CN102742031A - 窗口 - Google Patents

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摩西·本·乔林
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艾伦·纳伊姆
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PYTHAGORAS SOLAR Inc
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Abstract

提供了一种窗口,该窗口包括:至少一个外层,一个或多个光伏(PV)电池,这些电池被配置成将照射在该窗口上的一个第一部分的太阳辐射转换为电能;以及至少一个热导管,该热导管被配置成从这些PV电池中抽取热量。这些热导管与这些PV电池中的至少一个并且与这些外层中的至少一个是传导性热连通的。

Description

窗口
发明领域
本发明涉及被配置用于发电的太阳能窗口、尤其是使用棱柱光学件来集中照射的太阳辐射的那些窗口。
发明背景
总所周知,可以通过不同的方法来利用太阳辐射产生可用能源。一种方法涉及使用一种光伏电池,该光伏电池被配置成将太阳辐射转化为电。典型地使用太阳辐射收集器来聚集太阳光或其他辐射并且将其朝光伏电池引导。通常,提供集中器以便将来自一个面积的辐射聚集到一个比该面积小的光伏电池上。
通常,提供多个光伏电池来形成单一的模块。这个模块可以被形成为具有与能量产生相分离的特征,这使之作为一种结构元件是有用的。例如,该模块可以允许一些光从中穿过而不被用于能量产生。这样的一个模块可以被安装在建筑物中并且用作窗口或天窗。
发明概述
根据本发明的一个方面,提供了一种窗口,该窗口包括
至少一个外层;
一个或多个光伏(PV)电池,该光伏电池被配置成将照射在该窗口上的第一部分的太阳辐射转化为电能;以及
至少一个热导管,该热导管被配置成从这些PV电池中抽出热量;
其中这些热导管是与这些PV电池中的至少一个并且与这些外层中的至少一个是传导性热连通的。这允许一些太阳辐射穿过该窗口,而来自这些PV电池的热量可以被辐射到外部从而保持房间凉爽,或者如果希望的话,被辐射进房间从而提供一个热源。
该热导管可以具有一种L形的截面,包括:一个接触电池的部分,它构成了这个“L”的第一条腿、与该PV电池是传导性热连通的;以及一个接触正面的部分,它构成了这个“L”的第二条腿、与该正面层是传导性热连通的。
该正面层可以构成这些外层之一并且具有一个面朝正面的表面,该表面被配置成被该第一部分的太阳辐射照射,其中该正面层与该热导管是传导性热连通的。
该窗口可以包括一个背面层,该背面层构成了这些外部层之一,其中该背面层与该热导管是传导性热连通的。
该窗口可以被配置成允许一个第二部分的太阳辐射照射在该窗口上、而与该第一部分分离地从中穿过。
该窗口可以被配置成将该第一部分的太阳辐射朝这些PV电池集中。
该窗口可以进一步包括:多个太阳能单元,这些单元各自包括这些PV电池中的一个或多个;以及一个集中器,该集中器被配置成使用全内反射将太阳辐射朝这些PV电池集中。该第一部分的照射的太阳辐射可以包括照射在这些集中器的接收角内的辐射。该太阳能单元可以各自进一步包括一个成像棱镜,该成像棱镜被配置成矫正没有朝PV集中的太阳辐射。该集中器和成像棱镜可以是同等的(congruent)透明棱镜。
该热导管可以包括一个密封的空心内部部分,该部分包含一种填充剂材料,该填充剂材料被配置成在高于环境温度并且低于该窗口的工作范围内的温度的一个温度下经历相变。
该填充剂材料可以是一种相变材料,该材料被配置成在高于环境温度并且低于该窗口的工作范围内的温度的这个温度下熔化。
该填充剂材料可以是一种流体,该流体被配置成在高于环境温度并且低于该窗口的工作范围内的温度的这个温度下汽化。该窗口可以进一步包括一个冷却机构,该冷却机构被配置成从该汽化的流体中吸收足以使它冷凝的热量。该冷却机构可以被布置在该空心内部部分的上方。替代地,该冷却机构可以被布置在该空心内部部分下面,该窗口进一步包括一种机构如毛细管***来将冷凝的流体带到该空心内部部分。该空心内部部分可以至少部分地被抽出了空气或被加压。
