三维光伏充电系统

本公开涉及光伏模块，并且更具体地，涉及一种改善用于为电力设备供电的光伏模块的功率密度的设备。

背景技术：

1、本部分提供与本公开相关的背景信息，该背景信息不一定是现有技术。本部分提供了本公开的总体概述，并且不是对其全部范围或其所有特征的全面公开。

2、在美国太阳能比以往更便宜、易获得和流行。美国能源部能量效率与可再生能源办公室报道了，自2008年以来，美国安装已经增长了35倍，目前估计达到62.5千兆瓦特(gw)。这是足以为相当于1200万个普通美国家庭供电。自2014的开始以来，太阳能光伏(solar photovoltaic，pv)面板的平均成本已经下降了接近50％。在包括加利福尼亚州、夏威夷州和明尼苏达州等多个州使用传统能源的情况下，太阳能发电现在在经济上是有竞争力的，在2020初期超过了煤发电。此外，太阳能工业是整个国家和世界(特别是发展中国家)经济增长的成熟孵化器(proven incubator)。

3、增加的太阳能部署为美国提供了无数的益处。在整个美国，太阳能的丰富性和潜力是惊人的：正如美国能源部宣布的那样，仅占全国总土地面积0.6％的pv面板可以为整个美国供应足够的电力。

4、尽管取得了令人瞩目的进展，但在太阳能变得像传统能源一样便宜并在全国发挥其全部潜力之前，仍存在大量工作。太阳能硬件成本急剧地下降，但是市场障碍和电网集成的挑战继续阻碍更大的运用。美国国家可再生能源实验室得出的结论是，非硬件太阳能“软成本”——诸如许可、融资、土地和客户获取——在太阳能总成本中所占比例越来越大，并且目前构成住宅系统成本的74％。仍然需要技术进步和创新的解决方案来提高效率、降低成本，使公用事业依靠太阳能作为基本负荷电力。

5、pv可以安装在屋顶上，对土地使用基本上没有影响。然而，在美国，小型建筑物上仅26％的屋顶总面积定向适用于pv部署，其一部分缺乏增加负荷的基本结构完整性。更高功率密度的太阳能模块将能够减少屋顶负荷。可部署的、高功率密度太阳能模块可以不安装在住宅屋顶上，而是安装在后院上、沿人行道等上，以完全避免屋顶安装成本，而不损害有价值的不动产。本教导提供了一种紧凑且高功率密度的太阳能模块设计，以解决这些未满足的需要。

6、三维(3d)太阳能模块，如标题为“电磁能量转换器”的共同转让的国际申请号pct/us2018/049880(通过引用并入本文)中所描述的，旨在改善太阳能模块的功率密度，并且因此降低太阳能的软成本。

7、与传统的平板太阳能面板不同，3d太阳能模块可以收集和转换来自各种方向的光，特别是从周围和/或相邻的光伏电池反射的光子，特别是在钝化发射器和后接触电池的情况下。更重要的是，3d太阳能模块可以垂直地收集光，从而在维持功率输出的情况下降低安装占用面积。因此，与传统的平板太阳能面板相比，3d太阳能模块具有更高的功率密度，该功率密度被定义为每安装占地面积的输出功率，单位为瓦/平方米。

8、根据本文提供的描述，其它应用领域将变得显而易见。本概述中的描述和具体实施例仅旨在用于说明的目的，而不旨在限制本公开的范围。

技术实现思路

技术特征：

1.一种三维光伏充电系统，所述三维光伏充电系统包括：

2.根据权利要求1所述的光伏充电系统，其中，所述多个离散且非共面的光伏层由以下材料制成，所述材料选自包括无机材料、有机材料或它们的组合的组。

3.根据权利要求1所述的光伏充电系统，其中，所述功率管理单元还包括功率储存单元。

4.根据权利要求1所述的光伏充电系统，其中，所述多个离散且非共面的光伏层至少部分是透明的。

5.根据权利要求1所述的光伏充电系统，其中，所述多个离散且非共面的光伏层至少部分地涂覆有以下材料，所述材料选自包括封装材料、绝缘材料、介电材料、透明材料、反射材料、抗反射材料、导电材料、色散材料、漫射材料、折射材料和棱镜材料的组。

