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ES2463241B1 - Aparato para la concentración luminiscente de energía solar - Google Patents

Aparato para la concentración luminiscente de energía solar Download PDF

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ES2463241B1
ES2463241B1 ES201390012A ES201390012A ES2463241B1 ES 2463241 B1 ES2463241 B1 ES 2463241B1 ES 201390012 A ES201390012 A ES 201390012A ES 201390012 A ES201390012 A ES 201390012A ES 2463241 B1 ES2463241 B1 ES 2463241B1
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frequency light
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incident light
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David Pelka
Roland Winston
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Abengoa Solar LLC
University of California Berkeley
University of California San Diego UCSD
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Abengoa Solar LLC
University of California Berkeley
University of California San Diego UCSD
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  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)

Abstract

Se describe un aparato que incluye una guía de ondas que contiene un material luminiscente que responde a la luz incidente mediante la emisión de luz de frecuencia desplazada. Una primera porción de la luz de frecuencia desplazada se refleja internamente en la guía de ondas a una salida de la guía de ondas, y una segunda porción de la luz de frecuencia desplazada se transmite fuera de la guía de ondas. El aparato también incluye un reflector difuso colocado proximal a la guía de ondas para reflejar al menos parte de la segunda porción de la luz de frecuencia desplazada en la guía de ondas para reflejarse internamente en la guía de ondas a una salida de la guía de ondas.

Description

P201390012
02-04-2014
DESCRIPCIÓN
Aparato para la concentración luminiscente de energía solar
5 Referencia a una solicitud relacionada
Esta solicitud reivindica la prioridad bajo 35 USC § 119 (e) de la Solicitud Provisional US Nº 61/369,293, presentada el 30 de julio de 2010, el contenido de la cual se incorpora por referencia en la presente solicitud.
10
Antecedentes
Esta descripción se refiere a la concentración de luz y, más particularmente, a la concentración de luz utilizando un elemento óptico.
15 Típicamente, los concentradores de luz están diseñados para recibir luz incidente en un rango de ángulos menores que un ángulo de aceptación en una abertura. La luz se concentra en una región (por ejemplo, en un absorbedor) con un área menor que el área de la abertura. La relación del área de la abertura y el área menor se conoce como la
20 concentración geométrica. Las leyes de la termodinámica establecen un límite superior teórico, conocido en la técnica como el "límite termodinámico", en la concentración para una configuración para un concentrador dado. Se han estudiado muchos tipos de concentradores solares, incluyendo dispositivos reflectantes y de refracción. Los concentradores pueden ser formadores de imágenes o no formadores de imágenes, y
25 pueden estar diseñados para corregir varios tipos de aberración óptica (aberración esférica, coma, astigmatismo, aberración cromática, etc.).
Los concentradores ópticos se pueden aplicar, por ejemplo, en la conversión de energía solar en electricidad (u otra forma de energía). La potencia que una célula solar fotovoltaica
30 puede producir es una función de la luz solar incidente. Una célula solar típica puede utilizar eficientemente muchas veces la luz solar incidente no concentrada en configuraciones típicas, previendo que la temperatura de la célula solar no aumenta excesivamente. Por lo tanto, un concentrador óptico puede emplearse para concentrar la luz solar sobre una célula fotovoltaica para mejorar la salida de la célula fotovoltaica. La salida se incrementará con el
35 factor de concentración. En factores de concentración apreciables, la refrigeración puede ser necesaria, ya que la eficiencia de algunas células fotovoltaicas puede disminuir rápidamente
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con el aumento de las temperaturas.
Para capturar de forma más eficaz la luz solar disponible, los concentradores y/o las células
solares pueden configurarse para moverse a lo largo del día para seguir o rastrear la
5 posición del sol, ya que cambia en el transcurso del día y durante el transcurso del año.
Estos sistemas de seguimiento se pueden mover a lo largo de un solo eje o ejes múltiples y
pueden ser sistemas pasivos o sistemas activos que utilizan motores eléctricos u otros
dispositivos accionados para mover el sistema de energía solar. Los sistemas de
seguimiento añaden una fuente adicional de complejidad y coste a un sistema de energía 10 solar.
El silicio cuenta para la gran mayoría de dispositivos de células fotovoltaicas y solares
actualmente en uso. Los dispositivos basados en silicio son relativamente de bajo coste,
fáciles de fabricar, y se pueden fabricar de materiales disponibles en abundancia. En 15 consecuencia, los dispositivos basados en silicio son un buen candidato para su uso en la
generación de energía solar, donde el coste de generación de energía es a menudo crucial
para la viabilidad comercial de un dispositivo. Sin embargo, los dispositivos solares basados
en silicio sufren de desventajas. En particular, los dispositivos se enfrentan a ciertas
limitaciones en la eficacia del rendimiento. Los dispositivos típicos basados en silicio tienen 20 un factor promedio de un 23% de eficiencia de conversión de la luz solar en energía
eléctrica. Una variedad de diseños de células solares (células en tándem, células de
múltiples uniones, células intermedias de salto de banda, etc.) y materiales fotoactivos
utilizados en lugar de o en combinación con el silicio (incluyendo tintes orgánicos, polímeros
y puntos cuánticos) se han propuesto, pero los incrementos en la eficiencia han sido 25 limitados. La mejor eficiencia lograda hasta la fecha en los típicos dispositivos operativos no
ha superado el ~40%.
La eficiencia reducida de las células solares basadas en silicio es debida, en parte, a una
falta de coincidencia entre el salto de banda de silicio y el espectro solar. Las células solares 30 funcionan como dispositivos de conversión de energía cuántica y, por lo tanto, sujeta al
"límite de eficiencia termodinámica". Los fotones con una energía por debajo del salto de
banda del material absorbente no pueden generar un par hueco-electrón, y así su energía
no se convierte en una salida útil y sólo genera calor si se absorbe. Para fotones con
energía por encima de la energía del salto de banda, sólo una fracción de la energía por 35 encima del salto de banda se puede convertir en una salida útil. Cuando un fotón de mayor
energía es absorbido, el exceso de energía por encima del salto de banda se convierte en
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energía cinética de la combinación de portadores. El exceso de energía cinética se convierte en calor a través de interacciones de los fotones cuando la energía cinética de los portadores se desacelera a la velocidad de equilibrio.
5 El silicio tiene un salto de banda de aproximadamente 1,12 eV, correspondiente a radiaciones cerca de infrarrojas (es decir, a aproximadamente 1100 nm). Aproximadamente el 48% de la energía del espectro solar está en el rango infrarrojo (700-2500 nm), aproximadamente el 44% está en el rango visible (400-700 nm) y el 7% en el rango ultravioleta (<400 nm). La eficiencia del Si, por lo tanto, es reducida en las longitudes de
10 onda más cortas en el espectro, es decir, el lado visible y ultravioleta del espectro. Debido a esto, la eficiencia cuántica externa (EQE) del silicio es baja donde el flujo del espectro solar es alto.
