MX2011002993A

MX2011002993A - Sistema y metodo para captura de energia solar y metodo relacionado de fabricacion.

Info

Publication number: MX2011002993A
Application number: MX2011002993A
Authority: MX
Inventors: Joseph E Ford; Jason Harris Karp; Eric Tremblay; Justin Matthew Hallas
Original assignee: Univ California
Priority date: 2008-09-19
Filing date: 2009-09-18
Publication date: 2011-05-30
Also published as: BRPI0918865A2; WO2010033859A2; IL211778A; EP2326889A4; CN102216695B; IL211778A0; WO2010033859A3; EP2326889A2; US20110226332A1; ZA201102038B; US20160178879A1; AU2009293000A1; CN102216695A; US9274266B2

Abstract

Se describen un sistema y método para capturar energía solar, y un método relacionado de fabricación. Por lo menos en una modalidad, el sistema incluye una primera disposición de lente teniendo una pluralidad de lentes, y un primer componente de guía de onda adyacente a la disposición de lente, en donde el componente de guía de onda recibe luz, y en donde el componente de guía de onda incluye una disposición de facetas de prisma/en espejo dispuestas a lo largo de una superficie del componente de guía de onda. El sistema además incluye por lo menos una celda fotovoltaica colocada con el fin de recibir por lo menos una porción de la luz que es dirigida fuera de la guía de onda. Por lo menos algo de la luz que pasa hacia el componente de guía de onda queda restringida de dejar el componente de guía de onda después de ser reflejada por al menos una de las facetas de prisma/en espejo, por lo que por lo menos algo de la luz restringida de dejar el componente de guía de onda es dirigida por la guía de onda hacia por lo menos una celda fotovoltaica.

Description

SISTEMA Y METODO PARA CAPTURA DE ENERGIA SOLAR Y METODO RELACIONADO DE FABRICACION REFERENCIA CRUZADA A SOLICITUDES RELACIONADAS Esta solicitud reclama el beneficio de la solicitud de patente provisional de E.U.A. No. 61/098,279 titulada "Sistema y Método para Captura de Energía Solar y Método Relacionado de Fabricación" y presentada el 19 Septiembre, 2008, que se incorpora aquí por referencia.

DECLARACION CON RESPECTO A INVESTIGACION AL DESARROLLO FEDERALMENTE PATROCINADO CAMPO DE LA INVENCION La presente invención se refiere a sistemas y métodos de energía solar y, más particularmente, a sistemas y métodos para capturar energía solar que operan al menos en parte a manera de concentrar lo recibido antes de la conversión de luz en energía eléctrica u otra, así como a métodos para fabricar tales sistemas.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION Los sistemas de energía solar son de interés ampliamente aumentado debido a las demandas de energía emergentes a nivel mundial y precios emergentes consecuentes para recursos de energía existentes, especialmente recursos de petróleo. Aunque gran parte del esfuerzo se está enfocando en desarrollar celdas fotovoltaicas (PV) más eficientes que pueden generar cantidades cada vez mayores de energía eléctrica basándose en una cantidad dada de radiación solar dirigida a esas celdas, las celdas PV de alta eficiencia sin embargo permanecen costosas. Una alternativa menos costosa para emplear celdas PV de alta eficiencia es emplear celdas PV de baja eficiencia (o más baja). Sin embargo, tales celdas PV necesitan implementarse a través de áreas de superficie mayores con el fin de recolectar suficiente radiación solar como para generar la misma cantidad de energía que puede desarrollarse al utilizar celdas PV de alta eficiencia que tienen un área de superficie más pequeña.

Aunque la eficiencia de un sistema de energía solar basado en PV depende de la eficiencia de la celda(s) PV empleada de sistema, la cantidad de energía generada por tal sistema también puede mejorarse sin aumentar la eficiencia de la celda(s) PV o celda(s) PV de área más grande al combinar el uso de celda(s) PV con dispositivos adicionales que concentran la radiación solar antes de dirigirla a la celda(s) PV. Debido a que tales dispositivos de concentración solar pueden emplear componentes que son menos costosos en la misma celda(s) PV, un sistema energía solar que emplea tal dispositivo de concentración solar en combinación con celda(s) PV que cubre un área de superficie relativamente pequeña puede producir potencialmente, a un menor costo, el mismo alto nivel de salida de energía que el que se logra por sistemas de energía solar que emplean únicamente celda(s) PV de la misma área o una mayor. También, un sistema energía solar que emplea tal dispositivo de concentración solar además de celda(s) PV de alta eficiencia que cubre un área relativamente pequeña puede lograr niveles superiores de salida de energía de lo que sería posible utilizar esa celda(s) PV sola, incluso si esas celdas cubrieron un área grande.

Aunque se proporcionan potencialmente tales ventajas, los sistemas de energía solar existentes que emplean tanto celda(s) PV y dispositivos de concentración solar tienen ciertas desventajas también. En particular, algunos dispositivos de concentración solar estacionarios tienden a no ser muy eficientes. Por ejemplo, un tipo particular de sistema de energía solar existente que emplea tanto celda(s) PV como dispositivos de concentración solar es un sistema que emplea uno o más concentradores solares fluorescentes (FSC). En tal dispositivo, la luz incidente en la superficie de una guía de onda de tabla se absorbe por una transición atómica molecular de material incorporado en la tabla. Con la absorción, algo de la energía entonces se emite como florescencia uniformemente en todas las direcciones, y esta luz fluorescente se emite a una longitud de onda mayor con menos energía que la luz incidente. Aunque se atrapa una fracción de la florescencia emitida dentro de la tabla, y se guía a un borde de la guía de onda para iluminación de una celda PV, una gran fracción de la luz fluorescente se reabsorbe y remite en una dirección no guiada, que de esa forma resulta en ineficiencia substancial.

Un problema adicional asociado con algunos concentradores solares convencionales (por ejemplo, lente de creación de imagen o concentradores basados en espejo) es que, para operación apropiada, tales concentradores solares requieren luz solar que es incidente desde una dirección particular relativa al concentrador. Es decir, aunque tales concentradores solares son capaces de condensar/ampliar luz incidente en una gran área sobre una celda PV de área menor, tales ampliaciones grandes requieren alineación precisa que debe mantenerse a medida que el sol se mueve a través del cielo aunque a través del arco diario, y a través de la variación estacional de elevación. Aunque es posible lograr tal alineación a manera de un sistema "activo" que utiliza rastreo (con o sin retroalimentación posicional), tales sistemas activos son costosos y frecuentemente complicados de implementar. Los sistemas "pasivos", alternativos, que no utilizan alineación activa, pueden lograr únicamente un factor de concentración relativamente pequeño (por ejemplo, de aproximadamente 10 soles), dependiendo del rango de ángulo sobre los cuales se diseña en el concentrador para mantener eficiencia de salida relativamente alta.

Incluso otra desventaja asociada con al menos algunos sistemas de energía solar con encionales que emplean concentradores solares es que son complicados y/o costosos de fabricar.

Por lo tanto sería ventajoso si pudiera emplearse un diseño mejorado para un sistema de energía solar que emplea tanto celda(s) PV como dispositivos de concentración solar. Más particularmente, sería ventajoso si tal diseño mejorado permitiera lograr uno o más de los beneficios de los sistemas de energía solar convencionales que emplean tanto celda(s) PV como dispositivos de concentración solar, mientras no sufren de (o sufren tanto de) una o más de las desventajas antes descritas de tales sistemas.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION Los presentes inventores han reconocido el deseo de sistemas de energía solar que emplean celdas PV además de concentradores solares, y además reconocieron que son ventajosos sistemas existentes que emplean concentradores solares fluorescentes (FSC) en cuanto a que, mientras emplean guías de onda de tabla, tales sistemas pueden ser más compactos que muchas otras formas de sistemas de energía solar que emplean otras formas de concentradores solares. Adicionalmente, sin embargo, los inventores además han reconocido que una nueva forma de sistema de energía solar que emplea guías de onda de tabla puede lograrse que tiene eficiencia superior a sistemas existentes y, en lugar de emplear FSC, los concentradores solares a su vez se construyen al colocar una disposición de lente adyacente a una guia de onda de tabla formada entre una capa de revestimiento de bajo índice y una capa adicional que tiene facetas de prisma, con la disposición de lente que es a lo largo de la capa de revestimiento opuesta a la capa adicional de la guía de onda de tabla que tiene las facetas de prisma. Por diseño inapropiado de las facetas de prisma, puede lograrse el reflejo interno total dentro de la guia de onda de tabla con respecto en gran parte sino toda la luz entrante dirigida en la guía de onda de tabla, y esta luz pueden a su vez dirigirse a una o más celdas PV colocada en uno o más extremos/bordes de la guía de onda de tabla.

Adicionalmente, los presentes inventores también han reconocido el deseo de sistemas de energía solar que son capaces de recibir luz de ángulos cambiantes de incidencia. Consecuentemente, aunque las facetas de prisma con propiedades ópticas constantes pueden emplearse en al menos algunas modalidades de la presente invención, los presentes inventores además han reconocido que en al menos algunas otras modalidades de la presente invención las facetas de prisma pueden formarse o revelarse a manera de uno o más materiales y/o procesos que permiten que varíen las características de faceta de prisma, que incluyen ubicación relativa al micro-lente, dependiendo de la luz incidente en esas facetas de prisma. También, en al menos algunas otras modalidades, los componentes del sistema de energía solar pueden cambiarse ligeramente en varias formas para también permitir que se reciba luz de varios ángulos de incidencia y se dirija a las celdas PV. En algunas de las modalidades, la guía de onda con las facetas de prisma puede cambiarse con relación a uno o más dispositivos del lente. Además, los presentes inventores también han reconocido el deseo de aumentar el grado al cual se concentra la luz en un número menor de celdas PV (o más pequeñas), así como el deseo de ser capaz de recibir múltiples componentes de luz que simplemente un componente de luz individual o rango individual de componentes de luz, y además ha desarrollado varias disposiciones para facilitar lograr tales objetivos.

En al menos una modalidad, la presente invención se refiere a un sistema para capturar energía solar. El sistema incluye una primera disposición de lente que tiene una pluralidad de lentes, y un primer componente de guía de onda adyacente a la disposición de lente, en donde el componente de guía de onda recibe luz, y en donde el componente de guía de onda incluye una disposición de prisma o facetas en espejo (u otra característica de dirección de luz) dispuesta a lo largo de al menos una superficie del componente de guía de onda. El sistema además incluye al menos una celda fotovoltaíca colocada para recibir al menos una porción de la luz que se dirige fuera de la guía de onda. Al menos algo de la luz que pasa en el componente de guía de onda se restringe de dejar el componente de guía de onda al reflejarse por al menos una de las facetas de prisma o un espejo, con lo cual al menos algo de la luz restringida de dejar el componente de guía de onda se dirige por la guía de onda hace al menos una celda fotovoltaico.

Además, en al menos una modalidad, la presente invención se refiere a un método para fabricar un sistema de recolección de energía solar. El método incluye proporcionar una capa de guía de onda, que proporciona una disposición de lente en combinación con la capa de guía de onda, y que forma facetas de prisma o en espejo en la capa de guía de onda al exponer la capa de guía de onda y al menos una capa adicional a la luz.

Adicionalmente, en al menos una modalidad, la presente invención se refiere a un método para capturar energía solar. El método incluye recibir luz en un componente de guía de onda, y reflejar al menos una porción de la luz recibida en una pluralidad de facetas de prisma o en espejo formadas a lo largo de una superficie del componente de guía de onda, en donde substancialmente toda la luz reflejada experimenta reflejo interno total dentro del componente de guía de onda subsecuente al reflejarse mediante las facetas de prisma o en espejo. El método también incluye comunicar la luz reflejada dentro del componente de guía de onda hacia una superficie de borde de la capa de guía de onda, y recibir la luz reflejada comunicada en una celda fotovoltaica, con la luz reflejada comunicada que se transmite a través de la superficie de borde.

Además, en al menos una modalidad, la presente invención se refiere a un sistema para capturar energía solar. El sistema incluye una capa de guía de onda óptica, que tiene una capa de revestimiento superior e inferior, y una disposición de lente que tiene una pluralidad de lentes, dispuesta sobre la capa de revestimiento superior, y en la cual la luz solar es incidente. El sistema también incluye una disposición de características de inyección formadas en la capa de guía de onda óptica y dispuesta para que cada característica de inyección esté localizada en o cerca del enfoque de uno respectivo de los lentes, en donde cada una de las características de inyección se orienta para que la luz enfocada desde el lente sobre la característica de inyección respectiva se acople en la capa de guía de onda óptica. El sistema además incluye al menos una celda fotovoltaica colocada a lo largo de al menos una superficie de borde de la guía de onda óptica, en donde la luz acoplada en la capaz de guía de onda óptica se guía mediante la guía de onda hacía, y se absorbe por al menos una celda fotovoltaica.

En al menos una modalidad adicional, la presente invención se refiere a un sistema fotovoltaico solar que incluye un concentrador solar que recolecta luz solar directa en una celda PV de área pequeña, traslapándose en el área de recolección de luz con un panel solar no concentrado que recolecta luz solar indirecta en un PV de gran área o panel térmico solar.

BREVE DESCRIPCION PE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una vista en explosión, en perspectiva, esquemática de un dispositivo de energía solar ilustrativo adicional que emplea componentes que permiten la concentración y la recolección de luz entrante, de acuerdo con al menos una modalidad de la presente invención; La Figura 2 es una vista de elevación transversal, esquemática del dispositivo de energía solar de la Figura 1 que particularmente ilustra trayectorias de luz ilustrativas que ocurren dentro de ese dispositivo; La Figura 3 es un diagrama esquemático que ilustra pasos ilustrativos de un proceso de fabricación que puede emplearse para producir un dispositivo tal como el mostrado en las Figuras 1-2; Las Figuras 4A-4C son diagramas de flujo que además ilustran otros procesos de fabricación ilustrativos que pueden emplearse al producir un dispositivo tal como el mostrado en las Figuras 1-2; La Figura 5 es una vista en elevación transversal, esquemática adicional del dispositivo de energía solar de la Figura 1 que ilustra la operación ilustrativa posible cuando la luz incidente que choca con el dispositivo de energía solar se inclina con relación a un eje normal al dispositivo de energía solar; La Figura 6 es una vista en elevación transversal, esquemática de un dispositivo de energía solar ilustrativo adicional que difiere de aquel de las Figuras 1-2, particularmente en cuanto a que emplea materiales que reaccionan a la luz solar para acoplar efectivamente los que es incidente desde una variedad de ángulos en una capa de guía de onda, de acuerdo con otra modalidad de la presente invención; La Figura 7 es un cuadro de flujo que ilustra pasos ilustrativos de operación del dispositivo de energía solar de la Figura 6, particularmente en términos de su reacción a la variación posicional de luz solar; Las Figuras 8-14 son vistas en elevación transversal, esquemáticas adicionales de modalidades ilustrativas adicionales de dispositivos de energía solar que emplean varias formas de micro-rastreo; Las Figuras 15-17 son vistas en elevación transversal, esquemáticas adicionales de modalidades ilustrativas adicionales de dispositivos de energía solar que permiten diferentes formas de extracción de luz desde guías de onda de los dispositivos de energía solar; La Figura 18 es una vista en perspectiva esquemática adicional de un sistema de energía solar en la forma de una disposición de concentrador plano; Las Figura 19-23 son vistas en elevación transversal, esquemáticas adicionales de modalidades ilustrativas adicionales de dispositivos de energía solar que permiten que varios componentes espectrales de luz se dirijan a diferentes celdas PV; Las Figuras 24A-24D, 26A-C y 28B son vistas en perspectiva esquemáticas adicionales de porciones de modalidades ilustrativas adicionales del dispositivo de energía solar que están dispuestos para facilitar varias formas de concentración de luz; y Las Figuras 25, 27 y 28A son vistas esquemáticas adicionales que ilustran formas de concentración empleadas por algunos de los dispositivos de energía solar mostrados en las Figuras 24A-24D, 26A-C y 28D así como al menos otro tipo de dispositivo de energía solar.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA MODALIDAD PREFERIDA Al hacer referencia a la Figura 1, se proporciona una vista explotada de un sistema de energía solar 2 de acuerdo con la modalidad de la presente invención. Como se muestra, el sistema energía solar 2 incluye una sección de concentración solar 4 en múltiples celdas PV 6. La sección de concentración solar 4 también puede denominarse como una sección de concentración micro-óptica en vista del pequeño tamaño de la estructura y sus componentes relativos a la estructura física general del sistema 2. Más particularmente como se muestra, la sección de concentración solar 4 incluye una disposición de lente 8 que tiene múltiples lentes 10 dispuestos substancialmente a lo largo de un plano. Los lentes 10, que en la presente modalidad se forman al grabar los lentes en una superficie de vidrio o súper-estrato de plástico, pueden denominarse como micro-lentes, de nuevo en vista de su tamaño relativo a la estructura física general del sistema 2. La luz solar (o posiblemente otra luz entrante) es incidente en una superficie exterior 12 de la disposición de lente 8, y saca la disposición de lente a manera de una superficie interior 14 en el lado opuesto de la disposición de lente con relación a la superficie exterior.

