NL2022801B1 - Inrichting voor het winnen van energie uit omgevingslicht en foto-voltaïsche omzettingsinrichting - Google Patents

Abstract

_17_ Uittreksel: Inrichting voor het winnen van energie uit omgevingslicht 5 Een inrichting voor het winnen van energie uit omgevingslicht, in het bijzonder zonlicht, omvat een transparant paneel (15,16) met frontaal een lateraal intreedvlak (A) voor omgevingslicht en met zijdelings een uittreedvlak dat optisch is gekoppeld met een foto-voltai‘sche omzettingsinrichting (250). Een optisch actieve foto-luminescente structuur (18) is stroomafwaarts van het intreedvlak voorzien, welke in staat en ingericht is om emissiestraling af 10 te geven bij excitatie door daarop invallende straling. De emissiestraling propageert ten dele via het paneel (15,16) naar het uittreedvlak (U) en naar de omzettingsinrichting. De omzettingsinrichting omvat een samenhangende reeks van mechanisch aaneengeschakelde foto-voltai‘sche modules (200) die elk één of meer foto-voltai‘sche cellen omvatten. De modules (200) zijn elektrisch geschakeld tussen een eerste geleider (210) aan een optisch actieve 15 zichtzijde en een tweede geleider (220) aan een tegenover gelegen, rugzijde. Opeenvolgende modules in de reeks overlappen elkaar zodanig dat een eerste geleider van een ene module en een tweede geleider van een opvolgende module elkaar contacteren. Fig. 7 20 25

Description

Inrichting voor het winnen van energie uit omgevingslicht en foto-voltaische omzettingsinrichting De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het winnen van energie uit omgevingslicht, in het bijzonder uit zonlicht, omvattende ten minste één althans in hoofdzaak transparant paneel met aan een frontale zijde een lateraal intreedvlak voor omgevingslicht en met zijdelings van het intreedvlak, in het bijzonder in hoofdzaak dwars daarop, ten minste één uittreedvlak dat optisch is gekoppeld met een foto-voltaïsche omzettingsinrichting. De uitvinding heeft voorts betrekking op een daarin toegepaste, althans toepasbare, foto- voltaïsche omzettingsinrichting. Winning van energie uit zonlicht vindt op een almaar groelende schaal plaats als duurzame energiebron. In hoofdzaak gaat het daarbij om daarop toegesneden zonne-panelen met een dichte bezetting aan zonnecellen. Deze panelen staan naar de zon gericht en zonlicht wordt min of meer rechtstreeks door de zonnecellen ingevangen om in elektrische energie te worden omgezet, Hoewel daarmee een almaar beter omzettingsrendement kan worden gerealiseerd met de voortschrijdende optimalisatie van deze technologie, hebben dergelijke panelen als bezwaar dat daarvoor niet steeds voldoende plaats beschikbaar is en dergelijke panelen niet zelden als esthetisch onaantrekkelijk worden ervaren.

Een alternatieve inrichting om uit omgevingslicht, in het bijzonder zonlicht, electriciteit te winnen is een zogenaamde luminescent solar concentrator (LSC). Een dergelijke inrichting is bijvoorbeeld bekend uit Amerikaans octrooi US 8.969.715. Daarbij gaat het om een paneel dat zich gedraagt als een optische golfgeleider waarop over een relatief groot frontaal oppervlak omgevingslicht invalt. Moleculen of atomen in een daarachter liggende luminescente structuur van luminescente domeinen raken daardoor geéxciteerd. Bij hun terugval naar een lagere energietoestand zenden deze moleculen/atomen betrekkelijk omni-directioneel emissiestraling uit, veelal van een langere golflengte dan een golflengte van de excitatie-straling. Ten minste een deel daarvan koppelt in het paneel en raakt daarin opgesloten als gevolg van een hogere brekingsindex van het paneel ten opzichte van de omgeving. Door totale interne reflectie binnen het paneel bereikt dit deel van de straling uiteindelijk een kops zijvlak daarvan om daar uit het paneel te treden. Een foto-voltaïsche inrichting die optisch met dit uittreedvlak is gekoppeld, zet deze straling vervolgens om in elektriciteit.

“Da Hoewel het omzettingsrendement van een dergelijke LSC inrichting weliswaar kleiner zal zijn dan van een meer conventioneel zonnepaneel, wordt dit voor een groot deel gecompenseerd door het werkzame oppervlak en de lage kosten waarmee LSC inrichting kunnen worden gerealiseerd. Met name kunnen LSC-inrichting binnen een fagade van een gebouw als venster worden toegepast en daarmee een aanmerkelijk groter oppervlak bestrijken dan aan een dakvlak voor zonnepanelen beschikbaar is. Bovendien is een combinatie van zowel! zonnepanelen op een dakvlak als LSC-inrichtingen in de facade mogelijk. De uitvinding leent zich daarbij in het bijzondere voor hoogbouw van kantoren en met name voor wolkenkrabbers, die zich niet zelden manifesteren met een enorme naar de zon gerichte glazen facade.

