发电装置

技术领域

本公开涉及一种用于发电的装置，并且特别地但非排他地涉及一种包括光伏元件的装置。

背景技术

室内空间(例如通过大窗户接收阳光的空间)的过热是可以使用空调解决的问题。全球使用大量能量来冷却室内空间。大部分电能是使用不可持续的能源而产生的，这越来越引起人们对环境的关注。

PCT国际申请号PCT/AU2012/000778、PCT/AU2012/000787和PCT/AU2014/000814(由本申请人拥有)公开了一种光谱选择面板，其可以用作窗玻璃并且对于可见光大部分是透射的，但将入射光的一部分转移到面板的侧部，在该侧部处被光伏元件吸收以发电。所公开的面板与窗口框架集成在一起，该窗口框架既承载面板又承载光伏元件太阳能电池。

应当理解，如果在本文中引用了任何现有技术出版物，则该引用并不意味着承认该出版物构成了澳大利亚或任何其他国家中的本领域公知常识的一部分。

发明内容

本发明提供了一种发电装置，该发电装置包括：

第一面板和第三面板，第一面板和第三面板分别对可见光至少部分地透射并且彼此隔开，所述第一面板限定光接收表面；

第一光伏元件和第二光伏元件，所述第一光伏元件相对于所述光接收表面以第一取向布置，并且所述第二光伏元件以第二取向布置，所述第二取向与所述第一光伏元件的取向以及所述光接收表面的取向都不同，所述第一光伏元件和所述第二光伏元件在沿着所述第一面板的表面法线的方向上位于所述第一面板的圆周的投影内；和

用于支撑所述装置的一部分的支撑件，该支撑件具有在所述装置的边缘部分处向外开口的通道；

其中，所述第三面板、所述第一光伏元件和所述第二光伏元件在沿着所述第一面板的表面法线的方向上位于所述第一面板的所述圆周的所述投影内。

通过向装置提供沿第一面板的表面法线方向在第一面板的圆周的投影内并具有在装置的边缘部分向外开口的通道的支撑件，可以设计装置，使其可以安装到各种窗口框架和/或已安装的现有窗口框架中。该装置可以设计成使得其可以代替标准窗口框架中的标准双层或三层玻璃窗。例如，该装置可以用具有传统的双层或三层玻璃窗口框架系统代替传统的集成玻璃窗单元(IGU)中的窗玻璃。

向外开口的通道可以是连续的，并且可以围绕装置的一部分，例如第三面板和/或第一光伏元件和/或第二光伏元件的至少一部分。

第一、第二和第三面板中的每一者均可以透射入射可见光的80％、70％、50％、30％、20％或10％以上。

第一取向可以基本平行于光接收表面，并且第二取向可以横向于光接收表面。第三面板可以具有横向于光接收表面的端面以及靠近端面的、基本上平行于光接收表面的区域。第一光伏元件可以邻近端面附近的区域，并且第二光伏元件可以邻近端面。

第三面板可以是用于沿至少一个方向重定向入射在接收表面上的光以被光伏元件收集的布置，该至少一个方向横向于第一面板的表面法线。用于使光重定向的装置可以包括衍射光栅和/或发光材料和/或光散射材料。

术语“横向”应被广义地解释为是指从表面延伸的任何角度，例如包括相对于平坦表面在大约5°至大约175°范围内的角度。

在使用中，重定向的光可以通过第三面板内的全内反射来引导。

第三面板可以包括多个面板部分例如，多个面板部分可以设置为包括两个或更多个面板部分的层压的层状结构。重定向光的布置可以位于多个面板部分中的两个面板部分之内或两个面板部分之间。面板部分可以彼此配合以形成堆叠，其中每个面板部分基本上彼此平行地布置。

支撑件可以包括第一壁和与第一壁相对的第二壁，第一壁和第二壁可平行于光接收表面布置。支撑件还可包括第三壁和与第三壁相对的第四壁。第三和第四壁可横向于光接收表面布置。第三壁和第四壁可以连接第一壁和第二壁。凸缘可以平行于光接收表面延伸，例如从第三壁延伸。凸缘可以被定位成靠近第三面板，但是与第三面板间隔开。通道可以由第一、第二和第四壁限定。第一光伏元件可以位于凸缘上，并且第二光伏元件可以位于第三壁上。