该热导管可以进一步被配置成从PV电池中朝一个布置在窗口周边处的侧面元件抽取热量。
该窗口可以进一步包括被施用在这些PV电池与该热导管之间的一种热糊剂。
该窗口可以进一步包括一个与这些PV电池间隔开的背面区。
该窗口可以进一步包括被布置在这些PV电池与该背面区之间并且与这二者间隔开的一个辅助区。该辅助区的一个面朝背面的表面可以配备有一个低发射率涂层。可以在该背面区的一个面朝正面的表面上提供一个低发射率涂层。该低发射率涂层可以反射红外光谱中的大部分辐射并且允许可见光谱内的大部分辐射从中穿过。该窗口的多个区与其他元件之间的空间可以填充有惰性气体或被抽真空。
根据本发明的另一个方面,提供了一种窗口,该窗口包括一个太阳能层,这个层包括多个太阳能单元,这些单元被配置成将在一个接收角内照射在其上的光朝一个光伏(PV)电池集中;其中至少一些太阳能单元是彼此间隔开的,从而产生了不含集中光学件的空隙。
可以在这些空隙内提供漫射器。
该窗口可以进一步包括一个布置在该太阳能层的太阳辐射表面附近的正面区。这些漫射器可以与该正面区是分开的或者在其上形成,例如是通过蚀刻。
该窗口可以进一步包括一个背面区,其中该背面区被配置成不使用从中穿过的辐射。
可以在这些空隙内提供一个或多个太阳能收集器,例如PV电池。
根据本发明的一个另外的方面,提供了一种含太阳能层的窗口,该太阳能层包括多个太阳能单元,这些太阳能单元各自包括一个集中器和一个光伏(PV)电池,该集中器被配置成将在一个接收角内照射在其上的太阳辐射朝该PV电池集中,其中包括该集中器以便允许至少一部分的、照射在该接收角内的太阳辐射离开而去往太阳能单元而不照射在该PV电池上。
该集中器可以是一个棱镜集中器,该棱镜集中器被配置成将在该接收角内照射在其上的辐射朝该PV电池在其一个反射平面上进行全内反射,该反射平面被形成为具有一个或多个光学开口,这些开口被配置成允许这个部分由此离开该集中器。这些光学开口可以形成为锯齿。该锯齿的轮廓可以沿着该反射平面的长度变化。
该集中器可以包括一个接收平面,所有集中的太阳辐射都被朝向该接收平面引导,该PV电池比该接收平面小。
该集中器可以包括两个接收平面并且被配置成使得所有集中的太阳辐射都朝向这些接收平面之一被引导,其中该PV电池是设置在这些接收平面中的仅仅一个上。
根据本发明的一个又另外的方面,提供了一种太阳能单元,该太阳能单元包括:
一个棱镜集中器,它被配置成将照射在其上的辐射集中在一个接收角内;以及
一个成像棱镜,该成像棱镜被配置成将在该接收角之外照射在该集中器上的光进行矫正,
该集中器和成像棱镜被布置为使得各自的平面是面朝另一个并且与之间隔开,其中这些面在其末端彼此结合。
该集中器可以是一个三角形棱镜,该三角形棱镜包括一个进入开口、一个反射平面、以及一个接收平面,该进入开口被配置用于由太阳辐射来照射,并且该反射平面被配置用于将照射的辐射朝该接收平面全内反射;该成像棱镜与该集中器相同地构造,其中该集中器和成像棱镜被布置成使得其反射平面是面朝彼此。
提供一种光学上澄清的粘合剂用于这种结合。该粘合剂可以选自下组,该组包括:UV/可见光可固化的粘合剂、压敏粘合剂以及基于硅酮的粘合剂。
可以将这些面的末端焊接在一起。
该集中器和成像棱镜可以制成一个单一的单元。
根据本发明的一个又另外的方面,提供了一种制造棱镜太阳能集中器以及与其共同使用的成像棱镜的方法,该方法包括:
提供一个矩形棱镜;
沿其一条对角线切割该棱镜。
这种切割可以通过激光如CO2激光来进行。
这种切割可以包括在相反的拐角处开始制造切口并进行切割直到这些切口相遇。
根据本发明的一个又另外的方面,提供了一种制造窗口的方法,该方法包括:
提供由第一光学材料制成的一个模具,该模具具有该窗口的至少一部分的形状并且包括多个空腔;
用一种第二光学材料完全填充这些空腔;并且
固化该第二光学材料。
该方法可以进一步包括将多个光伏电池附接到该模具上。
在本说明书和权利要求书中,术语“传导性热连通的”是指,两个元件通过接触而彼此是热连通的,而不要求第三个元件来将它们热连接。将会了解的是,使用一种已知会增大热连通的物质(包括热糊剂)不应被认为是第三元件,并且通过这样一种物质而彼此热连通、在不存在该物质时仍是传导性热连通的两个元件被认为是传导性热连通的。