Door het relatief geringe beschikbare oppervlak van het uitreedvlak naar verhouding met het frontale oppervlak is het wenselijk dat de foto-voltaïsche inrichting zo optimaal mogelijk dit oppervlak benut. Niet alleen gaat het daarbij om een omzettingsrendement van een in de foto- voltaïsche inrichting toegepaste foto-voltaïsche cel of cellen, maar tevens om een dichte pakkkinsgdichtheid van de cellen over dit oppervlak, een gunstige schaalbaarheid en een gunstige kostprijs. Met de onderhavige uitvinding wordt onder meer beoogd om te voorzien in een inrichting voor het winnen van energie uit omgevingslicht, waarmee één of meer van deze doelen haalbaar zijn. Daartoe heeft een inrichting voor het winnen van energie uit omgevingslicht volgens de onderhavige uitvinding als kenmerk dat de omzettingsinrichting een samenhangende reeks omvat van mechanisch aaneengeschakelde foto-voltaïsche modules die elk één of meer foto- voltaïsche cellen omvatten, dat elk van de foto-voltaïsche modules elektrisch is geschakeld tussen een eerste geleider aan een optisch actieve zichtzijde van de betreffende module en een tweede geleider aan een tegenover gelegen, rugzijde van de betreffende module, en dat opeenvolgende modules in de reeks van modules elkaar ten dele overlappen zodanig dat een eerste geleider van een ene module en een tweede geleider van een opvolgende module elkaar contacteren. Aldus omvat de foto-voltaïsche inrichting een serieschakeling van opeenvolgende foto-voltaïsche modules die op mechanische wijze tot een passend geheel worden samengesteld. Het eerste hoofdoppervlak van de modules vormt in het bijzonder een foto- voltaïsche actief oppervlak waarop de straling invalt die in elektriciteit zal worden omgezet.

-3- Doordat de opvolgende module met dit oppervlak overlapt met de geleider aan de rugzijde, behoeft vrijwel geen oppervlak in lengterichting van de inrichting verloren te gaan. In een voorkeursuitvoeringsvorm is de foto-voltaïsche inrichting bovendien gekenmerkt doordat een breedte van elk van de modules is afgestemd op een breedte van het ten minste ene uittreedvlak, en dat een lengte van de reeks van modules is afgestemd op een lengte van het ten minste ene uittreedvlak. Aldus wordt eveneens in breedterichting het oppervlak van het uittreedvlak optimaal benut, waardoor het beschikbare en optische actieve deel van het uittreedvlak bijzonder efficiënt kan worden benut.

De omzettingsinrichting volgens de uitvinding kan langs de rand van het ten minste ene paneel worden toegepast om daarmee rechtstreeks omgevingslicht, in het bijzonder zonlicht, in te vangen en om te zetten in elektriciteit. Het paneel kan in dat geval een relatief conventioneel venster zijn, dat bijvoorbeeld voor de toetreding van daglicht in een ruimte van een gebouw wordt toegepast en dat aldus een bijdrage levert aan de omzetting van zonlicht in elektriciteit, bijvoorbeeld ten behoeve van een voeding van gedistribueerde verbruikers, zoals sensoren en actoren in een domotica-systeem of anderszins een (slim) systeem voor automatisch gebouwbeheer. Ook kan daarmee met voordeel een herlaadbare voedingsbron worden gesuppleerd.

Ten behoeve van een grotere omzettingsfactor kan de uitvinding ook worden toegepast in een luminescent solar concentrator (LSC). In dat geval kan naast directe zonnestraling ook secundaire, emissiestraling, die uit luminescentie werd verkregen, worden benut voor een omzetting in elektriciteit. Hiertoe heeft een voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding als kenmerk dat een foto-luminescente structuur van foto-luminescente domeinen tussen het intreedvlak en het uitreedvlak is aangebracht, welke domeinen in staat en ingericht zijn om emissiestraling af te geven bij excitatie door daarop invallende primaire straling en deze emissiestraling ten minste ten dele optisch in het minste één paneel van het ten minste ene paneel te koppelen waarin de emissiestraling door totale interne reflectie althans ten dele naar het uittreedvlak en naar de omzettingsinrichting propageert.

Een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding is gekenmerkt doordat elk van de modules uitgaat van een dragersubstraat, in het bijzonder een flexibele dragerfolie, dat het dragersubstraat voorbij de module een contactzone omvat waarover de

A eerste geleider van de module zich uitstrekt, en dat de module in de contactzone overlapt met een aangrenzende module in de reeks. Dankzij deze opbouw, waarbij het dragersubstraat voorbij de module in een contactzone voorziet, laten opeenvolgende modules zich bijzonder praktisch tot een aaneengeschakelde reeks samenstellen, simpelweg door een opvolgende module met zijn tweede geleider op de aldaar liggende eerste geleider van zijn voorganger te plaatsen. Een bijzondere uitvoeringsvorm van de inrichting heeft daarbij als kenmerk dat opeenvolgende modules in de reeks van modules ter plaatse van de overlap onderling zijn gelamineerd ter vorming van een drukcontact tussen de eerste geleider en de tweede geleider van de respectievelijke modules.