Sumario
15 El inventor se ha dado cuenta de que es ventajoso proporcionar los dispositivos y las técnicas aquí descritas para mejorar la eficiencia de los sistemas de generación de energía que ofrecen los dispositivos fotovoltaicos, por ejemplo, dispositivos de células solares basadas en silicio. En particular, la inclusión de un reflector difuso que dirige la luz perdida
20 desde una guía de ondas de nuevo a la guía de ondas en ángulos adecuados para guiarse a una salida de guía de ondas puede proporcionar mejoras considerables en la eficiencia. Además de la inclusión de una capa selectivamente reflectante que transmite una porción significativa del espectro solar, pero refleja la luz de frecuencia desplazada (por ejemplo, desplazamiento de Stokes), puede ser ventajoso en la devolución de la luz a la guía de
25 ondas, que de otro modo se perdería a través del cono de escape. Existe preferentemente un hueco de aire entre la guía de luz y el reflector selectivo, de forma que no se frustre la reflexión interna total. Como es bien conocido en la técnica, la alta eficiencia es a menudo importante o incluso esencial para la viabilidad comercial de las fuentes de energía, en particular en el campo de la energía solar. Los dispositivos y las técnicas aquí descritas
30 proporcionan dispositivos de coste relativamente bajo útiles para la generación de energía con una mayor eficiencia.
El inventor también se ha dado cuenta de que el "límite termodinámico de concentración" se puede evitar si la luz es absorbida y luego emitida a una longitud de onda más larga 35 (conocido como desplazamiento de Stokes) en un proceso exotérmico que añade calor al medio. Esto es debido a la entropía (S) que depende logarítmicamente en el espacio de
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fase, pero linealmente en el calor depositado en el entorno (Q): S ≈ k log G + const, donde k es la constante de Boltzmann. Aquí, la contraparte óptica, la eficacia óptica (G) es sustituida por "espacio de fase", que es técnicamente correcto hasta factores de frecuencia (v cuadrado) que materialmente no afectan a las conclusiones. Debido a que el brillo (B) es la potencia (P) dividida por la eficacia óptica (G), log B ≈ S/k + const, o, más exactamente,
Log B/ν2 ≈ S/k + const.
De ello se desprende que, en un proceso de disminución (desplazamiento de Stokes): hυ ->
10 hυ’, ∆Q= h (υ-υ'), k log B’ -k log B = ∆Q/T, y ; donde h es la constante de Planck, υ y υ’ son las longitudes de onda de la luz antes y después del desplazamiento de Stokes, respectivamente, y T es la temperatura. El exponencial es potencialmente enorme porque kT es aproximadamente 0,025 eV (electronvoltios) a temperatura ambiente, mientras que el desplazamiento de Stokes es típicamente ~ 0,5 eV.
imagen1
15 En un sistema óptico estacionario que acepta a todo el hemisferio, la eficacia óptica es  y B ≈ P/xárea, de manera que no hay ninguna oportunidad para aumentar P/área (por ejemplo, para concentrar la radiación). La instrucción convencional es: la radiación difusa no se puede concentrar. Sin embargo, el proceso de desplazamiento de Stokes sí permite la
20 concentración de la radiación difusa, y eso es la base de los concentradores luminiscentes.
Una realización se refiere a un aparato que incluye una guía de ondas que contiene un material luminiscente que responde a la luz incidente mediante la emisión de luz de frecuencia desplazada. Una primera porción de la luz de frecuencia desplazada se refleja
25 internamente dentro de la guía de ondas a una salida de la guía de ondas, y una segunda porción de luz desplazada con la frecuencia se transmite fuera de la guía de ondas. El aparato también incluye un reflector difuso en posición proximal en la guía de ondas para reflejar al menos parte de la segunda porción de la luz de frecuencia desplazada de nuevo a la guía de ondas para reflejarse internamente dentro de la guía de ondas a una salida de
30 guía de ondas. Existe preferentemente un hueco de aire entre la guía de luz y el reflector difuso, para que no se frustre la reflexión interna total.
En algunas realizaciones, el aparato incluye un absorbedor colocado proximal a la guía de ondas para producir energía en respuesta a la luz de frecuencia desplazada.
35
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En algunas realizaciones, el aparato incluye un absorbedor que es un dispositivo fotovoltaico.
En algunas realizaciones, el reflector difuso refleja más de aproximadamente el 90% de la 5 luz desplazada por la frecuencia incidente sobre el mismo.
En algunas realizaciones, el material luminiscente puede ser puntos cuánticos o un colorante orgánico.
10 En algunas realizaciones, los puntos cuánticos comprenden partículas que varían entre aproximadamente 1 a 10 nanómetros de tamaño.
En algunas realizaciones, los puntos cuánticos incluyen material que se selecciona del grupo constituido por sulfuro de plomo (PbS), seleniuro de cadmio (CdSe), sulfuro de 15 cadmio (CdS), arseniuro de indio (InAs) y fosfuro de indio (InP).
En algunas realizaciones, los puntos cuánticos incluyen material seleccionado del grupo constituido por seleniuro de cinc (ZnSe) y dióxido de titanio (Ti02).
20 En algunas realizaciones, la capa de puntos cuánticos incluye una sola capa de puntos cuánticos.
En algunas realizaciones del aparato, los puntos cuánticos se suspenden en un material polimérico.
25 En algunas realizaciones del aparato, la guía de ondas incluye una capa superior que es sustancialmente transparente a la luz incidente; una capa activa que comprende el material luminiscente, estando la capa activa por debajo de la capa superior; y una capa inferior por debajo de la capa activa que es sustancialmente transparente a la luz de frecuencia
30 desplazada. El reflector difuso incluye una capa reflectante difusa por debajo de la capa inferior.
En algunas realizaciones, el aparato también incluye una capa selectivamente reflectante que recubre la capa superior que es sustancialmente transparente a la luz incidente y refleja 35 selectivamente la luz de frecuencia desplazada.
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En algunas realizaciones, la luz incidente es luz solar.
En algunas realizaciones, la luz de frecuencia desplazada es desplazada al rojo con relación a la luz solar.
5 En algunas realizaciones, al menos porciones de la capa selectivamente reflectante y de la capa reflectante de manera difusa están encaradas entre sí formando una cavidad reflectante para la luz de frecuencia desplazada.
10 En algunas realizaciones, el aparato también incluye un reflector selectivo situado proximal a la guía de ondas que admite selectivamente la luz incidente en la guía de ondas, y que selectivamente refleja la luz de frecuencia desplazada desde la guía de ondas de vuelta a la guía de ondas.
15 En algunas realizaciones, al menos porciones del reflector selectivo y el reflector difuso están encarados entre sí formando una cavidad reflectante para la luz de frecuencia desplazada.
