TWI537533B - 側聚光式太陽能電池系統 - Google Patents

Description

側聚光式太陽能電池系統

本發明係關於一種側聚光式太陽能電池系統，特別是關於一種具有複數個V-型溝槽之側聚光式太陽能電池系統。

隨著社會的現代化，人們對能源的需求度日益攀升。然而，目前能源來源多半為化石燃料，例如煤、石油、天然氣等，正面臨著蘊藏量有限的問題。並且，化石燃料燃燒過程產生的廢氣，如二氧化碳、硫化物等，不僅造成空氣汙染、也助長溫室效應，間接影響氣候變遷。因此，尋找替代能源乃勢在必行。各種新能源技術中，太陽能電池因有能源來源取之不盡、能源轉換無汙染、裝置可模組化、能源取得無地域性等多項優點，近年倍受注目。

太陽能電池雖有上述多項優勢，但目前尚未主導能源市場，主要是因電池轉換效率仍待提升，且電池、系統成本仍高。聚光型太陽能電池系統是一種改良式的太陽能電池系統，其藉由聚光元件，將入光面接受到的太陽光會聚到面積較小的電池吸收面上；如此，可節省太陽能電池材料的用量，而降低太陽能電池系統的成本。但傳統聚光型太陽能電池系統之電池位於聚光元件之下方，系統體積須包含聚光所需之焦距，這使得系統厚度 增大；且電池須位於焦點光斑範圍內，當聚光倍率高時，組裝對位難度提高，以致製作工序的複雜度提升。這些因素也造成傳統聚光型太陽能電池系統的應用普及性降低。為減小系統體積，Karp等人於2010年之Optics Express提出太陽能電池位於聚光元件側面的側聚光式架構。其聚光元件包含一微透鏡陣列及一導光板；微透鏡陣列用以會聚光線至導光板上的反射器，導光板用以將光線導至位於側面的太陽能電池。然而，此架構的二光學元件需有高度精準之對位，以減少光線由透鏡耦合至導光板時的能量損失(coupling loss)。因此，雖體積減小，但組裝難度並未降低。

綜上所述，在大幅提高應用普及性的前提下，如何提供一個高信賴性、高穩定性、整體體積大幅減小，且有效降低製作工序複雜度的聚光型太陽能電池系統，便迫切地亟待研發。

本發明為一種側聚光式太陽能電池系統，自聚光元件之入光面入射的光線會被反射並傳導聚集至最少一側面。側聚光式太陽能電池系統包括至少一太陽能電池模組以及用以固設太陽能電池模組的一框架。太陽能電池模組又包括有至少一太陽能電池及一聚光元件，並利用聚光元件的複數個V-型溝槽將自入光面進入之光線反射並傳導至貼附於聚光元件至少一側面上的太陽能電池。本發明之實施可因使用單一聚光元件且單面形成V-型溝槽，製程較為簡單，而達到節省成本並降低對位之複雜度，也因無需導入第二元件，而無耦合損失之問題。

本發明係提供一種側聚光式太陽能電池系統，其包 含至少一太陽能電池模組以及用以固設太陽能電池模組之一框架，其中太陽能電池模組包括：至少一太陽能電池，用以接收光線並輸出電能；及一聚光元件，其為一透光平板並具有一入光面、與該入光面相對之一底面及複數個側面，該些側面延伸自入光面並與底面相接，太陽能電池係貼附於至少一側面，又底面具有複數個V-型溝槽，用以將自入光面進入之光線反射並傳導至太陽能電池。

藉由本發明之實施，至少可以達到下列進步功效：一、使用單一基材之聚光元件，節省成本及製作工序；二、使用單一聚光元件，並降低對位之複雜度，也因無需導入第二元件，而無耦合損失(coupling loss)問題；三、電池皆貼附於側邊，電池間串、並聯容易；及四、單面形成V-型溝槽，製程較為簡單。

為了使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點，因此將在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點。