Ter bescherming van de modules tegen omgevingsfactoren zoals lucht en water(damp), heeft een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding als kenmerk dat de foto-voltaïsche inrichting een vochtdicht foliesamenstel omvat, omvattende een optische heldere eerste barriére-folie aan een optisch actieve zijde van de reeks modules en een tweede barrière-folie aan een tegenover gelegen rugzijde van de reeks modules, dat de eerste en tweede barrière-folie rondom buiten de reeks modules treden en onderling zijn verbonden teneinde de reeks modules althans in hoofdzaak dampdicht in te sluiten. Onder een barrière- folie wordt in dit verband een folie verstaan die de modules effectief beschermd tegen toetreding van water en waterdamp.

Bijzonder goede ervaringen zijn in dit verband opgedaan met een bijzondere uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding, gekenmerkt doordat elk van de folies een kunststof folie omvat, in het bijzonder een optisch heldere poly-ethyleen-tereftalaat (PET)-folie. Door de modules aldus tussen een ste! barrière-folies in te pakken, wordt voortijdige degradatie daarvan tegen gegaan. In een verdere bijzondere uitvoeringsvorm, welke is gekenmerkt doordat de barrière-folies en de reeks modules onder tussenkomst van een optisch helder en hydrofoob hechtmiddel onderling zijn verlijmd, wordt deze vochtwering en bescherming verder versterkt. Het hechtmiddel vormt aldus een hydrofobe omhulling (encapsulant) voor de modules. De stapeling omvat in dat geval achtereenvolgens: de eerste folie->encapsulant ->modules-> encapsulant-> tweede folie. Ook kan zijdelings van de modules een geschikte edge-seal tussen de folies worden aangebracht als extra barrière tegen vocht.

-5- Voor een adequate bescherming van de modules is een breedte van de folie van belang om zijdelingse toetreding en inwerking van vocht te voorkomen. Met het oog daarop wordt de folie met voordeel met een overmaat aan lengte en breedte toegepast ten opzichte van een lengte en breedte van de reeks module, om aldus een optimale afsluiting te verzekeren. Een extra rand-afdichting (edge-seal) kan eventueel zijdelings van de modules tussen de folies worden aangebracht en tezamen daarmee worden tussen gesloten als extra zekerheid. Ten behoeve van een uitwendige elektrische aansluiting van de reeks foto-voltaïsche modules aan een elektrische belasting of opslag, kunnen daaraan respectieve aansluitelektroden zijn voorzien. Een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding heeft daarbij als kenmerk dat een eerste module in de reeks van modules en een laatste module van de reeks van modules elk van een aansluit-electrode zijn voorzien, waarbij de aansluit-electrode van de eerste module en die van de laatste module elk aan een rugzijde van de reeks modules zijn gelegen. De aansluitelektroden liggen aldus aan de rugzijde van het geheel circa in eenzelfde, gemeenschappelijk vlak, hetgeen uit oogpunt van één lucht en waterdichte afdichting, bijvoorbeeld tussen het hiervoor beschreven samenstel van barrière-folies tot voordeel strekt.

Voor een overbrugging, bij één uiterste van de foto-voltaische modules in de reeks, van het vlak van de eerste geleider naar de elektrode aan de rugzijde, heeft een bijzondere uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding als kenmerk dat één van de aansluit-elektrodes door tussenkomst van een geleidend tussen-lichaam is verbonden met de eerste geleider van de daardoor aangesloten module, welke tussen-lichaam in het bijzonder een deel van een optisch niet-actieve module omvat. Door hierbij voor het intermediaire lichaam in het bijzonder uit te gaan van {een deel van} een dummy-module wordt het bedoelde hoogteverschil naadloos opgevangen en kan bovendien voor de aansluiting van de eerste geleider worden uitgegaan van eenzelfde betrouwbare inter-connectie als tussen de overige foto-voltaische modules is toegepast.

Voor een praktische verwerking van de foto-voltaïsche inrichting met het paneel heeft een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting als kenmerk dat de foto-voltaïsche inrichting een vormvast profiel omvat met een bodem en overstaande benen die van de bodem uitgaan en nauwsluitend over het ten minste ene paneel vallen, en dat de reeks Foto-voltaische

-6- modules tussen een bodem van het profiel en het uittreedvlak van het ten minste ene paneel binnen de benen van het profiel is aangebracht. Doordat het profiel vormvast, dat wil zeggen min of meer rigide en maatvast, is, kan het relatief eenvoudig over een kopse zijvlak van het ten minste ene paneel worden aangebracht en daarop worden vastgeklemd of verlijmd.

