[发明专利]三维光伏充电系统

说明书

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。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年8月23日提交的美国专利申请号17/408,925的优先权，并且还要求于2020年8月24日提交的美国临时申请号63/069,261号的权益。上述申请的全部公开内容以引用方式并入本文。

技术领域

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

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。

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)。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

附图说明