Además, la sección de concentración solar 4 además incluye porciones de guía de onda adicionales 19 (además de la disposición de lente 8). Las porciones de guía de onda adicionales 19 incluyen una capa de revestimiento de bajo índice 16 y una guía de onda de tabla 18. Cuando se ensamblan al sistema de energía solar 2, la capa de revestimiento de bajo índice 16 está colocada entre la disposición de lente 8 y la guia de onda de tabla 18. La capa de revestimiento de bajo índice 16 puede ser, por ejemplo, un material de teflón AF o de flúor polímero relacionado, mientras la guía de onda de tabla 18 puede hacerse de vidrio (por ejemplo, vidrio sílex F2) o un polímero acrílico. La guía de onda de tabla 18 tiene un grosor 20, una superficie interior 22 que está en contacto con la capa de revestimiento de bajo índice 16 (cuando se ensambla a la sección 4) y una superficie exterior 24 opuesta a la superficie interior y separada de la superficie interior por el grosor 20. Una pluralidad de facetas de prisma 26 se forma a lo largo de la superficie exterior 24. Las facetas de prisma respectivas 26 están alineadas con la lentes respectivos 10 y el grosor 20 se determina para que un punto focal respectivo de cada uno de los lentes ocurra en una respectiva de las facetas de prisma. Como se discute a continuación, en la práctica, las facetas de prisma 26 son mucho menores en extensión con relación a los lentes (para propósitos descriptivos, las facetas de prisma no se dibujan a escala en la Figura 1 ).

Se pretende que las facetas de prisma 26 sean representativas de una variedad de diferentes tipos de facetas de inyección o características de inyección que están configuradas para retractar, reflejar, difractar, dispersar, y/o de otra forma dirigir luz incidente sobre éstas para que la luz permanezca completa o substancialmente dentro de la guía de onda de tabla 18 ó al menos parcialmente restringida de salir de la guía de onda, cualquiera y todos que se abarcan por la presente invención. Aunque las facetas de prisma 26 particularmente pueden considerarse como características de inyección que son alta o completamente refractivas en su operación, también se abarcan otras formas de características de inyección por la presente invención tal como facetas en espejo que pueden considerarse amplia o completamente reflectoras. En algunas modalidades, las características de inyección empleadas proporcionarán cualquiera de uno o más de refracción, reflexión, difracción (por ejemplo, en la forma de rejilla de difracción) o dispersión. Como se discute además a continuación, las facetas de prisma 26 (u otras características de dirección/inyección de luz) pueden formarse al utilizar cualquiera de una variedad de técnicas que pueden involucrar, por ejemplo, grabar, moldear, regla, litografía, o fotolitografía. En algunas modalidades, la superficie exterior 24 de la guía de onda 18 incluye una capa de revestimiento adicional además de las facetas de prisma 26.

La eficiencia de recolección óptica general del concentrador/sistema de energía solar depende de, entre otras cosas, la posición lateral y vertical exacta de las características de inyección (por ejemplo, las posiciones de las características de inyección con relación a lentes), así como en el perfil físico de la característica de inyección (las formas y orientaciones de una o más superficies de faceta particulares de las características de inyección). Entre otras cosas, el ángulo(s) de las características de inyección (por ejemplo, los ángulos de superficie de las características de inyección con relación a la superficie exterior 24 de la guía de onda 18 en la cual se montan esas características de inyección) pueden ser de importancia. Frecuentemente estos ángulos se determinan en una forma que toma en cuenta el ángulo(s) en el cual se espera que la luz choque con las características de inyección. Por ejemplo, en donde se espera que la luz impacte con una de las facetas de prisma 26 en ángulos menores (por ejemplo, 0 a 15° con relación a un eje normal a la superficie exterior 24 de la guía de onda 18), el ángulo de la superficie de faceta con relación a la superficie exterior 24 puede ser de 30°, mientras en donde se espera que la luz impacte con una de las facetas de prisma en ángulos mayores, el ángulo de la superficie de faceta con relación a la superficie exterior 24 puede ser de 45°. Se entenderá que, al desarrollar cualquier concentrador solar dado, uno puede emplear software de diseño óptico para generar perfiles de característica de inyección que son apropiados dada la combinación de propiedades materiales y limitaciones físicas y de fabricación (y limitaciones operativas esperadas) que aplican esa modalidad particular.

Además como se muestra, las superficies interiores y exteriores 22, 24 de la guia de onda de tabla 18 son cada una rectangulares, para que la guía de onda de tabla 18 tenga primeras, segundas, terceras y cuartas superficies de borde 28, 30, 32 y 34, respectivamente, extendiéndose entre las superficies interiores y exteriores, en donde las primeras y las segundas superficies de borde se oponen entre sí y las primeras y cuartas superficies de borde se oponen entre sí. Aunque los revestimientos completamente reflejantes pueden aplicar opcíonalmente a las terceras y cuartas superficies de borde 32, 34, las celdas PV 6 se disponen a lo largo de las primeras y las segundas superficie de borde 28 y 30. Como se muestra, cada una de las celdas PV 6 más particularmente en la presente modalidad tiene un ancho que es igual al grosor 20, y que se extiende a lo largo de respectiva completa de las superficies de borde opuestamente orientadas 28, 30. Las primeras y las segundas superficie de borde 28, 30 en las cuales se localizan las celdas PV 6 también pueden denominarse como superficies de borde longitudinal ya que están en los extremos opuestos de la longitud de la guía de onda de tabla 18 y son los bordes hacia los cuales se dirige la luz mediante la guía de onda.

Haciendo referencia inicialmente a la Figura 2, se proporciona una vista transversal de la sección de concentración solar 4 del dispositivo de energía solar 2 (es decir, el dispositivo de energía solar 2 con las celdas PV 6 removidas) en ensamble (en lugar de forma explotada), que particularmente ilustra operación ilustrativa de la sección de concentración solar 4 en luz acanalada a las primeras y las segundas superficie de borde 28, 30 a lo largo de las cuales se van a montar las celdas PV 6. Como se muestra, los rayos de luz (por ejemplo, luz solar) 36 ingresa a uno ilustrativo de los lentes 10 de la disposición de lente 8 y, al hacer esto, se enfocan por ese lente. La luz enfocada procede a través de la capa de revestimiento de bajo índice 16 y subsecuentemente en la guía de onda de tabla 18, con la luz que entonces procede desde la superficie interior 22 de la guía de onda de tabla hacia la superficie exterior 24 de la guía de onda de tabla. Finalmente, la luz enfocada alcanza una ilustrativa de las facetas de prisma 26 localizadas a lo largo de la superficie exterior 24 de la guía de onda de tabla, con el punto focal de la luz enfocada que ocurre en esa faceta de prisma.

Aunque los rayos de luz incidente 36 enfocados en uno ilustrativo de los lentes 10 y rescindido por una ilustrativa de las facetas de prisma 26 se muestra particularmente en la Figura 2, se entenderá que otros rayos de luz (no mostrados) incidentes en los cuales cada uno de los otros lentes 10 se enfocará similarmente por los lentes respectivos y se procesará a través de la capa de revestimiento de bajo índice 16 y a través de la guía de onda 18 a otras respectivas de las facetas de prisma (no mostradas).

Las facetas de prisma 26 en particular son facetas reflectoras que están configuradas para reflejar (o "inyectar") la luz enfocada de regreso en la guía de onda de tabla 18 en ángulos agudos para que cuando la luz reencuentra la capa de revestimiento de bajo Indice 16 de nuevo se refleja en la guía de onda de tabla. Es decir, una vez que las facetas de prisma 26 han actuado en la luz enfocada, la luz reflejada de las facetas de prisma experimenta reflejo interno total (TIR) o al menos substancialmente experimenta TIR dentro de la guía de onda de tabla 18 mientras ataña la interacción de luz con la capa de revestimiento de bajo índice 16, la superficie exterior 24 y las terceras y cuartas superficies de borde 32, 34 (debido al revestimiento reflector aplicado a ésta). A la extensión que TIR se logra únicamente de forma substancial (pero no exactamente), una pequeña porción de la luz aún escapa de la guía de onda de tabla 18 como una pérdida de desacoplamiento 31. Sin embargo, una vez que la luz ha ingresado a la guía de onda de tabla 18 a manera de la capa de revestimiento de bajo índice 16, toda o substancialmente toda la luz continúa reflejándose repetidamente dentro de la guía de onda hasta que alcanza cualquiera de las primeras o las segundas superficies de borde 28, 30. En la ausencia de las celdas PV 6, la luz que llega a las superficies de borde 28, 30 escapará de la guía de onda de tabla 18 como se ¡lustra en la Figura 2; sin embargo, en la presencia de las celdas PV 6, la luz que alcanza las superficies de borde 28, 30 ingresa a las celdas PV y se convierte en electricidad.

La TIR experimentada por la luz dentro de la guía de onda de tabla 18 es completamente independiente de la longitud de onda y polarización en una gran variedad de ángulos que son más pronunciados que el ángulo crítico. El ángulo de incidencia en las primeras y segundas superficie de borde 28, 30 es menor que el ángulo crítico, para que la luz pueda emitirse a través de sus superficies. Con el fin de asegurar que toda (o substancialmente toda) la luz atrapada dentro de la guía de onda de tabla 18 está acoplada en las celdas PV 6, las celdas PV típicamente tienen un revestimiento anti-reflejo (o una capa coincidente de Índice entre la guía de onda y la superficie de la celda PV). Se debe notar que la operación de la guía de onda de tabla 18 no es perfectamente eficiente, ya que las facetas de prisma 26 que reflejan la luz para que ocurra TIR también pueden actuar para desprender la luz de la guía de onda. Sin embargo, con esto respecto, es importante que el diámetro de los puntos focales que ocurren en las facetas de prisma 26 sea aproximadamente 1% de los diámetros de los lentes 10 (por ejemplo, lente de diámetro de 1 mm puede producir aproximadamente un punto de 10 mieras), para que el área total del punto focal sea 0.01% del área del lente, y para que la superficie de la guía de ondas sea 99.99% reflejante (lo que de esa forma la luz pueda propagarse por cientos de diámetros del lente antes de que se pierdan cantidades significativas de luz).

La forma y tamaños de las facetas de prisma 26 u otras características de inyección tal como facetas en espejo empleadas en cualquier modalidad dada pueden variar dependiendo de la modalidad (de hecho, diferentes facetas de prisma a lo largo de la misma guía de onda pueden tener diferentes formas/tamaños). Frecuentemente, las características de inyección particulares empleadas deseablemente se confeccionarán especialmente para la aplicación. En al menos una modalidad, las facetas de prisma (o en espejo) 26 son simétricas, triangulares en la sección transversal, y acoplan luz igualmente a la izquierda y a la derecha como se ilustra en la Figura 2. Tal forma es fácil de fabricar debido a la falta de transiciones agudas. En otra modalidad, las facetas de prisma (o en espejo) 26 pueden tener características con forma de sierra que reflejan luz principal o completamente una hacia otra de las celdas PV 6 en las superficies de borde opuestas 28, 30. En algunas otras modalidades, se emplean más de dos celdas PV a lo largo de más de dos de las superficies de borde, o únicamente se emplea una celda PV a lo largo únicamente de una de las superficies de borde. Además, aunque en algunas modalidades únicamente hay una celda PV individual a lo largo de cualquiera de las superficies de borde, en otras modalidades existen más de una celda PV a lo largo de una o más de las superficies de borde.

Como se notó anteriormente, es deseable que un sistema de energía solar que emplea tanto concentradores solares como celdas PV tal como sistema de energía solar 2 pueda fabricarse fácilmente para reducir los costos de fabricación. Además, con respecto al presente sistema de energía solar 2, la alineación precisa de las facetas de prisma respectivas 26 con relación a los lentes respectivos 10 es una consideración importante al obtener desempeño efectivo del sistema de energía solar. Aunque es posible la eliminación manual de las facetas de prisma 26 con relación a los lentes 10, esto se vuelve más difícil a medida que las facetas de prisma 26 se vuelven más pequeñas, que (como se discutió anteriormente) es deseable para minimizar la cantidad de luz que escapa de la guia de onda de tabla 18. En vista de estas consideraciones, haciendo referencia a la Figura 3, en al menos algunas modalidades de la presente invención, se emplea un proceso de fabricación automatizado 40 para crear el sistema de energía solar 2. En particular, como se discutirá a continuación, en al menos algunas de tales modalidades, se emplea un proceso de "auto-alineación" para formar las facetas de prisma 26. Como también se observará, al emplear el proceso de fabricación 40, es particularmente posible fabricar sistemas de energía solar 2 (especialmente las secciones de concentración solar de esos sistemas) en láminas en una forma de grupo que utiliza rodillos y otras tecnologías de producción en masa convencionales, es decir, en un proceso de fabricación de procesamiento por rollo.

Como se muestra en la Figura 3, el proceso 40 comienza en un paso 41 al aplicar un súper-estrato 42, compuesto de acrílico o material similar, en un ensamble 44 que incluye una porción de guía de onda de tabla en la cual ya se ha aplicado una capa de revestimiento de bajo índice (tal como la capa de revestimiento que se coloca finalmente entre el súper-estrato y la porción de guía de onda de tabla). Esto puede realizarse a manera de rodillos 46 como se muestra. Después, en un paso 48, se realiza el grabado de disposición de lente a manera de un rodillo de grabación 52 para formar lentes 49 en el súper-estrato de acrílico 42. Después, en un paso 50, además se aplica una resina epoxi curable por ultravioleta que sirve como una película de/fotorresistencia de moldeo 54 por un rodillo de aplicación de película de moldeo 56 a lo largo de la superficie exterior del ensamble 44 (es decir, la superficie que no se orienta al súper-estrato de acrílico 42). Al aplicarse, la película/fotorresistencia de moldeo 54 puede considerarse que es parte de la porción de guía de onda de tabla del ensamble 44. Adicionalmente, en un paso 58, se emplea un rodillo maestro de prisma medido 60 para grabar/estampar formaciones de faceta de prisma intermedias 62 dentro de la película/fotorresistencia de moldeo 54.

Después, en un paso 64, las facetas de prisma localizadas 66 se forman particularmente en las formaciones de faceta de prisma intermedias 62. Las facetas de prisma localizadas 66 se forman en particular al hacer brillar luces desde una fuente de luz (o múltiples fuentes de luz) 68 a través de los lentes 49, en donde la luz en particular sirve para exponer aberturas en la película/fotorresistencia de moldeo 54. Es decir, la luz causa que ciertas porciones de la película/fotorresistencia de moldeo 54 que se desean como en las facetas de prisma localizada 66 se curen. La falta de luz 68 puede ser una luz de azul profundo 420 nm, por ejemplo, ya que la longitud de onda más larga que atravesará la epoxi minimizará el efecto de aberraciones cromáticas de los lentes. Subsecuentemente en el paso 70, un baño de solvente 72 remueve material de faceta no curado excedente (por ejemplo, remueve material no curado, no utilizado .de la película/fotorresistencia de moldeo 54) para que únicamente las facetas de prisma localizadas restantes (aproximadamente 99.99 de la película/fotorresistencia de moldeo 54 se remueva).

Subsecuente al paso 70, pasos adicionales (no mostrados) involucran rociar la superficie inferior de la guía de onda (es decir, la superficie exterior del ensamble 44 que incluye las facetas de prisma localizadas 66 con otra capa delgada de material de revestimiento de bajo índice, que deposita un espejo de metal en cierta superficie(s) de borde de la guía de onda (por ejemplo, la superficie de borde correspondiente a la superficies 32, 34 mencionadas anteriormente), y entonces montar las celdas PV en el ensamble general, particularmente a lo largo de la superficie(s) de borde restante (no en espejo) de la guía de onda de tabla (por ejemplo, las superficies de borde correspondientes a las superficies 28, 30 mencionadas anteriormente).

Al utilizar el proceso antes descrito (o procesos similares) de fabricación, es posible crear sistemas de energía solar tal como el sistema de energía solar 2 de las Figuras 1-2 que tiene una variedad de dimensiones y características ópticas. Por ejemplo, la energía de concentración de los lentes 10 puede variar dependiendo de la modalidad y, en una modalidad ilustrativa, la energía de concentración de los lentes es 500 soles. También, en una modalidad, la longitud de la guía de onda de tabla 18 (es decir, la distancia a lo largo de la cual se desea que luz fluya a través de la guía de onda, por ejemplo, la distancia entre las dos celdas PV 6 en los bordes 28, 30) puede ser de cualquier longitud arbitraria, por ejemplo, varios metros de largo. De forma similar, el ancho de la guía de onda de tabla 18 (es decir, la distancia a través de la guía de onda de tabla perpendicular a la distancia a lo largo de la cual se pretende que la luz fluya, y perpendicular al grosor 20) puede ser arbitrariamente grande o pequeño, por ejemplo, 500 mm o alternativamente 1 metro. También, el grosor 20 puede ser arbitrariamente grande o pequeño. Típicamente, se desea que el grosor 20 sea pequeño, y/o que el grosor al menos en parte se determine por las características (por ejemplo, las energías de concentración/longitudes focales) de los lentes 10. En una modalidad, además por ejemplo, los lentes 10 son lentes F/2.9 y el grosor es únicamente 6 mm (que es mucho menor que la óptica de reflector parabólico delgada).

