使用されることができる。
フラワーポスト用のアクセスキャップは、上記カバーの形状に基づくクリアランスのために切頂されていてもよい。中心ネジは、上記角部におけるスナップフィットフィーチャーと共に上記カバーを固定するのに使用され得る。
単一の角錐セル用のカバーには、多くの変形例がある。いくつかの非限定的な実施形態は、平坦カバー、球形凹状カバー、楕円形凹状カバー、ティアドロップ形凹状カバー、レンズ付き球状凹状カバー、球形凸状カバー、楕円形凸状カバーおよびティアドロップ形凸状カバーを含むのが示される。上記レンズのフィーチャーは、球形凹状の変形例に限定されず、また、これらの図の変形例のいずれにも限定されない。上記レンズ形状は、従来の単レンズまたはフレネルレンズの任意の変形例であってもよい。上記カバーのいずれかの材料は、光学的に透明な化合物、透明なソーラーセル、透明なコンデンサ、またはそれらの任意の組み合わせであり得る。
別の非限定的な実施形態では、上記水平の積み重ねフラワーの代替バージョンが積み重ね用の取り付けポストを除去する。これにより、パネルの構造をより簡単にでき、光に露出する表面積をより大きくすることができる。パネル層は、平らで互いに平行であってもよく、または平らで互いに独立して方向付け/角度付け/位置決めされてもよい。パネル層は、任意の幾何学的形状または非幾何学的形状を形成するように湾曲されてもよい。パネル層は、同心状に入れ子にされていてもよく、または互いに独立して方向付け/角度付け/位置決めされてもよい。
パネル層は、反射防止化合物および/または偏光化合物でコーティングされてもよい。
上記パネルの角部は、上記角錐セルの内側縁部に沿ったリードを通して、または折り畳まれたクロスパネルの側面間の縁部を通して、電気接点を提供し得る。切頂された取り付けポストの単純化されたバージョンは、内側縁部リードから中央位置(図示せず)に電流を引き込むことが可能である。
ポストなしの積み重ねフラワーは、上記クロスパネルの側面に圧入された入れ子状パネルを有する。電気接点は、直列接続を提供する上記クロスパネルの縁部を有する、上記水平パネルの外側角部に有り得る。上記クロスパネルは、所定の位置に折り畳まれた場合に上記水平パネルを保持するために、内面に溝フィーチャーを有してもよく、またはクロスパネルは接着されてもよく、または、上記2つの組み合わせであってもよい。上記パネルは、平らであっても、湾曲していてもよく、上記角錐空洞内に種々の方向に向いて配置されてもよく、必ずしも角錐のフットプリント/底面と平行である必要はない。上記ハブ基部は、上記クロスパネルヒンジを支持するために使用される。上記ハブ本体は、他の設計と同様に配線経路と、ヒンジ接点のための支持を提供する。ハブ本体は、花弁を支持するために使用されないので、高さが低い外形を有する。取り付けファスナが、ハブ本体を位置決めするための皿状貫通孔を有するハブ本体を通って接続する。
上記配線経路からの電気リードは、上記ハブ基部を通って接続する。上記ハブ基部は、上記ハブ本体と取り付けファスナとを入れ子にし、上記内部配線リードは、ヒンジ接点に接続される。
上記クロスパネルの背面は、エレクトロルミネセンス塗料、エレクトロルミネセンステープまたはLEDで覆われてもよい。
スーパーコンデンサは、急速充電用に設計されているが、電池は長時間エネルギーを供給するように設計されている。スーパーコンデンサは、「ウルトラコンデンサ」とも呼ばれ、軽量で電力密度が高い。これは、スーパーコンデンサが、数分の一秒から数分の範囲の間に充放電出来ることを意味する。スーパーコンデンサは、長年、数百万サイクル、および広範囲の温度にわたって高効率を維持するが、高価であり、蓄電量が限られている。逆に、電池は、エネルギー密度が高く、数分から数時間にわたって充放電が可能であることを意味する。電池は、スーパーコンデンサよりも安価であり、蓄積量が多い。しかしながら、電池のサイクル寿命は、はるかに短い。また、電池の作動温度は限定されており、間欠的なソーラーパワーなどの重い負荷の下では、電池は急速に劣化する。負荷スパイクをスーパーコンデンサにシフトすることにより、電池の寿命を延ばすことができる。そして、スーパーコンデンサの蓄電量が増加するにつれて、それは、電気自動車などの用途における電池を補完し、充電時間を大幅に高速化するであろう。
