ITUB20159273A1

ITUB20159273A1 - photonic ray converter device

Info

Publication number: ITUB20159273A1
Application number: ITUB2015A009273A
Authority: IT
Inventors: Paolo Andrea Bna
Original assignee: Paolo Andrea Bna; Chiodo Cristina; Minardi Ivana
Priority date: 2015-12-22
Filing date: 2015-12-22
Publication date: 2017-06-22

Description

‘DISPOSITIVO CONVERTITORE DI RAGGI FOTONICI” 'PHOTON BEAM CONVERTER DEVICE "

DESCRIZIONE: DESCRIPTION:

La presente invenzione concerne un dispositivo atto a catturare la luce solare e convertirla in energia elettrica. The present invention relates to a device suitable for capturing sunlight and converting it into electrical energy.

La tecnica nota pone in essere dei dispositivi atti catturare l'energia solare e convertirla in energia elettrica mediante l'utilizzo di celle fotovoltaiche, assemblate in apparati di varie dimensioni ed applicabili ovunque sia necessario, dai tetti ai terreni incolti. The known art provides devices capable of capturing solar energy and converting it into electrical energy by means of the use of photovoltaic cells, assembled in apparatuses of various sizes and applicable wherever necessary, from roofs to uncultivated land.

Usualmente vengono realizzati, secondo le tecniche note, dispositivi che comprendono lastre di grandezza variabile, sia piccolissime che grandissime, consistenti in lamine di semiconduttore, esempio silicio drogato “N” appoggiato su una lastra di sostegno di materiale metallico che serve da struttura portante, poi vi è una lastra sottilissima di silicio drogato “P” sopra la lamina di silicio drogato “N”, contatti elettrici in contatto con il silicio “P” che fuoriescono dall'apparato, altri contatti elettrici che in contatto con il silicio “N” che fuoriescono dall'apparato, infine una lastra di vetro che copre il silicio “P”, come protezione. Le tecniche note propongono l'uso di molti tipi di semiconduttori differenti con rese differenti e costi differenti , inoltre detti semiconduttori hanno modalità di applicazione differenti come ad esempio le tipologie : amorfo, policristallino, mono cristallino; in sostanza però la tecnica nota pone in essere dei dispositivi che sono ingombranti e tutta la loro struttura si pone su lastre che occupano molto spazio . Il difetto di questi dispositivi è che occupano molto spazio in relazione alla potenza elettrica prodotta. Lo scopo della presente invenzione è di realizzare un dispositivo, che produca energia elettrica catturando i raggi fotonici del sole , con una notevole potenza elettrica prodotta in uno spazio superficiale occupato molto ridotto rispetto alle tecnologie del passato. Usually, according to known techniques, devices are made which include plates of variable size, both very small and very large, consisting of semiconductor foils, for example doped silicon "N" resting on a support plate of metal material which serves as a load-bearing structure, then there is a very thin plate of doped silicon "P" above the foil of doped silicon "N", electrical contacts in contact with the silicon "P" that protrude from the apparatus, other electrical contacts that in contact with the silicon "N" which finally a glass plate that covers the silicon "P" comes out of the apparatus as protection. The known techniques propose the use of many types of different semiconductors with different yields and different costs, furthermore said semiconductors have different application methods such as the types: amorphous, polycrystalline, mono crystalline; in substance, however, the known art provides devices which are bulky and their entire structure is placed on plates which take up a lot of space. The drawback of these devices is that they take up a lot of space in relation to the electrical power produced. The object of the present invention is to realize a device, which produces electrical energy by capturing the photonic rays of the sun, with a considerable electrical power produced in a very small occupied surface space compared to the technologies of the past.

Un altro scopo della presente invenzione è di realizzare un dispositivo che riesca a catturare molta più luce dei dispositivi realizzati con le tecniche note prima della presente invenzione. Another object of the present invention is to provide a device which is able to capture much more light than the devices made with the techniques known prior to the present invention.

