CN101169489A - 液体充填的透镜及太阳能板聚光系统 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种液体充填的透镜构造及太阳能板聚光系统。在一个具有凸透镜形状的透明固体外壳内充填液体，例如水，以形成一个凸透镜。再将一块太阳能板置于液体充填的凸透镜与其焦点之间，使太阳光经凸透镜聚焦于太阳能电池上而产生强光而增加电能。减少透镜的重量及降低材料成本。可大量用于太阳能板系统的聚光，也可具有不同用途的透镜形状，例如天文望远镜、光学显微镜、三棱镜等，以减少透镜的重量。

Description

液体充填的透镜及太阳能板聚光系统
技术领域
本发明是有关于一种以液体充填的透镜系统。特别是有关于以液体充填的透镜构造及形成太阳能板的聚光系统。
背景技术
太阳能板为未来的重要能源，为增加效率，太阳能电池的构造及所用的材料不断改进，效率已达20％以上。为增加输出电流，聚光及散热更为研究的重点。
授予田中邦秀的台湾专利案第091111913号案“使用经液体光浓缩的太阳能转换器”将太阳能电池置于液体中，润湿及改进液体中经折射及内反射光的集中，使输出电流增加。此案为授予Tanaka；Kunihide等人的美国专利案第10/154,668号案。
授予Campbell，III；William Patrick等人的美国专利案第05/644,159号案也为将太阳能电池置于液体中，利用液体聚光及散热以使输出电流增加。授予Campbell，III；William Patrick等人的美国专利案第05/890,935号案也为将太阳能电池置于液体中，而改良太阳能电池的形状，以得一致(coherent)的光。授予Kirpich；Aaron S.等人的美国专利案第06/559,504号案也为将太阳能电池置于液体中，而改良电隔离及在液体中热传的构造，使更换及修理容易。授予Olah；Stephen等人的美国专利案第09/758,842号案Solar energy module and fresnel lens for use in same为一太阳能聚光器，在容纳室有一个玻璃fresnel透镜作聚光，此透镜有多面(facet)构造。
先前技术以玻璃透镜作聚光，如图1所示。图1(先前技术)为玻璃凸透镜聚光的示意图。玻璃凸透镜102聚光时，平行光线104经玻璃透镜102聚光后形成聚光106，其焦点为P。玻璃透镜102的重量太重，且材料成本太高。将太阳能电池置于液体中虽然具有散热及聚光的效果，但聚光不够。
因此有一种需求，能使聚光效果增加，玻璃的用量减少而减低成本，并使透镜的重量减少而易于安装。本发明即针对先前技术的缺点，提出一种太阳能板的聚光系统，以满足聚光的需求。
发明内容
本发明的目的在提供一种液体充填的透镜构造，在一个具有透镜形状的透明固体外壳内充填液体，例如水，以形成一个透镜，玻璃的用量减少而减低成本，并使透镜的重量减少而易于安装。
本发明的次一目的在提供一种太阳能板聚光系统，将一块太阳能板置于液体充填的凸透镜与其焦点之间，使太阳光经凸透镜聚焦于太阳能电池上而产生强光而增加电能。
为达成上述目的及其它目的，本发明的第一观点教导一种液体充填的透镜构造，包括：一个中空的透明固体外壳，具有透镜的形状，供充填液体的用。透明固体外壳的材料为玻璃、透明塑料、石英或压克力，以减少透镜的重量。透明固体外壳的厚度为0.3mm至8mm，以能支撑重力及外力破坏为度。透镜为凸透镜或其它功能的透镜，例如凹透镜或三菱镜；在该透明固体外壳内充填液体，形成透镜，充填的液体为水、乙醇、苯、杜松油(ceder oil)或二硫化碳等。
本发明的第二观点教导一种太阳能板的聚光系统，至少包含：一个液体充填的凸透镜，用以将太阳能聚焦于太阳能板上；一片太阳能板，由太阳能电池数组构成，置于透镜与该透镜的焦点之间，以将聚焦的太阳光转换为电能。
附图说明
图1(先前技术)为玻璃透镜聚光的示意图。
图2是显示依据本发明的一实施例的液体充填的透镜构造的剖面图。
图3是显示依据本发明的一实施例的液体充填的透镜聚光的示意图。
图4是显示依据本发明的一实施例的太阳能板的聚光系统图。
主要组件符号说明
102玻璃凸透镜      104平行光线
106聚光            202液体充填的透镜
208透明固体外壳    210液体
208透明固体外壳    C1第一中心
C2第二中心         R1第一半径
R2第二半径         d厚度
304平行光线        306聚光
P焦点              402太阳光
404光线            406太阳能板
具体实施方式
参考图2，图2是显示依据本发明的一实施例的液体充填的透镜构造的剖面图。液体充填的透镜202具有中空的透明固体外壳208，具有透镜的形状，供充填液体。在本实施例为一个凸透镜，上层的曲率半径为第一半径R1，以第一中心C1为曲率中心；下层的曲率半径为第二半径R2，以第二中心C2为曲率中心。但也可为其它功能的透镜，例如凹透镜或三菱镜。透明固体外壳208的材料为玻璃、透明塑料、石英玻璃或压克力，以减少透镜的重量。透明固体外壳208的厚度d为0.3mm至8mm，以能支撑重力及外力破坏为度。在该透明固体外壳内充填液体210，形成透镜，充填的液体为水、乙醇、苯、杜松油(cederoil)或二硫化碳。光学玻璃的折射率为1.51201，而水的折射率为1.344661，两者的折射率相差不大，可通过调整曲率半径而补偿的。其它可用的液体如表一所示：
表一
 光学玻璃   折射率n
 硼玻璃(Borocrown BK1)   1.51201
 高密度玻璃(Dense crown SK1)   1.61282
 石英玻璃(Quartzglass)   1.4601
 Frint玻璃   1.61681
 液体
 水   1.344661
 乙醇   1.365
 苯   1.50545
 杜松油(ceder oil)   1.5180
 二硫化碳   1.635
由表一可知，折射率较接近玻璃的充填液体为苯、ceder oil或二硫化碳，但成本较高，也有环保问题。故仍建议以水来充填。
参考图3，图3是显示依据本发明的一实施例的液体充填的透镜聚光的示意图。具有透明固体外壳208及充填液体210的液体充填的透镜202聚光时，平行光线304经液体充填的透镜202聚光后形成聚光306，其焦点为P。
参考图4，图4是显示依据本发明的一实施例的太阳能板的聚光系统图。具有透明固体外壳208及充填液体210的液体充填的凸透镜202，在其正下方将太阳能板406置于凸透镜202及凸透镜的焦点P之间，凸透镜的位置于太阳光402经凸透镜202聚焦成光线404后，以能承受全部光线404为宜，太阳能板406愈小，距凸透镜202愈远而靠近透镜的焦点P；反之，距凸透镜202愈近而远离凸透镜的焦点P。例如凸透镜的面积/太阳能板的面积的比为2∶1，则太阳能板406应置于凸透镜202及凸透镜的焦点P的中点，如图4所示。
通过以上较佳的具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本创作的特征与精神，而并非以上述所揭露的较佳具体实例来对本发明的范畴加以限制。相反的，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范畴内。

