TWI542826B - 可撓性照明光伏打複合模組及其製備方法 - Google Patents

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Description

可撓性照明光伏打複合模組及其製備方法
本發明係關於一種具有高度可撓性及可塑性之照明光伏打複合模組，尤其本發明係關於一種具有提高能源再生利用功效之可撓性照明光伏打複合模組。
目前人類主要仰賴之石油已漸漸使用殆盡，且燃燒石油會產生廢氣會造成環境污染。因此，太陽能被視為較環保的替代能源，因其能將光能直接轉變成電能之太陽能電池，而受到各界之矚目。
太陽能電池又稱為光伏打電池。在節能減碳成為全民運動的同時，許多結合太陽能之相關產品相繼出爐，例如太陽能路燈、太陽能警示燈等，透過日間將太陽能模組產生的電力儲存於蓄電池中，再於夜間提供照明設備所需的電力，以達到能源自生與利用。
常見的太陽能照明系統通常是以傳統太陽能模組以及LED燈建構而成，然該些裝置具有以下缺點：1.傳統太陽能模組(例如矽晶模組)的體積較大，因而影響該照明系統的整體架構的設計；2.由於太陽能模組與光源為分開 設計的結構，因此造成該太陽能照明系統的體積過大；3.傳統太陽能模組係以堅硬的框架製成(例如玻璃與鋁框)，因缺乏彈性而大幅降低其可應用性；4.傳統光伏打電池模組成本太高；5.傳統太陽能照明系統的發電與照明效率低，一但遇到遮陰現象即大幅降低太陽能電池的儲電效率，進而影響照明時間；此外，6.傳統太陽能照明系統因前述原因而設計架構呆版，無法擁有豐富色彩或其他美觀的應用。
有鑑於上述問題，發明人長時間投入研發而提供一種光伏打照明模組，其能夠具有高變形性、高能量再利用性以及低製造成本，有利於提升傳統照明模組的應用性並使其普及化。
本發明之一目的係提供一種可撓性照明模組，具有高度可撓性、可塑形性以及能量再生循環利用特性。
本發明之另一目的係在提供一種製備可撓性照明模組的，俾能利用低溫無毒製程，一體成形該可撓性照明模組。
為達成上述目的，本發明提供一種可撓性照明模組，包含：至少一光源；一光伏打電池模組，係與該光源電性連接，其中該光伏打電池模組包含至少一光伏打電池；以及一可撓性波導元件，其中該光源及該光伏打電池模組係各自獨立嵌設於該可撓性波導元件中、設置於該可撓性波導元件之至少一側、或其組合，以形成一可撓性照 明模組。
上述光源可為各類習知光源，例如發光二極體(LED)、有機發光二極體等，無特別限制。該光伏打電池模組可為習知光伏打電池模組。
上述可撓性波導元件為一種軟性波導元件，可提高光線進入光伏打電池模組之效率，更能增加光源所發出之光線的再循環利用率。該可撓性波導元件包含一波導材料，其係至少一選自由：聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methyl methacrylate)，PMMA)、聚乙烯醇(polyvinyl Alcohol，PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(poly(vinylpyrrolidinone)，PVP)以及聚二甲基矽氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)所組成之群組，較佳為聚二甲基矽氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)。
本發明之可撓性照明光伏打複合模組可更含一散射層，係設置於該可撓性波導元件之至少一側或嵌設於該可撓性波導元件中。
根據一實施態樣，本發明之可撓性照明光伏打複合模組中，該散射層可設置於該可撓性波導元件之一側，該光源可設置於該散射層之一第一表面上且嵌設於該可撓性波導元件中，該光伏打電池模組可設置於該可撓性波導元件之至少一側。
根據另一實施態樣，該散射層可嵌設於該可撓性波導元件中，再且，該光源可更設置於該散射層之一第二表面上。
根據再一實施態樣，該光伏打電池模組係嵌設 於該可撓性性波導元件中，尤其，該光伏打電池模組更穿設於該散射層或橫跨穿過該散射層。
於再另一實施態樣中，該光伏打電池模組中之該些光伏打電池可設置於該可撓性波導元件之至少兩側，無特別限制。
此外，本發明之可撓性照明光伏打複合模組可再包含嵌設於該可撓性波導元件中之一圖案層，該圖案層可為一實體圖案，或者利用發光染料而形成具有圖案或文字之圖案層，且該圖案層之層數無特別限制，可依情況而形成數層圖案層。
為提高光的捕捉效率，該可撓性波導元件之至少一表面可利用翻印而形成一微結構，其中該微結構可例如為角錐型微結構、半球形微結構、矩形微結構、或其組合所組成之群組，無特別限制。