コンデンサ蓄電量は、コンデンサの電極の表面積に直接関係するので、エネルギー蓄積量を増加させる方法としてハニカム層の高密度積層を導入した。上記スーパーコンデンサ内の層の密度および層の数は変化し得る。これらの層は、グラフェン、または同等のナノ粒子でコーティングされており、追加の表面領域を作り出す。これにより、より高い蓄電容量がもたらされる。電極のパターンは、必ずしもハニカムではなく、任意の形状のアレイであってもよい。また、各層上のパターンは、最適な表面積を得るために、特定の3D形状を作るために、後続の層上のパターンと組み合わせ得る。上記層は、上記角錐の底面/フットプリントに平行であるようには限定されない。また、上記層は、互いに平行であることにも、平らであることにも限定されない。上記層は、湾曲していてもよい。
超電導ゲル電解質は、エネルギー密度を増加させる層間に導入され、放電時間を電池の放電時間と一致させるように延長する。3D印刷としても知られる積層造形の出現まで、これらのスーパーコンデンサの複雑な形状は、容易には実現できなったか、または法外に高価であった。このプロセスのスピードが上がるにつれて、部品は、試作品から製造まで直接進めることができ、コストをさらに押し下げる。
それらは、融着フィラメント製造(Fused Filament Fabrication(熱溶解積層法))(FFF)、融着蒸着モデリング(Fused Deposition Modeling(熱溶解積層法))(FDM)、光造形法(SLA)、粉末焼結積層造形法(SLS)および直接金属レーザ焼結法(DMLS)などの特定の3D印刷法によって部分的にまたは全部を作製されてもよい。一つの非限定的な実施形態では、SLA樹脂を酸素とUV光とで硬化させるプロセスは、25×から100×まで印刷速度を増加させる。この超高速アディテブ法(ultrafast additive method)は、フル生産に適合される。
スーパーコンデンサ層は、表面積/容量を増加させるために、化学的にエッチングされた金属板または箔を用いて作成され得る。
射出成形、熱成形、またはブロー成形などの従来の製造方法が、コンデンサセル内の様々な構成要素に使用され得る。これらの構成要素を作成するために、従来の製造方法は、3D印刷と組み合わせて使用され得る。
空間、重量、および/またはコストの制約がある場合には、単一の角錐セル内でスーパーコンデンサ層とソーラーパネル層とを組み合わせた代替のハイブリッド構成を使用し得る。上記角錐空間の下部は、コンデンサとして機能し、上部はソーラーパネル用となるであろう。他の非限定的な構成は、同じ空間内でコンデンサの代わりに電池を用い得る。
注記:電池は、様々な実施形態のいずれかにおいて、コンデンサ蓄電を置換または補完し得る。
スーパーコンデンサセルの構成要素は、セルカバー、ハニカム格子角錐、スーパーコンデンサケーシング、およびスーパーコンデンサ接続ラックを含む。電気接点は以下を備える:正の直列ポスト、正の電気リード、負の直列ポスト、および負の電気リード。上記ポストは、ハニカム層の各々に対して、それらハニカム層の電荷に応じて、直列接続を提供する。上記正リード線および負リード線は、上記スーパーコンデンサ接続ラックにスナップフィットする上記スーパーコンデンサケーシング上のポストに接続するであろう。上記ラックは、上記角錐壁本体のソケットにスナップフィットされる独自のリード線二本に電流を引き込む内部配線を有する。そして、これらのリード線は、上記角錐壁部上のバードボーンフレーム内の導電性要素に接続される。
