CN102403926A

CN102403926A - 太阳能***及其制作方法

Info

Publication number: CN102403926A
Application number: CN2010102830263A
Authority: CN
Inventors: 李宗宪
Original assignee: Epistar Corp
Current assignee: Epistar Corp
Priority date: 2010-09-15
Filing date: 2010-09-15
Publication date: 2012-04-04

Abstract

本发明提供一种太阳能***及其制作方法。该太阳能***，包括一太阳能电池；以及一光学装置，配置于太阳能电池上。光学装置具有一腔体，腔体容置有不互溶的一第一流体与一第二流体，第一流体与第二流体之间存在一界面，界面的法线方向随入射光线的角度而改变。

Description

太阳能***及其制作方法

技术领域

本发明涉及太阳能***，特别是涉及具有光学装置的太阳能***及其制作方法。

背景技术

在科技发达的现今，地球资源为供应人类的生存与活动正快速地损耗中。为减缓资源消耗以及能源短缺的问题，世界各国正积极研发再生能源的开发。在这一股世界环保节能潮流的带动下，由太阳能、风能、潮汐能、生质能等利用自然资源进行发电的技术均为现今研究的重点。由于太阳能具有丰富供应的特性，而且为清洁的能源，不会产生再生污染，更无燃烧其他自然资源而导致全球温室效应的后遗，是一种「干净能源」，因而被广泛地进行研发与利用。

目前常见的太阳能发电装置。由于总体入射光照射能量受平板状的太阳能电池模块与入射光线之间的相对角度限制，通常会进一步安装一驱动装置并与一外部电源连接，如此，太阳能板电池表面的角度可以适度的改变以配合入射光源(如太阳)的移动，进而提升总体入射光照能量。然而，此一外加的驱动装置通常增加***的建置与维护成本，并且消耗额外的电能以动态地改变太阳能电池模块表面的角度，提高此类太阳能发电装置的发电成本。因此，如何提供一种低成本的太阳能发电装置是亟需改善的课题。

发明内容

本发明提供一种太阳能***，包括一太阳能电池；以及一光学装置，配置于太阳能电池上，光学装置具有一腔体，腔体容置有不互溶的一第一流体与一第二流体，第一流体与第二流体之间存在一界面，界面的法线方向可随入射光线的角度而改变。

本发明还提供一种太阳能***，包括一太阳能电池；一集光元件，配置于太阳能电池上；以及一光学装置阵列，配置于集光元件上，光学装置阵列包括多个光学装置，各光学装置具有一腔体与相对二侧墙，且相对二侧墙位于腔体的相对二侧，腔体容置有不互溶的一第一流体与一第二流体，第一流体与第二流体之间存在一界面，界面为一电压可调制的表面，且相对二侧墙为二彼此独立的电极，二侧墙之间可存在一电压差，且界面的法线方向会随电压差的改变而改变。

本发明还提供一种太阳能***的制作方法，包括提供一太阳能电池；以及将一光学装置配置于太阳能电池上，光学装置具有一腔体，腔体容置有不互溶的一第一流体与一第二流体，第一流体与第二流体之间存在一界面，界面的法线方向随入射光线的角度而改变。