在本说明书和权利要求书中,术语“几何上棱柱形的”是指被形成为多面体的元件,其中两个多边形的面位于平行的平面内并且其他面是平行四边形。
附图简要说明
为了理解本发明并且看到在实践中可以如何进行本发明,现在仅通过非限制性的实例的方式参照附图来说明多个实施方案,在附图中:
图1A和1B是根据本发明的一种窗口的实例的截面视图;
图2是设计用来帮助选择图1A和1B中展示的窗口参数的图;
图3A至5是图1A和1B所展示的窗口的一个集中器和多个PV电池的截面视图,具有不同的热导管实例;
图6A至7C是图1A和1B中展示的窗口的变更的截面视图;
图8和9B是根据本发明的一种集中器的变更的截面视图;
图9A是根据本发明的一种具有改良的PV电池的集中器的截面视图;
图10是一个截面图,展示了图1A和1B中展示的窗口的集中器和成像棱镜,它们根据本发明的一种变更是彼此结合的;
图11A和11B是在图1A和1B所展示的窗口的集中器和成像棱镜的制造实例过程中一个矩形棱镜的截面视图;
图12A展示了用于制造图1A和1B中展示的窗口的一种模具;
图12B展示了可以用来构造该模具的零件;并且
图12C展示了使用图12A中展示的模具制造的一种窗口。
实施方案的详细说明
如图1A和1B中展示的,提供了一种光伏(PV)窗口,总体上表示为10。窗口10包括:一个正面区12,构成了该窗口的一个第一外层;一个任选的背面区14,构成了该窗口的一个第二外层;以及一个PV层16。窗口10可以被设计用于如所展示的竖直或水平地、或以任何其他适当的布置来安装。本领域技术人员将会了解的是,必要的设计参数适用于基于下面所呈现的说明的任何给定的设计。
窗口10并且特别是其PV层16被设计成利用以一个接收角θa内的角度照射在正面区12上的太阳辐射来发电、并且允许以位于该接收角θa外的角度照射在正面区12上的太阳辐射从中穿过。如将描述的,接收角θa是作为该PV层16的材料和结构特性的函数来计算的。
背面层14可以被配置成将穿过其中的辐射漫射,由此使用以该接收角θa外的角度照射在窗口10上的光来提供更均一的照射。
该PV层16包括多个PV单元18,这些单元是彼此相邻地安排的。每个PV单元18包括一个集中器20、一个由与该集中器具有相同光学特性的材料制成的任选的成像棱镜22、以及一个PV电池24,该电池被设计成将照射的太阳辐射转换为电。该成像棱镜22可以略微与集中器20间隔开,例如间隔一个小的空气空隙。
集中器20可以作为一个直角三角形的棱镜来提供,例如由PMMA或另一种透明的光学塑料如聚碳酸酯制造,以棱镜角α表征。它被设计成将在接收角θa内照射在其一个进入开口26上的太阳辐射通过在一个发射平面30上并且任选地在该接收平面的内表面上进行全反射而朝一个接收平面28集中。该PV电池24被布置在该接收平面28处,由此将其暴露在集中的太阳辐射中。对于所要求的接收角(可以基于有待安装的窗口10的位置来确定),该棱镜角α是:
α = θ a - sin - 1 ( cos θ a n ) = sin - 1 ( 1 n ) θ a - sin - 1 ( cos θ a n )
其中n是集中器20的材料的折光率。以上公式假定,该集中器的折光率与正面区12以及在其之间的任何粘合剂层的折光率是相同的。
如上所述,在接收角θa内、例如沿着32所表示的路径照射在窗口10上的光在集中器20内被朝向PV电池24反射。在接收角θa外、例如沿着34所表示的路径照射在窗口10上的光通过反射平面30离开该集中器20。将会了解的是,当光从中穿过时,集中器20使图像扭曲。因此,提供了成像棱镜22来矫正该图像,由此允许窗口10被用作一个透明的窗口。对于透明的窗口不是必须的或者是不希望的这些应用,例如作为主要的功能是使光透射穿过以照亮房间的天窗,可以省略成像棱镜22。
图2提供了可以如何选择接收角θa的一个实例。基于窗口10将被安装在的纬度,找到最大天顶角(即,太阳在一年过程中将转过的轨迹与竖直方向之间的最大角度)。如果希望的是“全年遮蔽”,即,如果不允许通过窗口的直接太阳光,则应该将接收角θa选择为等于极值天顶角(记住,在接收角内照射的太阳光被PV电池24接收、而且不穿过该窗口)。如果希望的是“自适应遮蔽”,即,仅在太阳处于较低海拔时允许直接太阳光进入,例如在冬天或夏天的早晨以及下午/傍晚,则应该将接收角θa选择为略低于该极值天顶角。在这样的情况下,接收角越低,允许通过窗口10进入的太阳光就越多。