Questi ed altri scopi vengono raggiunti dal dispositivo, secondo l'invenzione, il quale comprende una cella fotovoltaica inglobata in una guida d'onda per onde elettromagnetiche quali i fotoni ; il dispositivo secondo l'invenzione è costituito da un semiconduttore di forma cilindrica ,per esempio silicio drogato tipo “N”, di lunghezza variabile, avente un rivestimento sottilissimo di semiconduttore drogato per esempio silicio tipo ”P”, a sua volta avente un rivestimento di un materiale trasparente avente un indice di rifrazione calibrato ad uopo, per esempio vetro flint con indice di rifrazione 1,75 , a sua volta rivestito da un materiale trasparente avente indice di rifrazione calibrato, un po' inferiore rispetto il precedente, ad esempio vetro di crown con indice di rifrazione 1,5 1, a sua volta rivestito da un materiale trasparente con caratteristiche riflettenti, ad esempio vetro metallizzato a specchio con argento, quest'ultimo rivestimento riflettente può essere sia a forma cilindrica sia a forma conica; la struttura stratificata multistrato che ha al centro una coppia di semiconduttori che formano una cella fotovoltaica, si appoggia ad una basamento isolante di materiale preferibilmente plastico, dove sono state ricavate delle piste conduttrici come sulle normalissime piastre dei circuiti stampati elettronici, le piste conduttrici verranno a contattare gli elementi della cella fotovoltaica in modo appropriato da poter trasferire all'esterno della struttura complessiva, le forze elettromotrici prodottesi; ogni basamento può alloggiare dal singolo elemento fino alle migliaia di elementi , in relazione alla potenza elettrica che si vorrà ottenere. These and other purposes are achieved by the device according to the invention, which comprises a photovoltaic cell incorporated in a wave guide for electromagnetic waves such as photons; the device according to the invention consists of a cylindrical semiconductor, for example doped silicon type "N", of variable length, having a very thin coating of doped semiconductor for example silicon type "P", in turn having a coating of a transparent material having a refractive index calibrated for this purpose, for example flint glass with a refractive index 1.75, in turn coated with a transparent material having a calibrated refractive index, a little lower than the previous one, for example glass of crown with refractive index 1.5 1, in turn coated with a transparent material with reflective characteristics, for example mirror metallized glass with silver, the latter reflecting coating can be both cylindrical and conical in shape; the multilayer stratified structure that has a pair of semiconductors in the center that form a photovoltaic cell, rests on an insulating base of preferably plastic material, where conductive tracks have been obtained as on the very normal plates of electronic printed circuits, the conductive tracks will be contact the elements of the photovoltaic cell in an appropriate way to be able to transfer the electromotive forces produced outside the overall structure; each base can house from a single element up to thousands of elements, in relation to the electrical power to be obtained.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di esecuzione, preferita ma non esclusiva del dispositivo secondo l'invenzione , oggetto della domanda di brevetto, illustrato a titolo indicativo ma non limitativo nei disegni in cui: Further characteristics and advantages of the invention will become clearer from the description of a preferred but not exclusive embodiment of the device according to the invention, object of the patent application, illustrated by way of example but not of limitation in the drawings in which:

-tavola 1 , in figura 1 vi è la vista in prospettiva del dispositivo secondo l'invenzione -table 1, in figure 1 there is the perspective view of the device according to the invention

-tavola 1 , in figura 2 vi è la vista in sezione del dispositivo secondo l'invenzione -table 1, in figure 2 there is the sectional view of the device according to the invention

-tavola 2 , in figura 3 vi è la proiezione ortogonale del dispositivo secondo l'invenzione -table 2, figure 3 shows the orthogonal projection of the device according to the invention

-tavola 2 , in figura 4 vi è la sezione in prospettiva del dispositivo secondo l'invenzione -table 2, Figure 4 shows the perspective section of the device according to the invention

-tavola 3 , in figura 5 vi è la prospettiva e la sezione del dispositivo secondo l'invenzione -table 3, in figure 5 there is the perspective and the section of the device according to the invention

-tavola 4 , in figura 6 vi è la vista del dispositivo in azione secondo l'invenzione -table 4, figure 6 shows the view of the device in action according to the invention

-tavola 4 , in figura 7 vi è la vista d'insieme del dispositivo secondo l'invenzione -table 4, Figure 7 shows the overall view of the device according to the invention

-tavola 5 , in figura 8 vi è la vista in prospettiva del dispositivo secondo l'invenzione -table 5, in figure 8 there is the perspective view of the device according to the invention

-tavola 5 , in figura 9 vi è la vista in sezione del dispositivo secondo l'invenzione -table 5, in figure 9 there is the sectional view of the device according to the invention

-tavola 6 , in figura 10 vi è la proiezione ortogonale del dispositivo secondo l'invenzione -table 6, figure 10 shows the orthogonal projection of the device according to the invention

-tavola 6 , in figura 11 vi è la vista in prospettiva e in sezione del dispositivo secondo l'invenzione -table 6, in figure 11 there is the perspective and sectional view of the device according to the invention

-tavola 7 , in figura 12 vi è la vista in sezione e prospettiva del dispositivo secondo l'invenzione -table 7, in figure 12 there is the sectional and perspective view of the device according to the invention

-tavola 8 , in figura 13 vi è la vista del dispositivo in azione secondo l'invenzione -table 8, Figure 13 shows the view of the device in action according to the invention

-tavola 8 , in figura 14 vi è una vista d'insieme del dispositivo secondo Γ invenzione -table 8, Figure 14 shows an overall view of the device according to the invention