Voor toepassing in een hellend vlak, bijvoorbeeld bij een dakvenster in een hellend dak, heeft een bijzondere uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding daarbij als kenmerk dat een optisch actief oppervlak van de reeks modules een scherpe hoek maakt met de benen van het profiel. De betreffende hoek kan daarbij worden afgestemd op een optimale invalshoek van het omgevingslicht, in het bijzonder van de zon, onafhankelijk van de hoek waaronder het intreedvlak daarbij is georiënteerd. Voor een verbeterde waterdichtheid van het geheel heeft een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting daarbij als kenmerk dat overstaande langszijden van het foliesamenstel door tussenkomst van een waterkering met een aangrenzend been van het U-profiel zijn verbonden, in het bijzonder een waterkering omvattende een rups van een afdichtende hechtpasta, meer in het bijzonder van een siliconenpasta. Om een optimaal rendement te realiseren ondanks het relatief geringe oppervlak dat door de foto-voltaïsche inrichting wordt bestreken, wordt bij voorkeur uitgegaan van foto-voltaische modules op basis van foto-voltaïsche cellen uit een hoogwaardig halfgeleidermateriaal anders dan silicium. In dat verband heeft een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding als kenmerk dat de foto-voltaische modules een of meer cellen omvatten van een halfgeleidermateriaal uit een groep van silicium, gallium-arsenide (GaAs), koper- indium-selenide {CIG), koper-indium-gallium-selenide (CIGS), en in het bijzonder koper-indium- gallium-selenide {CIGS) cellen omvatten. Koper-indium-galliumselenide of CIGS {van het Engelse copper indium gallium selenide) is een halfgeleidermateriaal dat bestaat uit koper, indium, gallium en seleen. Deze halfgeleider is hier toegepast voor de vorming van CIGS-zonnecellen in een polykristalijne dunne film op een flexibel substraat. Dergelijke zonnecellen leveren een bijzonder goed omzettingsrendement en laten zich, mits in de juiste vorm, uitstekend toepassen voor de hier beschreven toepassing. Een verdere rendementsverbetering en kostprijsreductie wordt gerealiseerd met een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding gekenmerkt doordat de

By modules elk een potentiaalverschil van circa 0,6 Volt tussen de eerste geleider en tweede geleider onderhouden.

Aldus geeft iedere module een spanningssprong van 0,6 Volt en kan een reeks van dergelijke modules in elk veelvoud daarvan worden samengesteld door een overeenkomstig aantal modules in serie te schakelen.

Daarmee kan de totale spanningsval over de reeks worden afgestemd op bijvoorbeeld een ideale ingangsspanning van een aangesloten belasting of energieopslag, waardoor een omvormer kan worden uitgespaard en daarmee tevens een daardoor anders bovendien veroorzaakt omzettingsverlies.

De uitvinding heeft verder betrekking op een foto-voltaïsche inrichting zoals hiervoor beschreven en toegepast in de inrichting volgens de uitvinding en zal thans nader worden toegelicht aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld en een tekening.

In de tekening toont: Figuur 1 een uitvoeringsvoorbeeld van de inrichting volgens uitvinding in een gevel van een gebouw; Figuur 2 een dwarsdoorsnede van een foto-voltaïsche inrichting zoals toegepast in de inrichting van figuur 1; Figuur 3 een dwarsdoorsnede van een foto-voltaïsche module, zoals toegepast in de inrichting van figuur 2; Figuur 4 één dwarsdoorsnede van een reeks aaneen geschakelde Foto-voltaische modules van de soort zoals getoond in figuur 3; Figuur 5 een halffabrikaat waaruit de foto-voltaïsche module van figuur 3 werd bevrijd; Figuur 6 een bovenaanzicht van de foto-voltaïsche module van figuur 3; en Figuur 7 een bovenaanzicht van de foto-voltaïsche inrichting die is toegepast in de inrichting van figuur 1 Overigens zij daarbij opgemerkt dat de figuren zuiver schematisch en niet steeds op (eenzelfde) schaal zijn getekend.

Met name kunnen terwille van de duidelijkheid sommige dimensies in meer of mindere mate overdreven zijn weergegeven.

Overeenkomstige delen zijn in de figuren met eenzelfde verwijzingscijfer aangeduid.

Figuur 1 toont een typische toepassing van een inrichting voor het winnen van energie uit omgevingslicht, waarbij de inrichting is geïntegreerd in of bij een venster 10 in een buitengevel 1 van een gebouw.

In dit voorbeeld is de inrichting daarbij drievoudig uitgevoerd, namelijk een inrichting 11 ter linkerzijde, een inrichting 12 ter rechterzijde alsmede een inrichting 13 aan een onderzijde van het venster 10. In het venster is een gelaagde beglazing 15,16,17 voorzien met

-8- een eerste transparant glaspaneel 15 en een tweede transparant glaspaneel 16 en een daartussen aangebrachte transparante folie 17, bijvoorbeeld van polyester, zie ook figuur 2. Op de folie ligt een luminescente structuur van luminescente domeinen 18. Deze structuur heeft typisch een bedekkingsgraad van tussen 20% en 100% aan individuele vlekken (dots) 18.

