專利名稱：包括太陽能轉(zhuǎn)換器的建筑構(gòu)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及建筑構(gòu)件，諸如瓦、窗玻璃和建筑立面，并且更特定地涉及其中包括太陽能轉(zhuǎn)換器的建筑構(gòu)件。
背景技術(shù)：
太陽能轉(zhuǎn)換器，諸如光電或熱轉(zhuǎn)換器，通常具有高材料成本、高安裝成本并且從而具有高能量成本(每kWh成本)。一種減小材料成本的方法為通過復(fù)雜的光學(xué)表面結(jié)構(gòu)，諸如通過菲涅耳透鏡，將太陽能照射聚集(聚焦光)到能量轉(zhuǎn)換器上。這樣的方法難以實現(xiàn)，并且難以進(jìn)入可再生能源市場。

發(fā)明內(nèi)容
簡要地，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，建筑構(gòu)件包括熒光采集器，該熒光采集器包括基底和分散在基底內(nèi)以吸收來自多個方向的光并且輻射吸收的光的顆粒。熒光采集器具有相對的表面和在相對表面之間的連接表面。基底和顆粒的組合充分透明，以允許光到達(dá)顆粒以被吸收并且允許顆粒輻射。熒光采集器的至少兩個不同的部分具有不同的吸收光譜。建筑構(gòu)件還包括構(gòu)造為用于接收從建筑構(gòu)件的熒光采集器輻射的光的太陽能轉(zhuǎn)換器。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，瓦包括熒光采集器，該熒光采集器包括基底和分散在基底內(nèi)以吸收來自多個方向的光并且輻射吸收的光的顆粒。熒光采集器具有相對的表面和在相對表面之間的連接表面，并且顆粒包括染料、量子點、或它們的組合。瓦還包括構(gòu)造為用于接收從瓦的熒光采集器輻射的光的太陽能轉(zhuǎn)換器。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，窗玻璃包括熒光采集器，該熒光采集器包括基底和分散在基底內(nèi)以吸收來自多個方向的光并且輻射吸收的光的顆粒。熒光采集器具有相對的表面和至少一個在相對表面之間的連接表面，并且顆粒包括染料、量子點、或它們的組合。窗玻璃還包括構(gòu)造為用于接收從窗玻璃的熒光采集器輻射的光的太陽能轉(zhuǎn)換器。


當(dāng)參考附圖閱讀接下來的詳細(xì)描述時，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點將得到更好的理解，在全部附圖中，相同的字符表示相同的部件，其中圖1為來自不同方向的光接觸基底的透視圖。
圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的建筑構(gòu)件的透視圖。
圖3為根據(jù)本發(fā)明的不同實施例的建筑構(gòu)件的頂視圖。
圖4為根據(jù)圖2所示實施例的建筑構(gòu)件內(nèi)的顆粒的截面?zhèn)纫晥D。
圖5為根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的建筑構(gòu)件基底構(gòu)造的截面?zhèn)纫晥D。
圖6為根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的建筑構(gòu)件顆粒構(gòu)造的截面?zhèn)纫晥D。
圖7為根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的建筑構(gòu)件形狀的透視圖。
圖8為根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的重疊的建筑構(gòu)件布置的截面?zhèn)纫晥D。
具體實施例方式
圖1為來自不同方向(漫射的和/或直射的)的光12接觸基底10的透視圖。
圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的建筑構(gòu)件的透視圖。圖3為根據(jù)圖2所示實施例或本發(fā)明的不同的其它實施例的建筑構(gòu)件的頂視圖，及圖4為根據(jù)圖2所示實施例的建筑構(gòu)件(包括用于轉(zhuǎn)換器安裝的一個可能的替代)內(nèi)的顆粒的截面?zhèn)纫晥D。
在本發(fā)明的一個實施例中，建筑構(gòu)件14(圖4)包括熒光采集器16。熒光采集器16包括基底10和分散在基底10內(nèi)以吸收來自多個方向的光12的顆粒30。吸收的光通常以斯托克司頻移(向較高波長的頻移)放射。熒光采集器16具有相對的表面18和20和在相對表面之間的連接表面(意味著至少一個連接表面，一個示例為邊緣24)。如這里使用的“相對的表面”意味著一般地面向彼此的表面，并且這樣的表面可以是平行的但不是必需如此?；?0和顆粒30的組合充分透明，以允許光到達(dá)顆粒30以被吸收并且允許吸收的光從顆粒30輻射到至少一個表面上。可選擇的反射面(諸如涂層)26通常在連接表面的至少一部分上，并且安裝太陽能轉(zhuǎn)換器32(意味著至少一個轉(zhuǎn)換器，例如，諸如光電或熱轉(zhuǎn)換器)以接收從建筑構(gòu)件的熒光采集器的非反射的部分(意味著至少一個)輻射的光。在更特定的方面中，熒光采集器16的至少兩個不同的部分具有不同的吸收光譜。在另一個更特定的方面中，建筑構(gòu)件14包括瓦、窗玻璃或建筑立面構(gòu)件。
基底10可以包括任何形狀(幾何體積)和任何材料，其可以在不破壞選定的顆粒30的情況下形成。在一個示例中，基底10包括塑料。在更特定的示例中，基底10包括聚碳酸酯，諸如可以從GeneralElectric公司購買到的LEXAN聚碳酸酯。其它可能的材料包括例如諸如低制造溫度的玻璃和陶瓷之類的材料。其它非限制性的示例包括聚甲基丙烯酸甲酯和聚苯乙烯以及上述示例中的任何的組合。如接下來更加詳細(xì)地描述的，基底材料、顆粒材料或基底和顆粒材料的組合可以優(yōu)化以提供預(yù)先選定的光吸收特性、顏色外觀、遮蔽、或它們的組合。具有不同吸收光譜的熒光采集器的不同部分的示例實施例也在下面提供。
通?；?0包括多個連接表面(諸如邊緣24，124，224，424)，然而本發(fā)明也適用于具有一個連續(xù)的連接表面的圓形或彎曲形周界的基底。當(dāng)在連接或相對表面上包括反射面時，這樣的反射面通常通過施加足夠堅固以承受雨和其它環(huán)境因素的銀涂層形成。然而，“反射面”企圖包含具有能夠反射的性質(zhì)的任何表面。在底部相對表面20包括反射面28(圖4)的實施例中，效率得到改進(jìn)。如在這里使用的，“底部”不企圖限定特定的物理朝向，而是企圖指的是設(shè)計為定位得離輻射源最遠(yuǎn)的相對表面。這樣的實施例對于瓦和建筑立面構(gòu)件比對于窗玻璃(其中需要更好的光透射)更加實用。
如上所述，太陽能轉(zhuǎn)換器32安裝在建筑構(gòu)件的熒光采集器的非反射的部分。通常，轉(zhuǎn)換器自身可以安裝在非反射的連接表面424上，但是這不是必需的，如可以通過圖8和接下來的描述了解的?？梢允褂谜澈蟿?沒有示出)來將轉(zhuǎn)換器接附到基底。這樣的粘合劑選擇為使得基本不妨礙基底和轉(zhuǎn)換器的光學(xué)性質(zhì)。示例材料包括諸如環(huán)氧樹脂、凝膠、液體、雙面膠帶和化學(xué)制品/溶劑組合之類的材料。
圖2和4的實施例示出了定位在有角度的連接表面424上的太陽能轉(zhuǎn)換器32。這樣的角度不是必需的，但是如果需要，可以提供更多用于太陽能轉(zhuǎn)換器電池安裝的表面區(qū)域。另外，如果需要，多個轉(zhuǎn)換器123和232(圖3)可以定位在單一的連接表面或者多個連接表面(在光沒有被引導(dǎo)到單一區(qū)域的實施例中)上。