En algunas realizaciones, el reflector selectivo tiene una transmisividad de al menos 0,9 a la 20 luz incidente y una reflectividad de al menos 0,9 para la luz desplazada al rojo.
En algunas realizaciones, la guía de ondas es flexible.
En algunas realizaciones, la guía de ondas incluye una envoltura llena de fluido.
25 En algunas realizaciones, el aparato también incluye un dispositivo de circulación que hace circular el fluido a través de la envoltura llena de fluido.
En algunas realizaciones, el aparato también incluye un intercambiador de calor configurado 30 para eliminar calor del fluido.
En algunas realizaciones, el aparato también incluye al menos un disipador de calor configurado para eliminar calor de la guía de ondas.
35 En algunas realizaciones, el aparato incluye además un generador configurado para generar energía eléctrica a partir del calor eliminado.
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En algunas realizaciones, el aparato también incluye un concentrador que concentra la luz incidente sobre la guía de ondas.
Otra realización se refiere a un procedimiento de generación de energía eléctrica. El
5 procedimiento incluye la obtención de un aparato de concentración que comprende una guía de ondas que contiene un material luminiscente que responde a la luz incidente mediante la emisión de luz de frecuencia desplazada y un reflector difuso colocado proximal a la guía de ondas. Una primera porción de la luz de frecuencia desplazada se refleja internamente dentro de la guía de ondas a una salida de la guía de ondas, y una segunda porción de la
10 luz de frecuencia desplazada se transmite fuera de la guía de ondas. El reflector difuso refleja por lo menos parte de la segunda porción de la luz de frecuencia desplazada de nuevo a la guía de ondas para que se refleje internamente dentro de la guía de ondas a una salida de la guía de ondas. El procedimiento incluye también la colocación de un dispositivo fotovoltaico proximal a la salida de guía de ondas; la recepción de la luz incidente con el
15 aparato de concentración para producir la luz de frecuencia desplazada; y la dirección de al menos una porción de la luz de frecuencia desplazada al dispositivo fotovoltaico para generar energía eléctrica.
En algunas realizaciones, el procedimiento incluye admitir una porción de la luz incidente en
20 la guía de ondas a través de la capa selectivamente reflectante y sobre el material luminiscente; hacer que el material luminiscente emita luz de frecuencia desplazada en respuesta a la luz incidente; y utilizar el reflector difuso para reflejar una porción de la luz de frecuencia desplazada que sale de la guía de ondas de vuelta a la guía de ondas para que se refleje internamente dentro de la guía de ondas a la salida de la guía de ondas.
25 En algunas realizaciones, la luz incidente es la luz solar.
En algunas realizaciones, la luz de frecuencia desplazada está desplazada al rojo con relación a la luz solar.
30 En algunas realizaciones, el material luminiscente incluye puntos cuánticos.
En algunas realizaciones, los puntos cuánticos comprenden partículas que varían entre aproximadamente 2 y 10 nanómetros de tamaño.
35 En algunas realizaciones, los puntos cuánticos incluyen material seleccionado del grupo constituido por seleniuro de cadmio (CdSe), sulfuro de cadmio (CdS), arseniuro de indio
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(InAs) y fosfuro de indio (InP).
En algunas realizaciones, los puntos cuánticos incluyen material seleccionado del grupo constituido por sulfuro de plomo (PbS), seleniuro de cinc (ZnSe) y dióxido de titanio (Ti02).
5 En algunas realizaciones, el aparato de concentración también incluye un reflector selectivo situado proximal a la guía de ondas, que admite selectivamente la luz incidente en la guía de ondas y que selectivamente refleja la luz de frecuencia desplazada desde la guía de ondas de vuelta a la guía de ondas. El procedimiento también incluye admitir una porción de la luz
10 incidente en la guía de ondas a través de la capa selectivamente reflectante y sobre el material luminiscente; haciendo que el material luminiscente emita luz de frecuencia desplazada en respuesta a la luz incidente; y usando el reflector selectivo para reflejar una porción de la luz de frecuencia desplazada que sale de la guía de ondas de vuelta a la guía de ondas para que se refleje internamente dentro de la guía de ondas a la salida de la guía
15 de ondas.
En algunas realizaciones, el reflector selectivo es un reflector difuso.
Otra realización más se refiere a un sistema que incluye un aparato con una guía de ondas
20 que contiene un material luminiscente que responde a la luz incidente por emisión de luz de frecuencia desplazada y un transductor de energía situado proximal a la salida de la guía de ondas para recibir la luz de frecuencia desplazada y convertir la luz a otra forma de energía.
En algunas realizaciones, el transductor incluye una célula fotovoltaica.
25 En algunas realizaciones, la célula fotovoltaica tiene una mayor eficiencia cuántica en respuesta a la luz de frecuencia desplazada en respuesta a la luz incidente.
En algunas realizaciones, la célula fotovoltaica incluye una célula solar basada en silicio.
30 Otra realización más se refiere a un aparato que incluye una guía de ondas y un reflector difuso. La guía de ondas contiene un material luminiscente que responde a la luz incidente mediante la emisión de luz de frecuencia desplazada. El reflector difuso está colocado proximal a la guía de ondas para reflejar al menos parte de la luz que sale de la guía de
35 ondas de vuelta a la guía de ondas para que se refleje internamente dentro de la guía de ondas.
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En algunas realizaciones, la al menos parte de luz que sale de la guía de ondas incluye la luz de frecuencia desplazada emitida por el material luminiscente.
En algunas realizaciones, la al menos parte de luz que sale de la guía de ondas incluye una 5 porción de frecuencia no desplazada de la luz incidente.
Varias realizaciones pueden incluir cualquiera de las características aquí descritas, ya sea en solitario, o en cualquier combinación adecuada.
10 Debe entenderse que la descripción general anterior y la siguiente descripción detallada son sólo ilustrativas y explicativas, y no son restrictivas de la invención tal como se reivindica.
Breve descripción de los dibujos
15 Estas y otras características, aspectos y ventajas de la presente invención se harán evidentes a partir de la siguiente descripción, de las reivindicaciones adjuntas, y de las realizaciones adjuntas de ejemplo mostradas en los dibujos, que se describen brevemente a continuación.
20 La figura 1 es un diagrama de bloques de un sistema de conversión de energía solar de acuerdo con una realización de ejemplo.
La figura 2 es una sección transversal esquemática de un concentrador para el sistema de conversión de energía solar de la figura 1 de acuerdo con una realización de ejemplo.
25 La figura 3 es una sección transversal esquemática de un concentrador para el sistema de conversión de energía solar de la figura 1 de acuerdo con otra realización de ejemplo.
La figura 4 es un diagrama de un trazado de rayos esquemático del concentrador de la 30 figura 2, que muestra la propagación de los rayos de luz solar a través del concentrador.