一つの非限定的な実施形態では、複数の正のハニカム層が負のハニカム層と組み合わさって、ハニカム格子角錐を完成する。一つの非限定的な実施形態では、モジュールは、上下逆さまにされ、同一のモジュールに接続されている。他の非限定的な実施形態では、反対側の部分は、角錐壁パネルであってもよい。壁部は、ハイブリッドスーパーコンデンサ/ポストレスフラワーパネルセルを含んで、複数バージョンのソーラーパネルおよびカバーをその中に有し得る。この構成は、垂直空間または奥行または重量が制限される用途において、片面角錐壁上での太陽光収集および蓄電を可能にする。他の構成は、水平の積み重ねフラワー、従来フラワー、またはそれらの任意の組み合わせを含み得る。
空間、重量、および/またはコストの制約がある場合には、単一の角錐セル内でスーパーコンデンサ層とソーラーパネル層とを組み合わせた代替のハイブリッド構成を使用し得る。上記角錐空間の下部は、コンデンサとして機能し、上部はソーラーパネル用となるであろう。
この構成は、片面角錐壁上での太陽光収集および蓄電を可能にする。これは、垂直空間または奥行または重量が制限される場合に適用することができる。
他の非限定的な構成は、同じ空間内でコンデンサの代わりに電池を用い得る。
さらに別の実施形態では、上記角錐壁システムは、可動設備およびトラック運送業界の両方に適用されている。可動式セットアップは、遠隔地における非常用電源またはシェルター用に展開してもよく、そのコンテナは、一つ以上のセグメントでヒンジ留めされた角錐壁部から形成されてもよい。角錐壁部は、広がって太陽を追うか、または固定構造体を形成し得る。トラック運送業界では、トラクタートレーラおよび他の車両が、燃料コストを部分的にまたは全体的に埋め合わせるために上記角錐壁システムを使用することができる。トラクタートレーラは、以下を含むがこれらに限定されない上記角錐壁システムのいくつかのフィーチャーの恩恵を受けるだろう:
1)その独特の形状は、同じ大きさの従来の壁および屋根と比較して、剛性および強度の増加をもたらす。この強度は、バードボーン格子フレームで増強することができる。
2)この形状内のソーラーパネルの構成は、同じフットプリント上に平らに置かれたパネルと比較して、増加エネルギー収集をもたらす。
3)先進的なスーパーコンデンサを迅速に充電する能力は、燃料補給基地で必要とされる時間を短縮し、一方、スーパーコンデンサ/電池の組み合わせは、ハイブリッド車または完全電気自動車のための電力の制御放電を可能にする。
4)くぼみ付きカバーからの抗力低減は、少なくとも年間11%の燃料コストの節約を可能にする。フルーク(Fluke)などの付加的なフィーチャーは、抗力をさらに低減することができる。
5)上記角錐壁システムは、冷蔵ユニットに電力を供給することができ、一方、壁サンドイッチ部のクローズドセル内部は、断熱を提供することができる。
6)エレクトロルミネセンス塗料、エレクトロルミネセンステープまたは発光ダイオード(LED)は、パネルおよび/またはフルーク(flukes)を通して夜間照明および/または信号を提供することができる。LEDは、アレイ内、リボン内またはシート内の個々の構成要素であってもよい。LEDはまた、信号伝達を増強するために、この照明フィーチャーを使用することができる。LEDの低消費電力は、外部ソースなしで上記角錐壁システムのコンデンサ-電池部分からの引き出しを可能にする。発光層は、パネルの最終層の裏面または角錐の内面を覆うことができる。一つの非限定的な実施形態では、トレーラの側面上の上記角錐の上面は、下向きの照明のためにコーティングされてもよい。
7)コンテナ側面は、角錐壁部を収容するように改造されてもよく、または角錐壁部を材料として構築されてもよい。コンテナ側面は、ソーラーセルまたはソーラーパネル-コンデンサの任意の組合せのいずれかを含む片面壁パネルを含み得る。