También se desea que una variedad de otros procesos operativos se abarque dentro de la presente invención además de los descritos anteriormente con respecto a la Figura 3. Por ejemplo, con respecto a la Figura 4A, una versión modificada del proceso 40, mostrada como un proceso 80, incluye un grupo ligeramente diferente de pasos operativos a aquellos mostrados en la Figura 3. Más particularmente como se muestra, el proceso 80 comienza en un paso 82 con la adición de revestimiento de bajo índice a una (por ejemplo, la superior) superficie de una guía de onda de tabla, continúa en un paso 84 con la adición de un agente de moldeado de polímero fotosensible a una superficie opuesta (por ejemplo, la inferior) adicional de la guía de onda de tabla, y además continúa en un paso 86 con la formación de facetas de prisma en el agente de moldeado que utiliza un maestro de medición. Después, en un paso 88, un revestimiento reflector se coloca en las facetas de prisma, en un paso 90 se fija una disposición de lente al revestimiento de bajo índice (por ejemplo, unido a la superficie superior de la guía de onda de tabla como modificado para incluir el revestimiento), y en un paso 92 el agente de moldeado se expone a la luz a través de la disposición de lente. Finalmente, en el paso 94 ocurre el desarrollo de molde, seguido por acciones restantes (por ejemplo, fijación de las celdas PV) que resulta en un dispositivo final en un paso 96.

Además por ejemplo, la Figura 4B muestra una versión adicionalmente modificada del proceso 80, mostrado como un proceso 100. Como se muestra, el proceso 100 incluye pasos 102-108 que respectivamente corresponden a los pasos 82-96 del proceso 80 respectivamente (excepto mientras no se incluya un paso correspondiente al paso 88). Adicionalmente, un paso 101 mostrado para preceder el paso 102 simplemente es indicativo del hecho de que se proporciona una guía de onda de tabla antes de la aplicación de la capa de revestimiento de bajo índice en el paso 102, y se muestra un paso 98 para realizarse entre los pasos 106 y 107,' en donde se aplica un revestimiento reflector a la guía de onda de tabla (por ejemplo, a lo largo de superficies de borde tal como la superficie de borde 32, 34 de la Figura 1). (El paso 98 puede considerarse un sustituto para el paso 88 de la Figura 4A).

Adicionalmente por ejemplo, la Figura 4C muestra incluso en otra forma un proceso 110 para fabricar un sistema de energía solar tal como el sistema 2 de las Figuras 1-2. Como se muestra, el proceso 110 comienza en un paso 111 al aplicar un revestimiento de fotopolímero no entrelazado en una guia de onda. Después, en un paso 111, se aplica un molde al revestimiento de fotopolímero y adicionalmente se aplica un vacío de extracción. Subsecuentemente, en un paso 112, la guía de onda con el revestimiento de fotopolímero, de guía de onda y el molde se hornean con peso (presión) aplicado, particularmente presión en el molde que tiende a comprimir el ensamble como se muestra. Además, en un paso 113, se remueve el molde. La remoción del molde deja el revestimiento de fotopolímero moldeado expuesto. La guía de onda y el revestimiento de fotopolímero moldeado en este momento están invertidos.

Después, en un paso 114, se fija una disposición de lente a la guía de onda a lo largo de su lado que está opuesto al lado en el cual se fija el revestimiento de fotopolímero. Como se ilustra particularmente en la Figura 4C, la luz ultravioleta además está dirigida para ser incidente en la disposición de lente. La luz ultravioleta a su vez pasa a través de la disposición de lente y la guía de onda y entonces alcanza el revestimiento de fotopolímero moldeado. Debido al enfoque de los lentes de la disposición de lente, la ultravioleta en particular únicamente alcanza (y está enfocada en) porciones específicas del revestimiento de fotopolímero moldeado, y estas porciones específicas del revestimiento a su vez se vuelven un fotopolímero entrelazado. Después, en un paso 115, se deposita un revestimiento reflector en la superficie exterior expuesta (es decir, la superficie no en contacto con la guía de onda) del revestimiento de fotopolímero moldeado, que incluye las porciones no entrelazadas y entrelazadas. Finalmente, en un paso 116, el ensamble general se calienta en una temperatura de transición de vidrio (Tg), las porciones no entrelazadas del revestimiento de fotopolímero se remueven (para completar la formación de facetas de prisma) y una sección de concentración solar completa, adecuada para implementacion en un sistema de energía solar tal como el sistema 2, resulta.

Los concentradores solares dentro de los sistemas de energía solar antes descritos que incluyen la sección de concentrador solar 4 del sistema de energía solar 2 pueden denominarse como concentradores solares pasivos. En tales concentradores solares, las propiedades refractivas/reflectoras de los lentes y las facetas de prisma 10 se fijan para que la variación en el ángulo de incidencia de la luz solar entrante (u otra luz) como una función del movimiento del sol (o de otra forma) altere el grado de concentración y la eficiencia del dispositivo. Haciendo referencia a la Figura 5 en este aspecto, por ejemplo, se proporciona una vista transversal del sistema energía solar 2 de la Figura 1 con respecto al cuál se muestra luz incidente 157 para inclinarse con relación a un eje normal 159 (que es perpendicular a las superficies 22, 24 de la guía de onda de tabla 18). Como se muestra, si la luz incidente 157 se inclina de esta forma, la luz después de pasar a través de un lado de los lentes 10 y la disposición de lente 8 ya no está dirigida hacia la respectiva de las facetas de prisma 26, sino que pierde las facetas de prisma. Al asumir que la superficie exterior 24 es generalmente transparente, esa luz puede pasar completamente fuera de la guía de onda de tabla 18 para que ya no esté dirigida a las celdas PV 6 sino simplemente sea luz desacoplada.

Para reducir o minimizar la cantidad de luz incidente que se pierde debido a la luz que se alinea de forma imperfecta con el sistema de energía solar 2 como se ilustra por la Figura 5, en al menos algunas modalidades se modifica la energía solar, como otras formas, y puede operarse en formas particulares a las discutidas anteriormente. En al menos algunas modalidades, por ejemplo, para permitir desempeño mejorado de tal sistema de energía solar sin importar la variación en el ángulo de incidencia de luz entrante, el sistema en al menos algunas modalidades se monta en (o de otra forma se implementa en conjunto con) un sistema de alineación activa.

Además, como se notó anteriormente, en al menos algunas modalidades adicionales, las facetas de prisma 26 están configuradas para ser más tolerantes de variaciones en los ángulos de incidencia de luz que choca con el sistema de energía solar. De hecho, en al menos algunas de tales modalidades, los lentes orientados hacia arriba 10 por sí mismos pueden utilizarse durante la construcción del sistema 2 para identificar y formar la ubicación de las facetas de prisma de acoplamiento 26, por ejemplo, como se muestra en el paso 68 de la Figura 3. Es decir, aunque en algunas modalidades, las facetas de prisma 26 que se forman en la forma descrita con respecto a la Figura 3 son facetas distintas localizadas que pretenden recibir luz entrante desde una trayectoria particular, es imposible en otras modalidades que las propiedades de ángulo e intensidad de la luz utilizada durante la exposición se alteren para formar facetas de prisma que son arcos u otras estructuras en lugar de facetas distintas simplemente localizadas. Cuando se configura apropiadamente, tales arcos u otras estructuras pueden dirigir luz en la guía de onda 18 incluso aunque la trayectoria entrante de la luz varía con la trayectoria tomada por el sol en el curso de un día. De esa forma, a través de un proceso de exposición/formación de faceta adaptado para formar tales arcos y otras estructuras, y el uso subsecuente de tales arcos u otras estructuras, que puede decirse que "imitan" la trayectoria del sol, la eficiencia de recolección diaria del sistema 2 puede mejorarse incluso cuando únicamente utiliza rastreo solar relajado o no activo.

Además, en otras modalidades de la presente invención, se prevé que ciertas características físicas de los concentradores solares, y particularmente las facetas de prisma/características de inyección o medio de acoplamiento, respondan activamente a variaciones en el ángulo de incidencia de luz solar entrante (u otra luz) y de esa forma se mejorará el desempeño de los concentradores solares, en la ausencia de (o además de) cualquier sistema de alineación activo. Los concentradores solares de tales modalidades, que pueden denominarse como concentradores reactivos, operan al proporcionar una gran región de área que puede formar temporalmente (o relevar) facetas de prisma/y estructuras de inyección que utilizan material que reacciona para hacer brillar la luz en o cerca de enfoque de un lente. Esto crea un cambio local en la propiedad óptica, que cubre únicamente una pequeña fracción del área total dentro de la estructura de guía total. A medida que el ángulo de iluminación del sol cambia, las posiciones de estas facetas de prisma/características de inyección/defecto reaccionan y se mueven pasivamente junto con ésta. De esa forma, tales concentradores reactivos no requieren una alineación o rastreó activo para capturar y convertir luz solar especular en electricidad.

Son posibles varias modalidades del sistema de energía solar con concentradores solares activos. Como se observa, en algunas modalidades, se utiliza calor y/o iluminación de sol para formar las ubicaciones de las facetas de prisma. Esto también puede estar en la forma de expansión térmica u otro movimiento mecánico para derivar los prismas en contacto cercano con la capa de guía. En otras modalidades, las facetas de prisma se colocan justo a lo largo de la superficie exterior de la guía de onda de tabla, justo fuera de esa superficie (es decir, fuera de la guía de onda). Un medio intermedio que responde a la ubicación/intensidad del sol causa un cambio físico localizado en el índice reflector en el punto de enfoque que permite que la luz que se refleja fuera de los prismas se acople en la guia de onda de tabla de guía de alto índice. Un alto índice refractivo localizado rodeado por un revestimiento de bajo índice es deseable (o necesario) para el propósito de permitir que el prisma encuentre los entrante una vez y no desprenda adversamente la luz ya guiada.

Dependiendo de la modalidad, están disponibles varios fenómenos potenciales para generar el cambio de índice localizado necesario. Al menos en algunas modalidades, una suspensión coloidal de nano partículas de alto índice en un fluido de índice inferior similar en propiedades ópticas al revestimiento exterior se proporciona. Las partículas pueden ser menores en tamaño que la longitud de onda de la luz, y por lo tanto observarse como partículas de dispersión promedio y no individuales. Una acumulación de partículas de alto índice causa que el índice percibido de refracción se eleve al crear la ventana de acoplamiento entre las facetas de prisma reflectores y la tabla de guía mientras aún mantiene el entorno de revestimiento de índice inferior. Un método para iniciar este aumento de índice percibido es utilizar fuerzas de trampa ópticas inherentes al alto flujo de iluminación. Otras modalidades pueden incorporar polímeros fotoconductores o débilmente fotovoltaicos se generan un campo eléctrico en la presencia de iluminación intensa. El campo resultante puede ejercer fuerzas en las partículas de alto índice causando que emigren hacia las áreas de flujo máximo, que generalmente ocurren en el enfoque de punto de cada lente en la disposición. El sistema aún es reactivo en cuanto a que el polímero puede colocarse en cualquier lugar detrás de la tabla de guía y no requiere electrodos en patrón individual. Otros cambios físicos ópticamente inducidos pueden ayudar en el acoplamiento de luz tal como materiales fotocromáticos, fototérmicos o de cambio de fase.

Haciendo referencia a la Figura 6, se muestra una vista en elevación lateral de una modalidad ilustrativa de un sistema de energía solar 122 que emplea una sección de concentrado reactivo 124 además de celdas PV 126. Como se muestra, la sección de concentrador reactivo 124 en particular se forma de varias capas apiladas. En la parte superior está una disposición 128 de lentes 130 utilizada para formar puntos focales de la luz solar incidente. Existe una capa de revestimiento de bajo índice 136 justo bajo los lentes 130 seguida por una capa de guía de alto índice (por ejemplo, una capa o núcleo de guía de onda de tabla) .138. Finalmente una microestructura de espejo (reflectora) 140 se asienta bajo la capa de guía de alto índice 138 con un espacio 142 relleno por un coloide en suspensión (suspensión coloidal) 144. El coloide 144 contiene un fluido o gel de bajo índice con partículas de alto índice uniformemente dispersadas dentro, logrando un índice promedio similar a la capa de revestimiento 136 encontrada sobre la capa de guía 138. Las celdas PV 126 están colocadas en superficies de borde de la capa de guía de alto índice 138 como con el sistema de energía solar 2 de las Figuras 1-2 (también, aunque no se muestra, los revestimientos reflectores se colocan en otra de las superficies de borde).

Cambiando a la Figura 7, el sistema de energía solar 122 puede entenderse como operativo generalmente de acuerdo con un proceso 150. Al proporcionar el sistema de energía solar 122 en un 152, la luz solar es incidente en la sección de concentrador solar 124 en un paso 154. Con iluminación, los lentes 130 enfocan la luz para que pase a través de todas las capas de la sección de concentrador solar 124 (por ejemplo, las capas 136 y 138) para ser incidentes en la microestructura de espejo 140 como puntos. Después, en un paso 156, con flujo de alta iluminación, se ejercen fuerzas de trampa ópticas significantes en las partículas suspendidas en el coloide 144. Las partículas fuera del cono de iluminación se someten a movimiento Browniano que causan que emigren constantemente. Con el tiempo, pueden atraparse más partículas por la iluminación que causan una agrupación local de partículas de alto índice. Ya que cada una es significativamente menor que la longitud de onda de luz, la luz solar únicamente ve el índice promedio de refracción que aumenta por la acumulación de partículas. De esa forma, se crea un canal de alto índice para que la luz se acople en la capa de guía, y se crean facetas de prisma dentro de coloide 144. Como se discute con relación al sistema de energía solar 2 de las Figuras 1-2, las ventanas de acoplamiento deben permanecer pequeñas para reducir la probabilidad de un rayo que ya está guiado de la microestructura por debajo y dispersarse fuera del núcleo (esto finalmente limitará a la luz de distancia que puede guiarse y puede ser una consideración principal de diseño).

Con el término del paso 156, las facetas de prisma anguladas del espejo o rejilla reflejan luz en ángulos necesarios para lograr TIR, para que la luz reflejada por las facetas de prisma se acoplen directamente en la capa 138 (en lugar de refractarse dentro y fuera de las varias capas), y eventualmente entonces se atarán hacia las celdas PV 126, en donde entonces se genera la energía eléctrica, como se indica por un paso 158. Además, ya que la acumulación coloidal se induce ópticamente y ocurre localmente, el sistema es capaz de reaccionar a la posición del sol. Es decir, como se indica por un paso 160, con el tiempo el ángulo de incidencia de la luz solar en los lentes 130 cambia. Cuando esto ocurre, el coloide 144 además responde para resultar en facetas de prisma modificadas en el paso 156. De esa forma, el movimiento continuo de la luz solar resulta en desempeño repetido de los pasos 156, 158 y 160 (en una base continua).

En al menos algunas modalidades, el coloide 144 puede involucrar la suspensión de partículas de dióxido de titanio (Ti02). Éstas son partículas de sub-longitud de onda con un índice muy alto de refracción y tienen potencial para atraparse y manipularse fácilmente con luz solar. Las partículas probablemente se revestirán con sílice, etc., para evitar la aglomeración debido a las fuerzas Vander Waals. En al menos una de tales modalidades, el coloide 144 incluye tanto partículas de dióxido de titanio, que son partículas de alto índice dieléctrico a nano escala, y también densas pero bajo índice de material de flúor polímero de refracción, dentro del cual están contenidas las partículas. Durante la operación, el material fotosensible repetidamente percibe y responde a cambios en campos eléctricos de porciones de la luz, al extraer en algunas de las partículas de alto índice dieléctrico (es decir, debido a la exposición de luz, algunas de las partículas que se mueven de una ubicación a otra dentro del coloide general) para lograr la trampa óptica. En otras modalidades, pueden utilizarse otros materiales como el coloide. También, la solución coloidal es únicamente uno de muchos métodos potenciales para crear una ventana de alto índice para acoplar la guía de onda/núcleo. Otras posibilidades estáticas y mecánicas existen así como dirección eléctrica activa. También pueden utilizarse fenómenos que incluyen di-electroforesis para manipular la ubicación de partículas. Además se entenderá que el sistema energía solar 122 de la Figura 6 que emplea el concentrador solar reactivo 124 puede fabricarse al utilizar procesos similares a (aunque no idénticos a) los procesos descritos anteriormente con respecto a las Figuras 3-4D.