La figura 5 es un diagrama de un trazado de rayos esquemático del concentrador de la figura 3, que muestra la propagación de los rayos de luz solar a través del concentrador.
35 La figura. 6 es un diagrama de bloques de un sistema de conversión de energía solar de acuerdo con otra realización de ejemplo, que incluye un sistema de recuperación del calor
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útil del sistema.
La figura 7 es una sección transversal esquemática de un concentrador para el sistema de conversión de energía solar de la figura 1 de acuerdo con otra realización de ejemplo. 5
Descripción detallada
Haciendo referencia a la figura 1, un sistema de conversión de energía solar 10 (por ejemplo, aparato de conversión de energía solar, etc.) se muestra de acuerdo con una
10 realización de ejemplo. El sistema de conversión de energía solar 10 recoge energía solar y la convierte en otra forma de energía que es útil para hacer el trabajo utilizando un transductor de energía 12. De acuerdo con una realización de ejemplo, el transductor de energía 12 es una célula fotovoltaica (por ejemplo, una célula solar basada en silicio) que está configurada para convertir la energía solar en corriente eléctrica.
15 Tal como se muestra en más detalle en la figura 2, se proporciona un concentrador 20 para aumentar la cantidad de luz (tal como se muestra, la luz solar incidente) que se dirige hacia el transductor de energía 12, aumentando así la cantidad de energía de luz que puede ser convertida por el transductor de energía 12. El concentrador 20 recoge la energía solar
20 sobre un área bastante grande (por ejemplo, mayor que el área de la zona del transductor de energía 12) y la dirige a través de una salida 29 hacia el transductor de energía 12. El concentrador 20 incluye un material que forma una guía de luz 22 (por ejemplo, tubo de luz, guía de ondas, etc.). Tal como se describe en más detalle a continuación, el concentrador 20 incluye un material luminiscente capaz de alterar (por ejemplo) el espectro de la luz
25 dirigida al transductor de energía 12.
Un reflector 24 está situado en, sobre o cerca del concentrador 20. Tal como se describe en más detalle a continuación, el reflector 24 puede ser un reflector difuso que refleja una porción de la luz que sale del concentrador 20 de vuelta al concentrador 20. En
30 consecuencia, la luz que de otro modo se habría perdido se dirige de vuelta hacia el concentrador, mejorando así la eficiencia.
La guía de luz 22 forma el cuerpo principal del concentrador 20 y está configurada para redirigir la energía solar hacia el transductor de energía 12. La guía de luz 22 es un cuerpo
35 al menos parcialmente transparente con un índice de refracción que es mayor que el de la sustancia que la rodea (por ejemplo, aire). La guía de luz incluye una capa superior 25, una
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capa activa luminiscente 26, y una capa inferior 27.
La guía de luz 22 utiliza la reflexión interna total para dirigir la energía solar hacia la salida 29 de la guía de luz 22. El índice de refracción del material que forma la guía de luz 22 y el 5 índice de refracción de los medios circundantes (por ejemplo, aire) determinan un ángulo crítico. La luz que se propaga a través de la guía de luz 22 que se aproxima a la interfaz entre la guía de luz 22 y los medios circundantes en un ángulo mayor que el ángulo crítico que se refleja internamente de vuelta a la guía de luz. La luz que se aproxima a la interfaz en un ángulo menor que el ángulo crítico, que se muestra como un área en forma de cuña
10 40 en la figura 2, es capaz de escapar de la guía de luz 22. En el espacio tridimensional, esta área se extrapola como un "cono de escape", donde la luz que viaja en el cono de escape no se refleja totalmente internamente y se transmite parcialmente.
La forma y las dimensiones de la guía de luz 22 pueden variar. La forma de la guía de luz 22
15 depende de la aplicación deseada para el concentrador solar. De acuerdo con una realización de ejemplo, la guía de luz 22 es una banda plana o una lámina o varias capas de bandas o láminas. El área de dicha guía de luz 22 a modo de lámina puede variar ampliamente dependiendo de la aplicación. Por ejemplo, el área de cada capa puede ser relativamente pequeña (por ejemplo, aproximadamente 10 cm2 o menos), o relativamente
20 grande (por ejemplo, aproximadamente 1 m2 o más).
En algunas realizaciones, la capa superior 25 y la capa inferior 27 están formadas de un material transparente sólido, tal como vidrio, cristal de cuarzo, o un polímero, tal como un material termoplástico. Los materiales termoplásticos adecuados incluyen, pero no se limitan 25 a, polímeros de alto peso molecular tales como acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), acrílico, celuloide, acetato de celulosa, copolímero de etileno-acetato de vinilo (EVA), etileno alcohol vinílico (EVAL), plásticos fluorados (PTFE, incluyendo FEP, PFA, CTFE, ECTFE, ETFE), ionómeros kydex, una marca registrada de acrílico/aleación de PVC, polímero de cristal líquido (LCP), poliacetal (POM o acetal), poliacrilatos (acrílico), poliacrilonitrilo (PAN o 30 acrilonitrilo), poliamida (PA o nylon), poliamida-imida (PAI), poliariletercetona (PAEK o cetona), polibutadieno (PBD), polibutileno (PB), politereftalato de libutileno (PBT), politereftalato de etileno (PET), politereftalato de dimetileno ciclohexileno (PCT), policarbonato (PC), polihidroxialcanoatos (PHAs), policetona (PK), poliéster polietileno (PE), polieteretercetona (PEEK), polieterimida (PEI), polietersulfona (PES), polisulfona 35 polietilenclorinatos (PEC), poliimida (PI), ácido poliláctico (PLA), polimetilpenteno (PMP), óxido de fenileno (PPO), polisulfuro de fenileno (PPS), poliftalamida (PPA), polipropileno
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(PP), poliestireno (PS), polisulfona (PSU), policloruro de vinilo (PVC), policloruro de vinilideno (PVDC) y Spectralon. En algunas realizaciones, la capa superior 25, la capa inferior 27, o ambas, incluyen poliestireno. El poliestireno, así como una serie de otros materiales termoplásticos, es flexible, duradero y ligero, y de bajo coste, cada una de las
5 cuales es una característica deseable para un concentrador solar.
La capa luminiscente 26 es una capa activa intercalada entre la capa superior 25 y la capa inferior 27. La capa luminiscente 26 absorbe la luz entrante y remite luz a una frecuencia que difiere de la frecuencia de la luz entrante, y sobre un rango de ángulos. De acuerdo con
10 una realización de ejemplo, la capa luminiscente 26 desplaza la luz al rojo, disminuyendo la frecuencia. La capa luminiscente absorbe radiación solar difusa y directa incidente en todos los ángulos y, por lo tanto, no requiere seguimiento. Debido a que el proceso luminiscente rojo cambia el espectro, la conexión entre el brillo y la entropía permite conseguir grandes relaciones de concentración, incluso para la luz difusa.