-tavola 9 , in figura 15 vi è una vista del dispositivo posizionato su un tetto -table 9, in figure 15 there is a view of the device positioned on a roof

Il dispositivo illustrato nei disegni comprende un semiconduttore drogato di forma cilindrica di tipo “N”(l) per esempio silicio drogato con fosforo, avente un rivestimento sottile di un semiconduttore di tipo<,T>P”(2)per esempio silicio drogato con boro, avente un rivestimento di un materiale vetroso ad indice di rifrazione calibrato in relazione alla dimensione del rivestimento e del nucleo composto da semiconduttori che riveste(3) per esempio vetro flint con indice di rifrazione 1,75, detto strato è rivestito da uno strato di materiale trasparente avente indice di rifrazione calibrato(4) per esempio vetro di crown con indice di rifrazione 1,5 1, poi vi è un rivestimento di materiale riflettente di forma cilindrica (5A), oppure di forma conica(5B) per esempio vetro la cui superficie esterna sia stata metallizzata con argento; la cella solare in guida d'onda (20A) oppure (20B) è fissato su un basamento(lO) per esempio di materiale plastico, su cui sono state applicate piste metalliche conduttrici 15) per esempio in rame, una pista metallica (6)a contatto con il nucleo(l) e una pista metallica (7) a contatto con il perinucleo (2); il basamento (10)su cui sono fissati numerose celle solari in guida d'onda (20A) oppure (20B) vengono posizionati su un tetto (30) per esempio nel classico modo (35) di qualsiasi pannello solare, per poter essere raggiunti dai raggi fotonici(40) emessi dal sole. The device illustrated in the drawings comprises an "N" (1) type cylindrical-shaped doped semiconductor, for example phosphorus-doped silicon, having a thin coating of a <, T> P "(2) type semiconductor, for example silicon doped with boron, having a coating of a glassy material with a refractive index calibrated in relation to the size of the coating and of the core composed of semiconductors that covers (3) for example flint glass with a refractive index of 1.75, said layer is coated with a layer of transparent material having a calibrated refractive index (4) for example crown glass with a refractive index of 1.5 1, then there is a coating of reflective material of cylindrical shape (5A), or of conical shape (5B) for example glass whose outer surface has been metallized with silver; the solar cell in waveguide (20A) or (20B) is fixed on a base (10) for example of plastic material, on which conductive metal tracks have been applied 15) for example in copper, a metal track (6) in contact with the nucleus (1) and a metal track (7) in contact with the perinucleus (2); the base (10) on which numerous waveguide solar cells (20A) or (20B) are fixed are positioned on a roof (30) for example in the classic way (35) of any solar panel, in order to be reached by photonic rays (40) emitted by the sun.

Il funzionamento del dispositivo secondo l'invenzione è il seguente: non appena i raggi solari(40) raggiungono il dispositivo convertitore di raggi fotonici (20A) o (20B) posizionato sul tetto (30), entrano nelle celle fotovoltaiche in guida d'onda e percorrono le superfìci del perinucleo (2) e del nucleo (1) in modo da attivare la funzione fotoelettrica della coppia di semiconduttori , mentre gli strati (3) e (4) a rifrazione calibrata tendono a rinviare i raggi fotonici(40) verso i semiconduttori e non verso l'esterno, aiutati dallo strato riflettente (5 A) cilindrico , oppure dallo strato (5B) conico che avente la conicità che parte stretta all'ingresso dei raggi fotonici (40) e più larga verso il basamento( 10) impedisce maggiormente ai raggi di fuoriuscire. La lunghezza della cella fotovoltaica composta dai semiconduttori cilindrici (1) e (2) sfrutta in modo efficiente i raggi fotonici (40); la differenza di potenziale viene applicata alle piste metalliche conduttrici (6) e (7) , mettendo a disposizione dell'utente finale la potenza elettromotrice, connettendo si ad esse. The operation of the device according to the invention is as follows: as soon as the solar rays (40) reach the photonic ray converter device (20A) or (20B) positioned on the roof (30), they enter the photovoltaic cells in waveguide and run along the surfaces of the perinucleus (2) and of the nucleus (1) in order to activate the photoelectric function of the semiconductor pair, while the layers (3) and (4) with calibrated refraction tend to send back the photonic rays (40) towards the semiconductors and not towards the outside, aided by the cylindrical reflecting layer (5 A), or by the conical layer (5B) having the conicity that starts narrow at the entrance of the photonic rays (40) and wider towards the base (10 ) prevents more rays from escaping. The length of the photovoltaic cell composed of cylindrical semiconductors (1) and (2) efficiently exploits photonic rays (40); the potential difference is applied to the conductive metal tracks (6) and (7), making the electromotive power available to the end user by connecting to them.

