用于作物生長(zhǎng)的發(fā)光的發(fā)電窗的制作方法
【專利摘要】提供一種溫室用的窗，它由發(fā)光材料[104]的薄板和光能轉(zhuǎn)換器[103]構(gòu)成。該薄板包括一個(gè)或多個(gè)發(fā)光材料[104]，所述發(fā)光材料[104]吸收太陽(yáng)的峰值波長(zhǎng)，將吸收的光子放出到主要在600和690nm之間的波長(zhǎng)，在那里光子被轉(zhuǎn)換至電能和/或提高作物產(chǎn)量。發(fā)光材料[104]也對(duì)作物生長(zhǎng)和開花所需的太陽(yáng)光譜的藍(lán)光部分和紅光部分中的波長(zhǎng)的一部分透明?？商砑宇~外的聚合物層作為發(fā)光層、漫射器和/或IR反射器以進(jìn)一步改善作物生長(zhǎng)和發(fā)電。
【專利說(shuō)明】用于作物生長(zhǎng)的發(fā)光的發(fā)電窗 發(fā)明領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明總地涉及發(fā)光太陽(yáng)能收集器以及與建筑一體化的光伏窗。

【背景技術(shù)】
[0002] 發(fā)光太陽(yáng)能收集器（LSC)有利于捕捉用于轉(zhuǎn)換至電能的太陽(yáng)能。LSC具有包含一 種熒光材料的薄板，該熒光材料吸收來(lái)自太陽(yáng)的太陽(yáng)能輻射，之后通過(guò)光致發(fā)光或熒光過(guò) 程發(fā)出光子至較長(zhǎng)波長(zhǎng)。通過(guò)該過(guò)程射出的光或光子被以波導(dǎo)的方式引導(dǎo)（經(jīng)由全內(nèi)反 射）至薄板下方，所述薄板耦合至將光轉(zhuǎn)換成電能的光伏電池或太陽(yáng)能電池。LSC的當(dāng)前方 法側(cè)重于最大化LSC的功率轉(zhuǎn)換效率而很少涉及將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用作為溫室和對(duì)作物生長(zhǎng) 是重要的相關(guān)結(jié)構(gòu)的建筑一體化的PV窗。
[0003] 調(diào)整光的光譜或顏色已知有益于某些作物機(jī)能，比如營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)、開花和結(jié)果。
[0004] 因此，業(yè)內(nèi)需要能產(chǎn)生電能并且對(duì)作物生長(zhǎng)無(wú)害的發(fā)光太陽(yáng)能收集器。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 在各實(shí)施例中，披露了發(fā)光太陽(yáng)能收集器，其具有針對(duì)作物生長(zhǎng)的吸收和光學(xué)設(shè) 計(jì)以及在對(duì)于在涉及具有LCS的窗下作物生長(zhǎng)的應(yīng)用（包括溫室、天井、日光浴室、天窗和 農(nóng)業(yè)覆蓋區(qū)）的發(fā)電。例如，發(fā)光薄板在光譜的藍(lán)/綠/紅部分的相對(duì)吸收被特別地確定 以不至劣化作物生長(zhǎng)。
[0006] 在一 75例性實(shí)施例中，發(fā)光太陽(yáng)能收集器具有發(fā)光薄板和光能轉(zhuǎn)換器。薄板可包 括或者是含有散布在其中的熒光材料的聚合物材料。熒光材料吸收在500和600nm之間的 太陽(yáng)光子的40 %以上，吸收在410和490nm之間的太陽(yáng)光子的70 %以下，并吸收在620和 680nm之間的太陽(yáng)光子的40%以下。在每個(gè)波段中吸收的這個(gè)比值是針對(duì)最佳光合作用和 作物生長(zhǎng)而選擇的。聚合物層被設(shè)計(jì)成將輻射光透射至光能轉(zhuǎn)換器，并且其中光能轉(zhuǎn)換器 光學(xué)地耦合至發(fā)光薄板。發(fā)光薄板可進(jìn)一步附連至額外的基于玻璃、丙烯酸或聚碳酸酯的 基板，以使得發(fā)出的光光學(xué)地耦合至基板。發(fā)光薄板的吸收通過(guò)發(fā)光染料和濃度的選擇受 到控制。在前面規(guī)定的波段內(nèi)吸收過(guò)多光的發(fā)光薄板將損害作物生長(zhǎng)。在前述波段內(nèi)吸收 過(guò)少的光的薄板將從發(fā)電中獲益很少。