在熒光采集器14中，顆粒30吸收來自多個方向的陽光(輻射能)并且以限定的空間特性(諸如，例如球形或錐形)放射吸收的光。由于在各種各樣的或全部方向放射和在采集器表面上的全反射效應(yīng)，光被朝向基底的連接表面聚集。此效應(yīng)已知為光導(dǎo)管/邊緣發(fā)光效應(yīng)。例如，在表面的三個包括反射面的四個連接表面實施例中，總輻射功率的大約15％-60％可以到達(dá)由一個或多個轉(zhuǎn)換器覆蓋的第四連接表面。對于光電池(PV)作為轉(zhuǎn)換器，建議的模塊轉(zhuǎn)換大約四分之一的照射功率，并且這樣的電池僅需要照射表面區(qū)域的很小的部分(大約1/30)。凈效應(yīng)為聚集光以成倍增加自然照射。從而，產(chǎn)生每瓦特功率需要的PV電池區(qū)域根據(jù)“陽光數(shù)量”減小，導(dǎo)致相當(dāng)大的材料成本減小，并且因此導(dǎo)致對應(yīng)的總系統(tǒng)成本減小，且預(yù)計的能量成本節(jié)約大約20-40％。
圖5為根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的建筑構(gòu)件基底構(gòu)造的截面?zhèn)纫晥D。圖5示出了光譜選擇涂層36在兩個相對表面118的其中一個上。光譜涂層可用于過濾任何不需要的光、得到更好的輻照度適應(yīng)(例如，熱鏡)、或它們的組合。例如，在基底110包括聚碳酸酯的實施例中，其可用于過濾紫外光線。涂層還可以用于保護(hù)下面的基底不受雨和其它環(huán)境效應(yīng)影響。
如上所述，在一個實施例中，基底提供建筑構(gòu)件的預(yù)先選定的光吸收特性、建筑構(gòu)件的預(yù)先選定的顏色外觀、或它們的組合。在此實施例的附加的或替代的方面中，基底110包括多個層110、210、310，這些層中的至少一個具有與這些層中的至少另一個不同的吸收光譜。此方面的好處為層可以分別優(yōu)化，以覆蓋太陽光譜的不同波長間隔內(nèi)的吸收和放射。
圖6為根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的建筑構(gòu)件顆粒構(gòu)造的截面?zhèn)纫晥D。通常顆粒包括染料、量子點、或它們的組合。多數(shù)染料對于除了它們吸收的波長以外的全部波長是透明的。放射通常在與吸收不同的波長(斯托克司頻移)。通常有機(jī)物分子可以承受達(dá)到大約500攝氏度的溫度。量子點通常為變成被激發(fā)的并且放射光的無機(jī)物材料。與染料相比，量子點有利地具有較窄的吸收和放射帶寬，但是通常成本較高。
在更特定的實施例中，為了提供(單獨的或者與多層實施例結(jié)合)不同的吸收光譜，在基底210內(nèi)的顆粒包括至少兩種類型的不同顆粒130和230，使得至少一種類型的顆粒具有與至少另一種類型的顆粒不同的吸收光譜。在另一個更特定的情況中，熒光采集器16具有帶有寬吸收光譜(例如，諸如大于100納米)的一種類型的熒光顆粒。
在附加的或替代的方面中，顆粒提供建筑構(gòu)件的預(yù)先選定的顏色外觀、建筑構(gòu)件的預(yù)先選定的光吸收特性、預(yù)先選定的遮蔽特性、或它們的組合。當(dāng)顆粒包括染料，通常為熒光染料時，其自身導(dǎo)致該效應(yīng)，但是如果需要可以添加附加的染料或其它材料。
在圖5和6所示實施例中，更多的層和染料導(dǎo)致光轉(zhuǎn)化增加，可能導(dǎo)致相關(guān)的制造成本和設(shè)計復(fù)雜性增加。
圖7為根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的建筑構(gòu)件基底形狀的透視圖。建筑構(gòu)件不需要是平面的。例如，在圖7所示實施例中，基底包括異型基底410，諸如那些在歐洲通常用在瓦上的。
圖8為根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的瓦布置的截面?zhèn)纫晥D。如上所述，本發(fā)明不限于太陽能轉(zhuǎn)換器安裝在連接表面上的實施例。在圖8所示實施例中，轉(zhuǎn)換器232安裝在熒光采集器的相對表面218中的一個上。在此實施例中，有角度的反射鏡38用于將輻射的光引導(dǎo)到太陽能轉(zhuǎn)換器。例如，有角度的反射鏡可以定位在基底內(nèi)或者在基底的有角度的連接表面22上。