该装置可以进一步包括第三光伏元件，该第三光伏元件可以在第一取向上布置成基本平行于光接收表面。第三光伏元件可以位于支撑件的第二壁上或上方。

光伏元件可以是相同类型的，或者至少一些光伏元件可以是不同类型的。例如，光伏元件可以包括不同类型的半导体材料，例如Si、CdS、CdTe、GaAs、CIS或CIGS中的一种或多种。

装置可以构造成装配到标准窗口框架中。

本公开还提供了一种窗口框架，其包括如上所述的装置。

本公开进一步提供了一种包括上述装置的集成玻璃单元。

另外，本公开还提供一种系统，该系统包括多个如上所述的并且电连接的装置。这些装置可以并联连接。

本发明还提供了一种发电装置，该发电装置包括：

第一面板、第二面板和第三面板，其分别对可见光至少部分地透射，所述第一面板限定光接收表面，其中所述第一面板和所述第二面板借助构件彼此间隔开，从而在它们之间限定有腔，所述第三面板由所述构件保持在所述腔内；和

定位在所述腔内的第一光伏元件和第二光伏元件，所述第一光伏元件相对于所述光接收表面以第一取向布置，并且所述第二光伏元件以第二取向布置，所述第二取向与所述第一光伏元件的取向以及所述光接收表面的取向都不同；

其中所述装置布置成从由所述光接收表面接收的至少一部分正在使用的光发电，并向所述第一光伏元件和/或所述第二光伏元件发电。

附图说明

现在将仅参考所附的非限制性图示作为示例来描述实施例：

图1和图2示出了根据本公开的装置的实施例；

图3示出了光穿过图2的装置的实施例；

图4a示出了包括装置的实施例的窗口的实施例的前视图；

图4b示出了包括装置的实施例的窗口的端视图；

图4c示出了包括该置的实施例的窗口的侧视图。

图5示出了根据本公开的装置的实施例。

具体实施方式

本发明的实施例总体上涉及发电装置。该装置可以设计成使得它可以代替标准窗口框架中的标准双层或三层玻璃窗。该装置包括第一面板和第三面板，第一面板和第三面板彼此平行且间隔开使得在第一面板和第三面板之间形成腔。第一面板和第三面板由支撑件间隔开并由该支撑件支撑。第一面板和第三面板对可见光具有较大透射率。第一面板限定光接收表面。该装置还包括第一和第二光伏元件。第一光伏元件相对于光接收表面以第一取向布置，并且第二光伏元件以第二取向布置，该第二取向与第一光伏元件的取向以及光接收表面的取向两者都不同。该装置布置成从由光接收表面接收的至少一部分使用中的光发电，并向第一和/或第二光伏元件发电。第三面板、第一光伏元件和第二光伏元件在沿着第一面板的表面法线的方向上位于第一面板的圆周的投影内。第一和第三面板可以形成双层玻璃布置，这将在下面参考图2进一步详细描述。此外，该装置可以包括第三面板，该第三面板定位成使得第三面板夹在第一面板和第二面板之间。在这种布置中，第一，第二和第二面板可以形成三层玻璃布置，这将在下面参考图1进一步详细描述。

支撑件在沿着第一面板的表面法线的方向上，位于第一面板的圆周的投影内并在第一面板的边缘内，并且支撑件具有通道，该通道向外开口、连续、并且装置的在边缘部处围绕装置的一部分。

现在首先参考图1描述本发明的更具体的实施例。图1示出了发电的装置10。可以例如以定位在建筑物的(标准)窗口框架(未示出)内的窗玻璃结构(在该示例中为三层玻璃)的形式来提供装置10。本领域技术人员将理解，装置10可以应用于不同的结构，例如墙壁和屋顶等。

装置10具有第一面板和第二面板，并且在该特定实施例中还具有第三面板，这些面板分别对可见光大部分透射，并且分别以第一窗格12、第二窗格16和第三窗格14的形式设置。在一个实施例中，第一窗格12是具有4mm的厚度的低铁超透明玻璃窗格，并且第三窗格14是具有4mm的厚度的、具有低E涂层的低铁玻璃。第一窗格12限定了平坦的光接收表面12a，并且在使用中面向外部环境，例如位于面向外部天气的结构上。第一窗格12和第三窗格14借助支撑件20彼此间隔开。支撑件20在第一窗格12的表面法线方向上处于第一窗格12的投影内。第二窗格16定位在第一窗格12和第三窗格14之间并且由支撑件20保持。第二窗格16的位置限定了位于第一窗格12和第二窗格16之间的腔18a以及位于第三窗格14和第二窗格16之间的第二腔18b。