[0007] 在其它實(shí)施例中，通過(guò)重量聚合物以熒光材料的重量百分比測(cè)得聚合物材料中的 熒光材料稀釋度，乘以以毫米測(cè)得的發(fā)光薄板的厚度，在〇. 005-0. 05之間以取得上面規(guī)定 的范圍內(nèi)的光學(xué)密度（吸收）。
[0008] 在其它實(shí)施例中，熒光材料被選擇為熒光染料、共軛聚合物或量子點(diǎn)，其中熒光染 料是基于二萘嵌苯、滌綸或若丹明，共軛聚合物是聚苯乙烯、聚乙烯或聚對(duì)苯撐乙烯，而量 子點(diǎn)由CdTe、CdS、CdSe、PbS、PbSe、GaAs、InN、InP、Si或Ge構(gòu)成，并且光能轉(zhuǎn)換器是由作 為有效吸收層的硅、砷化鎵、銅銦鎵硒化物或碲化鎘構(gòu)成的光生伏打式光能轉(zhuǎn)換器。
[0009] 在其它實(shí)施例中，光能轉(zhuǎn)換器（PV電池）的前有效面被并行地附連至發(fā)光薄板的 表面，并且后背面用附加的聚合物層包裹或附連至溫室的構(gòu)架。光轉(zhuǎn)換器的有效面積是在 發(fā)光薄板的有效面積的在5% -25%之間。
[0010] 在其它實(shí)施例中，IR發(fā)射材料的一個(gè)或多個(gè)附加薄板、漫射體和/或IR吸收器/ 反射器被添加以進(jìn)一步提高作物生長(zhǎng)效率同時(shí)降低冷卻成本。
[0011] 本公開的發(fā)光能量轉(zhuǎn)換溫室在本文中是針對(duì)示例性實(shí)施例描述的。其它人在閱讀 和理解本說(shuō)明書時(shí)將清楚知道許多修正和變化。旨在將示例性實(shí)施例解釋成包括所有這些 修正和變化，只要它們落在本發(fā)明或其等效物的范圍內(nèi)。本發(fā)明的示例性實(shí)施例可根據(jù)下 面聲明概括但不構(gòu)成任何限制。
[0012] 在一個(gè)例子中，本發(fā)明涉及一種發(fā)光的太陽(yáng)能收集器，其具有通過(guò)發(fā)光薄板和光 能轉(zhuǎn)換器針對(duì)作物生長(zhǎng)和電能產(chǎn)生而優(yōu)化過(guò)的吸收。發(fā)光薄板包括含其中散布了單個(gè)或 多個(gè)熒光材料的聚合物材料，其中熒光材料吸收并發(fā)射對(duì)作物生長(zhǎng)而言理想的光，對(duì)于500 和600nm之間的太陽(yáng)光子吸收50%以上，對(duì)410和490nm之間的太陽(yáng)光子吸收70%以下， 并對(duì)620和680nm之間的太陽(yáng)光子吸收50%以下，并且其中該聚合物層被設(shè)計(jì)成將輻射光 透射至光能轉(zhuǎn)換器。光能轉(zhuǎn)換器可光耦合至發(fā)光薄板。
[0013] 在另一例子中，人們可具有一種發(fā)光的太陽(yáng)能收集器，其中發(fā)光薄板也光連接至 在400和700nm之間大部分透明的基板。
[0014] 在又一例子中，人們可具有一種發(fā)光的太陽(yáng)能收集器，其其中聚合物材料由包含 聚（甲基丙烯酸烷基酯）、聚碳酸酯或衍生物或其組合的材料構(gòu)成。
[0015] 在又一例子中，人們可具有一種發(fā)光的太陽(yáng)能收集器，其中熒光材料發(fā)出至少 50 %的其波長(zhǎng)在600和690nm之間的輻射光子。
[0016] 在又一例子中，人們可具有一種發(fā)光的太陽(yáng)能收集器，其中在410nm和490nm之間 或620nm和680nm之間被吸收的太陽(yáng)能光子的百分比低于在500nm和600nm之間被吸收的 太陽(yáng)能光子的百分比，以使作物生長(zhǎng)達(dá)到最佳。
[0017] 在又一例子中，人們可具有一種發(fā)光的太陽(yáng)能收集器，其中熒光染料在聚合物材 料中以重量百分比測(cè)得的濃度，乘以以毫米測(cè)得的薄板的厚度，是在0. 005-0. 05之間。
[0018] 在又一例子中，人們可具有一種發(fā)光太陽(yáng)能收集器，其中光能轉(zhuǎn)換器的光敏面被 安裝成大致平行于發(fā)光薄板的平面。