Claims (15)

1.一种液体充填的透镜构造，其特征在于至少包含：
一个中空的透明固体外壳，具有透镜的形状，供充填液体，以减少透镜的重量；
在该透明固体外壳内充填液体，形成透镜。
2.如权利要求1所述的透镜构造，其特征在于：该透明固体外壳的材料为玻璃。
3.如权利要求1所述的透镜构造，其特征在于：该透明固体外壳的材料为透明塑料。
4.如权利要求1所述的透镜构造，其特征在于：该透明固体外壳的材料为石英。
5.如权利要求1所述的透镜构造，其特征在于：该透明固体外壳的材料为压克力。
6.如权利要求1所述的透镜构造，其特征在于：该透明固体外壳的厚度为0.3mm至8mm。
7.如权利要求1所述的透镜构造，其特征在于：该透镜为凸透镜。
8.如权利要求1所述的透镜构造，其特征在于：该透镜为凹透镜。
9.如权利要求1所述的透镜构造，其特征在于：该透镜为三棱镜。
10.如权利要求1所述的透镜构造，其特征在于：该液体为水。
11.如权利要求1所述的透镜构造，其特征在于：该液体为乙醇。
12.如权利要求1所述的透镜构造，其特征在于：该液体为苯。
13.如权利要求1所述的透镜构造，其特征在于：该液体为杜松油。
14.如权利要求1所述的透镜构造，其特征在于：该液体为二硫化碳。
15.一种太阳能板的聚光系统，其特征在于至少包含：
一个液体充填的凸透镜，用以将太阳能聚焦于太阳能板上；
一片太阳能板，由太阳能电池数组构成，置于透镜与该透镜的焦点之间，以将聚焦的太阳光转换为电能。
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