Sin importar la discusión anterior, incluso en modalidades adicionales de la presente invención pueden emplearse varias técnicas por las cuales el sistema de energía solar, en lugar de utilizar rastreo completamente activo, a su vez emplea características de microbio-rastreo en donde uno o más componentes del sistema energía de solar se mueve ligeramente con relación a otros componentes para lograr desempeño mejorado por el sistema energía solar en términos de su capacidad para recibir y acoplar luz a las celdas PV 6 incluso cuando esa luz es incidente a una forma inclinada y/o varía en su ángulo de incidencia con el tiempo. Estos movimientos ligeros pueden involucrar, por ejemplo, tanto movimientos laterales (es decir, movimientos de la guía de onda lado a lado pero no hacia o lejos de una disposición de lente), así como movimientos verticales (es decir, movimientos de la guía de onda hacia o lejos de una disposición de lente). Cambiando a la Figura 8 en particular, en una de tales modalidades un sistema de energía solar 162 incluye no únicamente una o más celdas PV 6 y la sección de concentración solar 4 con la guía de onda de tabla 18 y la disposición de lente 8 con los lentes 10 (así como las facetas de prisma 26) del sistema energía solar 2 discutido anteriormente, sino también incluye primeras, segundas y terceras disposiciones del lente adicionales 166, 167 y 168.

Como se muestra, cada una de las disposiciones del lente 166-168 incluye una pluralidad de lentes individuales 169. Más particularmente, los lentes de las primeras, segundas y terceras disposiciones del lente 166, 167 y 168 se disponen respectivamente a lo largo de los primeros, segundos y terceros planos paralelos al plano a lo largo del cual se dispone la disposición de lente 8, con los terceros, segundos y primeros planos que se colocan sucesivamente hacia afuera lejos de la disposición de lente 8. En la presente modalidad, cada uno de los lentes 169 de cada una de las disposiciones del lente 166-168 es idéntico. Sin embargo, en otras modalidades las lentes de las diferentes disposiciones del lente 166-168 pueden ser diferentes entre sí y, de hecho, en al menos algunas modalidades diferentes lentes de una de las disposiciones del lente dadas 166, 167 y/ó 168 también pueden diferir entre sí. En la presente modalidad, los lentes 169 de las diferentes disposiciones del lente 166-168 pueden considerarse disposiciones de micro-lente ya que los lentes típicamente son pequeños en diámetro (e iguales en diámetro a los lentes 110 de la disposición de lente 8).

Los lentes 168 de las disposiciones del lente 166-168 pretenden ser móviles con relación entre sí y/o los lentes 10 de la disposición de lente 8 para que la luz incidente sea incidente en el sistema de energía solar 162 (y particularmente incidente en los lentes de la disposición de lente 166) en una variedad de ángulos que aún finalmente puede dirigirse en una forma para que la luz sea normalmente incidente en los lentes 10 de la disposición de lente 8, es decir, paralela o substancialmente paralela al eje normal 159. En la presente modalidad, la disposición de lente 167 en particular se puede mover a lo largo de un eje de movimiento representado por una flecha 170 que es paralela a las superficies interiores y exteriores 22, 24 de la guía de onda de tabla 18 y de esa forma perpendicular al eje normal 159. Al ajustar apropiadamente la segunda disposición de lente 167 con relación a las otras disposiciones del lente 166, 168 (y 8), la luz incidente 171 que se inclina con relación al eje normal 159 de esa forma puede redirigirse para ser normal en la disposición de lente 8 en una forma que es paralela o substancialmente paralela al eje normal 159. De esa forma, incluso aunque se inclina la luz incidente 171, la luz es recibida y se acopla efectivamente por la sección de concentración solar 4 como si se recibirá normalmente y de esa forma la sección de concentración solar es capaz de lograr acoplamiento efectivo de la luz a las celdas PV 6.

La modalidad mostrada en la Figura 8 emplea un trío de disposiciones de micro-lente en donde la segunda disposición de lente 167 en particular sirve como un lente de campo que aumenta el factor de llenado en la salida de las disposiciones del lente (es decir, la luz a medida que procede hacia la disposición de lente 8). Sin embargo, en otras modalidades también pueden emplearse otras disposiciones del lente. Por ejemplo, en otra modalidad, se emplean únicamente dos disposiciones del lente (aunque tal modalidad puede sufrir de un rango de dirección de alguna forma limitado y un número aumentado de reflexiones de superficie, con el rango de dirección limitado que es parcialmente el resultado del surgimiento de los rayos falsos). En otras modalidades, están presentes más de dos disposiciones del lente. También, dependiendo de la modalidad, no simplemente la segunda disposición de lente 167 sino también (o en lugar) una u otra de las disposiciones del lente 166, 168 (y/u 8) puede moverse. Al mover apropiadamente tal una o más disposiciones del lente con el tiempo, los cambios en la dirección de luz incidente como pueden asociarse con el movimiento del sol en el curso de un día (o cómo pueden ocurrir por otras razones también) pueden compensarse ampliamente por, y de esa forma, la operación del sistema de energía solar 162 puede continuar sin impedimento o ampliamente sin impedimentos en el día.

Cambiando después a la Figura 9, una modalidad adicional de un sistema de energía solar 172 también emplea una capacidad de micro-rastreo que difiere de la de la Figura 8. En la modalidad de la Figura 9, el sistema de energía solar 172 pueden entenderse para incluir tanto la disposición de lente 8 como también porciones de guía de onda adicionales 19 de la sección de concentración solar 4 del sistema de energía solar 2 de la Figura 1 (por ejemplo, la guía de onda 18 con las facetas de prisma 26, así como posiblemente la capa de revestimiento 16). Sin embargo, en contraste con la sección de concentración solar 4, en esta modalidad la disposición de lente 8 se puede mover con relación a las porciones de guía de onda adicionales 19 de la sección de concentración solar, para que las porciones de guía de onda adicionales puedan moverse con relación a la disposición de lente 8 hacia atrás y hacia adelante a lo largo de una dirección indicada por una flecha 177, la dirección representada por la flecha 177 que es paralela a las superficies exteriores e interiores 22 y 24 de la guía de onda 18. En al menos algunas de tales modalidades, puede existir un espacio 178 entre la disposición de lente 8 y las porciones de guía de onda adicionales 19 para facilitar tal movimiento (tal espacio puede llenarse con aire u otro revestimiento). Al mover apropiadamente las porciones de guía de onda adicionales 19 (este movimiento puede involucrar un movimiento deslizable a lo largo de una superficie inferior de la disposición de lente 8) las porciones de guía de onda adicionales pueden colocarse con relación a los lentes 10 para que la luz incidente 174 que es incidente en los lentes en una forma inclinada con relación al eje normal 159 aún se enfoque en aquellas apropiadas (en este ejemplo, una apropiada) de las facetas de prisma 26. De esta forma, incluso aunque la luz incidente 174 se inclina, la luz finalmente experimenta TIR dentro de la guía de onda 18 y está dirigida a las celdas PV 6.

Como se discute con respecto a la Figura 8, se entenderá que la colocación apropiada de las porciones de guía de onda adicionales 19 con relación a la disposición de lente 8 variará dependiendo del ángulo particular de incidencia de la luz incidente 174 con relación al eje normal 159 y de esa forma, a medida que el ángulo de incidencia cambia (por ejemplo, de nuevo debido al movimiento del sol durante el curso del día o por alguna otra razón) la colocación relativa de las porciones de guía de onda adicionales con relación a la disposición de lente 8 necesitarán modificarse apropiadamente para que la luz incidente continúe dirigiéndose hacia una o más de las facetas de prisma 26. Tal colocación apropiada puede regirse por un controlador tal como un microprocesador (no mostrado) que recibe señales de uno o más sensores de luz (tampoco mostrados) que detectan el ángulo(s) de incidencia de la luz incidente 174 (o al menos componente(s) predominante o substancial de esa luz) y basándose en tales señales recibidas a su vez ajusta la colocación relativa de las porciones de guía de onda adicionales 19 cara a cara con la disposición de lente 8. En general, la cantidad de cambio de las porciones de guía de onda adicionales 19 con relación a la disposición de lente 8 corresponderá al grado de inclinación en la luz incidente; inclinación aumentada típicamente requerirá cantidad aumentada de cambio. Aunque la cantidad de cambio requerido para lograr un efecto deseado variará dependiendo de la modalidad, la cantidad de cambio frecuentemente será muy pequeña (por ejemplo, en el orden de 1 mm o menos).

Cambiando a la Figura 10, incluso en otra modalidad de un dispositivo de energía solar 182, no únicamente está presente en la disposición de lente 8 así como en las porciones de guía de onda adicionales 19 (y posiblemente el espacio 178 que separa las dos), sino que existe un recolector de luz difusa adicional 184 (que por ejemplo puede ser un panel de celda PV de área grande o un panel térmico solar) es decir colocado fuera de las porciones de guía de onda adicionales a lo largo de la superficie exterior 24. Dada tal disposición, la luz incidente 186 que está bien colimada está dirigida hacia las facetas de prisma 26 (particularmente asumiendo que las porciones de guía de onda adicionales 19 están apropiadamente alineadas con relación a la disposición de lente 8), mientras otra luz difundida 188 que es incidente a la disposición del ente 8 no está dirigida hacia las facetas de prisma 26 sino que a su vez se deja pasar a través de la guía de onda de tabla 18 completamente y así se recibe en el recolector de luz. difusa 184. De esa forma, se proporciona luz incidente bien colimada a las celdas PV 6 mientras se recibe luz difundida en el colector de luz difundida 184. Sin importar la efectividad de los sistemas de energía solar 162, 172, 182 discutidos anteriormente con respecto a las Figuras 8-10, la efectividad de tales sistemas de energía solar aún pueden estar de una forma limitados dependiendo de la curvatura de campo 178 como se discute en la Figura 9.

Después, haciendo referencia a las Figuras 11-12, se muestra un sistema de energía solar ilustrativo adicional 192 en dos diferentes posiciones operativas. Como se muestra, el sistema de energía solar 192 incluye porciones de guía de onda 194 que son similares a las porciones de guía de onda adicionales 19 discutidas anteriormente, y que particularmente incluyen una guía de onda de tabla 195 y facetas de prisma 193 por las cuales la luz se dirige a las celdas PV 196 en extremos opuestos de la guía de onda de tabla. Adicionalmente, el sistema de energía solar 192 además incluye una disposición de lente 198 que tiene una pluralidad del lente 199. Además, como en el sistema de energía solar 172, las porciones de guía de onda 194 (y celdas PV 196 montadas con relación a esto) se pueden cambiar lateralmente con relación a la disposición de lente 198. Sin embargo, en contraste con el sistema de energía solar 172, el sistema de energía solar 192 está configurado para recibir luz incidente que primero choca con el sistema en una superficie exterior 191 de las porciones de guía de onda 194 a lo largo de las cuales se localizan las facetas de prisma 193 en lugar de los lentes 199 de la disposición de lente 198. Más particularmente como se muestra, la luz incidente 200 pasa a través de la superficie exterior 191, que procede a través de la guía de onda de tabla 195 y a través de una superficie interior 201 de la guía de onda de tabla (de nuevo en donde puede proporcionarse una capa de revestimiento), entonces a través de un espacio de aire (u otro revestimiento posible) 203 entre las porciones de guía de onda 194 y la disposición de lente 198, y entonces a través de la disposición de lente a los lentes 199. Al alcanzar los lentes 199, la luz entonces se refleja mediante los lentes de regreso generalmente en la dirección opuesta hacia aquellas apropiadas de (en este caso, una vez) las facetas de prisma 193, en cuyo punto la luz experimenta TIR y está dirigida a la celdas PV 196. Se entenderá que, para lograr la operación en la forma antes descrita, la superficie exterior 191 de la guía de onda de tabla 195 es substancialmente transparente, aunque los lentes 199 son espejos (o son lentes con un revestimiento en espejo aplicado a esto). Los lentes 199 en la presente modalidad pueden ser micro-espejos apropiadamente denominados proporcionados con su pequeño tamaño.

Aunque la Figura 11 muestra la luz 200 incidente en las porciones de guía de onda 194 para ser normales a las presiones de guía de onda (es decir, perpendiculares a las superficies exteriores e interiores 191, 201), el sistema de energía solar 192 de nuevo permite luz incidente que se inclina para capturarse y dirigirse hacia la celdas PV 196. Particularmente haciendo referencia a la Figura 12, la luz incidente inclinada 189 también puede dirigirse exitosamente a las celdas PV 196 al cambiar lateralmente las porciones de guía de onda 194 con relación a la disposición de lente 198 por una cantidad apropiada a lo largo de una dirección (hacia atrás y hacia adelante a lo largo de la dirección) representada por una flecha 187. Además se debe notar que el uso del sistema de energía solar 192 es particularmente ventajoso mientras que, debido a la cualidad plana (típicamente la voluminosidad) de la superficie exterior 191, el sistema de energía solar realiza durabilidad mejorada de empaquetado y facilidad de limpieza.

Cambiando a las Figuras 13 y 14, se muestra un sistema de energía solar adicional 202 de acuerdo con otra modalidad ilustrativa de la presente invención en donde movimientos ligeros de los componentes de sistema permiten que se capture luz incidente inclinada en las celdas PV del dispositivo. El sistema de energía solar 202, por razones que se entenderán en vista de la discusión a continuación, puede denominarse particularmente un sistema concentrador de m icro-catadióptrico. Haciendo referencia particularmente a la Figura 13, el sistema de energía solar 202 entre otras cosas incluye porciones de guía de onda 204 que incluyen una guía de onda de tabla 205 que tiene primeras y segundas superficies 206 y 208 que están opuestas entre si en lados opuestos de la guía de onda, y que además tienen facetas de prisma 210 que están colocadas a lo largo de la superficie 206. La celdas PV (una de las cuales se muestra) 212 están colocadas en una o más superficies de borde (como se muestra) de la guía de onda 205. Adicionalmente, el sistema 202 también incluyen una disposición de pequeño lente 214 que está colocada a lo largo (y separada de) la primera superficie 206 de la guía de onda 205 y una disposición de micro-espejo 216 que está colocada a lo largo (y separada de) la segunda superficie 208 de la guía de onda. En la presente modalidad, se proporcionan espacios de aire (u otro revestimiento) 218 entre la disposición del pequeño lente 214 y la primera superficie 206 así como entre la disposición de micro-espejo 216 y la segunda superficie 208.

Como con el sistema de energía solar 192 y 172 discutido anteriormente, las porciones de guía de onda 204 y los componentes asociados (por ejemplo, las celdas PV 212) pueden cambiarse lateralmente con relación a los componentes del lente del dispositivo, principalmente, cambiarse lateralmente con relación a la disposición de entrada del pequeño lente 214 y la disposición de micro-espejo 216 hacia atrás y hacia adelante a lo largo de una dirección representada por una flecha 220. Cuando en la posición mostrada en la Figura 13, la luz incidente 222 que es paralela al eje 230 normal a la guía de onda de tabla 205 (es decir, perpendicular a las superficies 206, 208) inicialmente choca con el sistema de energía solar 202 en la superficie exterior de la disposición de pequeño lente 214, que después pasa a través de la disposición de pequeño lente (que cae al segundo enfoque de la luz), a través del espacio de aire 218 entre la disposición de pequeño lente y las porciones de guía de onda 204, a través de las porciones de guía de onda que incluyen la guía de onda de tabla 205, a través del espacio de aire adicional 218 entre las porciones de guía de onda y la disposición de micro-espejo 216 y hasta una superficie exterior 224 de la disposición de micro-espejo. Como con el sistema de energía solar 192, en éste punto la luz se refleja mediante la disposición de micro-espejo 216 hacia atrás, hacia adentro a la guía de onda de tabla 205 y eventualmente pasa a través de la guía de onda de tabla y a aquellas apropiadas (en este ejemplo, una de) las facetas de prisma 210, como un resultado de lo cual la luz experimenta TIR y procede a las celdas PV 212.

Además, como se muestra en la Figura 14, con un cambio lateral apropiado de las porciones de guía de onda 204 (y celdas PV 212) con relación a la disposición de pequeña entrada 214 y la disposición de micro-espejo 216, la luz incidente 226 que se inclina con relación al eje 230 está ampliamente dirigida eventualmente a las celdas PV 212. Como se ilustra, aunque la mayoría de la luz incidente inclinada 226 se encuentra eventualmente en su propio camino a las celdas PV 212, una pequeña cantidad de luz es luz con viñeta 231 y escapa del sistema 202. Como con respecto a las modalidades discutidas con referencia las Figuras 8-12, el sistema de energía solar 202 puede lograr acoplamiento exitoso de luz incidentes a las celdas PV 212 para luz incidente que se inclina en una variedad de ángulos, pero que se entiende que a medida que aumenta el grado de inclinación también necesitará aumentar el grado de cambio. Se entenderá que, en cualquier modalidad dada, es posible que uno o más accionadores se controlen para mover porciones de guía de onda con relación a las estructuras de disposición de lente (incluyendo estructuras múltiples tal como la disposición de pequeño lente 214 como la disposición de micro-espejo 216)', con esas estructuras de disposición de lente que son estacionarios, o viceversa, o para mover todos los diferentes componentes en varias direcciones.