另外，圖8示出了建筑構(gòu)件還包括采集器定位在其上的附加的基底40的實施例。例如，可選擇的附加的基底可以用于提供結(jié)構(gòu)支撐件或形成需要的顏色或遮蔽。
圖8還用于示出“隱藏的”太陽能轉(zhuǎn)換器。隱藏意味著包含選擇為當(dāng)建筑構(gòu)件定位在其預(yù)期的環(huán)境中時方便被覆蓋的位置。例如，在圖8中，太陽能轉(zhuǎn)換器232被相鄰的建筑構(gòu)件覆蓋。
另外，雖然圖8示出的兩個建筑構(gòu)件每個具有集成的轉(zhuǎn)換器(物理地安裝在熒光采集器上)，這樣的安裝不是必需的。另外，在需要較少功率的實施例中(與包括光采集能力的每個構(gòu)件可以提供的相比)但是，為了美觀性，需要均勻的外觀，一些建筑構(gòu)件可以包括太陽能轉(zhuǎn)換器而另一些可以不包括。
在特定的瓦實施例中，其不限于圖8或更早的圖1-7中的任何一個所示的實施例，瓦14包括熒光采集器16，該熒光采集器16包括基底10和分散在基底10內(nèi)以吸收來自多個方向的光12并且輻射吸收的光的顆粒30，熒光采集器具有兩個相對的表面18、20和在相對表面之間的連接表面24，其中顆粒包括染料、量子點、或它們的組合。通常反射面26在連接表面的至少一部分上，并且太陽能轉(zhuǎn)換器32(意味著至少一個)靠近瓦的熒光采集器的非反射的部分(意味著至少一個)安裝。這樣的瓦可以用釘子接附，或者，如在歐洲通常使用的，通過懸掛在籠上并且讓重量將它們保持在適當(dāng)?shù)奈恢谩Ｉ鲜鰧τ诮ㄖ?gòu)件的示例和實施例中的每個一般地也適用于瓦實施例。
因此，本發(fā)明的實施例可以提供瓦構(gòu)件，其形狀和外觀與瓦片類似并且因此可以用于提供通常的瓦外觀。在更特定的實施例中，在不損害瓦片結(jié)構(gòu)屋頂?shù)囊曈X外觀的情況下，某個數(shù)量的這些瓦構(gòu)件可以替代屋頂?shù)囊徊糠植⑶耶a(chǎn)生電能。
在特定的窗玻璃實施例中，窗玻璃包括熒光采集器16，該熒光采集器16包括基底10和分散在基底10內(nèi)以吸收來自多個方向的光12并且輻射吸收的光的顆粒30，熒光采集器具有兩個相對的表面18和20和在相對表面之間的連接表面。通常反射面26存在于連接表面的至少一部分上，并且太陽能轉(zhuǎn)換器32(意味著至少一個)安裝在窗玻璃的非反射的部分(意味著至少一個)。上述對于建筑構(gòu)件的示例和實施例中的每個一般同樣適用于窗玻璃實施例，其中可選擇的遮蔽是特別有利的。
對于建筑立面實施例，這樣的實施例可以類似于鋁、乙烯樹脂、或木壁板類型的實施例。一個示例為懸伸的壁板構(gòu)件，其可以類似圖8所示建筑構(gòu)件。這樣的壁板構(gòu)件的長度可以取決于物理實用性和視覺性能的優(yōu)化設(shè)計，以引導(dǎo)有用的量的光到達(dá)太陽能轉(zhuǎn)換器。光采集例如可以通過在要被作為建筑立面安裝的同一個基底上定位多個熒光采集器來增強(qiáng)。
前述本發(fā)明的實施例具有許多優(yōu)點，包括提供具有集成的基于熒光的光采集，以便將輻射能傳導(dǎo)到太陽能轉(zhuǎn)換器以用于產(chǎn)生電或熱的建筑構(gòu)件，使得不再需要在現(xiàn)有的建筑構(gòu)件的頂上安裝光電(PV)或熱采集器。
雖然這里僅示出和描述了本發(fā)明的某些特征，本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員可以想到許多修改和改變。因此，需要理解后附的權(quán)利要求書企圖覆蓋屬于本發(fā)明的真正精神的所有這樣的修改和改變。
部件列表10，110，210，410 基底12 光14 建筑構(gòu)件16 熒光采集器18，118，218 相對表面20 相對表面22 連接表面24，124，224，324，424 連接表面26，126，226 反射面28 反射面30，130，230 顆粒32 太陽能轉(zhuǎn)換器36 光譜選擇涂層38 有角度的反射鏡40 附加的基底
權(quán)利要求