附图说明

图1A～图1B示出了本发明一实施例的太阳能***的剖面图。

图2A～图2B示出了本发明一实施例的太阳能***的剖面图。

图3示出了本发明另一实施例的太阳能***的剖面图。

图4示出了本发明又一实施例的太阳能***的剖面图。

图5示出了本发明一实施例的太阳能***的制作流程图。

附图符号说明

100～太阳能***；

110～太阳能电池；

112～入射面；

120～光学装置；

122～第一流体；

124～第二流体；

126～盒状结构；

126a～底板；

126b～顶板；

126c、126d～侧墙；

126e～疏水介电材料层；

200～太阳能***；

210～太阳能电池；

220～集光元件；

222～入光面；

230～光学装置阵列；

240～追日装置；

242～电流检测元件；

244～控制元件；

310～追日装置；

410～追日装置；

412～太阳角度检测器；

414～控制元件；

510、520、530、540～步骤；

A～法线方向；

C～腔体；

D～间距；

F1、F2～表面；

L～太阳光；

N～电流检测信号；

N1～角度信号；

S～界面；

V1～第一电压；

V2～第二电压；

V3～第三电压；

V4～第四电压；

ψ～倾斜角。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并结合附图详细说明如下。

以下将详细说明本发明实施例的制作与使用方式。然应注意的是，本发明提供许多可供应用的发明概念，其可以多种特定型式实施。文中所举例讨论的特定实施例仅为制造与使用本发明的特定方式，非用以限制本发明的范围。此外，在不同实施例中可能使用重复的标号或标示。这些重复仅为了简单清楚地叙述本发明，不代表所讨论的不同实施例和/或结构之间具有任何关连性。再者，当述及一第一元件位于一第二元件“上”、“之上”、“下”或“之下”时，包括第一元件与第二元件直接接触或间隔有一个或更多个其他元件的情形。在附图中，可能夸大实施例的形状与厚度以便清楚表现出本发明的特征。再者，在下文中，将特别描述构成本发明装置的元件或与的直接相关的元件，而附图中未示出或描述的元件则可以本领域的技术人员所熟知的各种形式存在。

本发明提出一种具有追日功能的固定式太阳能***，其是以电润湿技术做成的液态微棱镜(1iquid micro-prism)达到追日的效果，故毋须如传统太阳能***需藉助一外部驱动装置(例如马达)，仍可使太阳能***具有追日的功能并可大幅改善传统固定式太阳能***的发电效率。

图1A～图1B示出了本发明一实施例的太阳能***的剖面图。

请参照图1A与图1B，在本实施例中，一太阳能***100包括一太阳能电池110与一光学装置120，其中光学装置120例如为一电润湿棱镜(electro-wetting prism)。光学装置120配置于太阳能电池110上。

本实施例的光学装置120可具有一第一流体122、一第二流体124与一盒状结构126，其中第一流体122与第二流体124不互溶。盒状结构126具有一底板126a、一顶板126b与相对二侧墙126c、126d，其中相对二侧墙126c、126d配置于底板126a上，而顶板126b配置于相对二侧墙126c、126d上。

底板126a、相对二侧墙126c、126d与顶板126b定义出一腔体C，第一流体122与第二流体124配置于腔体C中，且第一流体122与第二流体124之间存在一界面S。第一流体122与第二流体124可分别为亲水性材料(例如水、盐水)与疏水性材料(例如油)，或者是导电材料与绝缘材料，又或者是极性材料与非极性材料。第一流体122与第二流体124皆为透光的流体。盒状结构126的底板126a与顶板126b例如是由透明材料所构成(如玻璃)。盒状结构126的相对二侧墙126c、126d分别为二彼此独立的电极，侧墙126c、126d的材质例如为导电材料或是半导体材料(例如硅)，且二侧墙126c、126d之间的间距D例如为数微米至数毫米。

本实施例是利用电润湿的原理改变界面S的形态(例如界面S的倾斜角ψ或是法线方向A，如图1B所示)，以使太阳光L可经界面S折射并照射在太阳能电池110的一入射面112，进而提升太阳能***100的发电效率。值得注意的是，如图1B所示，在本实施例中，界面S的『倾斜角ψ』指的是界面S的邻近腔体侧壁的部份相对于水平面的夹角。界面S的『法线方向A』指的是垂直于界面S的方向。

盒状结构126还可具有一疏水介电材料层126e，疏水介电材料层126e覆盖侧墙126c、126d的朝向腔体C的表面F1、F2，疏水介电材料层126e的材质例如为氟聚合物(fiuoropolymer)，疏水介电材料层126e的厚度例如为1微米。本实施例的光学装置120仅为一示范性的光学装置结构，在其他实施例中，光学装置亦可为其他的棱镜结构。

在本实施例中，界面S为一电压可调制的表面，亦即，界面S会受到施加于侧墙126c、126d的电压差的大小影响而改变型态(例如使界面S呈平面、凹面或凸面，或者是改变界面S的法线方向A或倾斜角ψ)。本实施例可视情况而改变界面S的型态。