此外，本發明之可撓性照明光伏打複合模組可於其表面更包覆一保護層，以提高該本發明照明光伏打複合模組之耐候及抗汙保護，該保護層可具有較低的折射率，其材料可至少一選自由：乙烯四氟乙烯(ethylene-tetra-fluoro-ethylene，ETFE)、乙烯三氟氯乙烯共聚物(ethylene-chlorotrifluororthylene，ECTFE)、聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene，PTFE)、氟化乙烯丙烯(fluorinated ethylene propylene，FEP)、聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)以及聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)等透明聚合物所組成之群組，無特別限制，較佳為乙烯四氟乙烯 (ethylene-tetra-fluoro-ethylene，ETFE)。
本發明另提供一種可撓性照明光伏打複合模組之製備方法，其步驟包含：(a)將至少一光源以及一光伏打電池模組電性連接並固定於一模具中，其中該光伏打電池模組包含至少一光伏打電池；(b)將一波導材料溶液倒入該模具並固化該波導材料溶液，以形成一可撓性波導元件，其中，該光源及該光伏打電池模組係嵌設於該可撓性波導元件中、設置於該可撓性波導元件之至少一側或其組合；以及(c)移除該模具以形成一可撓性照明光伏打複合模組。
於步驟(b)後，更包含一步驟(b1)：嵌設一圖案層於該可撓性波導元件中。
於步驟(b1)後，更包含步驟(b2)：形成一散射層於該可撓性波導元件之至少一側。較佳情況下，該散射層的材料可例如為二氧化鈦，可依不同透光度需求而調整二氧化鈦的含量，無特別限制。
於步驟(b2)後，更包含步驟(b3)：再將該波導材料溶液倒至該散射層上，以使該散射層嵌設於該可撓性波導元件中。
上述波導材料溶液包含一波導材料以及一固化劑，其中該波導材料與該固化劑之容量比為10~1：1[配合claim第20項的修正]，較佳為10~2：1，更佳為10：1。 上述固化劑可為光固化或熱固化之固化劑，無特別限制。
由本發明之製備方法所製得之可撓性照明光伏打複合模組與上述本發明之可撓性照明光伏打複合模組結構相同，在此不另贅述。
由於本發明之照明光伏打複合模組係利用具有可撓性及波導特性之波導材料而製成，任何複雜曲面皆可應用，且無須擔心遮陰問題，藉由控制發光材料或直接嵌埋圖案於照明光伏打複合模組，可使本發明照明光伏打複合模組呈現圖案或文字，配合一體成型的特性，可使本發明照明光伏打複合模組應用於廣告刊版、各項路燈、標示看板等等應用領域。更重要的是，由於本發明包含可撓性波導元件，透過波導元件的材料特性，除了可提升照明光伏打複合模組日間吸收太陽能之外，更能回收夜間照明時光源所發出之光線，進行再發電，以達到能源再生循環的功效，提高能源再利用率，兼具環保、低成本、美觀及廣泛應用等優點。
1‧‧‧模具
2‧‧‧光伏打電池模組
3‧‧‧LED光源
4‧‧‧可撓性波導元件
5‧‧‧實體圖案
6‧‧‧散射層
61‧‧‧第一表面
62‧‧‧第二表面
圖1係本發明實施例1製備可撓式照明光伏打複合模組流程示意圖。
圖2係本發明實施例2之可撓式照明光伏打複合模組透視圖。
圖3係本發明實施例3之可撓式照明光伏打複合模組透視圖。
圖4係本發明實施例4之可撓式照明光伏打複合模組透 視圖。
圖5係本發明實施例5之可撓式照明光伏打複合模組透視圖。
圖6係測試例1之實施例1可撓式照明光伏打複合模組實體圖。
圖7係圖6之電壓-電流測試結果。
圖8係測試例2之實施例1可撓式照明光伏打複合模組實體圖。
圖9係圖8之光線再回收電壓-電流測試結果。
以下係藉由具體實施例說明本發明之實施方式，熟習此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本發明之其他優點與功效。此外，本發明亦可藉由其他不同具體實施例加以施行或應用，在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。
<實施例1>
請參考圖1，圖1係可撓式照明光伏打複合模組流程圖。首先，如圖1之流程(1)所示，於一模具1中固定光伏打電池模組2與LED光源3，且太陽能電池2與LED光源3係電性連接。以PDMS作為波導材料，將其與固化劑以10：1的容量比混合，均勻攪拌後靜置一段時間或置入真空腔中，去除氣泡而完成波導材料溶液的配置。將該波導材料溶液倒入該模具1，以90~120℃加熱固化，形成一可撓性波導元件4，其中LED光源3係嵌設於可撓性波導 元件4中，光伏打電池模組2係固定於該可撓性波導元件4之一側面。