15 Las células fotovoltaicas (por ejemplo, transductor de energía 12) en un circuito generan una corriente eléctrica cuando los fotones (por ejemplo, luz del sol) con una energía por encima del salto de banda golpean la célula fotovoltaica y crean un par electrón-hueco. El par electrón-hueco se crea sólo si la energía del fotón es mayor que el salto de banda de la
20 célula fotovoltaica. Sin embargo, el exceso de energía por encima del salto de banda (por ejemplo, a partir de rayos ultravioleta de alta energía) se convierte en calor en la célula fotovoltaica. El exceso de calor disminuye el rendimiento y la eficiencia de la célula. Mediante el desplazamiento al rojo de los fotones entrantes, la capa luminiscente 26 reduce la energía de los fotones que alcanzan la célula fotovoltaica 12, de modo que están más
25 cerca del salto de banda de la célula fotovoltaica. Por ejemplo, en las realizaciones en las que la célula fotovoltaica 12 es un dispositivo basado en silicio, la capa luminiscente 26 puede desplazar al rojo el espectro de la radiación solar incidente, de tal manera que los fotones de la radiación ultravioleta y visible se desplazan hacia el rojo hacia y/o cerca del infrarrojo y al infrarrojo.
30 De acuerdo con una realización de ejemplo, la capa luminiscente 26 incluye una multitud de puntos cuánticos que están dispuestos en una sola capa alojada entre la capa superior 25 y la capa inferior 27 de la guía de luz 22. Tal como se utiliza aquí y se entiende por los expertos en la técnica, "puntos cuánticos" son semiconductores cuyos excitones están
35 confinados en tres dimensiones en una región de escala nanométrica. Los puntos cuánticos pueden incluir nanopartículas (por ejemplo, nanocristales) que tienen un tamaño
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característico en un intervalo de aproximadamente 1 nm a aproximadamente 100 nm. Los puntos cuánticos tienen propiedades ópticas cuánticas que están ausentes en el material a granel debido al confinamiento de los pares de electrón-hueco sobre la partícula, por ejemplo, en una región de unos pocos nanómetros.
5 En algunas realizaciones, los puntos cuánticos tienen las siguientes propiedades ópticas. Son muy absorbentes de la radiación incidente y tienen emisiones muy brillantes (fluorescencia) bajo excitación óptica. El pico de emisión de los puntos cuánticos puede desplazarse hacia el rojo desde su espectro de absorción.
10 En diversas realizaciones, se puede utilizar una variedad de puntos cuánticos con los concentradores solares descritos. En algunas realizaciones, los puntos cuánticos incluyen puntos cuánticos que emiten infrarrojos (IR). Por "emisor de infrarrojos", se quiere decir que los puntos cuánticos emiten luz en la región infrarroja del espectro electromagnético, es
15 decir, desde aproximadamente 700 nm a aproximadamente 2500 nm. En algunas realizaciones, los puntos cuánticos incluyen los puntos cuánticos que tienen un espectro de emisión que presenta un máximo entre aproximadamente 750 nm y 1100 nm aproximadamente. Esto incluye los puntos cuánticos que exhiben un máximo de emisión a aproximadamente 800 nm, aproximadamente 850 nm, aproximadamente 900 y
20 aproximadamente 1000 nm.
Sin embargo, para diversas aplicaciones adecuadas los puntos cuánticos pueden incluir puntos cuánticos que emiten luz en otras regiones del espectro electromagnético. En algunas realizaciones, los puntos cuánticos comprenden seleniuro de cadmio (CdSe),
25 sulfuro de cadmio (CdS), arseniuro de indio (InAs), fosfuro de indio (InP) o combinaciones de los mismos. En otras realizaciones, los puntos cuánticos comprenden seleniuro de cinc (ZnSe), dióxido de titanio (Ti02), o combinaciones de los mismos. En otras realizaciones, los puntos cuánticos no comprenden seleniuro de cadmio.
30 En otras realizaciones de ejemplo, la capa luminiscente puede ser de tintes orgánicos tales como rodamina B; cumarina; tintes Lumogen, comercializados por BASF SE, o Macrolex fluorescencia roja G, comercializado por Lanxess AG.
Con referencia de nuevo a la figura 1, la capa de reflector difuso 24 está dispuesta en o
35 cerca de la superficie exterior de la capa inferior 27 de la guía de luz 22. Un reflector difuso puede incluir cualquier superficie que refleja la luz incidente en un ángulo dado de vuelta a
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un intervalo de ángulos. La capa de reflector difuso 24 puede ser cualquier material reflectante de manera adecuadamente difusa conocido, tal como una superficie texturizada con irregularidades grandes en comparación con las longitudes de onda de la radiación incidente que los rayos reflejados son enviados de vuelta en múltiples direcciones.
5 En diversas realizaciones, el reflector difuso 24 puede incluir una superficie muy eficiente reflectante de manera difusa. Por ejemplo, la superficie puede reflejar de manera difusa más del 75%, más del 80%, más del 85%, más del 90%, más del 95%, más del 99%, o más de luz incidente sobre el mismo. En algunas realizaciones, el reflector difuso pueden presentar
10 esta alta eficacia en un amplio intervalo de longitudes de onda, por ejemplo, en sustancialmente todo el espectro solar, y/o en un intervalo que contiene luz que varía desde el ultravioleta o visible hasta el casi infrarrojo o infrarrojo.
La capa de reflector difuso 24 refleja una porción de la luz que sale de la guía de luz 22 (por
15 ejemplo, luz en ángulos dentro del cono de escape) de vuelta a la guía de luz 22. Una primera porción de esta luz reflejada volverá a entrar en el concentrador 20 en ángulo fuera del cono de escape para reflejarse posteriormente internamente a la salida 29. Una segunda porción volverá a entrar en el concentrador 20 en ángulos dentro del cono de escape y, por lo tanto, hará una sola pasada de vuelta a través del concentrador 20.
20 El reflector difuso 24 proporciona varias ventajas. En primer lugar, en ausencia del reflector, la luz de frecuencia desplazada emitida desde la capa luminiscente 26 dentro del cono de escape saldría del concentrador 20 y se perdería antes de llegar al transductor de fotocélula
12. Tal como se describe en detalle a continuación, el reflector 24 refleja de forma difusa por
25 lo menos una porción de esta luz de vuelta al concentrador 20 y en ángulos fuera del cono de escape para guiarla hacia el transductor de fotocélula 12.
En segundo lugar, en ausencia del reflector, la luz solar incidente en el concentrador 20 en ángulos dentro del cono de pérdida (por ejemplo, rayos directos, normalmente incidentes)
30 hará sólo una pasada a través de la capa luminiscente del concentrador 20. Tal como se describe en detalle a continuación, el reflector 24 refleja de manera difusa por lo menos una porción de esta luz hacia el concentrador 20 y los ángulos fuera del cono de escape para reflejarse de manera totalmente interna dentro del concentrador 20, haciendo así múltiples pasadas a través de la capa luminiscente 26.