6.根据权利要求1所述的光伏充电系统，其中，所述多个离散且非共面的光伏层中的至少一个层是可替换的。

7.根据权利要求1所述的光伏充电系统，其中，所述多个离散且非共面的光伏层至少部分地封装在模制介电板中。

8.根据权利要求1所述的光伏充电系统，其中，所述多个离散且非共面的光伏层的相邻层之间的距离至少部分地填充有以下材料，所述材料选自包括光反射材料、介电材料、电导体、热导体、透光材料、光吸收材料、聚光器、光漫射材料、凝胶、糊剂、液体、油、水、树脂、聚合物、热固型聚合物、光固型聚合物、热冷却剂、热吸收材料、热分散材料、气袋、发光材料、电致发光材料和光致发光材料的组。

9.根据权利要求1所述的光伏充电系统，其中，所述功率控制单元包括以下组件，所述组件选自包括物联网(iot)子系统、功率逆变器子系统、电流开关、断路器、功率变压器、有源和无源传感器、功率发射器、电插头、显示器、发光二极管和功率跟踪子系统的组。

10.根据权利要求1所述的光伏充电系统，其中，所述至少部分透明的壳体至少部分地封装在以下表面中，所述表面选自包括光反射材料、光色散材料、光吸收材料、导光材料和光漫射材料的组。

11.根据权利要求1所述的光伏充电系统，其中，所述支承基座选自包括安装杆、柱、混凝土地基、桩、锚固件、框架、安装支架、夹具、轨道、磁板、绳索、链、线、电缆、臂、腿、钩、桅杆、悬挂件、撑杆、安装紧固件、壁安装件和带的组。

12.一种三维光伏充电系统，所述三维光伏充电系统包括：

13.根据权利要求12所述的光伏充电系统，其中，所述功率管理单元还包括功率储存单元。

14.根据权利要求12所述的光伏充电系统，其中，所述锯齿状表面配置为响应于外部刺激而改变形状。

15.根据权利要求12所述的光伏充电系统，其中，所述至少部分透明的壳体是模制介电板。

16.一种光跟踪3d光伏充电系统，所述光跟踪3d光伏充电系统包括：

17.根据权利要求16所述的光跟踪3d光伏充电系统，其中，所述光伏单元的取向变化由所述功率控制单元中继。

18.根据权利要求16所述的光跟踪3d光伏充电系统，其中，所述光伏单元包括多个离散且非共面的光伏层，并且所述取向变化包括所述多个离散且非共面的光伏层中的两个相邻层之间的相对距离和相对角度中的至少一者的变化。

19.根据权利要求16所述的光跟踪3d光伏充电系统，其中，所述功率管理单元还包括功率储存单元。

20.根据权利要求16所述的光跟踪3d光伏充电系统，其中，所述光伏单元包括至少一个基板，所述基板具有至少部分地由光伏层覆盖的锯齿状表面，所述光伏层配置为将光转换为电流，所述锯齿状表面和所述光伏层具有以相对角度取向的会聚表面法线。

技术总结
一种紧凑型三维(3D)光伏充电系统，其包括封装在透明的壳体中的光伏单元、功率管理单元和支承基座。光伏单元具有以相对距离和相对取向定位的非共面光伏表面。与传统的平板太阳能面板相比，3D光伏充电系统可以竖直地收集光，因此放大被定义为每安装占地面积的功率输出的太阳能模块功率密度。还描述了一种光跟踪3D光伏充电系统，其具有封装在透明的壳体中的光伏单元、功率管理单元以及跟踪电磁辐射源的装置。光跟踪3D光伏充电系统跟踪移动光源，产生改善的光通量摄入，并且因此提高电功率输出。

技术研发人员：莫吉塔巴·阿卡万-塔夫提
受保护的技术使用者：密歇根大学董事会
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12