通过适当地设计该集中器20,可以控制进入房间的热量。可以将接收角θa选择为使得在夏天或者至少在一天的最热时间段内,所有的太阳光都在集中器20内被朝向PV电池24反射,由此减少了房间内的太阳热负载,并且在冬天所有的太阳光都通过反射表面30离开,由此增大房间内的太阳热负载。这种安排将减少在夏天要求的冷却量、并且减少在冬天要求的加热量,从而在全年都节约了能量。
在使用中,一些抵达PV电池24的辐射被转化为电能。然而,一个不显著的量被转化成了热,从而升高了电池24的温度。取决于其设计,尤其取决于其构造和它所包含的材料,集中器20在升高的温度下、例如在高于90°C-150°C的温度下可能开始经历变形。此外,该PV电池24的效率随着温度的升高而降低。因此,该窗口可以包括一个或多个散热安排。
该散热安排包括一个热导管,该热导管在附图中表示为36、被配置成从PV电池24中抽取热量。它可以被配置成从PV电池24中通过传导而朝正面和/或背面区12、14抽取热量并且将其辐射到附近的环境中。替代地或者另外地,它们可以被配置成从PV电池24中朝窗口10的周边处的一个或多个竖框(未展示)或其他横跨在正面和背面区12、14上的元件抽取热量。这样,它是由一种适当的导热材料如铝制成的。为了允许在这个相对更长的距离上进行热量传导,该热导管36的构造可以尤其针对这个目的来适配。
例如,该热导管36可以由一种固体材料如铝或任何适当的材料制成,但是被构造为比它与正面区12热连通的情况更厚。然而,这样一种安排可能妨碍视线穿过该窗口。
替代地,该热导管36可以包括一个几何上棱柱形的并且与这些PV电池24传导性热连通的主要部分以及一个辅助部分。该辅助部分与该主要部分不相同,即,在它们之间存在清晰的且明显的边界,即使它们构成了单一固体元件的多个部分。例如,该主要和辅助部分并不一起构成一个单一的几何上棱柱形的元件。该辅助部分被配置成增大该热导管36的热传导率,其方式为使得其总厚度是小于在不存在该辅助部分时该主要部分为了提供相同的热传导率所要求的厚度。
例如,如图3A中展示的,热导管36可以包括一个空心体外壳38、至少是其接触PV的部分38a,构成了该主要部分的、是由一种传导性材料制成;以及一个内芯40,该内芯构成了该辅助部分、是由一种相变材料(PCM)制成。该PCM具有的熔点低于PV电池24开始变形的温度并且高于正常的环境温度。因此,在电池24的加热过程中,该PCM内芯40被加热至其熔点,在这一点它吸收另外的热量作为潜热(转化热)而仍保持是固体。因此,PCM的使用允许更大量的热量从电池24中抽出而不经历温度本身的相应升高。这允许该热导管36在它从PV电池24中抽出热量的速率方面升高,由此与通过提供一种类似构造的、由具有更高熔点的材料制成的内芯、或一种具有相同的外部尺寸的固体热导管的情况相比,有助于电池24的更大的冷却效率。
将会了解的是,参照图3A描述的热导管36可以如图3B中展示的进行改良,是通过延展该外壳38至与正面区12、背面区14或二者相接触,以便通过将抽取的一部分热量直接耗散到外部环境和/或房间而增大热导管36从PV电池24中抽取热量的速率。
根据另一个实例,如图4A中展示的,热导管36是由一个热管构成的,该热管包括一个任选地矩形的管道42,该管道构成了该主要部分、具有一个空心体44,根据其一种变更,该空心体是沿着该管道的长度以一个向上倾斜的角度布置的。这可以通过提供一个以一个角度布置的、与PV电池24热连通的均匀管道42、或者通过提供一个在其中具有向上倾斜的空心体44的管道42而实现的。在空心体44的较高一侧提供了被配置成从导热管36抽取热量的一个冷却机构(未展示)。在空心体44中提供了一种处于一个压力下的、构成了该辅助部分、处于液体形式的流体46,在该压力下它在低于PV电池24开始变形的温度并且高于正常的环境温度的一个温度下汽化。该压力可以高于或低于环境压力,这取决于流体46的汽化特性以及PV电池24应该被保持的所希望的温度。
在电池24的加热过程中,流体46被加热至其汽化点,在这一点它吸收另外的热量作为潜热(转化热)而仍保持是液体。当该流体完全或部分汽化时,蒸汽来到该冷却机构,在这里被冷却,由此冷凝。冷凝的流体46在空心体44中向下流动,其中以上过程重复。这允许该热导管36在它从PV电池24中抽出热量的速率方面升高,由此与通过提供一种类似构造的、由具有更高熔点的材料填充的空心体44、或一种具有相同的外部尺寸的固体热导管的情况相比,有助于电池24的更大的冷却效率。
