包括太阳能转换器的建筑构件.pdf

建筑构件(14)，诸如瓦、窗玻璃或建筑立面构件，包括荧光采集器(16)，该荧光采集器(16)包括基底(10)和分散在基底内以吸收来自多个方向的光(12)并且辐射吸收的光的颗粒(30)。荧光采集器具有相对的表面(18，20)和在相对表面之间的连接表面(24)。太阳能转换器(32)构造为接收从荧光采集器辐射的光。

1.  一种建筑构件(14)，其包括：
荧光采集器(16)，其包括
基底(10)，及
分散在基底内以吸收来自多个方向的光(12)并且放射吸收的光的颗粒(30)，颗粒包括染料、量子点、或它们的组合，
荧光采集器具有相对的表面(18，20)和在相对表面之间的连接表面(24)，
其中，基底和颗粒的组合充分透明，以允许光到达颗粒以被吸收并且允许颗粒辐射，
其中，荧光采集器的至少两个不同的部分具有不同的吸收光谱；及
太阳能转换器(32)，其构造为接收从建筑构件的荧光采集器辐射的光。

2.  根据权利要求1所述的建筑构件，其中，颗粒包括至少两种类型的不同颗粒(130，230)，至少一种类型的颗粒具有与至少另一种类型的颗粒不同的吸收光谱。

3.  根据权利要求1所述的建筑构件，其中，颗粒或基底或它们的组合提供建筑构件的颜色的预先选定外观、建筑构件的预先选定的光吸收特性、建筑构件的预先选定的遮蔽特性、或它们的组合。

4.  根据权利要求1所述的建筑构件，其中，基底从包括聚碳酸酯、玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、陶瓷和它们的组合的组中选择。

5.  根据权利要求1所述的建筑构件，其中，基底包括多个层(112，210，310)，该层的至少一个具有与该层的至少另一个不同的吸收光谱。

6.  根据权利要求1所述的建筑构件，其中，相对表面和连接表面中的至少一个的至少一部分包括反射面(26)，并且其中连接表面包括多个连接表面(124，224，324，424)。

7.  根据权利要求6所述的建筑构件，其中，荧光采集器的非反射的部分在一个连接表面(424)上，并且其中反射面存在于其它连接表面的至少一个上。

8.  根据权利要求1所述的建筑构件，其中，建筑构件包括瓦或窗玻璃，并且其中太阳能转换器包括隐藏的转换器。

9.  一种瓦(14)，其包括：
荧光采集器(16)，其包括基底(10)和分散在基底(10)内以吸收来自多个方向的光(12)并且放射吸收的光的颗粒(30)，荧光采集器具有相对的表面(18，20)和在相对表面之间的多个连接表面(24)，其中颗粒包括染料、量子点、或它们的组合；
太阳能转换器(32)，其构造为接收从瓦的荧光采集器辐射的光，
其中，相对表面和连接表面中的至少一个的至少一部分包括反射面(26)，
其中，相对表面之一包括底部相对表面，并且其中底部相对表面包括反射面。