100，100’‧‧‧側聚光式太陽能電池系統

10‧‧‧太陽能電池模組

11‧‧‧太陽能電池

12‧‧‧聚光元件

121‧‧‧入光面

122‧‧‧底面

123‧‧‧側面

20‧‧‧框架

30‧‧‧V-型溝槽

40‧‧‧曲面

50‧‧‧抗反射層

60‧‧‧追日裝置

70‧‧‧輪廓

81‧‧‧第一反射層

82‧‧‧第二反射層

90‧‧‧微小結構

A‧‧‧頂角

第1A圖為本發明實施例之一種側聚光式太陽能電池系統結合立體示意圖；第1B圖為本發明實施例之另一種側聚光式太陽能電池系統立體圖； 第2A圖為本發明實施例之一種太陽能電池模組立體圖；第2B圖為第2A圖實施例之側視圖；第2C圖為本發明實施例之另一種太陽能電池模組側視圖；第2D圖為本發明實施例之一種底面為曲面之太陽能電池模組側視圖；第2E圖為本發明實施例之一種入光面為曲面之太陽能電池模組側視圖；第3A圖為本發明實施例之一種入光面鍍有抗反射層之太陽能電池模組側視圖；第3B圖為本發明實施例之另一種入光面鍍有抗反射層之太陽能電池模組側視圖；第4圖為本發明實施例之一種具有追日裝置之側聚光式太陽能電池系統側視示意圖；第5A圖為本發明實施例之一種太陽能電池貼附之側面具有輪廓之太陽能電池模組側視圖；第5B圖為本發明實施例之另一種太陽能電池貼附之側面具有輪廓之太陽能電池模組側視圖；第6圖為本發明實施例之一種V-型溝槽鍍有第一反射層之太陽能電池模組側視圖；第7圖為本發明實施例之一種聚光元件側視圖；第8A圖為本發明實施例之一種側面鍍有第二反射層之太陽能電池模組立體圖；第8B圖為本發明實施例之另一種側面鍍有第二反射層之太陽能電池模組立體圖； 第9A圖為本發明實施例之一種側面具有微小結構之太陽能電池模組立體圖；及第9B圖為本發明實施例之另一種側面具有微小結構之太陽能電池模組立體圖。

如第1A圖及第1B圖所示之實施例，各為一種側聚光式太陽能電池系統100，其包含至少一太陽能電池模組10以及用以固設太陽能電池模組10之一框架20。

如第2A圖至第2C圖所示，太陽能電池模組10又包括至少一太陽能電池11及一聚光元件12。

如第1A圖至第2C圖所示，太陽能電池11係貼附於聚光元件12之至少一側面123，並用以接收光線並輸出電能。太陽能電池11可以為二個以上，並貼附於聚光元件12之至少一側面123，每一太陽能電池11可獨立輸出電能，亦可將該些太陽能電池11彼此以串聯或並聯或串聯加並聯的方式電性相連接，使電能相加後再輸出。

如第1A圖至第2C圖所示，聚光元件12，係為一透光平板，其材質為玻璃或透光之光學塑膠，其中透光之光學塑膠可以為壓克力(聚甲基丙烯酸甲酯，PMMA)或聚碳酸酯(PC塑膠，Polycarbonate)。

同樣如第1A圖至第2C圖所示，聚光元件12具有一入光面121、與入光面121相對之一底面122及複數個側面123，該些側面123係延伸自入光面121並與底面122相接，且太陽能 電池11係貼附於至少一側面123。又聚光元件12之底面122具有複數個V-型溝槽30，用以使光線在射至V-型溝槽時，因全反射效應而反射回聚光元件12內，並傳導至貼附於聚光元件12之至少一側面123的太陽能電池11。

如第2D圖及第2E圖所示，聚光元件12之入光面121或底面122可以為曲面40，曲面40係用以增加入射光線的聚光效果，提升聚集於太陽能電池11的光能。

如第3A圖及第3B圖所示，聚光元件12之入光面121可以鍍有抗反射層50，抗反射層50可使光線全穿透，如此可以增加進入聚光元件12之光量，亦可以提升聚集於太陽能電池11的光能。

如第4圖所示之側聚光式太陽能電池系統100’，其進一步包括有追日裝置60，追日裝置60可與框架20相接合且信號相連接，用以控制框架20之轉動；於實際應用時，追日裝置60可使入光面121隨時對準太陽或光源，以致進入聚光元件12之光量達到最大量。

如第5A圖及第5B圖所示，聚光元件12受太陽能電池11貼附之側面123，具有一輪廓70，用以增加太陽能電池11所接收之光線。輪廓70可以為具有聚光效果的凸透鏡、凸凹透鏡或菲涅爾透鏡(Fresnel lens)。

如第6圖所示，在應用需要時，聚光元件12之底面122的V-型溝槽30係可以鍍有第一反射層81，第一反射層81可由能反射光線之材質所形成，用以確保光線於聚光元件12內傳導，而不會自聚光元件12內穿透底面122或V-型溝槽30而產生 漏光至聚光元件12外部。

如第7圖所示，本實施例為該些V-型溝槽30之頂角A係介於90°至140°之間，此時V-型溝槽30將自入光面121入射之光線反射至側面123之太陽能電池11具有較佳之功效。另一方面，由於每一V-型溝槽30相對於貼附在側面123之太陽能電池11的距離並不一致，每一V-型溝槽30之頂角A可以設計、製造為不同角度，用以增加反射並傳導至太陽能電池11的光量。