En las modalidades antes descritas de los sistemas de energía solar, las celdas PV se colocan a lo largo de bordes de guías de onda de tabla para recibir luz dirigida por las vías de onda de tabla y hacia afuera forman esos bordes. Sin embargo, el confín de luz en ángulos conocidos dentro de guías de onda como se logra en tales sistemas de energía solar no dicta que las celdas PV se orienten de tales formas para recibir esa luz. En lugar de eso, dependiendo de la modalidad, son posibles disposiciones adicionales que permiten la recolocación de celdas PV o extracción de luz en una forma que logra concentración adicional. Más particularmente, haciendo referencia ahora a las Figuras 15-18, pueden modificarse sistemas de energía solar tal como aquellos discutidos anteriormente en formas adicionales que facilitan comunicación de luz dentro de las guías de onda de tabla a celdas PV que pretenden recibir esa luz que se colocan en una variedad de formas, y/o facilitan extracción de luz en una forma por la cual se logra mayor concentración.

Por ejemplo, con respecto a la Figura 15, se muestra una versión modificada de la sección de concentración solar 4 del sistema de energía solar 2 de la Figura 2, denominado como sección de concentración solar 234. La sección de concentración solar 234 en particular tiene, como se muestra, no únicamente una disposición de lente 232 con una pluralidad de lentes 236 así como una guía de onda de tabla (grosor uniforme) 238 que tiene una superficie exterior 240, una superficie ' interior 242 y una pluralidad de facetas de prisma 246, pero también adicionalmente un prisma de doblez 248 colocado en un ángulo 250. El prisma de doblez 248 sirve para girar la luz que emana de la guía de onda 238 de propagación lateral hacia abajo (por ejemplo, una rotación de 90°), que permite que se coloque una celda PV (no mostrada) bajo la guía de onda para ser paralela la superficie exterior 240 de la guia de onda 238 en lugar de lo largo del borde 250 de la guía de onda.

Haciendo referencia adicionalmente a la Figura 16, a través del uso de sistemas de energía solar múltiples y cada uno emplea la sección de concentración solar 234 de la Figura 15, puede lograrse concentración adicional de luz por recepción para recepción por una celda PV (y/o facilidad de fabricación del sistema de energía solar general). Por ejemplo, al colocar dos de las secciones de concentración solar 234 extremo a extremo, en donde las secciones incluyen prismas de doblez respectivos 248, puede dirigirse luz desde las dos secciones de concentración solar 234 a una celda PV Individual 251. De esa forma, únicamente la celda PV individual 251 es necesaria para capturar luz desde dos de las secciones 234. Se entenderá que, en modalidades adicionales, más de dos secciones de concentración solar (por ejemplo, 4) pueden compartir efectivamente la misma celda PV en una forma similar.

Haciendo referencia a la Figura 17, se muestran porciones de otro sistema de energía solar ilustrativo. Esta modalidad, el sistema de energía solar incluye dos secciones de concentración solar 254. Como con la sección de concentración solar 234, cada una de las secciones de concentración solar 254 de nuevo incluye una disposición de lente respectiva 252 con una pluralidad respectiva de lentes 256 así como una guía de onda de tabla respectiva (grosor uniforme) 258 que tiene una superficie interior respectiva 262 y una superficie exterior respectiva 260, a lo largo de la cual se forma una pluralidad respectiva de facetas de prisma (no mostrada). Cada sección de concentración solar 234 puede tener un grosor (es decir, como medida entre la superficie exterior de la disposición de lente 252 y la superficie exterior 260) de, por ejemplo, 2 mm. Adicionalmente, colocado entre las secciones de concentración solar 254 está un reflector de espejo curveado 268 orientado para ser cóncavo hacia el plano de las superficies interiores 262. El reflector de espejo curveado 268 puede ser cualquiera de una variedad de diferentes formas curveadas dependiendo de la modalidad y, por ejemplo, puede ser un reflector despejo esférico o un reflector de espejo curveado. En la presente modalidad, el reflector de espejo curveado 268 se extiende hacia afuera lejos de las guías de onda 258 más lejos que lo hace las disposiciones del lente 252, aunque éste no necesariamente es el caso en tocias las modalidades.

El reflector de espejo curveado 268 recibe luz proporcionada a éste desde las guías de onda 258 a medida que la luz procede fuera de los extremos de las guías de onda, y a su vez enfoca la luz hacia una ubicación central 266 entre las secciones de concentración solares 254 generalmente a lo largo del plano determinado de superficies exteriores 260. De nuevo, como con respecto al sistema de la Figura 16, una celda PV empaquetada 270 puede colocarse en esta ubicación central como se muestra para recibir la luz concentrada, enfocada. De esa forma, tanto los prismas de doblez 248 como el reflector de espejo curveado 268 de las Figuras 16 y 17, respectivamente, sirven para girar la luz que emana desde las guías de onda 238, 258, de la propagación lateral hacia abajo, aunque el reflector de espejo curveado proporciona el beneficio agregado de concentrar adicionalmente la luz para recepción por la celda PV 270. Tal concentración no únicamente permite potencialmente el uso de una celda PV menor (que es deseable, debido al costo de celdas PV más grande), sino también permite que la celda PV opere más efectivamente (típicamente, las celdas PV logran mayor eficiencia de operación al recibir luz más intensa).

En vista de las modalidades de las Figuras 15-17, además debe ser evidente que, dependiendo de la modalidad, dos (o más) secciones de concentración solar opuestas pueden unirse para acoplar luz bidireccional (o multidireccional) en una celda PV común. También, los acopladores simétricos permiten disposiciones lineales de concentradores micro-ópticos. Haciendo referencia adicionalmente la Figura 18, por ejemplo, se muestra una disposición de concentrador plano 272 en recorte para incluir seis secciones de concentración solar 254 del tipo mostrado en la Figura 17 (las guias de onda 258 que se muestran en particular) y cuatro de los reflectores de espejo curveado 268, con cada uno de los reflectores que está colocado entre dos correspondientes de las secciones de concentración solar (en donde dos de esas secciones están entre dos de los reflectores). Los reflectores de espejo curveado 268 dirigen luz recibida desde las secciones de concentración solar a celdas PV (no mostradas) colocadas bajo cuatro diferentes reflectores de espejo curveado 268. Sin importar la estructura particular mostrada, se entenderá que cualquier número arbitrario de secciones de concentración solar y reflectores de espejo curveado este tipo pueden ensamblarse en una estructura más grande de esta forma. Tal estructura no únicamente es fácil y conveniente de fabricar sino también en algunos casos puede almacenarse fácilmente (por ejemplo, la disposición plana puede enrollarse potencialmente).

Como ya se mencionó, la concentración aumentada de luz en una celda PV dada puede mejorar el desempeño de la celda PV. Los diseños de acoplador de salida tal como aquellos discutidos anteriormente que utilizan espejos curveados (por ejemplo, esféricos o parabólicos) (en lugar de prismas de doblez plano) son particularmente capaces de volver a trazar ángulos de rayo guiados y enfocar luz sobre una celda PV dada. Adicionalmente puede notarse que superficies reflectoras con energía óptica permiten otra etapa de concentración además del flujo aumentado ganado desde la luz de acoplamiento en la guía de onda. La combinación de dos métodos de concentración permite que el sistema alcance eficientemente altos niveles de flujos necesarios para celdas PV de unión múltiple. Se han explorado muchos diseños potenciales y varían basándose en los modos de guía de onda, incluso la mayoría de las modalidades utilizan al menos un espejo curveado para recolectar luz divergente a medida que deja la guía de onda.

Un factor adicional que influencia el desempeño de una celda PV es el grado al cual la celda PV es adecuada para recibir el espectro de luz particular que se proporciona a éste. Cambiando después a las Figuras 19-23, en al menos algunas modalidades de la presente invención, se configuran sistemas de energía solar para diferenciar entre dos o más espectros de luz diferentes y para dirigir diferentes componentes de luz a diferentes celdas PV que son particularmente adecuadas para recibir esos componentes de luz respectivos. En al menos algunas de tales modalidades, se incorporan espejos dieléctricos en el diseño de concentrador solar para dividir la iluminación de espectro amplio en múltiples bandas para recolección al utilizar celdas PV especializadas.

Haciendo referencia a la Figura 19, en tal modalidad se emplea una sección de concentración solar 274. La sección de concentración solar 274, como se muestra, es similar a la sección de concentración solar 4 de la Figura 2 mientras emplea una disposición de lente 276 que tiene múltiples lentes 278 colocados adyacentes a una guía de onda de tabla 280. La guía de onda de tabla 280 puede, como fuera el caso con la guía de tabla 18 de la Figura 2, incluir superficies interiores y exteriores 282 y 284, respectivamente, con la superficie interior 282 que es adyacente a la disposición de lente 276 (que además se entiende que a una capa de revestimiento de bajo índice tal como la capa 16 de la Figura 1 sirve como esta superficie interior 282), y las facetas de prisma 286 (dos de las cuales se muestran) estando formadas a lo largo de la superficie exterior 284. Las celdas PV (no mostradas) pueden proporcionarse a lo largo de bordes exteriores 288 y 289 de la guía de onda de tabla 280. En contraste a la sección de concentración solar 4, sin embargo, la sección de concentración solar 274 adicionalmente incluye primeros y segundos espejos vitricos 290 y 291 que se colocan respectivamente a lo largo de los primeros y los segundos bordes 288 y 289, respectivamente (y que por lo tanto se colocarán entre esos bordes y cualquiera de las celdas PV que desea recibir luz que emana a través de esos bordes).

Como se muestra en la Figura 19, los espejos dicroicos 290, 291 están particularmente configurados para pasar ciertas longitudes de onda de luz y para reflejar otras longitudes de onda de luz. En el presente ejemplo, primero la luz incidente 292 de la onda ? (mostrada en líneas punteadas), al chocar con los lentes 278 y al pasar en la guía de onda de tabla 280 y al reflejarse por una respectiva de las facetas de prisma 286, experimenta TIR dentro de la guía de onda de tabla 280 y puede proceder en cualquier dirección hacia el primer borde 288 o el segundo borde 289. Sin embargo, asumiendo que el espejos dicroico 291 sea reflectivo con respecto a la luz de la longitud de onda ??, cualquiera de tal luz que llegan en el segundo borde 289 se refleja consecuentemente por el espejo dicroico 291 y de esa forma procede en la dirección opuesta si el primer borde 288. Asumiendo que se configura el primer espejo dicroico 290 para permitir que la luz de longitud de onda ?? pase a través de su espejo dicroico, toda la luz de esa longitud de onda entonces procede fuera del primer borde 288 y a través de ese espejo dicroico 290. A la extensión que se coloca una celda PV (no mostrada) en el lado opuesto del espejo dicroico 290, esa celda PV únicamente reciben luz de la longitud de onda ?-. Asumiendo que se selecciona tal celda PV para ser particularmente adecuada para recibir luz de esta longitud de onda, puede maximizarse la eficiencia de operación de la celda PV.

En contraste, con respecto a la segunda luz 293 de longitud de onda ?2 que es incidente en las letras 278 (mostrados en líneas solidas), esa luz también puede proceder a través de los lentes y dentro de la guía de onda de tabla en donde experimenta TIR debido a interacción con las facetas de prisma 286. Sin embargo, en este caso, el primer espejo dicroico 290 está configurado para reflejar luz de la longitud de onda de la segunda luz (?2) mientras el segundo espejos dicroico 291 está configurado para pasar tal luz. De esa forma, toda la segunda luz de la longitud de onda ?2 únicamente pasa fuera de la guía de onda a través del borde 289 a través del espejo dicroico 291 y, al hacer tal pasaje, puede recibirse por una celda PV que es deseablemente adecuada para recibir luz de esa frecuencia.

Las características antes descritas de la sección de concentración solar 274 de la Figura 19, en donde la luz se refleja selectivamente o se pasa en los bordes (aberturas de salida) de una longitud de onda dependiendo de la longitud de onda de la luz, además pueden combinarse con la operación selectiva de luz adicional como se muestra en la Figura 20. Más particularmente, como se muestra en la Figura 20, una modalidad adicional de una sección de concentraciones solares 294 incluye no únicamente una disposición de lente 296 con lentes 298 sino también una primera guía de onda 300 y una segunda guía de onda 301. La primera guía de onda 300 tiene una primera superficie 302 y una segunda superficie 304, en donde la primera superficie 302 está en contacto con la disposición de lente 296 y la segunda superficie 304 está en contacto con la segunda guía de onda 301. La segunda guía de onda 301 incluye una primera superficie 305 que está en una superficie exterior de la sección de concentración solar 294 y adicionalmente una segunda superficie 306 que está en contacto con la segunda superficie 304. La primera superficie 302 de la primera guía de onda 300 puede formarse por una capa de revestimiento de bajo índice tal como la capa de revestimiento 16 de la Figura 1. Sin embargo, en contraste con la modalidad de las Figuras 1-2, se forman facetas de prisma 308 (dos de las cuales se muestran) no a lo largo de la segunda superficie 304 de la guía de onda 300 sino más bien a lo largo de la primera superficie 302 que está en contacto con la disposición de lente 296.

En lugar de colocar facetas de prisma de la segunda superficie 304, esa superficie a su vez es donde se forma un espejo dicroico (así como posiblemente otra capa de revestimiento) y, para propósitos de la descripción a continuación, la segunda superficie 304 se considera que es tal espejo dicroico (aunque la segunda superficie 306 de la segunda guía de onda 301 o ambas superficies 304, 306, también pueden considerarse que sólo incluyen tal espejo). Como para la segunda guía de onda 301, también tiene facetas de prisma 310, dos de las cuales se muestran, formadas a lo largo de la primera superficie (exterior) 305. Adicionalmente como se muestra, en cada uno de los bordes longitudinales de las primeras y segundas guías de onda 300, 301, se colocan espejos dicroicos adicionales en la misma forma que como se describe con respecto a la Figura 19. De esa forma, en un borde derecho (como se muestra en la Figura 1) de la primera guía de onda 300 se coloca un primer espejo dicroico 311 mientras en un borde izquierdo de esa misma guía de onda se coloca un segundo espejo dicroico 312. De forma similar, en un borde derecho de la segunda guía de onda 301 se coloca un tercer espejo dicroico 313 mientras en un borde izquierdo de esa guía de onda se coloca un cuarto espejo dicroico 314.

Dada la disposición antes descrita, la sección de concentración solar 294 es capaz de diferenciar entre cuatro tipos diferentes de luz y dirigir aquellos tipos de los a cuatro celdas PV diferentes respectivamente. Más particularmente, la primera luz 315 de longitud de onda ?-\ que es incidente en los lentes 298, al pasar a través de la disposición de lente 296 y al pasar en la primera guía de onda 300, se refleja por el espejo dicroico 304 y consecuentemente se refleja de regreso a las apropiadas de (en este ejemplo, una vez) las facetas de prisma 308 asociadas con esa primera guía de onda. De forma similar, la segunda luz 316 de longitud de onda ?2 (mostrada en líneas punteadas) al pasar dentro y a través de la disposición de lente 296 y dentro de la primera guía de onda 300 se refleja similarmente mediante el espejo dicroico 304 y se reciben las facetas de prisma 308. Al alcanzar las facetas de prisma 308, cada una de las primeras y segundas luces 315, 316, experimenta TIR y se refleja dentro de la primera guía de onda 300. Debido a la operación adicional de los primeros y segundos espejos dicroicos 311, 312 (substancialmente de la misma forma como se discute con respecto a la Figura 19), sin embargo, la primera luz de longitud de onda ?1 se refleja por el segundo espejo dicroico 312 para que no pueda pasar fuera de la guía de onda 300 es un borde izquierdo, sino a su vez toda la primera luz pasa a través del primer espejo dicroico 311 y de esa forma sale de la guía de onda a través de su borde derecho. De forma inversa, la segunda luz 316 de longitud de onda ?2 se impide de salir de la primera guía de onda 300 en su borde derecho asociado con el primer espejo dicroico 311, en donde se refleja tal luz, pero a su vez es capaz de salir de la primera guía de onda en su borde izquierdo en el cual se localiza el segundo espejo dicroico 312, que pasa esa luz.