将会了解的是,取决于用作流体46以及空心体44的内容物的剩余部分的物质,可以在该空心体的下端提供该冷却机构,其中提供一个毛细管***或其他适当的机构来使冷凝的流体46朝该空心体返回。
将进一步了解的是,参照图4A描述的热导管36可以如图4B中展示的进行改良,是通过延展该管道42至与正面区12、背面区14或二者相接触,以便通过将抽取的一部分热量直接耗散到外部环境和/或房间而增大热导管36从PV电池24中抽取热量的速率。
根据另一个实例,如图5中所展示的,提供了一种L形的热导管36来从PV电池24中抽取热量。根据这个实例的热导管36包括:一个接触电池的部分50,构成了该主要部分以及这个“L”的一条腿并且热结合到PV电池24上;以及一个接触了区的翼片52,构成了该辅助部分以及这个“L”的另一条腿并且热结合到正面区12上。因此,热量从PV电池24中被抽出到正面区12上,由此它被辐射到外部气氛中。
窗口10可以配备有一个印刷电路板(PCB)以便电连接多个PV电池24。这些PCB,可能是金属内芯的PCB(MCPCB),可以进一步被配置成从PCB中抽取热量,例如在2010年10月7日提交的共同未决的申请PCT/IL2010/000817中披露的,将其通过引用结合在此。当提供这样的PCB时,将会了解的是,提及PV电池24还可以指代包括其相关PCB在内的PV电池24,而作适当变动的话并不背离本发明的范围。
除了以上这些,该热导管可以被设计成一般地为窗口10、并且特别地为PV层16的这些元件提供机械支撑。
将会了解的是,虽然具体构造的热导管36结合其实例被呈现为与正面去12或竖框是热连通的,但将会了解的是,作适当变动的话,可以提供任何的构造作为一个被配置成从PV电池24中朝正面区12、背面区14以及竖框中的任何一个或多个抽出热量的热导管的一部分。
根据以上任一个实例,当窗口10包括背面区14时,应该将其与PV层16热隔离以便防止或限制进入房间的热量。如图6A中展示的,可以将其与PV层16间隔开一个空隙48,这个空隙可以在1mm与14mm之间,例如在2mm与3mm之间。空隙48可以被抽真空或者用一种惰性气体填充。可以将一个低发射率涂层施用到该背面区14的面朝正面的表面14a上、选择其来反射红外光谱内的光而允许可见光从中穿过。
替代地,如图6B中展示的,可以在PV层16与背面区14之间提供一个辅助区15。背面区与辅助区14、15之间的空隙48可以被抽真空或者用一种惰性气体填充。该辅助区15的一个面朝背面的表面15a和/或背面区14的面朝正面的表面14a可以配备有一个低发射率涂层。
将进一步了解的是,热量通过正面区12被辐射的实例可以进行改良,以便将热量朝背面区14传导从而将其辐射到房间内。这在具有高的太阳能暴露量、但在一年的大部分时间是较寒冷的气候中可能是特别有利的。在这样一种安排中,可以将这些PV单元18和/或这些热导管36安排成使得它们与背面区14是传导性热连通的。
窗口10可以被设计成增大或减小穿过它而进入房间的光的量。取决于其方向,不同量的散射光和反射光将穿过参照图1A和1B所描述的窗口。因此,提供了其他设计来允许散射光和反射光二者穿过。
如图7A所展示的,多个集中器20可以彼此间隔开,从而在其之间产生了空隙54。如所展示的,由箭头56表示的一些照射在正面区12上的太阳辐射,在不含集中光学件的位置处、即在空隙54处抵达内表面12a,并且因此自由进入房间内。
如图7B中展示的,可以在空隙54内、在正面区14的内表面14a上提供多个漫射器58,以便使光遍布在房间内。这些漫射器58可以是附接到正面区14上的一个分离的元件、或者是蚀刻在其上的一种适当的图案。替代地或者另外地,即,无论是否在相邻的集中器20之间提供空隙,如图7C中展示的,背面区14可以被配置成对入射的辐射进行散射。
替代地,例如当希望较少的光时,可以将空隙54用一种不透明的材料填充,该材料包括但不限于光伏电池或其他太阳能收集器、机械支撑***的一部分、热或电传导***的一部分,等等。