De luminescente vlekken 18 omvatten elk een luminescente kleurstof (dye) die het vermogen heeft primaire straling van een eerste golflengte te absorberen en om daarop secundaire straling van een tweede golflengte af te geven, hier aangeduid als emissiestraling. Dit fenomeen berust op het mechanisme dat de betreffende kleurstof door de primaire straling naar een hogere energieband wordt geéxciteerd en vervolgens naar een lager energieniveau vervalt onder uitzending van fotonen van de tweede, gewoonlijk langere golflengte. Bij voorkeur wordt in de onderhavige toepassing daarbij een kleurstof gekozen waarbij de eerste en tweede golflengte van elkaar verwijderd liggen om zogenaamde zelf-absorptie {van de tweede straling) tegen te gaan. De hier toegepaste kleurstof omvat BASF Lumogen® F RED305 en is in staat primaire straling van een golflengte rond 578 nm te absorberen en emissiestraling van 615 nm af te geven. Beide golflengtes liggen in het voor menselijke waarneming zichtbare deel van het spectrum. De in figuur 1 weergegeven configuratie omvat een relatief groot lateraal oppervlak A, zie figuur 2, dat een intreedvenster geeft voor daarop vallend omgevingslicht, in het bijzonder zonlicht. Deze straling zal deels, namelijk tussen de vlekken 18, door de beglazing 15,16 ongehinderd worden doorgelaten en deels door de vlekken 18 worden geabsorbeerd. De emissiestraling die hiervan het gevolg is wordt min of meer omnidirectioneel uitgezonden en zal daardoor gedeeltelijk één van de panelen 15,16 binnentreden. Indien de intreedhoek daarbij onder de kritische hoek van het paneel ligt zal deze straling door totale interne reflectie (TIR) in het betreffende paneel 15,16 worden ingevangen om vervolgens aan een kopszijvlak van het paneel uit te treden. De kopse zijvlakken vormen aldus elk een uittreedvlak U dat optisch in lijn ligt met één van de foto-voltaische inrichting 11,12,13 die hier conform de uitvinding zijn aangebracht. Deze inrichtingen 11,12,13 omvatten elk een vormvast U-profiel 20, bijvoorbeeld van een lichtmetaal zoals aluminium of een vormvaste kunststof, met overstaande benen 21,22 waartussen een foto-voltaïsche halfgeleiderinrichting 250 is aangebracht. De halfgeleiderinrichting ligt daarbij in

-9- dit geval evenwijdig aan een bodem 23 van het U-profiel in het geval van beide zijdelingse inrichtingen 11,12, zie ook figuur 2, maar maakt een hoek met de bodem 23 in het geval van de inrichting 13 aan de onderzijde om ook bij een laag staande zon voldoende zonlicht in te kunnen vangen.

Om de halfgeleiderinrichting 250 optimaal te beschermen tegen lucht en vocht uit de omgeving, dat anders de prestaties en levensduur daarvan ernstig zou kunnen bedreigen, ligt de halfgeleiderinrichting 250 hermetisch ingesloten tussen twee transparante barrière-folies 26,27 van poly-ethyleen-tereftalaat (PET), die zowel lucht- als dampdicht zijn. De folies 26,27 zijn onder tussenkomst van de halfgeleiderinrichting 250 op elkaar gelamineerd met een hydrofobe verlijming die de halfgeleiderinrichting omhult en daarmee extra afdicht. Om ook uitwendig vocht zoveel mogelijk te weren is een rups van een geschikt afdichtingsmiddel (kit) over de volle lengte langs de zijranden van het laminaat 25,26,27 aangebracht, hetgeen tevens voor een hechting in het U-profiel 20 zorgt.

Om het beschikbare oppervlak U zoveel mogelijk te benutten wordt bij voorkeur ten aanzien van de halfgeleiderinrichting naar een zo dicht mogelijke bedekking gestreefd. Hiertoe is in dit voorbeeld uitgegaan van een halfgeleiderinrichting op basis van een reeks aaneengeschakelde modules, waarvan er één in figuur 3 in dwarsdoorsnede is weergegeven. Het gaat hierbij om een foto-voltaïsch halfgeleiderlichaam 250 waarin één of meer foto-voltaische cellen tezamen de module 200 vormen met een operationele potentiaalsprong van de orde van circa 0,6 Volt. Door meer of minder van dergelijke modules in serie aaneen te schakelen, kan aldus een inrichting worden gerealiseerd met een bedrijfsspanning van een veelvoud van 0,6 Volt. In dit voorbeeld zijn zes van dergelijke modules in een reeks in serie geschakeld om een uitgangsspanning van in totaal 3,6 Volt te realiseren die daarmee optimaal is afgestemd op een bedrijfsspanning van een daaraan gekoppelde verbruiker, zoals een accu-cel, en daarmee een spanningsomvormer overbodig maakt. In dit voorbeeld is daartoe uitgegaan van een halfgeleiderlichaam van poly-kristallijn koper-indium-galliumselenide of CIGS {van het Engelse copper indium gallium selenide). Dit is een halfgeleidermateriaal uit koper, indium, gallium en seleen. De algemene bruto-formule is CulnxGa{1-x)Se2. Dit materiaal is aangebracht in de vorm van een dunne laag (1,5 - 2,5 um} op een flexibele polyamide folie 210 als substraat, dat daarvoor met een fijne laag (0,3 - 0,4 um)