[0019] 在又一例子中，人們可具有一種發(fā)光太陽(yáng)能收集器，其中光能轉(zhuǎn)換器的背表面被 安裝在支承框上。
[0020] 在又一例子中，人們可具有一種發(fā)光太陽(yáng)能收集器，其中光能轉(zhuǎn)換器的有效面積 比上發(fā)光薄板的有效面積的百分比為5%和35%之間。
[0021] 在又一例子中，人們可具有一種發(fā)光太陽(yáng)能收集器，其中光能轉(zhuǎn)換器是硅、砷化 鎵、銅銦鎵硒或碲化鎘的光伏式光能轉(zhuǎn)換器。
[0022] 在又一例子中，人們可具有一種發(fā)光太陽(yáng)能收集器，其中為起到保護(hù)作用，額外的 透明薄板被添加在光能轉(zhuǎn)換器后面。
[0023] 在又一例子中，人們可具有一種發(fā)光太陽(yáng)能收集器，其中添加第二發(fā)光薄板，該第 二發(fā)光薄板包含一種突光材料，該突光材料吸收620和680nm之間的太陽(yáng)光子的50%以下， 并且該發(fā)光薄板光耦合至光能轉(zhuǎn)換器。
[0024] 在又一例子中，人們可具有一種發(fā)光太陽(yáng)能收集器，其中發(fā)光薄板被紋理化，以使 透射的光被漫射。
[0025] 在再一例子中，人們可具有一種發(fā)光的太陽(yáng)能收集器，其中添加額外的單個(gè)或多 個(gè)非發(fā)光薄板，所述非發(fā)光薄板包含光漫射器、IR吸收器、IR反射器或其組合。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026] 通過(guò)結(jié)合附圖閱讀以下描述，將能理解本發(fā)明連同其目的和優(yōu)點(diǎn)，其中：
[0027] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明LSC架構(gòu)的代表例（a)和（b)的示例性實(shí)施例的簡(jiǎn)圖。玻 璃或塑料透明基板101。一個(gè)或多個(gè)粘合劑102。光能轉(zhuǎn)換器103 (例如光伏電池）。發(fā)光 薄板104。
[0028] 圖2示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的LSC架構(gòu)的代表例的簡(jiǎn)圖，其中PV電池被附 連至非透明的剛性框。一個(gè)或多個(gè)粘合劑202。光能轉(zhuǎn)換器203(例如光伏電池）。發(fā)光薄 板204。剛性框205。
[0029] 圖3示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例對(duì)于發(fā)電和作物生長(zhǎng)而言優(yōu)化過(guò)的典型熒光 染料（BASF Lumogen 305)的吸收和光致發(fā)光的簡(jiǎn)圖。兩條曲線是吸收率300和P.L. 301。
[0030] 圖4示出本發(fā)明對(duì)于西紅柿作物的光合作用數(shù)據(jù)的示例性實(shí)施例的簡(jiǎn)圖，其示出 發(fā)光染料濃度對(duì)光系統(tǒng)II (頂部）和電子傳輸率（底部）的消極影響，其中可見光譜上的 吸收率尚未針對(duì)作物生長(zhǎng)而予以優(yōu)化。這些濃度具有對(duì)于有效作物生長(zhǎng)在紅色和藍(lán)色中過(guò) 高的光吸收率。
[0031] 圖5是百分比吸收率相對(duì)于波長(zhǎng)的曲線圖，其示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例對(duì)于 Lumogen紅305的功率效率和作物生長(zhǎng)兩者均優(yōu)化的吸收率范圍。中間濃度250F代表期望 的吸收率。
[0032] 圖6是電流相對(duì)于電壓的簡(jiǎn)圖，其示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例對(duì)于針對(duì)作物生 長(zhǎng)優(yōu)化過(guò)的完全組裝的LSC窗的典型IV-曲線，其功率效率大約為4%。這兩條曲線是用于 裸電池600以及其電池間隔了 13cm的LSC 602。

【具體實(shí)施方式】
[0033] 設(shè)備結(jié)構(gòu)