8)角錐壁部は、雨除け用の透明カバーと、様々なくぼみ形状とを有していてもよい。これらのカバーは、独立して位置決めされ、最大抗力低減のために構成された形状を有する側面パネルを形成できる。いくつかのカバーは、単レンズ特性、つまり、上記角錐セルの位置に基づいて、従来のフレネルまたはレンチキュラーのいずれかを有し得る。さらに、角錐空洞は、壁内のそれらの位置に基づいて、最大限可能な太陽光収集を達成するために、不均一な側面を有し得る。上記カバーは、個別に形成されてもよく、完全な側壁シートの形に作成されてもよい。損傷が生じた場合または再構成された場合に、個々の部分の交換を可能にするために、後処理が次に行われる。上記カバーは、前縁部および後縁部に抗力低減「フルーク(Flukes)」を有し得る。これらのフルークは、個別に形成されてもよく、あるいは交換可能な完全な側壁シートの形に作成されてもよい。抗力低減カバーは、上記角錐壁部の他のフィーチャーを備えない既存のトレーラで使用されてもよい。
上記角錐壁システムを有する完全に組み立てられたトラクタートレーラのために、くぼみ付きカバーが、構成可能であり、ソーラーパネル、あるいは電池またはコンデンサなどの蓄電部なしに使用され得る。上記くぼみ付きカバーは、角錐壁部を備えない従来のトレーラ側面にも使用し得る。一つの非限定的な実施形態では、独立トレーラフレーム、トレーラの長さの3つの壁部、およびトレーラの両端部に適合する2つの壁部が組み立てられる。壁部は、様々な大きさで作られ、完全なトレーラ側面を作るように互いに接着されることができる。あるいは、壁部は、連結フィーチャーまたは電気的フィーチャーを有して、または有さずに、単一パネルとして作られることができる。2つの側面透明くぼみ付きカバー、1つの上面透明くぼみ付きカバー、および2つの両端部透明くぼみ付きカバーが追加される。これらの壁上のくぼみパターンは、風洞試験と計算流体力学(CFD)などの3Dモデルシミュレーションとからの入力に基づいて、構成可能であり、最適化される。また、トレーラの前縁部および後縁部に沿った空気力学的フルークの大きさ、形状および配置は、意図された用途に基づいて構成され得る。それらのフットプリントは、くぼみに対して位置合わせされることが可能であり、これは、一つの非限定的な実施形態では実験データに基づくパターン選択であり得る。種々の形状のカバー用の三角形状空洞シールは、上記トレーラの縁部の外形を満たす。一つの非限定的な実施形態では、これらの空洞シールは、カバー構成のフィーチャーである。
一つの非限定的な実施形態では、不均一な側面(例えば、上部が短くされた)を有する角錐構成は、トレーラ上の下部列からの入射光を捕捉するために使用されることが可能である。また、パネル側面とカバーはカスタマイズもできる。
現在開示されている実施形態の一部を形成する記載されたオペレーションのいずれも、有用な機械オペレーションであり得る。様々な実施形態は、これらのオペレーションを実行するためのデバイスまたは装置にも関する。上記装置は、必要な目的のために特別に構成されることが可能である。あるいは、上記装置は、コンピュータに記憶されたコンピュータプログラムによって選択的に作動されたり、構成されたりする汎用のコンピュータであってもよい。特に、1つ以上のコンピュータ可読媒体に結合された1つ以上のプロセッサを使用する様々な汎用機械を、本明細書における教示に従って書かれたコンピュータプログラムとともに使用することができる。あるいは、必要なオペレーションを実行するために、より特殊化した装置を構成することがより好都合であり得る。
前述の説明は、特定の実施形態を対象とした。しかしながら、記載された実施形態には、それらの利点のいくつかまたはすべてを達成する他の変形および改変を行い得る。上述のシステムおよび方法に対する改変は、本明細書において開示される概念から逸脱することなく行われ得る。したがって、本発明は、開示された実施形態によって限定されると見なされるべきではない。さらに、記載された実施形態の様々なフィーチャーは、他のフィーチャーが対応して使用されることなく使用され得る。したがって、この説明は、本発明を限定するものではなく、単に様々な原理を例示するものとして読まれるべきである。