-10- molybdeen werd bedekt. Op de CIGS-laag worden typisch nog lagen van cadmiumsulfide en zinkoxide aangebracht. Aan een optisch actieve zijde draagt iedere module 200 een eerste geleider 210, zie figuur 3. Het gaat hierbij om een metallisatie uit het halfgeleiderproces waarmee ook de inrichting 250 werd gerealiseerd. Deze is als een meanderend geleiderspoor op het halfgeleidermateriaal 250 afgezet, zie ook figuur 5. Aan een rugzijde draagt de folie 230 een flexibele metaallaag 220 van roestvaststaal (RVS}, die als tweede geleider dient. Deze tweede geleider ligt daarbij circa ter hoogte van het halfgeleiderlichaam 250 over het volledige oppervlak van het halfgeleiderlichaam 250 en is met een (niet nader weergegeven) rug- metallisatie van het halfgeleiderlichaam 250 elektrisch verbonden. Elke module is aldus elektrisch geschakeld tussen het eerste geleiderspoor 210 aan de zichtzijde van de module 200 en de volvlaks tweede geleider 220 aan de rugzijde van de folie 230. Ter zijde van het halfgeleiderlichaam 250 omvat de folie 230 een verbindingszone 240 die door de tweede geleider 220 vrij wordt gelaten, maar waarover de eerste geleider 210 zich wel uitstrekt, zie ook figuur 4. Opeenvolgende modules 200 in de reeks kunnen zo relatief eenvoudig met elkaar in serie worden verbonden door een opvolgende module 200 met zijn volviaks tweede (rug) geleider 220 in de verbindingszone 240 op het geleiderspoor 210 van de eerste geleider van de voorgaande module te plaatsen, zie figuur 4. Een drukcontact volstaat in deze overlap voor een adequaat elektrisch contact, dat eventueel kan worden versterkt door middel van een kortstondige verwarmingsstap en/of een daartussen gebrachte elektrisch geleidende paste. Van belang is dat ter plaatse van de verbindings zone vrijwel geen optisch actief oppervlak verloren gaat dankzij een vrijwel naadloze aansluiting van opeenvolgende modules te opzichte van elkaar.

Ook uitwendig kan een uitermate hoge bezettingsgraag worden bereikt door een daarop afgestemd aantal modules aldus over een longitudinale dimensie van de betreffende inrichting 11,12,13, c.q. een hoogte of breedte van het venster 10, in één of meer van dergelijke reeksen aaneen te schakelen, bijvoorbeeld steeds in reeksen van zes stuks ten behoeve van een uitgangsspanning van circa 3,6 Volt, waarbij afzonderlijke reeksen parallel worden geschakeld.

Elke dergelijke reeks wordt van externe aansluitelektroden 310,320 voorzien door een metalen strip, in dit geval verzilverd koper, met de rug-geleider 220 te verbinden van een eerste uiterste module in de reeks. Bij de tegenoverliggende uiterste module van de reeks wordt een {deel van) een niet operationele tussen-module 400 toegepast als dummy om een niveau-verschil

-11- met het geleiderspoor 210 aan de zichtzijde te overbruggen, opdat hier in een gemeenschappelijk vlak met de eerste aansluitelektrode 310 op vergelijkbare wijze een tweede aansluitelektrode 320 kan worden aangebracht, bijvoorbeeld gesoldeerd of elektrisch geleidend verlijmd. Aldus is een welhaast optimale afstemming mogelijk van een lengtemaat van de foto- voltaïsche inrichting op een overeenkomstige dimensie van het uittreedvlak U van het paneel

15.17. Om ook in een breedte-richting van het paneel 15..17 optimaal aan te sluiten bij de daarmee corresponderende dimensies van het uittreedvlak U, terwijl de halfgeleidermodules 200,400 overigens in een generiek halfgeleiderproces kunnen worden gefabriceerd, wordt met voordeel uitgegaan van het in figuur 5 getoonde halffabrikaat. Dit halffabrikaat omvat de polymeer folie 210 als transparant, flexibel substraat, waarop de halfgeleiderinrichting 250 met de top- metallisatie 210 is aangebracht zoals in de doorsnede van figuur 3 is weergegeven. De meanderende top-metallisatie 210 heeft een steek van circa 6,6 millimeter. Tevens omvat dit halffabrikaat ter hoogte van het halfgeleidermateriaal 250 aan de rugzijde over het volle oppervlak de tweede geleider, waarbij zijdelings een contactzone 240 daardoor wordt vrijgehouden. De tweede geleider omvat hier een metaallaag van roestvast staal die in een rol!- to-roll kalanderproces met de folie tot een laminaat werd samengesteld. Dit halffabrikaat omvat een strook van bijvoorbeeld van de orde van 200-400 millimeter lang bij een breedte van de orde van 50-70 millimeter. De contactzone 240 is circa 10-15 millimeter breed. Het halfgeleidermateriaal neemt de overige 35-60 millimeter van de breedte van de strook in. De hier toegepaste strook heeft een lengte van 312 millimeter bij een breedte van 56,5 millimeter. Ter vorming van de modules 200 wordt de strook volgens de separatielijnen S gesepareerd, bijvoorbeeld geknipt of gesneden, waardoor daaruit afzonderlijke modules worden bevrijd waarvan er één in figuur 6 is weergegeven. De onderlinge steek van de separatielijnen kan daarbij relatief adequaat worden afgestemd op de beschikbare breedte binnen het U-profiel 20 van de inrichting, rekening houdend met ruimte voor de barrière-folies 26,27. Het U-profiel zal op zijn beurt qua tussenruimte tussen de overstaande benen 21,22 zijn afgestemd op de maat van de kopse zijvlakken van het paneelsamenstel 15.17 en daarmee op een breedte van het uittreedvenster U. In dit geval worden aldus een stel modules met een breedte van tussen 10 en 15 millimeter op deze wijze uit de strook van figuur 5 bevrijd en zoals in figuur 4 is weergegeven tot een reeks aaneengeschakeld. Deze reeks wordt vervolgens voorzien van

-12- aansluitelektroden 310,320 en onder tussenkomst van een dummy module 400 met de barriére-folies 26,27 tot het in figuur 7 weergeven samenstel gelamineerd.