如第8A圖及第8B圖所示，無貼附太陽能電池11之至少一側面123鍍有第二反射層82，第二反射層82可由能反射光線之材質所形成，用以確保光線於聚光元件12內傳導，不會自聚光元件12內穿透無貼附太陽能電池11之側面123而產生漏光至聚光元件12之外部。

如第8A圖所示，與貼附太陽能電池11之側面123相對之側面123，鍍有第二反射層82。如第8B圖所示，除了貼附太陽能電池11之側面123以外之側面123均鍍有第二反射層82。

如第9A圖及第9B圖所示，無貼附太陽能電池11之至少一側面123具有複數個微小結構90，微小結構90可由能反射光線之微小鏡面或反射體所形成，用以確保光線於聚光元件12內傳導，而不會自聚光元件12內穿透無貼附太陽能電池11之側面123，而產生漏光至聚光元件12外部。

如第9A圖所示，與貼附太陽能電池11之側面123相對之側面123具有複數個微小結構90。如第9B圖所示，除了貼附太陽能電池11之側面123以外之側面123均具有複數個微小結構90。

如第2D圖至第9B圖所示，前述之具有複數個微小結構90、無貼附太陽能電池11之至少一側面123鍍有第二反射層82、頂角A介於90°至140°之間、V-型溝槽30鍍有一第一反射層81、受太陽能電池11貼附之側面123具有一輪廓70、進一步包括有一追日裝置60、聚光元件12之入光面121鍍有抗反射層50或聚光元件12之入光面121或底面122可以為曲面40之實施例，皆可以增加太陽能電池11所接收之光線，提升聚集於太陽能電池11的光能。

惟上述各實施例係用以說明本發明之特點，其目的在使熟習該技術者能瞭解本發明之內容並據以實施，而非限定本發明之專利範圍，故凡其他未脫離本發明所揭示之精神而完成之等效修飾或修改，仍應包含在以下所述之申請專利範圍中。

100‧‧‧側聚光式太陽能電池系統

10‧‧‧太陽能電池模組

11‧‧‧太陽能電池

20‧‧‧框架

Claims (12)

1. 一種側聚光式太陽能電池系統，其包含至少一太陽能電池模組以及用以固設該太陽能電池模組之一框架，其中該太陽能電池模組包括：至少一太陽能電池，用以接收光線並輸出電能；及一聚光元件，其為一透光平板並具有一入光面、與該入光面相對之一底面及複數個側面，該些側面係延伸自該入光面並與該底面相接，該太陽能電池係貼附於至少一該側面，又該底面具有複數個V-型溝槽，用以將自該入光面入射之光線反射並傳導至該太陽能電池。
2. 如申請專利範圍第1項所述之側聚光式太陽能電池系統，其中該太陽能電池為二個以上並貼附於至少一該側面，又該些太陽能電池可獨立輸出或彼此以串聯或並聯或串聯加並聯的方式電性相連接。
3. 如申請專利範圍第1項所述之側聚光式太陽能電池系統，其中該入光面或該底面為一曲面。
4. 如申請專利範圍第1項所述之側聚光式太陽能電池系統，其中該入光面鍍有一抗反射層，以增加進入該太陽能電池系統的光量。
5. 如申請專利範圍第1項所述之側聚光式太陽能電池系統，其進一步包括一追日裝置，與該框架相接合且信號相連接，用以控制該框架之轉動使該入光面對準太陽或一光源。
6. 如申請專利範圍第1項所述之側聚光式太陽能電池系統，其中受該太陽能電池貼附之該側面，具有一輪廓，以增加該太陽能電池所接收之光線。
7. 如申請專利範圍第1項所述之側聚光式太陽能電池系統，其中該些V-型溝槽係鍍有一第一反射層，使光線於聚光元件內傳導。
8. 如申請專利範圍第1項所述之側聚光式太陽能電池系統，其中每一該V-型溝槽之一頂角係介於90°至140°之間。
9. 如申請專利範圍第1項所述之側聚光式太陽能電池系統，其中每一該V-型溝槽之該頂角的角度係不相同。
10. 如申請專利範圍第1項所述之側聚光式太陽能電池系統，其中該聚光元件之材質為玻璃或透光之光學塑膠，該光學塑膠係為一壓克力(PMMA)或一聚碳酸酯(PC)。
11. 如申請專利範圍第1項所述之側聚光式太陽能電池系統，其中無貼附該太陽能電池之至少一該側面鍍有一第二反射層。
12. 如申請專利範圍第1項所述之側聚光式太陽能電池系統，其中無貼附該太陽能電池之至少一該側面具有複數個微小結構。