将会了解的是,根据参照图7A至7C所说明的这些实例,该成像棱镜22可以不存在。在仅要求照明的情况下这可能是特别有用的,并且因此对未集中的辐射的矫正不是必须的。
如图8中展示的,反射平面30可以配备有一个或多个锯齿60(在图8中仅展示一个),该锯齿构成了一个光学开口、被设计成允许至少一些在接收角θa内照射的辐射通过该反射区离开该集中器20,如箭头61表示的。可以使用射线追踪软件来确定这些锯齿60的形状以便允许在所希望的角度范围内照射的辐射通过。此外,将会了解的是,虽然图8中展示的截面暗示了锯齿60的形状沿其长度是均匀的,但将会了解的是它可以具有一种三维的几何形状,以便允许取决于太阳东西位置的辐射从中穿过。
如图9A中展示的,该PV电池24可以小于该接收平面28。因此,照射在该接收平面28的不含PV电池24的部分上的任何集中的太阳辐射都离开该窗口10并进入房间内。类似地,如图9B所展示的,集中器20可以形成为具有一个“支架”,从而产生一个与该接收平面28平行的辅助接收平面28a,集中的太阳辐射通过该辅助接收平面离开。
该集中器20和成像棱镜22应该相对于彼此精确地定位,使得它们的相面对的表面是精确地彼此平行的、在其之间具有一个小空隙。因此,可以提供一个刚性的支撑托架。一种类似于参照图5描述的热导管36的构造可以用作该支撑托架。
如图10中展示的,该集中器20和成像棱镜22彼此间隔了一个小空隙。为了防止液体和其他污垢穿透该空隙,例如在制造过程中,可以将这些相面对的表面的边缘彼此结合,如在62表示的。除了由此提供的密封之外,这种构造还对窗口10的这些部件赋予了额外的机械强度,因为每个集中器20和每个成像棱镜22都机械地连接到两个支撑托架上(即,携带该集中器20的支撑托架也携带了结合至其上的成像棱镜22,并且反之亦然)。这种结合可以通过提供一种光学上澄清的粘合剂来完成,例如UV/可见光可固化的粘合剂、压敏粘合剂、或基于硅酮的粘合剂。替代地,可以将集中器20和成像棱镜22例如通过焊接、钎焊或通过作为单一的单元来制造、例如通过彼此共模制或共挤出而连接起来。这种焊接可以通过任何已知的手段来完成,包括但不限于:热焊接、超声焊接、震动焊接、或化学焊接。
该集中器20和成像棱镜22可以由单一的矩形棱镜制成。根据一个实例,如图11A和11B中展示的,提供了一个矩形的棱镜64。将它沿其对角线切割,例如通过激光切割、特别是通过使用CO2激光器。可以将它从一端(如图11A中展示的)、或从在中间相遇的两端(如图11B中展示的)进行切割。
如图12A中展示的,窗口10或其多个部分可以使用一种模具66来制造。模具66可以按任何常规的方式来形成,包括但不限于挤出。它可以作为单件形成,如图12A中展示的,或作为两个分离的件66a、66b形成,这两个件被连接在一起。
模具66是由一种光学材料制成的并且包括多个空腔68。将会了解的是,如在本说明书和权利要求书中使用的术语“光学材料”是指一种对光透明的、并且因此适合用于窗口中的材料。这样的材料可以包括但不限于:PMMA和聚碳酸酯。
将这些空腔68用一种光学材料完全填充并且然后进行固化。该光学材料可以是一种光学粘合剂、硅润滑脂、硅酮粘合剂、或一种UV可固化的粘合剂,例如在WO 2010/055507或WO 2010/055508中披露和描述的一种,这两个专利均属于本申请人,并且其披露内容均通过引用结合在此。
一旦被固化,则加入另外的元件,如PV电池24和热导管36。此外,可以加入多个PCB或MCPCB,如以上描述的。将会了解的是,这些元件可以在窗口的制造过程中的任何适当的点加入,包括在固化之前。
使用以上方法,可以生产一种图12C中展示的、比较薄的窗口10。在这样的窗口中,正面区12和多个集中器20是彼此一体形成的。将会了解的是,可以将其他元件如背面区、成像棱镜等等加入图12C中展示的窗口10中。
本发明所属领域的技术人员将容易了解到,作适当变动的话,可以在不背离本发明范围的情况下作出大量的改变、变化以及变更。

Claims (54)

1.一种窗口,包括:
至少一个外层;
一个或多个光伏(PV)电池,该光伏电池被配置成将照射在所述窗口上的一个第一部分的太阳辐射转化为电能;以及
至少一个热导管,该热导管被配置成从所述这些PV电池中抽出热量;
其中所述这些热导管是与这些PV电池中的至少一个并且与这些外层中的至少一个是传导性热连通的。