Behalve secundaire emissiestraling van de luminescente domeinen 18 zal bij daglicht tevens zonlicht rechtstreeks op de modules vallen, hetgeen belangrijk bijdraagt aan het totale rendement van de langs de randen aangenbrachte inrichtingen 11..13. Omdat deze component aan een bovenzijde niet of nauwelijks aanwezig zal zijn, kan daar bijvoorbeeld een lichtbron 14 worden toegepast die kunstlicht afgeeft van ten minste circa de golflengte van de primaire straling.

Voor deze lichtbron kunnen bijvoorbeeld licht emitterende diodes (LEDs) worden toegepast die over de breedte van de inrichting 14 zijn gedistribueerd of een diffuse glasvezel waaruit licht treedt afkomstig van een laser aan een ingang daarvan.

Een geschikte kandidaat hiervoor is bijvoorbeeld de Corning® Fibrance™ Light-Diffusing Fiber.

De luminescente domeinen 18 zullen ook hierdoor geëxciteerd raken en secundaire emissiestraling afgeven.

De omni-directionele emissiestraling zal deels loodrecht op het venster 10 en boven de kritische hoek van de panelen worden uitgezonden en zal ter hoogte van de domeinen 18 het paneel aan het intreedvlak A verlaten, om in die vorm als verlichting zichtbaar te zijn.

Door de domeinen al of niet in een bepaald patroon op de folie 17 aan te brengen, kan hiermee een min of meer egaal lichtbeeld of een specifieke afbeelding of tekst worden opgeworpen.

Dit kan bij voorbeeld ‘s-avonds en ‘s-nachts, althans bij duister, worden toegepast als achtergrond- of restverlichting en bijvoorbeeld als reclame-uiting of attentie-signaal.

De voor deze verlichting benodigde elektrische voeding kan met voordeel worden geput uit een herlaadbare bron die bij daglicht door de foto-voltaische inrichtingen 11..13 werd gevoed en als zodanig als belasting daaraan is gekoppeld.

Het getoonde systeem is daarmee volledig zelfvoorzienend.

Dezelfde decentrale voedingsbron kan tevens decentraal, dat wil zeggen los van bijvoorbeeld een lichtnet, worden ingezet als lokale voeding van omgevingssensoren en aktoren die in of bij het venster 10 worden toegepast.

Aldus is een slimme woning of een slim ander gebouw realiseerbaar zonder dat voor de voeding van daarin betrokken sensoren, actoren en/of besturingseenheden vanaf een centraal punt, zoals bijvoorbeeld een verdeler van het lichtnet, een elektrische voeding behoeft te worden getrokken.

Hoewel de uitvinding hiervoor aan de hand van louter enkele uitvoeringsvoorbeelden nader werd toegelicht, moge het duidelijk zijn dat de uitvinding daartoe geenszins is beperkt.

-13- Integendeel zijn binnen het kader van de uitvinding voor een gemiddelde vakman nog vele variaties en verschijningsvormen mogelijk.

Zo is in het voorbeeld uitgegaan van een gelaagd paneel van twee ruiten met daartussen en folie waarop een luminescente structuur is aangebracht.

In plaats daarvan kunnen ook meer of minder ruiten worden toegepast en kan de luminescente structuur eventueel ook direct op de beglazing van een paneel worden voorzien.

In het voorbeeld is uitgegaan van een venster in een stenen gevel.

Bijzonder effectief is de toepassing van de uitvinding echter bij volledig glazen gevels, zodat vrijwel een geheel! oppervlak van een facade in de vorm van een verzameling van luminescente solar concentrators voor foto-voltaïsche omzetting kan worden ingezet.

Overigens is de uitvinding ook buiten het kader van een LSC toepasbaar als bijzonder kosten-effectieve en schaalbare oplossing om een venster in een rand daarvan van een foto-voltaïsche omzetter-inrichting te voorzien.

Overigens is de uitvinding niet slechts in combinatie met glas toepasbaar maar kunnen één of meer van het ten minste ene paneel ook uit een ander transparant materiaal zijn vervaardigd, zoals bijvoorbeeld een heldere kunststof als polycarbonaat en poly-methyl-methacrylaat

(PMMA). Binnen het kader van de uitvinding wordt onder een paneel een al of niet rigide en al of niet vlak lichaam verstaan met belangrijk grotere laterale dimensies dan een dikte daarvan in transversale richting.

Daarbij kan het paneel bijvoorbeeld ook flexibel en/of concaaf of convex zijn in plaats van louter een vlakke vormvaste ruit van bijvoorbeeld glas of kunststof.