10.  根据权利要求9所述的瓦，其中，太阳能转换器包括隐藏的转换器。

包括太阳能转换器的建筑构件
技术领域
本发明一般地涉及建筑构件，诸如瓦、窗玻璃和建筑立面，并且更特定地涉及其中包括太阳能转换器的建筑构件。
背景技术
太阳能转换器，诸如光电或热转换器，通常具有高材料成本、高安装成本并且从而具有高能量成本(每kWh成本)。一种减小材料成本的方法为通过复杂的光学表面结构，诸如通过菲涅耳透镜，将太阳能照射聚集(聚焦光)到能量转换器上。这样的方法难以实现，并且难以进入可再生能源市场。
发明内容
简要地，根据本发明的一个实施例，建筑构件包括荧光采集器，该荧光采集器包括基底和分散在基底内以吸收来自多个方向的光并且辐射吸收的光的颗粒。荧光采集器具有相对的表面和在相对表面之间的连接表面。基底和颗粒的组合充分透明，以允许光到达颗粒以被吸收并且允许颗粒辐射。荧光采集器的至少两个不同的部分具有不同的吸收光谱。建筑构件还包括构造为用于接收从建筑构件的荧光采集器辐射的光的太阳能转换器。
根据本发明的另一个实施例，瓦包括荧光采集器，该荧光采集器包括基底和分散在基底内以吸收来自多个方向的光并且辐射吸收的光的颗粒。荧光采集器具有相对的表面和在相对表面之间的连接表面，并且颗粒包括染料、量子点、或它们的组合。瓦还包括构造为用于接收从瓦的荧光采集器辐射的光的太阳能转换器。
根据本发明的另一个实施例，窗玻璃包括荧光采集器，该荧光采集器包括基底和分散在基底内以吸收来自多个方向的光并且辐射吸收的光的颗粒。荧光采集器具有相对的表面和至少一个在相对表面之间的连接表面，并且颗粒包括染料、量子点、或它们的组合。窗玻璃还包括构造为用于接收从窗玻璃的荧光采集器辐射的光的太阳能转换器。
附图说明
当参考附图阅读接下来的详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将得到更好的理解，在全部附图中，相同的字符表示相同的部件，其中：
图1为来自不同方向的光接触基底的透视图。
图2为根据本发明的一个实施例的建筑构件的透视图。
图3为根据本发明的不同实施例的建筑构件的顶视图。
图4为根据图2所示实施例的建筑构件内的颗粒的截面侧视图。
图5为根据本发明的另一个实施例的建筑构件基底构造的截面侧视图。
图6为根据本发明的另一个实施例的建筑构件颗粒构造的截面侧视图。
图7为根据本发明的另一个实施例的建筑构件形状的透视图。
图8为根据本发明的另一个实施例的重叠的建筑构件布置的截面侧视图。
具体实施方式
图1为来自不同方向(漫射的和/或直射的)的光12接触基底10的透视图。
图2为根据本发明地一个实施例的建筑构件的透视图。图3为根据图2所示实施例或本发明的不同的其它实施例的建筑构件的顶视图，及图4为根据图2所示实施例的建筑构件(包括用于转换器安装的一个可能的替代)内的颗粒的截面侧视图。
在本发明的一个实施例中，建筑构件14(图4)包括荧光采集器16。荧光采集器16包括基底10和分散在基底10内以吸收来自多个方向的光12的颗粒30。吸收的光通常以斯托克司频移(向较高波长的频移)放射。荧光采集器16具有相对的表面18和20和在相对表面之间的连接表面(意味着至少一个连接表面，一个示例为边缘24)。如这里使用的“相对的表面”意味着一般地面向彼此的表面，并且这样的表面可以是平行的但不是必需如此。基底10和颗粒30的组合充分透明，以允许光到达颗粒30以被吸收并且允许吸收的光从颗粒30辐射到至少一个表面上。可选择的反射面(诸如涂层)26通常在连接表面的至少一部分上，并且安装太阳能转换器32(意味着至少一个转换器，例如，诸如光电或热转换器)以接收从建筑构件的荧光采集器的非反射的部分(意味着至少一个)辐射的光。在更特定的方面中，荧光采集器16的至少两个不同的部分具有不同的吸收光谱。在另一个更特定的方面中，建筑构件14包括瓦、窗玻璃或建筑立面构件。
基底10可以包括任何形状(几何体积)和任何材料，其可以在不破坏选定的颗粒30的情况下形成。在一个示例中，基底10包括塑料。在更特定的示例中，基底10包括聚碳酸酯，诸如可以从GeneralElectric公司购买到的LEXAN^聚碳酸酯。其它可能的材料包括例如诸如低制造温度的玻璃和陶瓷之类的材料。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组合。如接下来更加详细地描述的，基底材料、颗粒材料或基底和颗粒材料的组合可以优化以提供预先选定的光吸收特性、颜色外观、遮蔽、或它们的组合。具有不同吸收光谱的荧光采集器的不同部分的示例实施例也在下面提供。