1.一種建筑構(gòu)件(14)，其包括熒光采集器(16)，其包括基底(10)，及分散在基底內(nèi)以吸收來自多個方向的光(12)并且放射吸收的光的顆粒(30)，顆粒包括染料、量子點、或它們的組合，熒光采集器具有相對的表面(18，20)和在相對表面之間的連接表面(24)，其中，基底和顆粒的組合充分透明，以允許光到達(dá)顆粒以被吸收并且允許顆粒輻射，其中，熒光采集器的至少兩個不同的部分具有不同的吸收光譜；及太陽能轉(zhuǎn)換器(32)，其構(gòu)造為接收從建筑構(gòu)件的熒光采集器輻射的光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑構(gòu)件，其中，顆粒包括至少兩種類型的不同顆粒(130，230)，至少一種類型的顆粒具有與至少另一種類型的顆粒不同的吸收光譜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑構(gòu)件，其中，顆粒或基底或它們的組合提供建筑構(gòu)件的顏色的預(yù)先選定外觀、建筑構(gòu)件的預(yù)先選定的光吸收特性、建筑構(gòu)件的預(yù)先選定的遮蔽特性、或它們的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑構(gòu)件，其中，基底從包括聚碳酸酯、玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、陶瓷和它們的組合的組中選擇。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑構(gòu)件，其中，基底包括多個層(112，210，310)，該層的至少一個具有與該層的至少另一個不同的吸收光譜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑構(gòu)件，其中，相對表面和連接表面中的至少一個的至少一部分包括反射面(26)，并且其中連接表面包括多個連接表面(124，224，324，424)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的建筑構(gòu)件，其中，熒光采集器的非反射的部分在一個連接表面(424)上，并且其中反射面存在于其它連接表面的至少一個上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑構(gòu)件，其中，建筑構(gòu)件包括瓦或窗玻璃，并且其中太陽能轉(zhuǎn)換器包括隱藏的轉(zhuǎn)換器。
9.一種瓦(14)，其包括熒光采集器(16)，其包括基底(10)和分散在基底(10)內(nèi)以吸收來自多個方向的光(12)并且放射吸收的光的顆粒(30)，熒光采集器具有相對的表面(18，20)和在相對表面之間的多個連接表面(24)，其中顆粒包括染料、量子點、或它們的組合；太陽能轉(zhuǎn)換器(32)，其構(gòu)造為接收從瓦的熒光采集器輻射的光，其中，相對表面和連接表面中的至少一個的至少一部分包括反射面(26)，其中，相對表面之一包括底部相對表面，并且其中底部相對表面包括反射面。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的瓦，其中，太陽能轉(zhuǎn)換器包括隱藏的轉(zhuǎn)換器。
全文摘要
建筑構(gòu)件(14)，諸如瓦、窗玻璃或建筑立面構(gòu)件，包括熒光采集器(16)，該熒光采集器(16)包括基底(10)和分散在基底內(nèi)以吸收來自多個方向的光(12)并且輻射吸收的光的顆粒(30)。熒光采集器具有相對的表面(18，20)和在相對表面之間的連接表面(24)。太陽能轉(zhuǎn)換器(32)構(gòu)造為接收從熒光采集器輻射的光。
文檔編號E04D1/00GK1782299SQ20051012516
公開日2006年6月7日 申請日期2005年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月19日
發(fā)明者H·-J·G·W·克羅科斯津斯, J·H·斯特羅姆伯格基, O·G·邁爾 申請人:通用電氣公司