35 Para algunas aplicaciones, las ventajas anteriores, combinadas con la necesidad reducida o
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eliminada de seguimiento solar en los dispositivos aquí descritos proporcionan una generación de potencia de alta eficiencia y bajo coste. En algunas realizaciones, la presencia del difusor puede mejorar la eficiencia de la generación de energía del sistema 10 por un factor de aproximadamente 2 o aproximadamente 3 o más. Como es bien conocido
5 en la técnica, la alta eficiencia es a menudo importante o incluso esencial para la viabilidad comercial de las fuentes de energía.
Para mejorar aún más la eficiencia, el concentrador 20 también puede incluir un reflector selectivo 28 en la superficie exterior de la capa superior 25 de la guía de luz 22 (por ejemplo, 10 opuesto de la capa del reflector difuso 24) tal como se muestra en la figura 3. El reflector selectivo 28 es una capa selectivamente reflectante, construida de cualquier material adecuado conocido en la técnica, que es sustancialmente transparente a la luz incidente y refleja de manera selectiva la luz de frecuencia desplazada. De acuerdo con una realización de ejemplo, el reflector selectivo 28 tiene una transmisividad de al menos 0,9 a la luz
15 incidente en una banda de longitud de onda seleccionada y una reflexividad de al menos 0,9 a la luz desplazada de Stokes en una banda de longitud de onda seleccionada. De acuerdo con otras realizaciones de ejemplo, el reflector selectivo tiene una transmisividad de al menos el 50% de la luz incidente sobre el espectro solar y una reflexividad de al menos el 90% a la luz desplazada de Stokes.
20 La figura 4 es un diagrama de trazado de rayos esquemático del concentrador 20, que muestra la propagación de los rayos de luz solar 30 a través del concentrador 20. Un primer grupo de rayos 30 se propagan a través del concentrador 20 (por ejemplo, la capa superior 25) y algunos de los primeros rayos 30 son absorbidos por la capa luminiscente 26. Algunos
25 del primer grupo de rayos 30a pueden no ser absorbidos por la capa luminiscente 26. El primer grupo de rayos 30 que son absorbidos por la capa luminiscente 26 se reenvía como un segundo grupo de rayos 32 que tienen una longitud de onda más larga que la longitud de onda del primer grupo de rayos 30. La capa luminiscente 26 dispersa la luz, de modo que el segundo grupo de rayos 32 (por ejemplo, rayos desplazados al rojo) está en una variedad
30 de ángulos de incidencia respecto al primer conjunto de rayos 30. La dispersión se produce cuando la luz entrante 30 es una luz directa o una luz difusa.
La capa luminiscente 26 dispersa el segundo grupo de rayos 32 de tal manera que se propagan a través de la capa inferior 27 hacia la superficie posterior de la guía de luz 22. Un 35 tercer grupo de rayos 34 son reflejados desde la interfaz de la superficie posterior por reflexión interna total (TIR). Un cuarto grupo de rayos 36 se propagan a través de la capa
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inferior 27 en un ángulo que normalmente les permiten escapar de la guía de luz 22 (por ejemplo, luz en el cono de escape determinado por los índices de refracción del material de la capa inferior 27 y que rodean el medio). Sin embargo, en el concentrador 20 que se muestra en la figura 4, el cuarto grupo de rayos 36 se refleja de nuevo en la guía de luz 22
5 por el reflector difuso 24 que está dispuesto en o cerca de la superficie exterior de la capa inferior 27. Tal como se describió anteriormente, una porción de la luz será reflejada en ángulos fuera del cono de pérdida, de tal manera que esta luz es guiada al transductor 12.
Debido a que no todos del primer grupo de rayos 30 son absorbidos y desplazados al rojo
10 por la capa luminiscente 26 (por ejemplo, el rayo de luz 30a), los sistemas luminiscentes de una sola pasada pueden estar limitados a bajas eficiencias de conversión global, debido a la baja absorción de una sola radiación solar pasada a través de la capa luminiscente 26. La capa del reflector difuso 24 forma una cavidad de reciclaje que da radiación que no es absorbida por la capa luminiscente 26, la radiación que escapa a través del cono de escape
15 TIR directo, así como la radiación de escape a través del cono de reabsorción de la radiación de escape, una segunda oportunidad de ser absorbido y desplazado al rojo por la capa luminiscente 26, aumentando así la eficiencia global de la conversión del concentrador
20. El aumento de la eficiencia global de un concentrador 20 pasivo permite que sea más
competitivo con los sistemas más complejos, que requieren de un eje activo o pasivo o dos 20 sistemas de seguimiento del eje.
La figura 5 es un diagrama de trazado de rayos del concentrador 20 de acuerdo con otra realización de ejemplo, que incluye un reflector selectivo 28 que está dispuesto en la superficie exterior de la capa superior 25 de la guía de luz 22 (por ejemplo, opuesto a la
25 capa del reflector difuso 24). Tal como se describió anteriormente, el reflector selectivo 28 es una capa selectivamente reflectante que es sustancialmente transparente a los rayos de luz incidentes 30. Los primeros rayos 30, por lo tanto, son capaces de entrar y propagarse a través de la capa superior 25 normalmente (por ejemplo, tal como se muestra y se describe respecto a la figura 4).
30 Sin embargo, el reflector selectivo 28 refleja selectivamente la luz de frecuencia desplazada (por ejemplo, segundo rayos 32). Por lo tanto, un quinto grupo de rayos 38 de frecuencia desplazada que de otro modo escaparían a través del cono de escape TIR se reflejan de vuelta a la capa superior 25 de la guía de luz 22.
35 La forma y las dimensiones de la luz de guía 22 pueden variar. La forma de la guía de luz 22
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depende de la aplicación deseada para el concentrador solar. De acuerdo con una realización de ejemplo, la guía de luz 22 es una banda o lámina plana o varias capas de bandas o láminas. El área de dicha guía de luz a modo de lámina 22 puede variar ampliamente dependiendo de la aplicación. Por ejemplo, el área de cada capa puede ser
5 relativamente pequeña (por ejemplo, aproximadamente 10 cm2), o relativamente grande (por ejemplo, aproximadamente 1 m2).
Según otra realización de ejemplo, la guía de luz puede ser un elemento cilíndrico. La capa luminiscente puede ser una línea, plano (monocapa, por ejemplo), o un grupo cilíndrico de
10 puntos cuánticos que se extienden a lo largo del eje longitudinal de la guía de luz. Toda o una porción de la superficie exterior de la guía de luz puede incluir un recubrimiento reflectante o selectivamente reflectante (por ejemplo, reflector difuso 24 o reflector selectivo 28). De acuerdo con otras realizaciones de ejemplo, la guía de luz puede estar conformada de otra manera, tal como un plano curvado.