En contraste a la primera y segunda luz 315, 316 que se refleja por el espejo dicroico 304, tanto la tercera luz 317 de longitud de onda ?3 como la cuarta luz 318 de longitud de onda ? , ai ingresar a la disposición de lente 296 y al pasar a través de la primera guía de onda 300, son capaces de pasar a través del espejo dicroico y a la segunda guía de onda 301. Al pasar de la segunda guía de onda 301, la luz enfocada 317, 318 alcanza las facetas de prisma de 310, en donde la luz experimenta TIR. Debido a la presencia del espejo dicroico 304 (y posiblemente debido a cualquier efecto adicional de cualquier otra capa tal como una capa de revestimiento de bajo Índice en la segunda superficie 306, etc.), la tercera y cuarta luz no pueden reingresar a la primera guía de onda 300. En lugar de eso, debido a la operación de los terceros y cuartos espejos dicroicos 313, 314, la tercera luz 317 se refleja en el borde izquierdo de la guía de onda 301 y únicamente pasa fuera de esa guía de onda en su borde derecho a manera del tercer espejo dicroico 313, mientras la cuarta luz 318 se refleja en el borde derecho de la guía de onda 301 y únicamente pasa fuera de esa guía de onda en el borde izquierdo a manera del cuarto espejo dicroico 314. De esa forma, dada la modalidad mostrada en la Figura 20, la luz incidente puede separarse exitosamente en cuatro componentes de luz diferentes ?-?, ?2, ?3 y ?4 que respectivamente salen de la sección de concentración solar en cuatro ubicaciones diferentes. Asumiendo que las celdas PV respectivas se colocan adyacentes a los espejos y dicroicos respectivos 311-314 (o de otra forma en posición para recibir una luz que emana a través de esos espejos dicroicos respectivos) que son adecuados para recibir los componentes de luz particulares que emanan de esos espejos dicroicos respectivos, puede lograrse la operación mejorada de las celdas PV y de esa forma del sistema de energía solar completo 294.

Haciendo referencia después a la Figura 21, se muestra otra sección de concentración solar ilustrativa 324 en donde la luz incidente 332 se separa en diferentes componentes de luz adecuados para recepción por diferentes celdas PV. Como se muestra, la sección de concentración solar 324 de la Figura 21 similar a la sección de concentración solar 294 de la Figura 20 ilustra una primera guía de onda 320, que puede ser, por ejemplo, una guía de onda infrarroja, y una segunda guía de onda 321, que puede ser por ejemplo una guía de onda visible (de nuevo, cada una de las guías de onda puede incluir revestimiento apropiado a lo largo de sus superficies exteriores para formar las guías de onda; también, pueden existir en algunos casos un primer revestimiento antireflector de superficie plana aplicado a varias superficies de la sección de concentración solar 324). Sin embargo, en esta modalidad, en lugar de emplear una disposición de lente que recibe luz incidente antes de que se transmita la luz incidente a las guías de onda, la sección de concentración solar 324 a su vez emplea una disposición de lente 322 que se coloca entre las primeras y segundas guías de onda 320, 321. Más particularmente como se muestra, la disposición de lente 322 incluye una primera sub-disposición de lente 326 que incluye una pluralidad de lentes 328 que están dirigidos cóncavos hacia arriba a la primera guía de onda 320 y una segunda sub-disposición de lente 327 que tiene una pluralidad de lentes 329 que están dirigidos cóncavos hacia abajo a la segunda guía de onda 321. Como se muestra, la segunda sub-disposición de lente 327 de esa forma está más cerca a la segunda guía de onda 321 que la primera guía de onda 320, y la primera sub-disposición de lente 326 de esa forma está más cerca de la primera guía de onda 320 que la segunda guía de onda 321, en donde existe un espacio 330 entre las primeras y las segundas sub-disposiciones del lente.

Además como se muestra, la primera sub-disposición de lente 326 más particularmente está revestida con un revestimiento dicroico para que los lentes 328 de la sub-disposición sirvan como lentes reflectores (o espejos) con relación a luz infrarroja mientras pasan luz no infrarroja (y en particular visible). En contraste, los lentes 329 de la segunda sub-disposición de lente 327 no están revestidos con ningún revestimiento dicroico sino simplemente sirven como lentes refractivos para cualquier luz (y particularmente luz visible) que llega a usar lentes después de pasar a través de los lentes reflectores de la primera sub-disposición de lente 326. Dada esta disposición, con luz incidente 332 que choca con la sección de concentración solar 332 está una superficie exterior 334 de la primera guía de onda 320, esa luz procede a través de la primera guía de onda 320 y dentro de la disposición de lente de 322. Los componentes de la luz infrarroja de la luz incidente 332 se refleja por los lentes 328 de la primera sub-disposición de lente 326 y, debido al enfoque de esos lentes, vienen en facetas de prisma 336 formadas a lo largo de la superficie exterior 334 de la primera guía de onda. Al reflejarse en esas facetas de prisma 336, la luz infrarroja experimenta TIR y procede a los bordes de la guía de onda en donde la luz entonces puede proceder a celdas PV (no mostradas).

En comparación, otra luz y particularmente luz visible que ingresa en y que pasa a través de la primera guía de onda 320 pasa a través de los lentes 328 de la primera sub-disposición de lente 326 y dentro de los lentes 329 de la segunda sub-disposición de lente 327. Esta luz entonces se enfoca para alcanzar facetas de prisma 338 a lo largo de una superficie exterior 340 de la segunda guía de onda 321. Al alcanzar las facetas de prisma 338, la luz visible experimenta TIR y de esa forma procede dentro de la guía de onda 321 a bordes en los cuales la luz puede salir de la guía de onda y recibirse por celdas PV (de nuevo no mostradas). Se notará que la modalidad de la Figura 21 es capaz de lograr una energía de lente única y concentración para cada banda de luz proporcionada, asumiendo que existe una incidencia normal en los reflectores dicóticos.

Varias modalidades de dos o más de las características descritas anteriormente también pueden abarcarse en modalidades adicionales de la presente invención. Por ejemplo, como se muestra en la Figura 22, en una modalidad una sección de concentración solar 344 es substancialmente idéntica a la sección de concentración solar 294 de la Figura 20 mientras incluye una disposición de lente 346, una primera guía de onda 350 y una segunda guía de onda 351 junto con un espejo dicroico 348 colocado entre las dos guías de onda. De nuevo, dado este diseño, cuando la luz incidente 349 choca con la sección de concentración solar 344, se reflejan ciertos componentes de luz (por ejemplo, luz infrarroja) de regreso en la primera guía de onda 350 y experimenta TIR dentro de esa guía de onda mientras se pasan otros componentes de longitud de onda a través del espejos dicroico en la segunda guía de onda 351 y experimentan TIR en esa guía de onda. Aunque no se muestra, se entenderá que los espejos dicroicos también pueden colocarse a lo largo de los bordes de las guías de onda 350, 351 para además determinar sí los componentes de luz particulares dentro de las guías de onda respectivas salen de las guías de onda en cualquiera de los bordes longitudinales particulares, aunque éste no necesariamente es el caso en todas las modalidades.

Diferente a la sección de concentración solar 294 de la Figura 20, sin embargo, cada una de las guías de onda 350, 351 de la sección de concentración solar 334 se muestra para incluir un borde longitudinal respectivo 352, 353, respectivamente, en donde se coloca un prisma de doblez respectivo 354, 355, respectivamente, como se discutió anteriormente con relación a la Figura 15 (en modalidades alternas, pueden emplearse reflectores en lugar de los prismas de doblez). Como un resultado del prisma de doblez 354, la luz que emana de la primera guía de onda 350, que pueden ser luz infrarroja, se dirige a una primera celda PV 356 que es adecuada para recibir tal luz y que se coloca para extenderse paralela al espejo dicroico 348 (es decir, paralelo a las guías de onda 350, 351) mientras se dirige la luz que emana de la segunda gula de onda 351 a una segunda celda PV 357 que es adecuada para recibir tal luz (por ejemplo, luz visible). De esa forma, en la modalidad de la Figura 22, la sección de concentración solar 344 logra algunos de los mismos beneficios de cada una de las secciones de concentración solar de la Figura 20 y la Figura 15, tanto en términos de concentrar luz y dirigir ciertos componentes de luz a celdas PV adecuadas, así como disponer celdas PV para colocarse en una forma deseable (y una forma en la cual las diferentes celdas PV se colocan aparte una de otra). Esta modalidad además puede permitir el desarrollo de sistemas de energía solar de volumen delgado/pequeño, y sistemas con desempeño de polarización mejorado.

Haciendo referencia además a la Figura 23, una sección de concentración solar adicional 364 incluye tanto la sección de concentración solar 4 de las Figuras 1-2 así como componentes adicionales que permiten la separación de diferentes componentes de luz y dirección de aquellos componentes de luz respectivos a diferentes celdas PV. Más particularmente como se muestra, en la modalidad de la Figura 23, se coloca un acoplador de salida reflector 362 en un borde 28 de la guía de onda 18 como se muestra y a su vez dirige la luz recibida 360 a un reflector dicrónico 366 que está localizado fuera de la sección de concentración solar 4. Debido al reflector dicrónico externo 366, ciertos componentes de luz (por ejemplo, luz infrarroja) además se reflejan en una primera dirección hacia abajo de una primera celda PV 368 adecuada para recibir esa luz mientras otros componentes de luz se pasan a través del reflector dicroico y se reciben por una segunda celda PV 370 adecuada para recibir aquellos componentes de luz. Esta modalidad de esa forma proporciona un diseño concentrado simple, en donde una relación de concentración puede reducirse por un factor de secta. A la extensión que se desea un ángulo de salida común para guía de onda de multimodo, esto puede requerir reflejo adicional.

En vista de lo anterior, se debe observar que al menos algunas modalidades de la presente invención logran concentración primaria de luz al recolectar luz en una apertura de disposición de lentes completa y confinar la energía dentro de una guía de onda de grosor constante. La concentración geométrica por lo tanto es la longitud de guía de onda dividida por el grosor de tabla de guía de onda (o dos veces el grosor en donde existe acoplamiento simétrico) incluso el añálisis antes mencionado del valor de concentración asume ningún enfoque en la dirección ortogonal, es decir, la dirección perpendicular al grosor de la guía de onda (por ejemplo, como medidor a lo largo del eje normal 159 discutido anteriormente) y también perpendicular a la longitud de la guía de onda a lo largo de la cual la luz capturada generalmente procede hacia una o más celdas PV. Sin embargo, el enfoque en la dirección ortogonal también puede lograrse en varias formas y puede resultar en concentración de luz adicional.

Haciendo referencia a las Figuras 24A-24D por ejemplo, en al menos algunas modalidades de la celdas PV necesarias no ocupan los anchos completos de los bordes de las guías de onda a lo largo de los cuales se colocan esas celdas PV. Es decir, las aberturas de salida (las porciones de los bordes de las guías de onda junto con las cuales se colocan las celdas PV) no necesitan ser co-extensivas con los bordes de las guías de onda. Por ejemplo, con respecto a la Figura 24A, la guía de onda de tabla 18 de la Figura 1 que tiene los primeros y los segundos bordes 28 y 30 no necesitan emplearse en conjunto con celdas PV que se extienden el ancho completo de la guía de onda como lo hacen las celdas PV 6 de la Figura 1. Más bien, como se muestra en la Figura 24A, la celdas PV 372 a su vez pueden emplearse para únicamente extenderse aproximadamente un tercio del ancho de la guía de onda 18. Asumiendo que los expertos 374 están colocados a lo largo de las porciones restantes de los bordes 28, 30 no están cubiertos por la celdas PV 372, la luz dentro de la guía de onda 18 que no es incidente en la celdas PV continúa reflejándose hacia atrás y hacia adelante dentro de la guía de onda 18 como se representa por las flechas 376 hasta el momento que la luz ingresa en una de las celdas PV 372. (Puede emplearse una disposición similar para lograr separaciones de diferentes componentes de luz desde el otro). Al reducir el tamaño de las celdas PV (y aberturas de salida) con relación a los bordes de guía de onda longitudinal de esta forma, también aumenta la relación de concentración geométrica.

En comparación, la Figura 24B también incluye una guía de onda 378 que tiene primeros y segundos bordes 379 y 380, respectivamente, y celdas PV 382 y espejos 384 a lo largo de cada uno de los bordes respectivos, en donde la celdas PV ocupan aproximadamente un tercio de los anchos de cada uno de esos bordes respectivos y los espejos a lo largo de estos bordes ocupa el resto de los anchos de esos bordes respectivos. En contraste la modalidad de la Figura 24A, sin embargo, los bordes 379, 380 de la guía de onda de onda 378 no son paralelos entre sí sino más bien están estrechados para que la guía de onda general tenga una forma trapezoidal como vista normal a la guía de onda (es decir como vista a lo largo del eje 159 discutido anteriormente). Al seleccionar apropiadamente los ángulos de tales bordes estrechados, puede lograrse el reflejo de la luz (de nuevo como se representó por las flechas 386) que resulta más rápidamente en la llegada en la luz en la celdas PV 382 que en el caso de la Figura 24A. Aunque se muestra una disposición trapezoidal en la Figura 24B, se entenderá que otras formas también son posibles incluyendo, por ejemplo, disposiciones de paralelogramo o disposiciones en las cuales los bordes de la guía de onda están curveados. En cada caso, las configuraciones de bordes se seleccionan para alterar los ángulos de reflejo de la luz que se reflejan de los espejos a lo largo de los bordes de la guía de onda para aumentar la probabilidad de reflejos hacia la celdas PV y de esa forma la probabilidad de capturar esa luz mediante la celdas PV.

La Figura 24C muestra incluso otra guía de onda 388. En esta modalidad, una celda PV 392 únicamente está localizada a lo largo de un primer borde 390 de la guía de onda mientras un borde opuesto 391 de la guía de onda es un espejo para que ninguna luz salga de la guía de onda en ese borde. De esa forma, en tal modalidad, la luz se refleja únicamente por las superficies en espejo 394 que salen a lo largo del primer borde 390 en donde se localiza la celda PV 392 (que en los casos de las Figuras 24A-24B no ocupan el ancho completo del borde) sino que se reflejan en el borde en espejo 391, como se indica por las flechas 394. Como para la Figura 24D, incluso se muestra una guía de onda adicional 398 que también tiene la celda PV 392 y porciones en espejo 394 a lo largo de un primer borde 397 pero, a su vez de tener un borde en espejo 391 como en la Figura 24C a su vez tiene un borde 399 que es un reflector Fresnell o un retro-reflector (en la presente modalidad, el reflector Fresnell es un reflector Fresnell plano). De nuevo, en las modalidades de las Figuras 24C y 24D, la concentración aumentada de luz en la celda PV 392 resulta. Además, a partir de la Figura 24C es evidente que pueda utilizarse una celda PV individual con acoplamiento simétrico al reflejar una apertura de salida completa de la guía de onda de tabla, mientras como se evidencia por la Figura 24D el uso de otros tipos de espejos/prismas en un borde de la guía de onda también puede proporcionarse en algunas modalidades, por ejemplo, en donde se desea lograr efectivamente el efecto de un espejo curveado en una superficie plana.

Cambiando a las Figuras 25-28B, puede lograrse control o influencia en la dirección de luz procedente dentro de una guía de onda tal como las guías de onda discutidas anteriormente no únicamente a través del uso de espejos y lentes sino también por selección/configuración apropiada también de las facetas de prisma. En particular, cada faceta de prisma dado puede configurarse para tener a dirigir/reflejar luz en una dirección particular. Haciendo referencia a la Figura 25, un diagrama esquemático ilustra una guía de onda ilustrativa 400 dentro de la cual se colocan numerosas facetas de prisma 402. Como se muestra, cada una de las facetas de prisma 402 está configurada para dirigir/reflejar luz predominantemente en una dirección indicada por una flecha respectiva que emana desde esa faceta de prisma. Además, como se puede observar de la Figura 25, dada la selección apropiada de tales orientaciones direccionales de las facetas de prisma 402, puede dirigirse luz desde todas las facetas de prisma generalmente hacia una celda PV 404 localizada en un borde dado 406 de la guía de onda 400.

Adicionalmente, dada la capacidad de las facetas de prisma para no inclinar rayos para el propósito de lograr TIR para también el propósito de orientar/dirigir luz hacia una región dada una guía de onda (por ejemplo, hacia un borde dado o una apertura de salida de una guía de onda, las Figuras 26A-26C muestran cómo la selección apropiada de las facetas de prisma puede utilizarse para lograr la dirección de luz hacia cualquier celda PV arbitrariamente localizada, colocada a lo largo de un borde de una guia de onda. Más particularmente, cada una de las Figuras 26A-26C muestran guías de onda ilustrativas respectivas 410, 420, y 430, respectivamente, en donde las primeras, segundas y terceras celdas PV 415, 425 y 435, respectivamente, están localizadas en primeras, segundas y terceras posiciones a lo largo de bordes respectivos de la guía de onda respectiva. Aunque las facetas de prisma no se muestran con particularidad en las Figuras 26A-26C, se observará que las curvas tangentes 417, 427 y 437 se muestran a su vez. Mientras las facetas de prisma están configuradas para dirigir luz en direcciones perpendiculares a las curvas tan gentes respectivas 417, 427, y 437, en las Figuras 26A, 26B y 26C respectivas (y dentro del plano longitudinal de las guías de onda), la luz se dirigirá generalmente hacia la celdas PV respectivas 415, 425, 435 a lo largo de direcciones generalmente indicadas por flechas respectivas 419, 429 y 439, respectivamente. Con respecto a la Figura 26C específicamente, además se debe observar que dos celdas PV 435 están colocadas a lo largo de ambos bordes opuestos de la guia de onda 430, y se observará que existe simetría en las curvas tangentes 437 mostradas con respecto a las mitades opuestas de la guía de onda. El diseño de las facetas de prisma en la forma mostrada en la Figura 26C puede facilitar la fabricación de numerosas guías de onda ya que el patrón de faceta de prisma es repetitivo/cíclico (y de esa forma las guías de onda numerosas pueden fabricarse en cualquier forma de tipo de papel).