通常基底10包括多个连接表面(诸如边缘24，124，224，424)，然而本发明也适用于具有一个连续的连接表面的圆形或弯曲形周界的基底。当在连接或相对表面上包括反射面时，这样的反射面通常通过施加足够坚固以承受雨和其它环境因素的银涂层形成。然而，“反射面”企图包含具有能够反射的性质的任何表面。在底部相对表面20包括反射面28(图4)的实施例中，效率得到改进。如在这里使用的，“底部”不企图限定特定的物理朝向，而是企图指的是设计为定位得离辐射源最远的相对表面。这样的实施例对于瓦和建筑立面构件比对于窗玻璃(其中需要更好的光透射)更加实用。
如上所述，太阳能转换器32安装在建筑构件的荧光采集器的非反射的部分。通常，转换器自身可以安装在非反射的连接表面424上，但是这不是必需的，如可以通过图8和接下来的描述了解的。可以使用粘合剂(没有示出)来将转换器接附到基底。这样的粘合剂选择为使得基本不妨碍基底和转换器的光学性质。示例材料包括诸如环氧树脂、凝胶、液体、双面胶带和化学制品/溶剂组合之类的材料。
图2和4的实施例示出了定位在有角度的连接表面424上的太阳能转换器32。这样的角度不是必需的，但是如果需要，可以提供更多用于太阳能转换器电池安装的表面区域。另外，如果需要，多个转换器123和232(图3)可以定位在单一的连接表面或者多个连接表面(在光没有被引导到单一区域的实施例中)上。
在荧光采集器14中，颗粒30吸收来自多个方向的阳光(辐射能)并且以限定的空间特性(诸如，例如球形或锥形)放射吸收的光。由于在各种各样的或全部方向放射和在采集器表面上的全反射效应，光被朝向基底的连接表面聚集。此效应已知为光导管/边缘发光效应。例如，在表面的三个包括反射面的四个连接表面实施例中，总辐射功率的大约15％-60％可以到达由一个或多个转换器覆盖的第四连接表面。对于光电池(PV)作为转换器，建议的模块转换大约四分之一的照射功率，并且这样的电池仅需要照射表面区域的很小的部分(大约1/30)。净效应为聚集光以成倍增加自然照射。从而，产生每瓦特功率需要的PV电池区域根据“阳光数量”减小，导致相当大的材料成本减小，并且因此导致对应的总系统成本减小，且预计的能量成本节约大约20-40％。
图5为根据本发明的另一个实施例的建筑构件基底构造的截面侧视图。图5示出了光谱选择涂层36在两个相对表面118的其中一个上。光谱涂层可用于过滤任何不需要的光、得到更好的辐照度适应(例如，热镜)、或它们的组合。例如，在基底110包括聚碳酸酯的实施例中，其可用于过滤紫外光线。涂层还可以用于保护下面的基底不受雨和其它环境效应影响。
如上所述，在一个实施例中，基底提供建筑构件的预先选定的光吸收特性、建筑构件的预先选定的颜色外观、或它们的组合。在此实施例的附加的或替代的方面中，基底110包括多个层110、210、310，这些层中的至少一个具有与这些层中的至少另一个不同的吸收光谱。此方面的好处为层可以分别优化，以覆盖太阳光谱的不同波长间隔内的吸收和放射。
图6为根据本发明的另一个实施例的建筑构件颗粒构造的截面侧视图。通常颗粒包括染料、量子点、或它们的组合。多数染料对于除了它们吸收的波长以外的全部波长是透明的。放射通常在与吸收不同的波长(斯托克司频移)。通常有机物分子可以承受达到大约500摄氏度的温度。量子点通常为变成被激发的并且放射光的无机物材料。与染料相比，量子点有利地具有较窄的吸收和放射带宽，但是通常成本较高。
在更特定的实施例中，为了提供(单独的或者与多层实施例结合)不同的吸收光谱，在基底210内的颗粒包括至少两种类型的不同颗粒130和230，使得至少一种类型的颗粒具有与至少另一种类型的颗粒不同的吸收光谱。在另一个更特定的情况中，荧光采集器16具有带有宽吸收光谱(例如，诸如大于100纳米)的一种类型的荧光颗粒。