15 El espesor de cada capa de la guía de luz 22 también puede variar. En algunas realizaciones, la capa superior 25 y/o la capa inferior 27 son suficientemente gruesas para que se minimice la cantidad de luz emitida por la capa luminiscente 26 a través de la superficie superior o inferior del concentrador solar 20. En algunas realizaciones, el espesor
20 de la capa inferior 27 y la capa superior 25 varía de aproximadamente 0,25 mm a aproximadamente 5 mm. De acuerdo con una realización preferida, el espesor de la capa superior 25 y/o de la capa inferior 27 es de entre 0,5 mm y 4 mm. De acuerdo con una realización particularmente preferida, el espesor de la capa superior 25 y/o de la capa inferior 27 es de entre 1 mm y 3 mm.
25 Haciendo ahora referencia a la figura 6, de acuerdo con otra forma de realización de ejemplo, el sistema de conversión de energía solar 10 incluye un sistema de conversión térmica 60 para retirar y utilizar el exceso de calor desde el concentrador 20. En esta realización, la guía de luz 22 puede comprender una o más capas formadas como una
30 envoltura llena de líquido. La envoltura es un cuerpo transparente de pared delgada que se llena con un fluido, tal como agua, que es capaz de absorber el exceso de calor en el concentrador 20. Un elemento de circulación 62 (por ejemplo, una bomba, etc.) mueve el fluido de la guía de luz a través del sistema de conversión térmica 60. El sistema de conversión térmica 60 también incluye un dispositivo 64 que elimina el calor del fluido antes
35 de que se haga circular de nuevo a la guía de luz 22. De esta manera, el exceso de calor que es generado por los rayos de luz incidentes se elimina del sistema de conversión de
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energía solar 10.
De acuerdo con una realización de ejemplo, el dispositivo 64 es un simple disipador de calor, tubo de calor, otro dispositivo o combinación de dispositivos que está configurado para
5 disipar el exceso de calor, tal como en el aire. El disipador de calor u otro dispositivo puede disipar el calor pasivamente, o puede incluir un ventilador u otro dispositivo para aumentar el calor extraído del fluido.
Según otra realización de ejemplo, el dispositivo 64 es un intercambiador de calor. El
10 intercambiador de calor puede ser similar al disipador de calor y estar configurado para disipar el exceso de calor del fluido al aire. En otras realizaciones, el intercambiador de calor puede estar acoplado a otro sistema, y el exceso de calor puede ser transferido desde el fluido de guía de luz a otro fluido de trabajo en el intercambiador de calor.
15 Según otra realización de ejemplo, el dispositivo 64 puede ser un generador. Por ejemplo, el fluido puede ser convertido a un vapor en el concentrador 20 (por ejemplo, vapor, etc.) y el dispositivo 64 puede ser una turbina que es accionada por el fluido vaporizado.
Aunque el material luminiscente para el concentrador 20 se describe anteriormente y se
20 muestra en las figuras 2 a 5 tal como se proporciona como una capa activa intercalada entre la capa superior 25 y la capa inferior 27, en otras realizaciones de ejemplo el material luminiscente puede estar dispuesto de forma diferente. Haciendo referencia a la figura 7, en otra realización de ejemplo, el concentrador 20 puede incluir un material luminiscente 26 que comprende puntos cuánticos o moléculas orgánicas de tinte que se dispersan por todo el
25 material que forma la guía de luz 22.
Tal como se entenderá por los expertos en la técnica, para cualquier y todos los propósitos, particularmente en términos de proporcionar una descripción escrita, todos los intervalos aquí descritos también abarcan cualquier y todos los subintervalos y combinaciones posibles 30 de subintervalos de los mismos. Cualquier intervalo enumerado se puede reconocer fácilmente como que se describe suficientemente y que permite que el mismo intervalo se divida en por lo menos mitades iguales, tercios, cuartos, quintos, décimos, etc. Como un ejemplo no limitativo, cada intervalo aquí descrito puede dividirse fácilmente en un tercio inferior, tercio medio y tercio superior, etc. Tal como también se entiende por parte de un 35 experto en la técnica, cualquier lenguaje tal como "hasta", "al menos", "mayor que", "menor que", y similares, incluyen el número indicado y se refieren a intervalos que posteriormente
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pueden dividirse en subintervalos tal como se describió anteriormente.
Todas las publicaciones, solicitudes de patente, patentes publicadas, y otros documentos mencionados en esta memoria se incorporan aquí por referencia, como si cada publicación
5 individual, solicitud de patente, patente publicada u otro documento estuviera específica e individualmente indicada para incorporarse por referencia en su totalidad. Las definiciones que están contenidas en el texto incorporado por referencia se excluyen en la medida en que contradigan las definiciones en esta descripción.
10

Claims (23)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Aparato para la concentración luminiscente de energía solar que comprende;
    5 una guía de ondas que contiene un material luminiscente que responde a la luz incidente mediante la emisión de luz de frecuencia desplazada, y
    un reflector difuso colocado proximal a la guía de ondas para reflejar al menos parte de la luz que sale de la guía de ondas de vuelta a la guía de ondas para que se refleje 10 internamente dentro de la guía de ondas.
    caracterizado por que el reflector difuso refleja más de aproximadamente el 90% de la luz de frecuencia desplazada incidente sobre el mismo.
    15 2. Aparato según reivindicación 1, caracterizado por que comprende:
    una guía de ondas que contiene un material luminiscente que responde a la luz incidente mediante la emisión de luz de frecuencia desplazada, en el que
    20 una primera porción de la luz de frecuencia desplazada se refleja internamente dentro de la guía de ondas a una salida de la guía de ondas, y
    una segunda porción de la luz de frecuencia desplazada se transmite fuera de la guía de ondas; y
    25 un reflector difuso colocado proximal a la guía de ondas para reflejar al menos parte de la segunda porción de la luz de frecuencia desplazada de vuelta a la guía de ondas para que se refleje internamente dentro de la guía de ondas a una salida de la guía de ondas;
    30 en donde el reflector difuso refleja más de aproximadamente el 90% de la luz de frecuencia desplazada incidente sobre el mismo
  2. 3. Aparato según la reivindicación 2, caracterizado por que también comprende un
    abosorbedor colocado proximal a la guía de ondas para producir energía en respuesta a la 35 luz de frecuencia desplazada.
  3. 4. Aparato según la reivindicación 3, caracterizado por que el absorbedor comprende un dispositivo fotovoltaico.
    5 5. Aparato según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que el material luminiscente comprende puntos cuánticos o un tinte orgánico.