Il dispositivo cosi concepito, secondo la presente invenzione, è suscettibile di numerose varianti e modifiche tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo. The device thus conceived, according to the present invention, is susceptible of numerous variations and modifications, all of which are within the scope of the inventive concept.

Ad esempio il nucleo di semiconduttore “N” (1) anziché cilindrico può essere di forma elicoidale, quindi il rivestimento di semiconduttore “P” (2) che lo riveste potrebbe essere esattamente della stessa forma del nucleo (1), e lo strato trasparente a rifrazione calibrata (3) potrebbe essere della stessa forma del perinucleo (2) oppure di forma interna uguale al perinucleo (2) ed esterna perfettamente cilindrica, stessa cosa per il rivestimento (4)il cui indice di rifrazione può essere uniforme oppure decrescente o crescente per la sua lunghezza, inoltre il suo rivestimento esternodel tipo (5A) o (5B) può essere uniformemente riflettente o con riflettanza crescente o decrescente per la sua lunghezza, nonché la sagoma interna può essere liscia od a piccoli scalini per meglio direzionare con adeguata angolazione i raggi fotonici verso la cella fotovoltaica formata dal nucleo(l) e perinucleo (2). In pratica i materiali usati nonché le dimensioni potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze. For example, the semiconductor core "N" (1) instead of cylindrical can be helical in shape, therefore the semiconductor coating "P" (2) that covers it could be exactly the same shape as the core (1), and the transparent layer with calibrated refraction (3) it could be of the same shape of the perinucleus (2) or of an internal shape equal to the perinucleus (2) and perfectly cylindrical external, same thing for the coating (4) whose refractive index can be uniform or decreasing or increasing for its length, moreover its external coating of the type (5A) or (5B) can be uniformly reflective or with increasing or decreasing reflectance for its length, as well as the internal shape can be smooth or with small steps to better direct with adequate angle the photonic rays towards the photovoltaic cell formed by the nucleus (l) and perinucleus (2). In practice, the materials used, as well as the dimensions, may be any according to requirements.

Claims

CLAIMS -1) Photonic ray converter device characterized in that it comprises a photovoltaic cell incorporated in a wave guide for electromagnetic waves such as photons. -2) Photonic ray converter device, according to the preceding claim, characterized in that it comprises a cylindrical semiconductor, for example doped silicon type "N", of variable length, having a very thin coating of semiconductor doped for example silicon type " P ", in turn having a coating of a transparent material having a refractive index calibrated for this purpose, for example flint glass with a refractive index 1.75, in turn coated with a transparent material having a calibrated refractive index, a little 'lower than the previous one, for example crown glass with a refractive index of 1.51, in turn coated with a transparent material with reflective characteristics, for example mirror metallized glass with silver, the latter reflective coating can be either shaped cylindrical and conical in shape; the multilayer stratified structure that has a pair of semiconductors in the center that form a photovoltaic cell, rests on an insulating base of preferably plastic material, where conductive tracks have been obtained as on the very normal plates of electronic printed circuits, the conductive tracks will be contact the elements of the photovoltaic cell in an appropriate way to be able to transfer the electromotive forces produced outside the overall structure. -3) Photonic ray converter device, according to the preceding claims, characterized in that it comprises one or more bases and each base can house from the single element up to thousands of elements, in relation to the electric power to be obtained. -4) Photonic ray converter device, according to the preceding claims, characterized by the fact that it comprises a cylindrical semiconductor "N" of variable length according to the needs, covered by a very thin layer of a semiconductor "P", forming a cell photovoltaic and placed as the core of a stratification of transparent and reflective materials forming a wave guide for electromagnetic waves such as micas and photonic rays. -5) Photonic ray converter device, according to the preceding claims, characterized by the fact that it comprises a semiconductor "N" of helical shape of variable length according to the needs, covered by a very thin layer of a semiconductor "P" having the same shape of the semiconductor it covers, forming a photovoltaic cell and placed as the core of a stratification of transparent and reflective materials forming a wave guide for electromagnetic waves such as photonic rays. -6) Photonic ray converter device, according to the preceding claims, characterized by the fact that it comprises a semiconductor "N" of helical shape of variable length according to the needs, covered by a very thin layer of a semiconductor "P" having the same shape of the semiconductor it covers, forming a photovoltaic cell and placed as the core of a stratification of materials whose first material in contact with the semiconductor "P" has a homogeneously increasing refractive index along its length. -7) Photonic ray converter device, according to the preceding claims, characterized in that it comprises a reflective coating as the outermost layer of the waveguide stratification in which the conical photovoltaic cell is incorporated. -8) Photonic ray converter device, according to the preceding claims, characterized in that it comprises a reflective coating as the outermost layer of the waveguide stratification in which the cylindrical photovoltaic cell is incorporated.