举例来说，如图1A所示，当太阳光L垂直照射太阳能***100时(例如正午)，可对侧墙126c、126d分别施加一第一电压V1与一第二电压V2，并使第一流体122与第二流体124接地，以使侧墙126c、126d之间存在一第一电压差，使界面S呈一水平面。如此一来，太阳光L可垂直穿过界面S而照射到太阳能电池110的入射面112。在本实施例中，第一电压V1相等于第二电压V2，亦即第一电压差为0。

如图1B所示，当太阳光L斜向照射太阳能***100时(例如上午或下午)，可对侧墙126c、126d分别施加一第三电压V3与一第四电压V4，以使侧墙126c、126d之间存在一第二电压差，而第二电压差可使界面S呈一倾斜面(亦即界面S的法线方向A与水平面的法线方向的夹角不为0)。如此一来，太阳光L可经界面S折射而以大致上垂直于太阳能电池110的入射面112的方向入射太阳能电池110，进而提高太阳能***100的发电效率。

图2A～图2B示出了本发明另一实施例的太阳能***的剖面图。

请参照图2A与图2B，本实施例的太阳能***200包括一太阳能电池210、一集光元件220与一光学装置阵列230，其中光学装置阵列230包括多个光学装置120，这些光学装置120可彼此电性独立或是电性连接，亦即，这些光学装置120可个别独立控制或是集体控制，且光学装置120的界面S的型态可彼此相同或是彼此不同。

集光元件220配置于太阳能电池210与光学装置阵列230之间，以使太阳光L通过光学装置120的界面S后经集光元件220聚焦到太阳能电池210，虽然图中所示的集光元件220为一菲涅耳棱镜(Fresnel Lens)(其可以电润湿方式制作)，但亦可使用一抛物面反射罩作为集光元件。在其它实施例中，集光元件220可为一由多个光学装置所组成的光学装置阵列。此时，可藉由分别调整光学装置阵列的各光学装置的界面型态来使光学装置阵列的整体界面具有斜面、凸面、凹面或前述的组合或是其他适于聚光的表面形状，以使其可等效于菲涅耳棱镜，并可藉由调整光学装置阵列的各光学装置的界面的法线方向来调整前述凸面或凹面的曲率以及前述斜面的斜率，进而达到调整集光元件220的焦距的效果。在本实施例中，光学装置阵列230与集光元件220彼此分离不直接接触。在其他实施例中，光学装置阵列230亦可与集光元件220直接接触。

在一实施例中，太阳能***200例如为一可挠曲结构，且太阳能***200可为一平板状结构。因此，可以折迭、拼接或是卷绕的方式收纳太阳能***200。在另一实施例中，太阳能***200例如为一刚性结构。

在本实施例中，太阳能***200还可包括一追日装置(sun tracker)，适于藉由调整光学装置阵列230的各界面S的型态来使太阳光L朝向太阳能电池210前进。以下例举多种类型的追日装置，但仅用以举例说明，并非用以限定本发明。

请参照图2A与图2B，在一实施例中，追日装置240包括一电流检测元件242与一控制元件244，其中电流检测元件242耦接太阳能电池210，以检测太阳能电池210的一电流并产生一电流检测信号N以表示电流的大小。

控制元件244耦接电流检测元件242及光学装置阵列230，以接收电流检测信号N并控制光学装置阵列230的界面S的法线方向。在太阳入射角固定的情况下，电流的大小会随法线方向的改变而改变。因此，控制元件244可经由多次调制该法线方向而获得电流为最大值时的法线方向并依此将界面S的法线方向维持在上述法线方向作为最终法线方向，以使太阳能电池210的电流维持在最大值。控制元件244可在一固定或不固定的时间间隔(例如10分钟、30分钟、1小时)之后，重复前述的动作以重新获得一最终法线方向，以使太阳能电池210的电流维持在最大值。

图3示出了本发明另一实施例的太阳能***的剖面图。

请参照图3，该实施例的追日装置310耦接光学装置阵列230，并依照一预录的太阳轨迹调整界面S的法线方向，以使太阳光L经界面S折射并照射太阳能电池210。前述预录的太阳轨迹可以是追日装置310本身之前预录的或是以其他的太阳角度检测器预录的。