2.根据权利要求1所述的窗口,其中,所述热导管可以具有一种基本上L形的截面,该截面包括:一个接触电池的部分,它构成了这个“L”的第一条腿、与所述PV电池是传导性热连通的;以及一个接触正面的部分,它构成了这个“L”的第二条腿、与该正面层是传导性热连通的。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的窗口,包括一个正面层,该正面层构成了所述这些外层之一并且具有一个面朝正面的表面,该表面被配置成被所述第一部分的太阳辐射照射,其中所述正面层与所述热导管是传导性热连通的。
4.根据以上权利要求中任一项所述的窗口,包括一个背面层,该背面层构成了所述这些外部层之一,其中所述背面层与所述热导管是传导性热连通的。
5.根据以上权利要求中任一项所述的窗口,被配置成允许照射在该窗口上的、与所述第一部分分离的一个第二部分的太阳辐射从该窗口中穿过。
6.根据以上权利要求中任一项所述的窗口,被配置成将所述第一部分的太阳辐射朝所述PV电池集中。
7.根据以上权利要求中任一项所述的窗口,进一步包括:多个太阳能单元,这些单元各自包括所述PV电池中的一个或多个;以及一个集中器,该集中器被配置成使用全内反射将太阳辐射朝所述这些PV电池集中。
8.根据权利要求7所述的窗口,其中,所述第一部分的照射的太阳辐射包括照射在这些集中器的一个接收角内的辐射。
9.根据权利要求8所述的窗口,其中,所述太阳能单元各自进一步包括一个成像棱镜,该成像棱镜被配置成矫正没有朝所述PV集中的太阳辐射。
10.根据权利要求9所述的窗口,其中,所述集中器和成像棱镜是同等的透明棱镜。
11.根据以上权利要求中任一项所述的窗口,其中所述热导管可以包括一个密封的空心内部部分,该部分包含一种填充剂材料,该填充剂材料被配置成在高于环境温度并且低于该窗口的工作范围内的温度的一个温度下经历相变。
12.根据权利要求11所述的窗口,其中,所述填充剂材料是一种相变材料,该材料被配置成在高于环境温度并且低于该窗口的工作范围内的温度的这个温度下熔化。
13.根据权利要求11所述的窗口,其中,所述填充剂材料是一种流体,该流体被配置成在高于环境温度并且低于该窗口的工作范围内的温度的这个温度下汽化。
14.根据权利要求13所述的窗口,进一步包括一个冷却机构,该冷却机构被配置成从该汽化的流体中吸收足以使其冷凝的热量。
15.根据权利要求14所述的窗口,其中,所述冷却机构被布置在该空心内部部分的上方。
16.根据权利要求14所述的窗口,其中,所述冷却机构被布置在该空心内部部分的下方,该窗口进一步包括一种将冷凝的流体运载到该空心内部部分的机构。
17.根据权利要求16所述的窗口,其中,所述机构是一种毛细管***。
18.根据权利要求13至17中任一项所述的窗口,其中,所述空心内部部分被至少部分地抽空了空气。
19.根据权利要求13至17中任一项所述的窗口,其中,所述空心内部部分是加压的。
20.根据以上权利要求中任一项所述的窗口,其中,所述热导管进一步被配置成从所述PV电池中朝一个布置在该窗口周边处的侧面元件抽取热量。
21.根据以上权利要求中任一项所述的窗口,进一步包括被施用在所述这些PV电池与所述热导管之间的一种热糊剂。
22.根据以上权利要求中任一项所述的窗口,进一步包括与这些PV电池间隔开的一个背面区。
23.根据权利要求22所述的窗口,进一步包括被布置在这些PV电池与该背面区之间并且与这二者间隔开的一个辅助区。
24.根据权利要求23所述的窗口,其中,所述辅助区的一个面朝背面的表面配备有一个低发射率涂层。
25.根据权利要求22至24中任一项所述的窗口,进一步包括在该背面区的一个面朝正面的表面上的一个低发射率涂层。
26.根据权利要求24和25中任一项所述的窗口,其中,所述低发射率涂层反射红外光谱中的大部分辐射并且允许可见光谱内的大部分辐射从中穿过。
27.根据权利要求22至26中任一项所述的窗口,其中将该窗口的多个区与其他元件之间的空间用一种惰性气体填充。
28.根据权利要求22至26中任一项所述的窗口,其中将该窗口的多个区与其他元件之间的空间抽真空。
29.一种窗口,该窗口包括一个太阳能层,该太阳能层包括多个太阳能单元,这些单元被配置成将在一个接收角内照射在其上的光朝一个光伏(PV)电池集中;其中所述太阳能单元中的至少一些是彼此间隔开的,从而产生了多个不含集中光学件的空隙。