Claims (16)

-14- Conclusies:

1. Inrichting voor het winnen van energie uit omgevingslicht, in het bijzonder uit zonlicht, omvattende ten minste één althans in hoofdzaak transparant paneel met aan een frontale zijde een lateraal intreedvlak voor omgevingslicht en met zijdelings van het intreedvlak, in het bijzonder in hoofdzaak dwars daarop, ten minste één uittreedvlak dat optisch is gekoppeld met een foto-voltaïsche omzettingsinrichting, met het kenmerk dat de omzettingsinrichting een samenhangende reeks omvat van mechanisch aaneengeschakelde foto-voltaische modules die elk éen of meer foto-voltaische cellen omvatten, dat elk van de foto-voltaïsche modules elektrisch is geschakeld tussen een eerste geleider aan een optisch actieve zichtzijde van de betreffende module en een tweede geleider aan een tegenover gelegen, rugzijde van de betreffende module, en dat opeenvolgende modules in de reeks van modules elkaar ten dele overlappen zodanig dat een eerste geleider van een ene module en een tweede geleider van een opvolgende module elkaar contacteren.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk dat een foto-luminescente structuur van foto-luminescente domeinen tussen het intreedvlak en het uitreedviak is aangebracht, welke domeinen in staat en ingericht zijn om emissiestraling af te geven bij excitatie door daarop invallende primaire straling en deze emissiestraling ten minste ten dele optisch in het minste één paneel van het ten minste ene paneel te koppelen waarin de emissiestraling door totale interne reflectie althans ten dele naar het uittreedvlak en naar de omzettingsinrichting propageert.

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk dat een breedte van elk van de modules is afgestemd op een breedte van het ten minste ene uitreedvlak, en dat een lengte van de reeks van modules is afgestemd op een lengte van het ten minste ene uitreedvlak.

4, Inrichting volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk dat elk van de modules uitgaat van een dragersubstraat, in het bijzonder een flexibele dragerfolie, dat het dragersubstraat voorbij de module een contactzone omvat waarover de eerste geleider

-15- van de module zich uitstrekt, en dat de module in de contactzone overlapt met een aangrenzende module in de reeks.

5. Inrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk dat opeenvolgende modules in de reeks van modules ter plaatse van de overlap onderling zijn gelamineerd ter vorming van een drukcontact tussen de eerste geleider en de tweede geleider van de respectievelijke modules.

6. Inrichting volgens één of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de foto-voltaïsche inrichting een vochtdicht foliesamenstel omvat, omvattende een optische heldere eerste barrière-folie aan een optisch actieve zijde van de reeks moduies en een tweede barrière-folie aan een tegenover gelegen rugzijde van de reeks modules, dat de eerste en tweede barrière-folie rondom buiten de reeks modules treden en onderling zijn verbonden teneinde de reeks modules althans in hoofdzaak dampdicht in te sluiten.

7. Inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk dat elk van de folies een kunststof folie omvat, in het bijzonder een optisch heldere poly-ethyleen-tereftalaat (PET)-folie.

8. Inrichting volgens één of meer der conclusies 6 of 7, met het kenmerk dat de barrière- folies en de reeks modules onder tussenkomst van een optisch helder en hydrofoob hechtmiddel onderling zijn verlijmd.

9. Inrichting volgens volgens één of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat een eerste module in de reeks van modules en een laatste module van de reeks van modules elk van een aansluit-electrode zijn voorzien, waarbij de aansluit-electrode van de eerste module en die van de laatste module elk aan een rugzijde van de reeks modules zijn gelegen.

10. Inrichting volgens conclusie 9, met het kenmerk dat één van de aansluit-elektrodes door tussenkomst van een geleidend tussen-lichaam is verbonden met de eerste geleider van de daardoor aangesloten module, welke tussen-lichaam in het bijzonder een deel van een optisch niet-actieve module omvat.

-16-

11. Inrichting volgens één of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de foto-voltaïsche inrichting een vormvast profiel omvat met een bodem en overstaande benen die van de bodem uitgaan en nauwsluitend over het ten minste ene paneel vallen, en dat de reeks Foto-voltaïsche modules tussen een bodem van het profiel en het uittreedvlak van het ten minste ene paneel binnen de benen van het profiel is aangebracht.

12. Inrichting volgens conclusie 11, met het kenmerk dat een optisch actief oppervlak van de reeks modules een scherpe hoek maakt met de benen van het profiel.

13. Inrichting volgens conclusie 11 of 12, met het kenmerk dat overstaande langszijden van het foliesamenstel door tussenkomst van een waterkering met een aangrenzend been van het U-profiel zijn verbonden, in het bijzonder een waterkering omvattende een rups van een afdichtende hechtpasta, meer in het bijzonder van een siliconenpasta.

14. Inrichting volgens één of meer der voorgaande conclusies met het kenmerk dat de foto-voltaïsche modules een of meer cellen omvatten van een halfgeleidermateriaal uit een groep van silicium, gallium-arsenide (GaAs), koper-indium-selenide (CIG), koper- indium-gallium-selenide (CIGS}, en in het bijzonder koper-indium-gallium-selenide {CIGS) cellen omvatten.

15. Inrichting volgens één of meer der voorgaande conclusies met het kenmerk dat de modules elk een potentiaalverschil van circa 0,6 Volt tussen de eerste geleider en tweede geleider onderhouden.

16. Foto-voltaïsche omzettingsinrichting zoals toegepast in de inrichting volgens één of meer der voorgaande conclusies.