在图1的实施例中，第二窗格16是具有三个子窗格16a、16b和16c的层压结构。换句话说，第二窗格16包括多个窗格部分。在一个实施例中，子窗格16a是具有4mm厚度的低铁超透明玻璃，并且子窗格16b和16c各自是具有4mm厚度的超透明玻璃层。每个子窗格16a、16b和16c彼此配合以形成堆叠，其中每个子窗格大致彼此平行地布置。在子窗格16a和16b之间分配的是聚乙烯醇缩丁醛(PVB)的中间层17a。PVB中间层17b位于子窗格16b和16c之间，但是在一些实施例中，PVB中间层17b还包括光散射元件。在一些实施例中，光散射元件是发光散射粉末，其包括环氧树脂，该环氧树脂提供粘合、发光以及光散射功能。第二窗格16还可以包括衍射光栅，该衍射光栅布置成有助于将光重定向到第三面板的边缘区域并通过全内反射引导光。

应当理解，第二窗格16可以包括具有任意数量的中间层的任意数量的子窗格。在一些实施例中，第二窗格包括单片光学透射材料，例如玻璃。第二窗格16具有端部40，该端部40具有横向于光接收表面12a的平面。在图1的实施例中，边缘40相对于第一窗格12的平坦光接收表面12a大约为90°。第二窗格16还具有基本上平行于光接收表面12a延伸的端部区域42。端部区域42是第二窗格16的靠近端部40的平坦区域。

在一个实施例中，从光接收表面12a到第三窗格的外表面14a的距离(即装置的厚度)大约为58mm。

在图1的实施例中，支撑件20是具有方形管状截面的挤压铝框架，其限定了管状腔11。管状腔11由彼此平行且基本上也平行于光接收表面12a的第一壁20a和第二壁20b限定。管状腔11还具有彼此平行并且横向于光接收表面12a的第三壁20c和第四壁20d。第三壁20c和第四壁20d基本平行于第二窗格16的端部40。第四壁20d从装置10的外表面26向内侧设置，以形成由第一壁20a和第二壁20b限定的通道25。在图1的实施例中，第一壁20a和第二壁20b之间的间隔约为34mm，并且第三壁20c和第四壁20d之间的间隔约为30mm。然而，第三壁20c和第四壁20d彼此间隔开的距离可以由通道25的所需深度来确定。支撑件20还包括从第二壁20b朝向第一壁20a延伸的突片21以及从第一壁20a朝向第二壁20b延伸的突片23。支撑件20还具有向外敞开的通道25，该通道25围绕支撑件20的壁20d。

支撑件20具有凸缘22，凸缘22沿基本平行于光接收表面12a的方向延伸到第二腔18b中。在图1的实施例中，凸缘22形成为第一壁20a的延续。然而，在一些实施例中，凸缘22从第三壁20c延伸到第二腔18a中。通常，凸缘相对于第二窗格16定位在与光接收表面12a相反的侧。在一些实施例中，凸缘22延伸超过第三壁20c并进入腔18b中约39mm。在图1的实施例中，第二窗格16与凸缘22间隔大约6mm。

在图1的实施例中，第一光伏元件30以大致平行于光接收表面12a的第一取向被夹在凸缘22和第二窗格16的端部区域42之间。柔性PCB 38位于第一光伏元件30和凸缘22之间。在一些实施例中，呈盖24形式的透射性间隔件位于第二窗格16与第一光伏元件30之间。在一个实施例中，盖24具有大约3mm的厚度。第一光伏元件30和盖24在第二窗格16的边缘区域处相对于彼此保持在适当的位置。第二窗格16借助粘合部分36固设至凸缘22。在一个实施例中，粘合部分是窗口硅树脂。为了防止粘合部分36、第一光伏元件30和盖24滑脱，凸缘22具有唇23，该唇23朝向第二窗格16延伸，从而与在凸缘22与第二窗格16之间形成的腔相比，腔开口变窄。并非在所有实施例中都需要唇23。在一个实施例中，第一光伏元件30具有沿着凸缘22远离第三壁20c延伸的大约30mm的宽度。

第二光伏元件28定位在第三壁20c上，使得第二光伏元件28的一部分夹在第二窗格16的端部40与第三壁20c之间。第二光伏元件28横向于光接收表面12a而取向。以此方式，第二光伏元件28处于不同于第一光伏元件30的第一取向的第二取向。第二光伏元件28在从第一壁20a到第二壁20b的方向上延伸的宽度取决于从凸缘22到第二壁20b的距离。在一个实施例中，第二光伏元件28具有大约27mm的宽度。在一个实施例中，第二光伏元件28具有例如硅酮密封剂(例如，层29)。柔性PCB位于第二光伏元件28和第三壁20c之间。