參考圖1之流程(2)，將依實體圖案5置入該固化之波導元件4上。隨後，參考圖1之流程(3)至(5)，配置一二氧化鈦與PDMS均勻混合溶液(二氧化鈦：PDMS=0.2g：1.8ml)，依比例加入固化劑(PDMS：固化劑=10：1)，而完成散射溶液配置，其中二氧化鈦濃度可依透光度需求而調整。將配置好的散射溶液倒入該模具1，並覆蓋該實體圖案5，加熱固化該散射溶液以形成一散射層6。接著持續加熱至PDMS完全固化並靜置冷卻後，將模具取下以製得本實施例之可撓性照明光伏打複合模組。
若需要，可於該散射層6上更形成一可撓性波導元件，以使該散射層6包埋於可撓性照明光伏打複合模組之可撓性波導元件4中。
<實施例2>
請參考圖2，圖2係本發明實施例2之可撓式照明光伏打複合模組示意圖。同於實施例1之製法，除了未形成圖案層外，另將散射層6嵌埋於可撓性照明光伏打複合模組之可撓性波導元件4中，其中LED光源係形成於散射層6之一第一表面61，以製得一可撓性照明光伏打複合模組。
<實施例3>
請參考圖3，圖3係本發明實施例3之可撓式照明光伏打複合模組示意圖。同於實施例2之製法，另將 LED光源3形成於散射層6之第二表面62上，以製得一可撓性照明光伏打複合模組。
<實施例4>
請參考圖4，圖4係本發明實施例4之可撓式照明光伏打複合模組示意圖。同於實施例2之製法，另將太陽能模組2嵌設於該可撓性性波導元件4並穿設於該散射層6，以製得一可撓性照明光伏打複合模組。
<實施例5>
請參考圖5，圖5係本發明實施例5之可撓式照明光伏打複合模組示意圖。同於實施例2之製法，除了於散射層6之第一表面61及第二表面62上形成LED光源3外，另將太陽能模組2中所包含的複數個太陽能電池分散設置於可撓性波導元件之垂直兩側面，以製得一可撓性照明光伏打複合模組。
<測試例1>
請參考圖6，取10*10cm2之實施例1可撓性照明光伏打複合模組作為測試對象，其中該圖案由染料製成。將該照明光伏打複合模組與一蓄電池連接成一能源循環系統，並連接一馬達風扇，將該照明光伏打複合模組於150W鹵素投射燈(照度約120,000LX)照射，並同時檢測其電壓-電流關係，檢測結果如圖7所示，本測試例可檢測到開路電壓(V)為達3.38，短路電流(mA)為37.37，填充因子(FF)為0.71，所產生的電力足以驅動馬達風扇轉動。
<測試例2>
本測試例主要量測本發明可撓性照明光伏打複合模組的光源再生利用功效。參考圖8，本測試例的測試對象與測試例1相同，其中單顆LED的亮度約為4000mcd，且該測試照明光伏打複合模組共安裝四顆LED。藉由可撓性波導元件以及散射層將部分LED光源發散之光線重新回收至太陽能模組，本測試例再以LED光源進行發光情況下，檢測之電壓-電流結果如圖9所示，本測試例可檢測到開路電壓(V)為1.62，短路電流(mA)為0.303，填充因子(FF)為0.48，該電力顯示光伏打電池具回收LED光線進行發電之功效。
上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
1‧‧‧模具
2‧‧‧光伏打電池模組
3‧‧‧LED光源
4‧‧‧可撓性波導元件
5‧‧‧實體圖案
6‧‧‧散射層

Claims (21)

  1. 一種可撓性照明光伏打複合模組，包含：至少一光源；一光伏打電池模組，係與該光源電性連接，其中該光伏打電池模組包含至少一光伏打電池；以及一可撓性波導元件，其中該光源及該光伏打電池模組係各自獨立嵌設於該可撓性波導元件中、設置於該可撓性波導元件之至少一側或其組合，以形成一可撓性照明光伏打複合模組。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之可撓性照明光伏打複合模組，其中更包含一散射層，係設置於該可撓性波導元件之至少一側或嵌設於該可撓性波導元件中。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之可撓性照明光伏打複合模組，其中該散射層係設置於該可撓性波導元件之一側，該光源係設置於該散射層之一第一表面上且嵌設於該可撓性波導元件中，該光伏打電池模組係設置於該可撓性波導元件之至少一側。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之可撓性照明光伏打複合模組，其中該散射層係嵌設於該可撓性波導元件中。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之可撓性照明光伏打複合模組，其中該光源更設置於該散射層之一第二表面上。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之可撓性照明光伏打複合模組，其中該光伏打電池模組中之該些光伏打電池係設置於該可撓性波導元件之至少兩側。