[0034] 這里描述的LSC設(shè)備圖示出于圖1和圖2。發(fā)光薄板通過(guò)注塑、注射模制、吹塑薄 膜和相關(guān)方法制造，以使發(fā)光染料被直接嵌入到塑料薄板中，該塑料薄板一般由關(guān)聯(lián)于丙 烯酸塑料或聚碳酸酯的材料構(gòu)成。熒光材料也可是從溶劑溶液中沉積的，所述溶劑溶液包 含染料、塑料和通過(guò)基于印刷的過(guò)程的合適溶劑，所述基于印刷的過(guò)程包括凹版印刷、柔版 印刷、網(wǎng)眼印刷、狹槽涂覆或棒涂覆。發(fā)光材料一般被印刷或?qū)訅涸谕腹饣迳?，所述透?基板對(duì)于380至780nm之間作物的PAR(光敏響應(yīng)）光譜來(lái)說(shuō)是大部分透明的。代表性基板 包括用于溫室的所有窗材料，包括（但不限于）玻璃、聚碳酸酯、聚乙烯和丙烯酸塑料。在 600和700nm之間具有較高透光性的基板是優(yōu)選的，例如低鐵玻璃和丙烯酸塑料。發(fā)光薄板 和基板的結(jié)果厚度一般在1_和6mm之間，但對(duì)于柔性發(fā)光薄板而言可以比100微米更薄。 光轉(zhuǎn)換器電池使用透光的粘合或?qū)訅汗鈱W(xué)地耦合至發(fā)光薄板。如下文中詳細(xì)描述的那樣， 可添加多個(gè)其它薄板以改善功率效率、作物生長(zhǎng)或?yàn)榱吮Ｗo(hù)目的。連接器被加至光能轉(zhuǎn)換 器以使所產(chǎn)生的電能可在外部利用。
[0035] 發(fā)光薄板和對(duì)功率效率和作物活動(dòng)的影響
[0036] 用于發(fā)光薄板的理想熒光材料具有量子產(chǎn)率高于50 %的熒光染料，并在600和 690nm之間放出其光子的絕大部分，其中葉綠素 a和b大部分是有效的。熒光染料也被 選擇以最小化吸收光譜和熒光光譜之間的重疊并最小化由葉綠素 a、b (410和490nm之 間和620和680nm之間）的光吸收率，同時(shí)最大化太陽(yáng)光譜的其它部分的光吸收率（即 380-410nm，490-620nm和680nm-780nm)。來(lái)自二萘嵌苯和若丹明族的發(fā)紅光材料滿足這 些標(biāo)準(zhǔn)中的許多。具體地說(shuō)，包括LR 305的一系列發(fā)紅光的Lumogen染料對(duì)于這種應(yīng)用 包含更有前途的候選；然而，存在其它材料，包括尚未被發(fā)現(xiàn)的那些材料，它們可導(dǎo)致更好 的總體性能。如圖3所示，LR 305在600nm左右具有其吸收和發(fā)射的重疊，以及在410和 490nm之間具有大量的吸收，為了更多的發(fā)電并為了幫助需要較少藍(lán)光吸收的物種中的作 物生長(zhǎng)，這些參數(shù)可被改善。
[0037] 染料可被稀釋到聚合物主體中以最大化光致發(fā)光效率或量子產(chǎn)率。選擇聚合物主 體以使其對(duì)PAR光譜（即380-780nm)大部分是透明的，并與熒光材料是化學(xué)相容的。對(duì)于 溶液沉積的薄膜，聚合物和熒光材料應(yīng)當(dāng)具有可相容的溶劑。許多熒光染料在聚合物主體 中高于0. 5%的濃度處經(jīng)歷光致發(fā)光猝滅。我們觀察到發(fā)光染料Lum〇gen305的最佳范圍 在0. 2%和0. 001 %之間，這依賴于染料的吸收效率和發(fā)光薄板的厚度兩者。典型地，發(fā)光 染料被加至聚合物材料以最大化表面光致發(fā)光。為了盡可能收獲多的太陽(yáng)能光子，這種濃 度導(dǎo)致高于90%的峰值吸收率。然而，這種高吸收率可能導(dǎo)致作物中的光合作用活躍性的 降低。對(duì)光合作用的影響示出于圖4并歸因于對(duì)由葉綠素吸收的藍(lán)光（410-490nm)光子的 過(guò)高吸收率，并通常歸因于作物生長(zhǎng)。具有低于50%的藍(lán)光吸收的發(fā)光薄板已表明具有較 低影響，并在一些情形中具有積極的作物生長(zhǎng)（Novaplansky)。