在附加的或替代的方面中，颗粒提供建筑构件的预先选定的颜色外观、建筑构件的预先选定的光吸收特性、预先选定的遮蔽特性、或它们的组合。当颗粒包括染料，通常为荧光染料时，其自身导致该效应，但是如果需要可以添加附加的染料或其它材料。
在图5和6所示实施例中，更多的层和染料导致光转化增加，可能导致相关的制造成本和设计复杂性增加。
图7为根据本发明的另一个实施例的建筑构件基底形状的透视图。建筑构件不需要是平面的。例如，在图7所示实施例中，基底包括异型基底410，诸如那些在欧洲通常用在瓦上的。
图8为根据本发明的另一个实施例的瓦布置的截面侧视图。如上所述，本发明不限于太阳能转换器安装在连接表面上的实施例。在图8所示实施例中，转换器232安装在荧光采集器的相对表面218中的一个上。在此实施例中，有角度的反射镜38用于将辐射的光引导到太阳能转换器。例如，有角度的反射镜可以定位在基底内或者在基底的有角度的连接表面22上。
另外，图8示出了建筑构件还包括采集器定位在其上的附加的基底40的实施例。例如，可选择的附加的基底可以用于提供结构支撑件或形成需要的颜色或遮蔽。
图8还用于示出“隐藏的”太阳能转换器。隐藏意味着包含选择为当建筑构件定位在其预期的环境中时方便被覆盖的位置。例如，在图8中，太阳能转换器232被相邻的建筑构件覆盖。
另外，虽然图8示出的两个建筑构件每个具有集成的转换器(物理地安装在荧光采集器上)，这样的安装不是必需的。另外，在需要较少功率的实施例中(与包括光采集能力的每个构件可以提供的相比)但是，为了美观性，需要均匀的外观，一些建筑构件可以包括太阳能转换器而另一些可以不包括。
在特定的瓦实施例中，其不限于图8或更早的图1-7中的任何一个所示的实施例，瓦14包括荧光采集器16，该荧光采集器16包括基底10和分散在基底10内以吸收来自多个方向的光12并且辐射吸收的光的颗粒30，荧光采集器具有两个相对的表面18、20和在相对表面之间的连接表面24，其中颗粒包括染料、量子点、或它们的组合。通常反射面26在连接表面的至少一部分上，并且太阳能转换器32(意味着至少一个)靠近瓦的荧光采集器的非反射的部分(意味着至少一个)安装。这样的瓦可以用钉子接附，或者，如在欧洲通常使用的，通过悬挂在笼上并且让重量将它们保持在适当的位置。上述对于建筑构件的示例和实施例中的每个一般地也适用于瓦实施例。
因此，本发明的实施例可以提供瓦构件，其形状和外观与瓦片类似并且因此可以用于提供通常的瓦外观。在更特定的实施例中，在不损害瓦片结构屋顶的视觉外观的情况下，某个数量的这些瓦构件可以替代屋顶的一部分并且产生电能。
在特定的窗玻璃实施例中，窗玻璃包括荧光采集器16，该荧光采集器16包括基底10和分散在基底10内以吸收来自多个方向的光12并且辐射吸收的光的颗粒30，荧光采集器具有两个相对的表面18和20和在相对表面之间的连接表面。通常反射面26存在于连接表面的至少一部分上，并且太阳能转换器32(意味着至少一个)安装在窗玻璃的非反射的部分(意味着至少一个)。上述对于建筑构件的示例和实施例中的每个一般同样适用于窗玻璃实施例，其中可选择的遮蔽是特别有利的。
对于建筑立面实施例，这样的实施例可以类似于铝、乙烯树脂、或木壁板类型的实施例。一个示例为悬伸的壁板构件，其可以类似图8所示建筑构件。这样的壁板构件的长度可以取决于物理实用性和视觉性能的优化设计，以引导有用的量的光到达太阳能转换器。光采集例如可以通过在要被作为建筑立面安装的同一个基底上定位多个荧光采集器来增强。
前述本发明的实施例具有许多优点，包括提供具有集成的基于荧光的光采集，以便将辐射能传导到太阳能转换器以用于产生电或热的建筑构件，使得不再需要在现有的建筑构件的顶上安装光电(PV)或热采集器。
虽然这里仅示出和描述了本发明的某些特征，本领域中的普通技术人员可以想到许多修改和改变。因此，需要理解后附的权利要求书企图覆盖属于本发明的真正精神的所有这样的修改和改变。
部件列表：
10，110，210，410 基底
12 光
14 建筑构件
16 荧光采集器
18，118，218 相对表面
20 相对表面
22 连接表面
24，124，224，324，424 连接表面
26，126，226 反射面
28 反射面
30，130，230 颗粒
32 太阳能转换器
36 光谱选择涂层
38 有角度的反射镜
40 附加的基底