Aunque la descripción anterior presume ampliamente que las guías de onda de tabla se emplean y que las celdas PV necesitan colocarse a lo largo de bordes de las guías de onda de tabla, como se ilustra en las Figuras 27-28B, este no necesariamente es el caso en algunas modalidades. De hecho, la presente invención presenta abarcar una variedad de modalidades que tiene una variedad de diferentes tipos y formas de guías de onda. Por ejemplo, únicamente guías de onda de tabla con seis lados (o guías de onda de tabla con seis bordes) sino también guías de onda de tabla con más de seis lados/bordes pueden emplearse en algunas modalidades. También, en algunas modalidades, las guías de onda no necesitan tener lados/bordes que son todos planos, pero a su vez pueden incluir uno o más lados que están curveados. Además, dada la configuración de faceta de prisma apropiada dada, la dirección de luz puede controlarse a tal extensión que la luz puede acoplarse efectivamente a celdas PV incluso aunque la celdas PV simplemente ocupan regiones menores a lo largo de una o más superficie sin borde (por ejemplo, las superficies 22, 24 de la guía de onda 18 de la Figura 1) de la guía de onda.

Particularmente como se ilustra en la Figura 27, incluso es posible proporcionar una guía de onda formada circularmente 440 teniendo un borde cilindrico exterior 442 que está en espejo/reflector para dirigir efectivamente luz a una celda PV fuera de borde 444 al configurar apropiadamente facetas de prisma 446 a lo largo de esa guía de onda para dirigir luz en las direcciones mostradas por las flechas que emanan de esas facetas de prisma, es decir, en direcciones hacia la ubicación de la celda PV. Debido a la orientación de las facetas de prisma 446, la luz se dirige fuertemente hacia la celda PV en el centro de la guía de onda. Además debido al borde en espejo 442, la luz se refleja hacia adentro lejos de la circunferencia cilindrica exterior como se indica por una flecha 448. Como la luz se refleja hacia atrás y hacia adelante entre las varias superficies de la guía de onda 440 procede eventualmente a la ubicación de las celdas PV 444. La ubicación particular de la celdas PV 44 en términos de si está localizada en cualquiera particular de las dos superficies sin borde (es decir, las superficies correspondientes a las superficies 22, 24 de la Figura 1) no es critica debido al número de reflejos que somete la luz dentro de la guía de onda 440. En particular, no existe la necesidad de que la celda PV se extienda en la guía de onda con el fin de que la celda PV reciba satisfactoriamente la luz.

Dada la capacidad de dirigir luz dentro de una guía de onda de tabla dada a manera de las facetas de prisma (y también superficies en espejo complementaria), no únicamente puede realizarse un concentrador radial que tiene una celda PV individual localizada en el centro del disco, sino también en algunas modalidades el disco puede reemplazarse con secciones hexagonales para lograr factores de llenado superiores entre elementos de concentrador. Como se muestra en las Figuras 28A-28B, una pluralidad de porciones de guía de onda de tabla hexagonales 450 en particular pueden ensamblarse para formar un ensamble de guía de onda general 452, en donde cada una de las porciones de guía de onda 450 tiene una celda PV asociada individual 454 en su centro hacia el cual toda la luz dentro de la porción de guía de onda tiende a dirigirse debido a la orientación de las facetas de prisma. La orientación ilustrativa de facetas de prisma dentro de una sección de una porción de guía de onda hexagonal ilustrativa 450 se muestra en la Figura 28A (particularmente en una sección de una de tal porción de guía de onda), con las orientaciones configuradas particulares de las facetas de prisma 456 siendo indicadas por flechas que emanan de esas facetas de prisma. Además se debe observar que, en modalidades giratoriamente simétricas de las Figuras 27-28B, el diseño del extractor de luz de acoplamiento (por ejemplo, en términos de orientación de faceta de prisma) permanece igual cuando se gira sobre un eje central Debido a que puede lograrse la direccionalidad de flujo de luz dentro de guías de onda al menos en parte por configuración apropiada de las facetas de prisma, la luz además puede dirigirse/acoplarse a celdas PV con menos pasos a lo largo de la guía de onda de tabla y por lo tanto lograr incluso mayor eficiencia. En al menos algunas modalidades de la presente invención, se prevé que el uso de facetas de prisma para lograr direccionalidad y mayor concentración puede combinarse con el uso de cualquiera de una o más de otras técnicas antes descritas (por ejemplo, aquellas que involucran lentes, espejos, reflectores, separación de componente de luz, etc.) para lograr la dirección deseada de luz dentro de una guía de onda de tabla hacia celdas PV y concentración deseada de esa luz. Es decir, los métodos antes descritos que involucran control de luz que utilizan facetas de prisma son independientes de, pero también combinables con, los otros diseños de concentración/extracción de luz también descritos anteriormente.

En vista de la descripción anterior, será evidente que la presente invención pretende abarcar numerosas modalidades que tienen una variedad de diferentes características, y la presente invención abarca numerosas variaciones en las modalidades particulares también discutidas anteriormente. En al menos algunas modalidades adicionales de la presente invención, un sistema de energía solar puede emplear una o más de las características mostradas anteriormente con relación a uno de los sistemas descritos ' anteriormente con otras características mostradas anteriormente con relación a otra(s) de los sistemas antes descritos. También, una o más de las características pueden modificarse en muchas formas diferentes. Por ejemplo, en algunas modalidades alternas, es posible poner facetas de prisma (u otras características de inyección) a lo largo de una superficie de una guía de onda que es adyacente a una discusión del lente en lugar de a lo largo del lado opuesto de la guía de onda. Como ya se observó, puede implementarse una variedad de diferentes tipos de características de inyección dependiendo de la aplicación y la modalidad.

A partir de la descripción anterior, debe ser evidente que, en al menos algunas modalidades, la presente invención involucra nuevos tipos de concentradores solares que permiten la conexión eficiente y económica de luz solar a energía eléctrica. En al menos algunos de tales concentradores solares, los concentradores recolectan luz solar de una gran superficie de orientación ascendente que tiene características de faceta/inyección de prisma y analiza los rayos a través del reflejo interno total (TIR) dentro de una región interna (guía de onda de tabla), en donde se dirigen hacia los bordes de la estructura. Se colocan una o más celdas PV en ubicaciones en donde se permite que la luz se filtre para recolección y conversión de energía. Como se describió anteriormente, esto puede ser en uno o más extremos de la región de tabla, en donde la tabla termina y puede extraerse eficientemente la luz. Incluso en modalidades alternas, las celdas PV pueden colocarse periódicamente a lo largo de la longitud de la guía de onda de tabla al proporcionar una estructura/dispositivo que permite guiar la luz fuera de la guía de onda de tabla y en las celdas PV. En algunas de tales modalidades, esto involucra la creación de una región curveada de forma afilada de la guía de onda de tabla cerca de la celda PV. Una o más inclinaciones simples en la guía de onda de tabla/núcleo romperá las romperá las condiciones TIR y de esa forma simplemente puede permitir la extracción de luz en varios puntos a lo largo de un concentrador.

Los sistemas PV solares típicamente se colocan en el ambiente exterior para trabajo, y en general se somete a la degradación debido a la exposición prolongada al clima. En sistemas PV concentrados, el concentrador óptico está expuesto al clima, aunque la celda PV típicamente se protegerá mejor. Al reconocer que la celda PV es frecuentemente el elemento de costo individual mayor en el sistema, es deseable diseñar un sistema para que una celda PV funcional y electrónica asociada puedan reciclarse' si se daña el concentrador óptico.

Con respecto a esto, en al menos algunas de las modalidades de la presente invención, el concentrador puede hacerse como una lámina continua que se corta a la longitud deseada, entonces se fija una celda PV lineal. La naturaleza de una guía de onda de tabla permite que la luz guiada se desprenda eficientemente del modo guiado y se dirija en la celda PV varías formas, por ejemplo: (1) al cortar la superficie de extremo en un ángulo, (2) al remover el revestimiento o proporcionar una capa de que coincide con índice entre la guía de onda y la celda PV, o (3) al utilizar una curvatura o inclinación física afilada en la guía de onda, para que la luz sea incidente en menos del ángulo crítico para el reflejo interno total. Estas características pueden pre-formarse en la lámina de guía de onda, pero también pueden incorporarse en el montaje para la celda PV, para implementarse fácilmente con relación a (para actuar en) cualquier región de una guía de onda a la cual se fijan.

Por lo tanto, es posible diseñar una celda fotovoltaica lineal con un montaje que se sujeta sobre la lámina de concentrador de guía de onda, creando la característica que desprenderá la luz guiada y la dirigirá en la celda fotovoltaica sin la necesidad de alineación precisa. Asumiendo tal diseño, es posible tener un sistema fotovoltaico concentrado modular en donde pueden fijarse una o más celdas fotovoltaicas (y conexiones eléctricas asociadas) a y/o removerse de un concentrador óptico en el campo, ambos para la instalación inicial, y subsecuentemente para el mantenimiento (por ejemplo, si el concentrador óptico necesita reemplazarse debido a daño ambiental). Además, reconocer que la eficiencia de recolección general de un concentrador basada en guía de onda depende de la distancia a la celda PV, es posible instalar un concentrador de gran área con una celda PV individual y mejorar subsecuentemente el desempeño de salida de energía general del sistema al agregar subsecuentemente más celdas PV.

Una guía de onda de tabla típicamente es una estructura de modo óptico múltiple que puede guiar luz sin pérdida a medida que se propaga a través de la tabla. Una guía de onda de tabla típicamente consiste de un núcleo de alto índice rodeado por un revestimiento de índice inferior en la parte superior y/o la parte inferior. Convertir luz de incidencia normal en la cara de la tabla en luz que se está propagando dentro de la tabla requiere alguna clase de estructura para desviar la luz, que entonces no actuará para expulsar (o permitir el escape excesivo de) luz ya atrapada dentro de la tabla. Una forma de lograr la guía apropiada es proporcionar una región de acoplamiento localizada con un índice comparable al núcleo. Como se describe, en al menos algunas modalidades, esto puede involucrar utilizar una suspensión coloidal de partículas de alto índice, con tamaño de sub-longitud de onda dentro de un líquido de índice inferior. La luz incidente brillante causa la trampa óptica, aumentando la densidad de las partículas de alto índice y también creando el índice refractivo general en donde la luz entrante acumula las partículas generando un aumento en el índice promedio de refracción. Un aumento localizado en el índice refractivo permite que la luz se disperse desde las partículas suspendidas, o se refleje desde una estructura óptica cercana (que de otra forma no interactúa con la luz guiada dentro de la tabla), para atraparse dentro de la región de tabla y girarse a la celda PV.

Al menos en algunas modalidades de los sistemas de energía solar/concentradores solares antes descritos son adecuados para el método de proceso de rollo de fabricación. Un proceso de rollo produce los pequeños lentes al grabarlos en una capa de plástico de bajo índice que cubre la región de tabla de índice más alto. La superficie trasera puede hacerse al utilizar un proceso similar, para la versión activamente alineada, o al utilizar un emparedado de materiales, tal como una malla perforada que separa una capa rellena con líquido de una superficie trasera en patrón. En todos los casos, las múltiples capas del concentrador pueden yacer en un sustrato continuo creando un producto largo, flexible en un costo muy bajo. Alternativamente el concentrador puede formarse sobre paneles rígidos utilizando un proceso de fabricación más convencional, si es más costoso.

De esa forma, en al menos algunas modalidades, la presente invención involucra una geometría de concentrador de guía de onda de tabla general que utiliza lentes de enfoque y características de inyección localizadas, en donde cualquiera de las características de inyección localizadas son permanentes o alternativamente las características de inyección son reactivas (formadas en respuesta a luz incidente), en donde pueden utilizarse múltiples materiales específicos y estructuras para formación de las características de inyección. El formato de guía de onda de tabla es extremadamente compacto en comparación con muchas de las ópticas de concentrador activas o pasivas convencionales. Ya que los costos de material son una parte significativa del costo de sistema general, esto adapta un ahorro de costo potencial.

También, como se notó, en las modalidades que emplean concentradores solares reactivos, la naturaleza reactiva de los concentradores elimina la necesidad del rastreo activo usualmente asociado con concentración solar. De hecho, tales modalidades son distintivas en cuanto a que no se requiera absorción. El material de reacción puede reaccionar potencialmente sin pérdida, como por ejemplo a través de un cambio de índice. Incluso si el material de reacción no requiere alguna absorción, la luz que se guía dentro de la tabla no (en promedio) encuentra el material de reacción de nuevo, y se apreciará únicamente a un punto de pérdida individual.

La geometría de al menos algunas de estas modalidades es atractiva en cuanto a que puede lograrse una entrada muy alta a las relaciones de área de salida. Aunque algunas modalidades incorporarán una disposición de lente y por lo tanto únicamente trabajan con luz especular, existe el potencial de pérdidas significativamente menor al evitar la absorción y la revisión de fotones. La geometría general mantiene la ventaja de un área de recolección alta e incorpora un material de cambio de índice, reactivo para evitar el rastreo activo.

Estas celdas fotovoltaicas de eficiencia de conversión superior requieren concentración de luz solar incidente para trabajar con eficiencia máxima (típicamente 100 - 1000x concentración). Sin embargo, las ópticas de concentrador son fundamentalmente incapaces de recolectar eficientemente luz solar difusa en una celda fotovoltaica de área pequeña. Por lo tanto, la eficiencia de un sistema fotovoltaico altamente concentrado cae a casi cero en días nublados, mientras los sistemas fotovoltaicos no concentrados (tal como un panel solar de silicona amorfa) substancialmente mantiene su desempeño. Dadas estas consideraciones, y además en vista del hecho de que en muchas instalaciones solares (tal como para techos residenciales y comerciales) involucran áreas limitadas en las cuales pueden implementarse los recolectores solares, al menos algunas modalidades de la presente invención pretenden facilitar lograr los beneficios asociados con ambos sistemas PV concentrados así como sistemas fotovoltaicos no concentrados al recolectar luz solar directa en una celda fotovoltaica de alta eficiencia concentrada, y también (posiblemente de forma simultánea) dirigir luz solar difusa en una celda fotovoltaica menos eficiente.

Con respecto a esto, al menos algunas modalidades de la presente invención involucran extraer y concentrar la luz solar directa al borde del área iluminada para la recepción por una o más celda(s) PV, mientras permite que la luz difusa pase a través de la guía de onda para recolección por una o más otra celda(s) PV. Haciendo referencia de nuevo a la Figura 1, la luz que ingresa a la disposición de lente 8 normalmente se enfoca sobre las facetas de prisma replicadas 26 y se acopla en la guia de onda de tabla 18. En algunas modalidades (por ejemplo, las de la Figura 10), la luz que ingresa a la disposición de lente 8 en cualquier otro ángulo se enfoca por los pequeños lentes sobre una región transparente de la superficie trasera de la guía de onda, que carece de las facetas de prisma 26, y se transmite a través de la superficie trasera de la guía de onda 24 substancialmente sin atenuación. Por lo tanto, puede hacerse un sistema fotovoltaico híbrido eficiente de área al colocar un panel solar convencional directamente bajo el concentrador de tabla micro-óptica. En días sin nubes, la mayoría de la energía se generará por la celda fotovoltaica eficiente a través del concentrador. En comparación, en días nublados, una cantidad total menor de energía, evitando el concentrador de tabla, se generará en su mayoría por el panel fotovoltaico.

Cada una de las modalidades antes descritas de sistemas de energía solar/concentradores solares se puede fabricar potencialmente a un costo extremadamente bajo, cuando se compara con el costo de fabricar material de celda PV convencional de silicona amorfa o cristalina. Debido al cumplimiento con el procesamiento de rollo a rollo, es probable que este diseño de concentrador exista como láminas flexibles de varios metros de longitud. Pueden ajustarse en techos o actuar como tiendas para proporcionar generación de energía local para hogares o instalaciones temporales. Unidades más pequeñas pueden ser aplicables para la energía de computadoras portátiles u otra electrónica pequeña. Al menos algunas de las modalidades antes descritas pueden estar hechas de materiales flexibles, ya que cada región local está automáticamente alineada con la luz incidente. Esto soporta despliegue de bajo costo y usos no convencionales: por ejemplo como material de tienda cubierta de suelo en un terreno no plano. Aunque la descripción anterior describe orientaciones físicas de varios componentes de sistemas de energía solar con relación entre sí (por ejemplo, en donde un componente está "sobre" o "bajo" otro componente), estos términos únicamente se proporcionan para facilitar la descripción de estas modalidades pero no pretenden limitar la presente invención a modalidades que satisfacen esas características particulares.