  7. 如申請專利範圍第3項所述之可撓性照明光伏打複合模組，其中該光伏打電池模組係嵌設於該可撓性性波導元件中。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之可撓性照明光伏打複合模組，其中該光伏打電池模組更穿設於該散射層。
  9. 如申請專利範圍第2項所述之可撓性照明光伏打複合模組，其中更包含一圖案層，係嵌設於該可撓性波導元件中。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之可撓性照明光伏打複合模組，其中該圖案層包含一發光染料。
  11. 如申請專利範圍第1或2或9項所述之可撓性照明光伏打複合模組，其中更包含一蓄電池，係與該光伏打電池模組電性連接。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之可撓性照明光伏打複合模組，其中該可撓性波導元件之至少一表面係包含一微結構，其中該微結構為角錐型微結構、半球形微結構、矩形微結構、或其組合所組成之群組。
  13. 如申請專利範圍第1或2項所述之可撓性照明光伏打複合模組，其中更包含一保護層，係包覆該可撓性照明光伏打複合模組之表面。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之可撓性照明光伏打複合模組，其中該保護層材料係至少一選自由：乙烯四氟乙烯(ethylene-tetra-fluoro-ethylene，ETFE)、乙烯三氟氯乙烯共聚物(ethylene-chlorotrifluororthylene，ECTFE)、聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene，PTFE)、氟化乙烯丙烯(fluorinated ethylene propylene，FEP)、聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)以及聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)所組成之群組。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之可撓性照明光伏打複合模組，其中該可撓性波導元件係包含一波導材料，該波導材料係至少一選自由：聚乙烯醇(polyvinyl Alcohol，PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(poly(vinylpyrrolidinone)，PVP)以及聚二甲基矽氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)所組成之群組。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之可撓性照明光伏打複合模組，其中該可撓性波導元件之該波導材料為聚二甲基矽氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)。
  17. 一種可撓性照明光伏打複合模組之製備方法，其步驟包含：(a)將至少一光源以及一光伏打電池模組電性連接並固定於一模具中，其中該光伏打電池模組包含至少一光伏打電池；(b)將一波導材料溶液倒入該模具並固化該波導材料溶液，以形成一可撓性波導元件，其中，該光源以及該光伏打電池模組係各自獨立嵌設該可撓性波導元件中、設置於該可撓性波導元件之至少一側或其組合；以及(c)移除該模具以形成一可撓性照明光伏打複合模組。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之製備方法，其中於步驟(b)後，更包含一步驟(b1)，(b1)嵌設一圖案層於該可撓性波導元件中。
  19. 如申請專利範圍第17或18項所述之製備方法，其中於步驟(b1)後，更包含步驟(b2)，(b2)形成一散射層於該可撓性波導元件之至少一側。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之製備方法，其中於步驟(b2)後更包含步驟(b3)，(b3)再將該波導材料溶液倒至該散射層上，以使該散射層嵌設於該可撓性波導元件中。
  21. 如申請專利範圍第17項所述之製備方法，其中該波導材料溶液包含一波導材料以及一固化劑，其中，該波導材料以及該固化劑之容量比為10：1至1：1。
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