[0038] 為了優(yōu)化發(fā)電和作物生長(zhǎng)兩者而對(duì)發(fā)光Lum〇gen305的典型的高、低和接近最佳 吸收示出于圖5并進(jìn)一步在表1中描述。這些結(jié)果是對(duì)于擴(kuò)散入3mm厚丙烯酸基板并且 PMMA中的濃度從0. 0086% (238F)至0. 0032% (265F)LR305的染料而言的。在發(fā)光薄板中 已獲得類似的結(jié)果，即500微米厚且低于100微米厚，其中濃度定標(biāo)遵循"Beer"法則。由 于在較高濃度下較大的自吸收，LSC的最大發(fā)電不發(fā)生在最大吸收（即238F)處；然而，在 足夠低的吸收（即265F)處，電流的降低以及由此帶來(lái)的能耗的降低確實(shí)由于過(guò)少的吸收 而發(fā)生。
[0039] 總地來(lái)說(shuō)，我們確定聚合物材料中以重量百分比測(cè)得的熒光染料濃度，乘以以毫 米測(cè)得的薄板的厚度，對(duì)于大多數(shù)熒光材料來(lái)說(shuō)，應(yīng)當(dāng)在〇. 005-0. 05之間，盡管被設(shè)計(jì)成 具有異常高或低的吸收效率的熒光材料應(yīng)當(dāng)落在該范圍之外。此外，藍(lán)光光子（410_490nm) 的吸收百分比應(yīng)當(dāng)?shù)陀?0%，綠光光子（500nm-600nm)的吸收百分比應(yīng)當(dāng)高于50%，紅光 光子（620nm-680nm)的吸收百分比應(yīng)當(dāng)?shù)陀?0%，并且總體而言，藍(lán)光或紅光光子的吸收 百分比應(yīng)當(dāng)?shù)陀诰G光光子的吸收，如前面定義的那樣。最佳的薄膜一般可具有低于50%的 藍(lán)光吸收、高于70%的綠光吸收和低于10%的紅光吸收。這里，我們將吸收的光子百分比 定義為在指定的光譜范圍內(nèi)由發(fā)光薄板吸收的光子數(shù)除以在指定的光譜范圍內(nèi)入射到發(fā) 光薄板上的太陽(yáng)光子的總數(shù)，然后轉(zhuǎn)化成百分比。最終，可將UV穩(wěn)定劑和氧/H 20清除劑添 加至發(fā)光薄板以增進(jìn)光致發(fā)光穩(wěn)定性。
[0040] 盡管這里給出的結(jié)果側(cè)重于小分子有機(jī)物的熒光材料，但這不應(yīng)當(dāng)被解釋為限 制。我們也已表明（Sholin)，量子點(diǎn)和半導(dǎo)體聚合物可被用作這種應(yīng)用的發(fā)光材料。具體 地說(shuō)，"polyspiro"紅具有與LR 305相似的吸收/發(fā)射以及更大的斯托克司頻移，由此使 其成為一種可適用的代替材料。我們也發(fā)現(xiàn)熒光材料可包括一種或多種熒光材料的組合， 這些熒光材料具有不同的吸收率并在相似波長(zhǎng)（即600-690nm之間）上具有其發(fā)射的絕大 部分。
[0041] 光能轉(zhuǎn)換器
[0042] 光能轉(zhuǎn)換器吸收發(fā)出的光，該光是使用全內(nèi)反射以波導(dǎo)的方式被引導(dǎo)至發(fā)光薄板 下方，并將其轉(zhuǎn)化成電能。光能轉(zhuǎn)換器一般是光伏的（PV)。PV在600和690nm之間應(yīng)當(dāng) 具有高量子效率（> 60% )，在那個(gè)范圍絕大所述的熒光被射出。許多基于硅（Si)、砷化 鎵（GaAs)、碲化鎘（CdTe)和銅銦鎵硒化物（CIGS)的光伏電池滿足這種標(biāo)準(zhǔn)，尚作為商業(yè) 產(chǎn)品涌現(xiàn)的光伏技術(shù)也是如此。光伏電池被切割成多個(gè)條帶，這些條帶能或者被安裝在邊 緣上，或者垂直于發(fā)光薄板（標(biāo)準(zhǔn)LSC結(jié)構(gòu)）或者被安裝在發(fā)光薄板前面或與之平行。對(duì) 于邊緣安裝的電池，在等于發(fā)光薄板的厚度處或其厚度周圍切割條帶。對(duì)于面安裝的電池， 條帶比發(fā)光薄板的厚度寬2倍和20倍之間，較薄的條帶導(dǎo)致發(fā)光薄板對(duì)總功率效率的更大 貢獻(xiàn)。如圖1和圖2所示的面安裝配置是優(yōu)選的取向，由于較低的制造成本并且可直接從 PV本身收獲功率，由此導(dǎo)致較高的功率效率。PV電池可跨發(fā)光材料的面安裝以最佳化來(lái)自 LSC的功率增益以及總功率效率。對(duì)于溫室應(yīng)用，PV單元的面積應(yīng)當(dāng)在發(fā)光薄板的總面積 的5% -35%之間。較高的百分比（?35% )導(dǎo)致較高的功率效率，但也導(dǎo)致作物更多的遮 陰、劣化的生長(zhǎng)和更高的成本。較低的百分比（?5%)導(dǎo)致較低的功率效率和成本以及較 少的遮陰。10%和20%之間的覆蓋提供成本、作物生長(zhǎng)和功率效率之間的良好平衡。