Se desea específicamente que la presente invención no esté limitada a las modalidades e ilustraciones aquí contenidas, pero incluyen formas modificadas de esas modalidades que incluyen porciones de las modalidades y combinaciones de elementos diferentes modalidades como vienen dentro del alcance de I siguientes reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. - Un sistema para capturar energía solar, el sistema comprendé: una primera disposición de lente que tiene una pluralidad de lentes; un primer componente de guía de onda adyacente a la disposición de lente, en donde el componente de guía de onda recibe luz, y en donde el componente de guía de onda incluye una disposición de facetas de prisma o en espejo dispuestas a lo largo de al menos una superficie del componente de guía de onda; y al menos una celda fotovoltaica colocada para recibir al menos una porción de la luz que se dirige fuera de la guía de onda; en donde al menos algo de la luz que pasa hacia el componente de guía de onda se restringe de dejar el componente de guía de onda al reflejarse por al menos uno de las facetas de prisma o en espejo, y consecuentemente al menos algo de luz restringida de dejar el componente de guía de onda se dirige por la guía de onda hacia al menos una celda fotovoltaica.

2. - El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde al menos algo de luz se atrapa substancialmente dentro de la guía de onda por el reflejo interno total debido a la operación de las facetas de prisma o en espejo.

3.- El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde cada una de las facetas de prisma o de espejo está alineada con uno respectivo de los lentes de la disposición de lente.

4. - El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la disposición de lente incluye una superficie exterior en la cual la luz recibida mediante la guía de onda es inicialmente incidente antes de recibirse por la guía de onda, y una superficie interior opuesta a la superficie exterior, la superficie interior extendiéndose a lo largo del componente de guía.

5. - El sistema de acuerdo con la reivindicación 4, en donde los lentes de la disposición de lente sirven para enfocar la luz hacia las facetas de prisma o en espejo del componente de guía de onda.

6 - El sistema de acuerdo con la reivindicación 4, en donde el componente de guia de onda incluye una primera superficie, una segunda superficie , y una estructura conductora de luz intermedia entre las primeras y las segundas superficies, en donde una capa de revestimiento forma la primera superficie y la capa de revestimiento está en contacto con la superficie interior de la disposición de lente.

7. - El sistema de acuerdo con la reivindicación 6, en donde las facetas de prisma o en espejo se forman a lo largo de la segunda superficie.

8. - El sistema de acuerdo con la reivindicación 7, en donde las facetas de prisma o en espejo se forman al menos en parte al dirigir luz hacia el material fotosensible dispuesto a lo largo de la segunda superficie, y en donde la segunda superficie adicionalmente sirve como una capa de revestimiento adicional.

9. - El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde las facetas de prisma o en espejo se forman al menos en parte por un material fotosensible que es capaz de responder repetidamente a cambios en la luz, para que las características de las facetas de prisma o en espejo cambien con el tiempo a medida que se recibe luz por el componente de guía de onda que varía en dirección.

10. - El sistema de acuerdo con la reivindicación 9, en donde el material fotosensible opera para percibir repetidamente y responder a cambios en campos eléctricos o porciones de la luz, al extraer partículas de índice dieléctrico alto para lograr la trampa óptica.

11. - El sistema de acuerdo con la reivindicación 10, en donde el material fotosensible incluye tanto las partículas de índice dieléctrico alto, en donde las partículas de índice dieléctrico alto son partículas de nano escala de dióxido de titanio, y en donde el material fotosensible además incluye índice denso pero bajo de material de fluoropolímero de refracción en donde están contenidas partículas de índice dieléctrico alto.

12. - El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde al menos dos porciones del sistema son capaces de cambiarse con relación entre sí para que la luz incidente que primero llega al sistema se reciba finalmente por las facetas de prisma o en espejo incluso aunque la luz incidente varía con el tiempo en términos de un ángulo de incidencia.

13. - El sistema de acuerdo con la reivindicación 12, que además comprende una pluralidad de disposiciones de lente adicionales, en donde al menos una de las disposiciones de lente adicionales es capaz de cambiarse con relación al menos a otra de las disposiciones de lente.

14. - El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el componente de guía de onda puede cambiar lateralmente con relación a la disposición de lente.

15. - El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el componente de guía de onda recibe la luz desde la disposición de lente después de que la luz ha llegado previamente a la disposición de lente.

16. - El sistema de acuerdo con la reivindicación 15, en donde la luz llega a la disposición de lente desde una ubicación externa.

17. - El sistema de acuerdo con la reivindicación 15, en donde la luz llega a la disposición de lente después de pasar primero a través del componente de guía de onda.

18. - El sistema de acuerdo con la reivindicación 17, en donde la disposición de lente incluye una superficie en espejo para reflejar la luz que llega a la disposición de lente hacía atrás al componente de guía de onda.

19.- El sistema de acuerdo con la reivindicación 18, en donde la superficie en espejo es una superficie dicroíca por la cual al menos una porción de luz adicional que llega a la disposición de lente es capaz de proceder a cualquiera de un receptor de luz difusa u otro componente de guía de onda.

20.- El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, que además comprende una segunda disposición de lente, en donde el componente de guía de onda está colocado entre la primera disposición de lente y la segunda disposición de lente.

21. - El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la luz recibida por el componente de guía de onda se recibe después de haber pasado primero a través de la primera disposición de lente y al haberse reflejado adicionalmente por la segunda disposición de lente hacia atrás al componente de guía de onda.

22. - El sistema de acuerdo con la reivindicación 20, en donde el componente de guía de onda se puede cambiar lateralmente con relación a las primeras y segundas disposiciones del lente.

23. - El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la primera de al menos una celda fotovoltaica se coloca a lo largo de un borde longitudinal del componente de guía de onda.

24.- El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, que además comprende uno o más de un prisma de doblez, un espejo curveado, y un reflector colocado a lo largo de al menos un borde longitudinal del componente de guía de onda.

25. - El sistema de acuerdo con la reivindicación 24, en donde al menos algo de la luz dirigida hacia al menos una celda fotovoltaica procede al menos a una celda fotovoltaica únicamente después de haberse redirigido por uno o más de los prismas de doblez, el espejo curveado, y el reflector.

26. - El sistema de acuerdo con la reivindicación 25, en donde una primera de al menos una celda fotovoltaica también recibe luz adicional de otro componente de guía de onda adyacente.

27. - Un sistema de energía solar de disposición plana que incluye el sistema de acuerdo con la reivindicación 25 y que además incluye una pluralidad de sistemas adicionales cada uno incluye un componente de guía de onda respectivo y una disposición de lente respectiva.

28. - El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde una primera porción de al menos algo de luz restringida de dejar el componente de guía de onda se dirige por el componente de guía de onda hacia y a través de la primera superficie de borde del componente de guía de onda y consecuentemente acoplado en una primera de al menos una celda fotovoltaica.

29. - El sistema de acuerdo con la reivindicación 28, en donde la primera superficie de borde incluye un primer espejo dicroico permite la transmisión de la primera porción de al menos algo de luz correspondiente a una primera porción de espectro de luz para pasar fuera del componente de guía de onda para recepción por la primera celda fotovoltaica.

30. - El sistema de acuerdo con la reivindicación 29, en donde el componente de guía de onda incluye una segunda superficie de borde que tiene un segundo espejo dicroico que permite la transmisión de una segunda porción de al menos algo de luz correspondiente a la segunda porción de espectro de luz para pasar fuera del componente de guía de onda para recepción por una segunda de al menos una celda fotovoltaica.

31.- El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el primer componente de guía de onda incluye primeras y segundas superficies longitudinales que están substancialmente opuestas entre sí, en donde la primera superficie longitudinal se extiende a lo largo de la disposición de lente, en donde el componente de guía de onda además incluye primeras y segundas superficies de borde lateral cada una extendiéndose entre las primeras y segundas superficies longitudinales y además extendiéndose lejos de la disposición de lente, y en donde el componente de guía de onda además incluye primeras y segundas superficies de borde de extremo cada una extendiéndose entre las superficies longitudinales y también entre las superficies de borde lateral.

32.- El sistema de acuerdo con la reivindicación 31, en donde se forma un primer espejo dicroico en la primera superficie de borde de extremo y un segundo espejo dicroico se forma en la segunda superficie de borde de extremo, en donde el primer espejo dicroico permite a una primera porción de al menos algo de luz pasar fuera del componente de guía de onda para recepción por una primera de al menos una celda fotovoltaica pero evita que una segunda porción de al menos algo de luz pase fuera del componente de> guía de onda, y en donde el segundo espejo dicroico permite que la segunda porción pase fuera del componente de guía de onda para recepción por al menos una segunda de al menos una celda fotovoltaica pero evita que la primera porción pase fuera del componente de guia de onda.

33. - El sistema de acuerdo con la reivindicación 31, que además comprende un segundo componente de guía de onda que se extiende a lo largo de cualquiera de la primera superficie longitudinal o la segunda superficie longitudinal del primer componente de guia de onda, y en donde se forma un espejo dicroico entre los primeros y los segundos componentes de guía de onda.

34. - El sistema de acuerdo con la reivindicación 33, en donde el espejo dicroico se forma en los lentes de la disposición de lente, la disposición de lente estando colocada entre los primeros y los segundos componentes de guía de onda.

35. - El sistema de acuerdo con la reivindicación 34, en donde los lentes de la disposición de lente sirven para dirigir un primer componente de luz a las facetas de prisma o en espejo del primer componente de guía de onda y además sirven para permitir que un segundo componente de luz pase a facetas de prisma o en espejo adicionales del segundo componente de guía de onda.

36. - El sistema de acuerdo con la reivindicación 33, que además comprende al menos un prisma de doblez, un reflector, y un espejo curveado que redirige al menos una componente de luz que sale del componente de guía de onda a manera de una de las superficies de borde.

37. - El sistema de acuerdo con la reivindicación 31, que además comprende al menos una de un prisma de doblez, un reflector, y un espejo curveado que redirige al menos un componente de luz que sale del componente de guía de onda a manera de una de las superficies de borde, y también al menos un espejo dicroico externo que diferencia al menos una componente de luz en los primeros y segundos componentes de luz.

38. - El sistema de acuerdo con la reivindicación 31, en donde una primera de al menos una celda fotovoltaica se coloca a lo largo de la primera superficie de borde de extremo, en donde la primera celda fotovoltaico cubre únicamente la primera porción de la primera superficie de borde de extremo, y en donde una porción restante de la primera superficie de borde de extremo diferente a la primera posición está configurada para reflejar luz incidente en éste.

39. - El sistema de acuerdo con la reivindicación 38, en donde las superficies de borde de extremo son paralelas entre sí o inclinadas con relación entre sí.

40. - El sistema de acuerdo con la reivindicación 38, en donde al menos un espejo, un reflector Fresnell, un retro-reflector y una celda fotovoltaica adicional se proporciona a lo largo de o como en la segunda superficie de borde extremo.

41.- El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde cada una de las facetas de prisma o en espejo está configurada para redirigir al menos una porción de la luz en una dirección respectiva dentro del componente de guía de onda.

42.- El sistema de acuerdo con la reivindicación 41, en donde las facetas de prisma o en espejo respectivamente están configuradas para dirigir al menos algo de luz hacia al menos una celda fotovoltaica.

43. - El sistema de acuerdo con la reivindicación 42, en donde las facetas de prisma o en espejo están respectivamente configuradas para dirigir al menos algo de luz en una forma radial hacia al menos una celda fotovoltaica, y en donde al menos una celda fotovoltaica está colocada en una ubicación diferente a una superficie de borde de la guía de onda.

44. - El sistema de acuerdo con la reivindicación 43, en donde el componente de guía de onda es cilindrico o hexagonal.

45. - Un método para fabricar el sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el componente de guía de onda incluye primeras y segundas superficies, y en donde el método comprende: proporcionar al menos una material fotosensible en la segunda superficie del componente de guía de onda; y formar las facetas de prisma o en espejo al exponer al menos un material fotosensible a al menos algo de luz.

46. - Un método para fabricar un sistema de recolección de energía solar, el método comprende: proporcionar una capa de guía de onda; proporcionar una disposición de lente en combinación con la capa de guía de onda; y formar facetas de prisma o en espejo en la capa de guía de onda al exponer la capa de guía de onda y al menos una capa adicional a la luz.

47. - El método de acuerdo con la reivindicación 46, que además comprende: (a) aplicar un súper-estrato y una capa de revestimiento en una primera superficie de la capa de guia de onda; (b) realizar grabado para formar lentes de la disposición de lente en el súper-estrato; (c) aplicar una película de moldeo curable por ultravioleta en una segunda superficie de la capa de guía de onda, la segunda superficie estando opuesta a la primera superficie; (d) realizar estampado para proporcionar formaciones de faceta de prisma en la película de moldeo; (e) exponer la película de moldeo a luz ultravioleta, con lo cual las facetas de prisma o en espejo se forman, (f) realizar una operación de baño de solvente para remover material de faceta no curado.

48. - El método de acuerdo con la reivindicación 7, que además comprende: (g) fijar al menos una celda fotovoltaica al menos a una superficie de borde de la capa de guía de onda.

49.- El método de acuerdo con la reivindicación 46, que además comprende: (a) proporcionar un revestimiento de fotopolímero en la capa de guía de onda; (b) aplicar un molde a la capa de guia de onda con el revestimiento de fotopolímero; (c) hornear en el molde, la capa de guía de onda, y revestimiento de fotopolímero en combinación; (d) remover el molde antes de realizar la provisión de la disposición de lente, en donde la disposición de lente se proporciona adyacente a una superficie de la capa de guía de onda opuesta al revestimiento de fotopolímero; (e) exponer el revestimiento de fotopolímero a luz ultravioleta; (f) depositar un revestimiento reflector sobre el revestimiento de fotopolímero; y (g) además calentar el revestimiento de fotopolímero, en donde las facetas de prisma o en espejo se forman por al menos una porción del revestimiento de fotopolímero.

50.- Un método para capturar energía solar, el método comprende: recibir luz en un componente de guía de onda; reflejar al menos una porción de la luz recibida en una pluralidad de facetas de prisma o en espejo formadas a lo largo de una superficie del componente de guía de onda, en donde substancialmente toda la luz reflejada experimenta reflejo interno total dentro del componente de guía de onda subsecuente al reflejarse por las facetas de prisma o en espejo; comunicar la luz reflejada dentro del componente de guía de onda hacia una superficie de borde de la capa de guía de onda; y recibir la luz reflejada comunicada en una celda fotovoltaica en la luz reflejada comunicada que se transmite a través de la superficie de borde.

51. - El método de acuerdo con la reivindicación 50, en donde la celda fotovoltaica se extiende substancialmente entre las primeras y segundas superficies de la capa de guía de onda.

52. - El método de acuerdo con la reivindicación 50, en donde la luz se proporciona primero a una pluralidad de micro-lentes y entonces se transmite subsecuentemente a una capa de revestimiento del componente de guía de onda por el cual se recibe la luz por el componente de guía de onda, la luz recibida entonces procede a través de la capa de guía de onda del componente de guía de onda.

53. - El método de acuerdo con la reivindicación 50, en donde las facetas de prisma o en espejo, o al menos una trayectoria óptica a las facetas de prisma, se modifican al menos una característica con el tiempo a medida que ocurren cambios en la luz.

54. - Un sistema para capturar energía solar, el sistema comprende: una capa de guía de onda óptica, que tiene una capa de revestimiento superior e inferior; una disposición de lente que tiene una pluralidad de lentes, dispuesta sobre la capa de revestimiento superior, y sobre la cual la luz solar es incidente; una disposición de características de inyección formada en la capa de guía de onda óptica y dispuesta para que cada característica de inyección esté localizada en o cerca del enfoque de uno respectivo de los lentes, en donde cada una de las características de inyección está orientada para que la luz enfocada desde el lente sobre la característica de inyección respectiva esté acoplada en la capa de guía de onda óptica, y al menos una celda fotovoltaica colocada a lo largo de al menos una superficie de borde de la guía de onda óptica, en donde la luz acoplada en la capa de guía de onda óptica se guía por la guía de onda hacía, y se absorbe por al menos una celda fotovoltaica.

55.- Un sistema fotovoltaico solar concentrado modular que comprende el sistema de acuerdo con la reivindicación 54, en donde el sistema fotovoltaico permite que al menos una celda fotovoltaica se fije y separe de un concentrador óptico basado en guía de onda de gran área, en donde las uniones actúan para separar la luz guiada a la apertura de la celda fotovoltaico.

56.- Un sistema fotovoltaico solar que comprende: un concentrador solar que recolecta luz solar directa en una celda PV de área pequeña, traslapándose en el área de recolección de luz con un panel solar no concentrado que recolecta luz solar indirecta en una PV de gran área o un panel térmico solar.