30.根据权利要求29所述的窗口,其中,在所述空隙内提供了多个漫射器。
31.根据权利要求30所述的窗口,进一步包括被布置在所述太阳能层的太阳辐射表面附近的一个正面区。
32.根据权利要求31所述的窗口,其中,所述这些漫射器与所述正面区是分离的。
33.根据权利要求31所述的窗口,其中,所述这些漫射器是在所述正面区上形成的。
34.根据权利要求29至33中任一项所述的窗口,进一步包括一个背面区,其中所述背面区被配置成不使用从中穿过的辐射。
35.根据权利要求29至33中任一项所述的窗口,其中,在所述这些空隙内提供了一个太阳能收集器。
36.根据权利要求35所述的窗口,其中,所述太阳能收集器是一种光伏电池。
37.一种窗口,该窗口包括一个太阳能层,该太阳能层包括多个太阳能单元,所述太阳能单元各自包括一个集中器和一个光伏(PV)电池,所述集中器被配置成将在一个接收角内照射在其上的太阳辐射朝所述PV电池集中,其中包括了所述集中器以便允许至少一部分的照射在该接收角内的太阳辐射离开以去往太阳能单元而不照射在该PV电池上。
38.根据权利要求37所述的窗口,其中,所述集中器可以是一个棱镜集中器,该棱镜集中器被配置成将在该接收角内照射在其上的辐射朝该PV电池在其一个反射平面上进行全内反射,所述反射平面被形成为具有一个或多个光学开口,这些开口被配置成允许所述部分由此离开该集中器。
39.根据权利要求38所述的窗口,其中,所述光学开口被形成为一种锯齿。
40.根据权利要求38所述的窗口,其中,该锯齿的轮廓沿着该反射平面的长度而变化。
41.根据权利要求37所述的窗口,其中,所述集中器包括一个接收平面,所有集中的太阳辐射都被朝向该接收平面引导,所述PV电池比该接收平面小。
42.根据权利要求37所述的窗口,其中,所述集中器包括两个接收平面并且被配置成使得所有集中的太阳辐射都朝向所述接收平面之一被引导,其中所述PV电池是设置在所述这些接收平面中的仅仅一个上。
43.一种太阳能单元,包括:
□一个棱镜集中器,该棱镜集中器被配置成将照射在其上的辐射集中在一个接收角内;以及
□一个成像棱镜,该成像棱镜被配置成将在该接收角之外照射在该集中器上的光进行矫正,
所述集中器和成像棱镜被布置为使得各自的平面是面朝另一个并且与之间隔开,其中所述这些面在其末端彼此结合。
44.根据权利要求43所述的太阳能单元,其中,所述集中器是一个三角形棱镜,该三角形棱镜包括一个进入开口、一个反射平面、以及一个接收平面,所述进入开口被配置用于由太阳辐射来照射,并且所述反射平面被配置用于将照射的辐射朝该接收平面进行全内反射;所述成像棱镜与所述集中器相同地构造,其中所述集中器和成像棱镜被布置成使得其反射平面是面朝彼此。
45.根据权利要求43和44中任一项所述的窗口,其中,为了进行这种结合,提供了一种光学上澄清的粘合剂。
46.根据权利要求45所述的太阳能单元,其中,所述粘合剂是选自下组,该组包括:UV/可见光可固化的粘合剂、压敏粘合剂以及基于硅酮的粘合剂。
47.根据权利要求43和44中任一项所述的太阳能单元,其中,所述这些面的末端被焊接在一起。
48.根据权利要求43和44中任一项所述的太阳能单元,其中,所述集中器和成像棱镜是作为一个单一的单元制造的。
49.一种用于制造棱镜太阳能集中器以及与其一起使用的成像棱镜的方法,该方法包括:
□提供一个矩形棱镜;
□沿其一条对角线切割所述棱镜。
50.根据权利要求49所述的方法,其中,所述切割是通过一种激光器进行的。
51.根据权利要求50所述的方法,其中,所述激光器是一种CO2激光器。
52.根据权利要求49至51中任一项所述的方法,其中,所述切割包括在相反的拐角处开始制造多个切口并进行切割直到所述切口相遇。
53.一种用于制造窗口的方法,该方法包括:
□提供由一种第一光学材料制成的一个模具,所述模具具有该窗口的至少一部分的形状并且包括多个空腔;
□用一种第二光学材料完全填充这些空腔;并且
□固化该第二光学材料。
54.根据权利要求53所述的方法,进一步包括将多个光伏电池附接到所述模具上。
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