  4. 6. Aparato según la reivindicación 5, caracterizado porque los puntos cuánticos comprenden uno o más de:
    10 partículas que varían entre aproximadamente 1 a 10 nanómetros de tamaño;
    material seleccionado del grupo constituido por sulfuro de plomo (PbS), seleniuro de cadmio (CdSe), sulfuro de cadmio (CdS), arseniuro de indio (InAs) y fosfuro de indio 15 (InP);
    material seleccionado del grupo constituido por seleniuro de cinc (ZnSe) y dióxido de titanio (TiO2);
    20 una monocapa de puntos cuánticos; y
    los puntos cuánticos están suspendidos en un material polimérico.
  5. 7. Aparato según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que la guía de ondas comprende:
    25 una capa superior que es sustancialmente transparente a la luz incidente;
    una capa activa que comprende el material luminiscente, siendo la capa activa subyacente a la capa superior; y
    30 una capa inferior subyacente a la capa activa que es sustancialmente transparente a la luz de frecuencia desplazada; y
    en el que el reflector difuso comprende una capa reflectante de manera difusa 35 subyacente a la capa inferior.
  6. 8.
    Aparato según la reivindicación 7, caracterizado por que también comprende una capa selectivamente reflectante que recubre la capa superior que es sustancialmente transparente a la luz incidente y refleja selectivamente la luz de frecuencia desplazada.
  7. 9.
    Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el material luminiscente de la guía de ondas responde a la luz incidente mediante la emisión de luz de frecuencia desplazada al rojo con relación a la luz solar.
    5
    10 10. Aparato según la reivindicación 8, caracterizado por que al menos porciones de la capa selectivamente reflectante y de la capa reflectante de manera difusa están encaradas entre sí formando una cavidad reflectante para la luz de frecuencia desplazada.
  8. 11. Aparato según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que también comprende un
    15 reflector selectivo situado proximal a la guía de ondas que admite selectivamente la luz incidente en la guía de ondas y que refleja selectivamente la luz de frecuencia desplazada desde la guía de ondas de vuelta a la guía de ondas.
  9. 12. Aparato según la reivindicación 11 caracterizado por que al menos porciones del
    20 reflector selectivo y del reflector difuso están encaradas entre sí formando una cavidad reflectante para la luz de frecuencia desplazada.
  10. 13. Aparato según la reivindicación 11, caracterizado por que el reflector selectivo tiene una
    transmisividad de al menos 0,9 a la luz incidente y una reflexividad de al menos 0,9 para la 25 luz al rojo desplazada.
  11. 14. Aparato según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que la guía de ondas es flexible
    o una envoltura llena de fluido.
    30 15. Aparato según la reivindicación 14, caracterizado por que también comprende un dispositivo de circulación que hace circular el fluido a través de la envoltura llena de fluido.
  12. 16. Aparato según la reivindicación 15, caracterizado por que también comprende un
    intercambiador de calor configurado para eliminar calor del fluido. 35
  13. 17. Aparato según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que también comprende al 23
    menos un disipador de calor configurado para eliminar calor de la guía de ondas.
  14. 18. Aparato según la reivindicación 17, caracterizado por que también comprende un
    generador configurado para generar energía eléctrica a partir del calor eliminado. 5
  15. 19.
    Aparato según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que también comprende un concentrador que concentra la luz incidente sobre la guía de ondas.
  16. 20.
    Procedimiento de generación de energía eléctrica, caracterizado por que comprende:
    10 obtener un aparato de concentración que comprende
     una guía de ondas que contiene un material luminiscente que responde a la luz incidente mediante la emisión de luz de frecuencia desplazada, en el que
    15 una primera porción de la luz de frecuencia desplazada se refleja internamente dentro de la guía de ondas a una salida de la guía de ondas, y
    una segunda porción de la luz de frecuencia desplazada se transmite fuera 20 de la guía de ondas; y
     un reflector difuso colocado proximal a la guía de ondas para reflejar al menos parte de la segunda porción de la luz de frecuencia desplazada de retorno a la guía de ondas para que se refleje internamente dentro de la guía de ondas a una
    25 salida de la guía de ondas;
    colocar un dispositivo fotovoltaico proximal a la salida de la guía de ondas;
    recibir la luz incidente con el aparato de concentración para producir la luz de frecuencia 30 desplazada,
    dirigir al menos una porción de la luz de frecuencia desplazada al dispositivo fotovoltaico para generar energía eléctrica.
    35 admitir una porción de la luz incidente en la guía de ondas a través de la capa selectivamente reflectante y sobre el material luminiscente;
    hacer que el material luminiscente emita luz de frecuencia desplazada en respuesta a la luz incidente; y
    5 usar el reflector difuso para reflejar una porción de la luz de frecuencia desplazada que sale de la guía de ondas de vuelta a la guía de ondas para que se refleje internamente dentro de la guía de ondas a la salida de la guía de ondas,
    donde la luz incidente es luz solar y la luz de frecuencia desplazada se desplaza al rojo con 10 relación a la luz solar.
  17. 21. Procedimiento según la reivindicación 20, caracterizado por que comprende introducir puntos cuánticos en el material luminiscente.
    15 22. Procedimiento según la reivindicación 21, caracterizado por que comprende incluir en los puntos cuánticos uno o más materiales seleccionados del grupo constituido por seleniuro de cadmio (CdSe), sulfuro de cadmio (CdS), arseniuro de indio (InAs), y fosfuro de indio (InP); y
    material seleccionado del grupo constituido por sulfuro de plomo (PbS), seleniuro de cinc 20 (ZnSe) y dióxido de titanio (TiO2);
  18. 23. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 20 a 22, caracterizado por que comprende incluir en el aparato de concentración un reflector selectivo situado proximal a la guía de ondas que admite selectivamente la luz incidente en la guía de ondas y que refleja
    25 selectivamente la luz de frecuencia desplazada desde la guía de ondas de vuelta a la guía de ondas.
  19. 24. Procedimiento según la reivindicación 23, caracterizado por que el reflector selectivo es 30 un reflector difuso.
  20. 25. Sistema, caracterizado porque comprende:
    un aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 20; 35 un transductor de energía situado proximal a la salida de la guía de ondas para recibir la 25
    luz de frecuencia desplazada y convertir la luz en otra forma de energía.
  21. 26. Sistema según la reivindicación 25, caracterizado por que el transductor comprende una célula fotovoltaica que ópticamente tiene una mayor eficiencia cuántica en respuesta a la luz
    5 de frecuencia desplazada que en respuesta a la luz incidente y/o una célula solar basada en silicio.
  22. 27. Aparato según la reivindicación 1, caracterizado por que la al menos parte de la luz que sale de la guía de ondas comprende luz de frecuencia desplazada emitida por el material
    10 luminiscente y/o en el que la al menos parte de la luz que sale de la guía de ondas comprende una porción de frecuencia no desplazada de la luz incidente.
  23. 28. Aparato según reivindicación primera, caracterizado por que entre la guía de luz y el
    reflector difuso hay un hueco de aire para evitar que se frustre la reflexión interna total. 15
    20
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