图1的实施例还具有第三光伏元件26。然而，并非在所有实施例中都需要第三光伏元件26。第三光伏元件26位于支撑件20和第一窗格12之间的第二壁20b上。在图1的实施例中，在第三光伏元件26和第一窗格12之间形成气隙。气隙的使用有助于减少热传导。因此，在这样的实施例中，装置10可以布置为形成集成的玻璃单元。为了防止第三光伏元件26在沿着第三壁20c和第四壁20d之间限定的平面的方向(即，沿着朝向边缘26由第二壁20b限定的平面的方向)上移动，脚48从第二壁20b朝着第一窗格12延伸。然而，并非在所有实施例中都需要脚48，而可以借助粘合剂将第三光伏元件26固定至支撑件20。像第二光伏元件30一样，第三光伏元件26具有硅酮密封剂。柔性PCB位于第三光伏元件26和第二壁20b之间。在一些实施例中，提供单个柔性PCB并且以连续的方式固定至凸缘22、第三壁20c和第二壁20b，使得第一光伏元件30、第二光伏元件28和第三光伏元件26中的每一者均与该单个柔性PCB接触。在一个实施例中，第三光伏元件26具有从脚48沿着第二壁20b延伸到腔18中的大约30mm的宽度。

在图1的特定实施例中，每个光伏元件均是相同类型的。然而，应当理解，光伏元件可以包括不同类型的元件。例如，光伏元件可以包括不同的各种半导体材料，例如Si、CdS、CdTe、GaAs、CIS或CIGS或任何其他合适的半导体材料。

第一窗格12借助粘合部分32连接至支撑件20。在一些实施例中，粘合部分32用作密封件以防止外部环境进入腔18a。粘合部分32还有助于使支撑件20与第一窗格12热绝缘。在一些实施例中，粘合部分32是窗口硅树脂。类似地，第三窗格14借助粘合部分34连接至支撑件，在一些实施例中，粘合部分34用作密封件以防止外部环境进入腔18b。粘合部分34还有助于使支撑件20与第三窗格14热绝缘。在一些实施例中，粘合部分34是窗口硅树脂。当粘合部分32和34形成密封件时，可以认为腔对外部环境是封闭的。为了防止腔18a和18b中可能存在的任何水分凝结，将干燥剂44定位在第一腔18a中靠近粘合部分32的位置，并且将干燥剂46定位在第二腔18b中靠近粘合部分34的位置。

具有连续通道25的支撑件20围绕装置10的一部分，并且总体上成形为使得装置10可以定位在提供三层玻璃布置的标准窗口框架中。该装置还可以布置成提供双层玻璃布置，这将在下面参考图2进行描述。

图5示出了根据本发明实施例的用于发电的装置的相关实施例。相同的附图标记用于相同的部件。

现在参考图2，示出了用于发电的装置70。在该实施例中，装置70以双层玻璃窗布置的形式提供。装置70的所有部件也包括在以上参考图1描述的装置10中，并被赋予相同的附图标记。然而，与装置10相比，装置70不包括第三面板(例如图1所示的第三面板14)，因为该装置形成了双层玻璃布置。

现在将参考图3更详细地描述使用装置70发电。图3示出了与图2相同的特征，但是为清楚起见省略了一些附图标记。装置100用于发电的使用可以类似于WO2015/024046中描述的，其内容通过引用全部并入本文中。

现在参考图3，当入射光50穿过第一窗格12时，它在到达第二窗格16的光接收表面13之前进入腔18a。入射光50的一部分从光接收表面13反射为光束52，其中光束52在到达第二光伏元件28之前被进一步从第一窗格反射为光束54。应理解，除了形成光束52之外，入射光50可以在到达第二光伏元件28之前仅从光接收表面13反射和/或入射光50到达第二光伏元件28而不与第二窗格16接合。入射光50的一部分也可以行进通过第二窗格以与中间层17b中的发光散射粉末接合。如光束58所指示的，与发光散射粉末接合的一部分光在随机方向上反射或发射。取决于光束58的方向，光在到达第一光伏元件30或第二光伏元件28之前会在第三面板16的界面处朝向端40经历全内反射。尽管图32的实施例仅示出了在端部区域42附近产生的光束58，但是也可以在远离端部区域42的位置(例如朝着第二窗格16的纵向长度的中心点)处产生光束。特别是对于光在光接收表面上的垂直入射，由发光散射粉末发光的发射或入射的散射增加了朝边缘40和第二光伏元件28定向的部分光。