图4示出了本发明又一实施例的太阳能***的剖面图。

请参照图4，该实施例的追日装置410包括一太阳角度检测器412以及一控制元件414。太阳角度检测器412适于检测太阳的角度并产生一角度信号N1以表示太阳的角度。控制元件414可根据角度讯号N1来调整界面S的法线方向，以使太阳光L可经界面S折射而以大致上垂直于集光元件220的入光面222的方向入射集光元件220。

图5示出了本发明一实施例的太阳能***的制作流程图。

请参照图5，首先，提供一太阳能电池(步骤510)。之后，可选择性地将一集光元件配置于前述太阳能电池上(步骤520)，并将一光学装置阵列配置于前述集光元件上(步骤530)。然后，可选择性地提供一追日装置(步骤540)，以调整光学装置阵列的各界面的法线方向。在本实施例中，太阳能电池、集光元件、光学装置阵列、追日装置可分别为前述各实施例的太阳能电池110、210、集光元件220、光学装置阵列230、追日装置240、310、410。

由于本发明的太阳能***具有光学装置，因此，可藉由调整光学装置的界面的型态来改变太阳光经界面后的折射方向，以使太阳光可近乎垂直地入射太阳能电池的入射面(或是集光元件的入光面)，进而提升太阳能***的发电效率。由于本发明是以调整电压差的方式调整界面的型态，因此，不需昂贵且耗电的马达即可达到追日的效果以使光电转换效率最佳化，并且可以相当高的速度改变界面的型态以及太阳光经界面后的折射方向。换言之，本发明的太阳能***是一种具有追日功能的固定式太阳能***。

本发明虽以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明的范围，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可做若干的更动与润饰，因此本发明的保护范围是以本发明的权利要求为准。

Claims

1.一种太阳能***，包括：

一太阳能电池；以及

一光学装置，配置于该太阳能电池上，该光学装置具有一腔体，该腔体容置有不互溶的一第一流体与一第二流体，该第一流体与该第二流体之间存在一界面，该界面的法线方向随入射光线的角度而改变。

2.如权利要求1所述的太阳能***，其中该界面为一电压可调制的表面，该光学装置具有相对二侧墙，且该相对二侧墙位于该腔体的相对二侧，该相对二侧墙为二彼此独立的电极，该二侧墙之间存在一电压差，且该界面的法线方向会随该电压差的改变而改变。

3.如权利要求1所述的太阳能***，还包括：

一集光元件，配置于该太阳能电池与该光学装置之间，使入射光线通过该光学装置后经该集光元件聚焦到该太阳能电池。

4.如权利要求3所述的太阳能***，其中该光学装置与该集光元件直接接触或彼此分离不直接接触。

5.如权利要求3所述的太阳能***，其中该集光元件包括一由多个光学装置所组成的光学装置阵列。

6.如权利要求1所述的太阳能***，其为一可挠曲结构。

7.如权利要求1所述的太阳能***，还包括：

一追日装置，包括：

一电流检测元件，耦接该太阳能电池，检测该太阳能电池的一电流且产生一电流检测信号以表示该电流的大小；以及

一控制元件，耦接该电流检测元件及该光学装置，以接收该电流检测信号且控制该光学装置的该界面的法线方向，并根据调制该法线方向所得的对应电流大小决定一最终法线方向。

8.一种太阳能***，包括：

一太阳能电池；

一集光元件，配置于该太阳能电池上；以及

一光学装置阵列，配置于该集光元件上，该光学装置阵列包括多个光学装置，各该光学装置具有一腔体与相对二侧墙，且该相对二侧墙位于该腔体的相对二侧，该腔体容置有不互溶的一第一流体与一第二流体，该第一流体与该第二流体之间存在一界面，该界面为一电压可调制的表面，且该相对二侧墙为二彼此独立的电极，该二侧墙之间适于存在一电压差，且该界面的法线方向会随该电压差的改变而改变。

9.如权利要求8所述的太阳能***，其中该集光元件包括一由多个光学装置所组成的光学装置阵列。

10.如权利要求8所述的太阳能***，还包括：

一追日装置，适于调整该光学装置阵列的各该界面的法线方向。