[0043] 光伏電池的各個(gè)條帶與從LSC封裝件中出來(lái)的導(dǎo)線串聯(lián)或并聯(lián)地布線，以使它們 能被容易地連接。對(duì)于具有和不具有發(fā)光材料的溫室窗的典型IV曲線示出于圖6中。發(fā)光 材料LR 305能使PV電池的功率輸出增加1. 25倍至3倍之間，這依賴于PV電池和LR 305 濃度，其百分比覆蓋分別為35%和5%之間。
[0044] 附加聚合物薄膜
[0045] 可在發(fā)光薄板之上或之下添加附加的IR發(fā)射發(fā)光材料，以提高功率效率并減少 溫室的加熱。這種IR發(fā)光材料應(yīng)當(dāng)具有高于20%的光致發(fā)光量子產(chǎn)出，應(yīng)當(dāng)對(duì)于單晶或多 晶Si光能轉(zhuǎn)換器在700和950nm之間的波長(zhǎng)處發(fā)光（對(duì)于其它形式的Si、CdTe、CIGS和 GaAs光能轉(zhuǎn)換器為700-850nm)，并應(yīng)當(dāng)在620nm和680nm之間吸收50%以下的光子以確保 這些波長(zhǎng)被透射至作物。IR發(fā)射的發(fā)光材料必須光耦合至光能轉(zhuǎn)換器并一般被安裝在第一 發(fā)光薄膜之下，以使太陽(yáng)光在入射到IR發(fā)射的發(fā)光薄膜之前入射到第一發(fā)光薄膜上。
[0046] 也可添加非發(fā)光IR吸收或反射薄膜以減少溫室的加熱。這種IR反射薄膜不需要 光耦合至PV電池或發(fā)光薄板，但可被層壓在PV電池的背面以提供額外的保護(hù)。一般來(lái)說(shuō)， IR反射薄膜將位于發(fā)光薄板之下；然而，存在要求顛倒配置的實(shí)例。
[0047] 可將光漫射層添加在發(fā)光薄板內(nèi)或之下，以在溫室結(jié)構(gòu)中提供跟均勻的光照。漫 射薄膜可在發(fā)光薄板內(nèi)包含白色散射微粒或紋理，所述白色散射微粒或紋理略為改變透過(guò) 玻璃傳輸?shù)墓獾姆较?，由此在作物上提供更均一的光。這種漫射薄膜也可將一些光漫射回 發(fā)光薄板，提供透射的光被吸收和轉(zhuǎn)換至電能的額外機(jī)會(huì)。
[0048] 表1 :圖5中給出在發(fā)光薄板的不同范圍上的相對(duì)功率輸出和光子吸收。功率和 作物生長(zhǎng)的最佳濃度出現(xiàn)在250F采樣周圍或附近。
[0049]

【權(quán)利要求】
1. 一種為作物生長(zhǎng)和電能產(chǎn)生這兩者而設(shè)計(jì)的發(fā)光太陽(yáng)能收集器，所述發(fā)光太陽(yáng)能 收集器包括發(fā)光薄板和光耦合至所述發(fā)光薄板的光能轉(zhuǎn)換器；其中所述發(fā)光薄板包括含散 布在其中的單個(gè)或多個(gè)熒光材料的聚合物材料，其中所述熒光材料吸收在500和600nm之 間的太陽(yáng)光子的50 %以上，吸收在410nm和490nm之間的太陽(yáng)光子的70 %以下，并吸收在 620nm和680nm之間的太陽(yáng)光子的50%以下，并且其中所述聚合物材料使福射的光透射至 所述光能轉(zhuǎn)換器。
2. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光太陽(yáng)能收集器，其特征在于，所述發(fā)光薄板也光連接至在 400和700nm之間透明的基板。
3. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光太陽(yáng)能收集器，其特征在于，所述聚合物材料由包含聚（甲 基丙烯酸烷基酯）、聚碳酸酯、氟化聚合物或衍生物或其組合的材料構(gòu)成。
4. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光太陽(yáng)能收集器，其特征在于，所述熒光材料發(fā)出至少50% 的其波長(zhǎng)在600nm和690nm之間的福射光子。
5. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光太陽(yáng)能收集器，其特征在于，在410nm和490nm之間由所述 突光材料吸收的太陽(yáng)光子的百分比低于在500nm和600nm之間由所述突光材料吸收的太陽(yáng) 光子的百分比，并且其中在620nm和680nm之間由所述熒光材料吸收的太陽(yáng)光子的百分比 低于在500nm和600nm之間由所述突光材料吸收的太陽(yáng)光子的百分比。
6. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光太陽(yáng)能收集器，其特征在于，所述熒光材料在所述聚合物 材料中以重量百分比測(cè)得的濃度，乘以以毫米測(cè)得的所述發(fā)光薄板的厚度，是在0. 005和 0.05之間。
7. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光太陽(yáng)能收集器，其特征在于，所述光能轉(zhuǎn)換器的光敏面被 安裝成基本平行于所述發(fā)光薄板的平面。
8. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光太陽(yáng)能收集器，其特征在于，所述光能轉(zhuǎn)換器的背面被安 裝在支承框上。
9. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光太陽(yáng)能收集器，其特征在于，所述光能轉(zhuǎn)換器的有效面積 相對(duì)于所述發(fā)光薄板的有效面積的百分比是在5%和35%之間。
10. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光太陽(yáng)能收集器，其特征在于，所述光能轉(zhuǎn)換器包括硅、砷 化鎵、銅銦鎵硒化物或碲化鎘光伏式光能轉(zhuǎn)換器。
11. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光太陽(yáng)能收集器，其特征在于，還包括為保護(hù)目的被定位在 所述光能轉(zhuǎn)換器后面的附加透明薄板。
12. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光太陽(yáng)能收集器，其特征在于，還包括含第二熒光材料的第 二發(fā)光薄板，所述第二熒光材料吸收在620和680nm之間的太陽(yáng)光子的50%以下，并且其中 所述第二發(fā)光薄板被光耦合至所述光能轉(zhuǎn)換器。
13. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光太陽(yáng)能收集器，其特征在于，還包括額外的單個(gè)或多個(gè)非 發(fā)光薄板，所述非發(fā)光薄板包含光漫射器、IR吸收器、IR反射器或其組合。
14. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光太陽(yáng)能收集器，其特征在于，后薄板材料被紋理化以使透 射的光發(fā)生漫射。
15. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光太陽(yáng)能收集器，其特征在于，在620nm和680nm之間的紅 光透射與在410nm和490nm之間的藍(lán)光透射之比大于1。
16. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光太陽(yáng)能收集器，其吸收在700nm和900nm之間的遠(yuǎn)紅光區(qū) 域中的光的30%以上。
【文檔編號(hào)】A01G7/04GK104115284SQ201380007435
【公開日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2013年2月1日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月3日
【發(fā)明者】S·A·卡特, G·B·阿勒斯, M·E·洛伊克 申請(qǐng)人:加利福尼亞大學(xué)董事會(huì)