在一些实施例中，光栅、发光材料和/或散射材料布置成使入射和反射的IR朝着第三面板16的边缘区域进行光谱偏转并且用于可见光的透射。

在一些实施例中，子窗格16a的面向第一窗格12的面19设置有衍射层，例如衍射光栅元件的层(未示出)。衍射光栅可以是透射模式的闪耀衍射光栅，并且设计成使大部分入射太阳(IR)光都偏转为单个优先衍射级，并且光栅设计的特征针对入射角进行了优化，入射角为由预期的典型午间太阳辐射入射到窗户表面的角度决定。本领域技术人员可以通过调整以下参数来设计衍射光栅的光谱特性：折射率、光栅轮廓形状、闪耀角、占空比、光栅周期、相级数和蚀刻深度。

在一些实施例中，衍射光栅包括多个槽，每个槽到相邻槽的距离(光栅周期)在4μm的范围内。衍射光栅可以被压花到面板16的一个表面中，例如表面17a或17b。对于朝第三面板的边缘区域将光重定向的布置的进一步详细说明，请参考PCT国际申请PCT/PCT/AU2012/000778，PCT/AU2012/000787和PCT/AU2014/000814(由本申请人拥有)，在此以交叉引用的方式并入。

入射光50还可以直接穿过第二窗格16并以光束56的形式到达第一光伏元件30。类似地，入射光60穿过第一窗格12并接触第三光伏元件26。应当理解，第一光伏元件30、第二光伏元件28和第三光伏元件26中的每一者接收到的光的比率将取决于入射光与光接收表面12a形成的角度。

在一些实施例中，第二窗格16在背面15上具有背面涂层，背面与面19相对。该涂层可以是多层涂层，并且布置成反射宽IR波段内的入射IR光。

在一些实施例中，第二面板16上的面13上提供有正面涂层。正面涂层可以在紫外线和可见光波长范围内具有抗反射特性---为了在面板结构中使用尽可能多的入射紫外线能量，从而激发一系列无机发光体，或者另选可以在紫外光中具有高反射特性，并且在可见光波长范围内也具有抗反射特性，同时还可以用作部分IR反射器。可见光范围的抗反射特性也可以通过设计进行调整，以使入射光能量在特定入射角范围内的反射最小。在另一个实施例中，面13上的正面涂层布置成对UV辐射是高反射性的，而对于可见光是抗反射的，并且还可选地在发光体材料发射光的IR波长(子)波段内也是高反射性的。在该示例中，UV波段中的高反射特性用于保护发光体免受入射UV辐射的不利影响。

应当理解，术语“前”和“后”是相对于光接收表面的和装置相对于外部环境的取向的，并且不将装置限制为任何特定的取向。

第二窗格16的多层结构还可以具有UV和IR反射性背面涂层。面板16的后面15上的背面涂层是由金属和介电材料形成的多层结构。另选地，多层结构可以仅由电介质材料形成。

面13上的正面涂层、面15的背面涂层、光散射材料、发光材料和衍射光栅的组合有助于将入射光导向第一光伏元件30和/或第二光伏元件28的至少一部分，并且这可以帮助增加由第一光伏元件30和/或第二光伏元件28接收的光的强度，这可以帮助增加由光伏元件以及因此装置10产生的电量。这些特征使得第三面板16为光谱选择性面板，因为特定波长的光可能被第二窗格16吸收、散射和衍射。

图4示出了形成窗口元件102的装置100，该窗口元件102布置成装配到窗口框架中。支撑件20绕窗口元件102的周边延伸。图4示出了以横向于由光接收表面12a限定的平面的角度朝向第一窗格12的视图。凸缘22的端部由虚线22a描绘。第一光伏元件30定位在凸缘22a的端部附近，并且第三光伏元件26定位在第二壁20b上的支撑件20的端部26附近。图4b示出了沿从侧面106到107延伸的线延伸的装置100的剖视图。

图4c示出了沿着从侧面104到105延伸的线延伸的窗口元件100的剖视图。在图4b的实施例中，元件100的宽度(d

本发明所属领域的技术人员将理解，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行许多修改。

在所附权利要求和在前的描述中，除非上下文由于表达语言或必要的暗示而另外要求，否则词语“包括”或其变体以包括性含义使用，即，在各种实施例中，指定了所陈述的特征的存在，但不排除其他特征的存在或增加。