CN101728444A - 太阳能电池装置 - Google Patents

Abstract

一种太阳能电池装置，其具有空腔，空腔实质上为密闭的，太阳能电池装置包含太阳能电池单元及聚光单元。太阳能电池单元至少部分位于空腔，聚光单元将至少一部分的外部光线聚集于太阳能电池单元。其中，聚光单元与太阳能电池单元可相对运动。

Description

太阳能电池装置

技术领域

本发明是关于一种太阳能电池装置。

背景技术

随着消耗性能源的耗竭危机以及全球环保意识的高涨，有效利用各种再生能源已成为现今极为重要的课题。由于太阳能是生活中最显而易见的再生能源之一，因此，太阳能电池技术也成为现今行业发展重点之一。

请参照图1所示，一种熟知的太阳能电池装置1包含太阳能电池单元11及透光壳体12。其中，太阳能电池单元11设置于透光壳体12内，且透光壳体12可产生聚光功能

因此，外部光线L可穿过透光壳体12聚焦于太阳能电池单元11，并与太阳能电池单元11产生光电转换效应，藉此太阳能电池装置1即可产生电能输出。

然而，当外部光线L入射角度改变，致使太阳能电池单元11未正对透光壳体12的聚焦点时，太阳能电池单元11有可能无法接受到光线L，而使光线L直接穿出透光壳体12，从而造成太阳能电池装置1的光线利用率不佳。

因此，如何设计一种能提高光线利用率的太阳能电池装置，已逐渐成为重要课题之一。

发明内容

有鉴于上述课题，本发明的目的是提供一种能提高光线利用率的太阳能电池装置。

为达上述目的，根据本发明的一种太阳能电池装置，其具有空腔，空腔实质上为密闭的，太阳能电池装置包含太阳能电池单元及聚光单元。太阳能电池单元至少部分位于空腔，聚光单元将至少一部分的外部光线聚集于太阳能电池单元。其中，聚光单元与太阳能电池单元可相对运动。

承上所述，根据本发明的太阳能电池装置，其聚光单元与太阳能电池单元形成密闭空腔，且可相对运动。藉此，当外部光线的入射角度改变时，借由聚光单元与太阳能电池单元的相对运动，即可使太阳能电池单元仍能位于聚光单元的聚焦点，藉以降低外部光线未与太阳能电池单元反应即直接穿出太阳能电池装置的情况，从而可提高本发明太阳能电池装置的光线利用率。

附图说明

图1为一种熟知的太阳能电池装置示意图；

图2A为本发明第一实施例太阳能电池装置的示意图，图2B为本发明第一实施例太阳能电池装置的动作方式示意图；

图3为本发明第一实施例太阳能电池装置的另一变化状态示意图；

图4为本发明第二实施例太阳能电池装置的示意图；

图5A及图5B为本发明第二实施例太阳能电池装置的另一变化状态动作方式示意图；

图6为本发明第二实施例太阳能电池装置的又一变化状态示意图；

图7为本发明第三实施例太阳能电池装置的示意图；

图8为本发明第三实施例太阳能电池装置的另一变化状态示意图；

图9为本发明第四实施例太阳能电池装置的示意图；

图10为本发明第四实施例太阳能电池装置的另一变化状态示意图；

图11为本发明第五实施例太阳能电池装置的示意图。

元件符号说明：

1、2、2a、3、3a、3b、4、4a、5、5a、6：太阳能电池装置；

11、21、21a、31、31a、31b、41、41a、51、51a、61：太阳能电池单元；

12：透光壳体；

211、211a、311、411、511、611：太阳能电池组件；

22、22a、32、32a、32b、42、42a、52、52a、62：聚光单元；

221、321、R：反射面；

23、33、43、53、63：驱动组件；

312、312a、312b、412、512、612：承载体；

322、S1：外表面；

323：滑轨结构；

34：保持件；

341：滑槽结构；

35、45：抗反射层；

36、46、66：散热组件；

47：反射层；

58、58a：壳体；

623：通孔；

69：流体；

C：空腔；

E：弹性组件；

G1、G2：玻璃基板；

I：连通管；

L：外部光线；

P：光电转换层；

S2：内表面；

T：热交换单元；

具体实施方式

以下将参照相关附图，说明本发明太阳能电池装置，其中相同组件以相同符号表示。

第一实施例：请参照图2A所示，其为本发明第一实施例太阳能电池装置2的示意图。太阳能电池装置2具有空腔C，空腔C实质上为密闭的(substantially closed)。即使空腔C借由通孔及管路与外部储存流体产生连通，但连通时管路仍为密闭的，并未与外界的空气产生对流，即空腔C仍为密闭。太阳能电池装置2包含太阳能电池单元21及聚光单元22。

太阳能电池单元21至少部分位于空腔C，在本实施例中，太阳能电池单元21包含至少一个太阳能电池组件211。太阳能电池组件211也可称为光伏打电池(photovoltaic cell)组件，其为染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cell)组件，且具有两个玻璃基板G1、G2及光电转换层P，借由染料敏化太阳能电池组件的玻璃基板G1与聚光单元22连结，来形成空腔C。

聚光单元22的材质包含玻璃、石英、金属、陶瓷、塑料、或高分子材料等，其将至少一部分的外部光线L聚集于太阳能电池单元21，且聚光单元22与太阳能电池单元21可相对运动。

其中，聚光单元22具有反射面221，至少部分外部光线L穿透部分太阳能电池单元21，并由反射面221反射至太阳能电池单元21。聚光单元22可为具有反射面221的金属材质壳体，或为其它不具反射性的材质的壳体，并且镀有作为反射面的反射层。在本实施例中，聚光单元22以金属材质壳体作说明。值得一提的是，反射面221可为抛物球面，使穿射太阳能电池单元21的外部光线L，能聚集于太阳能电池单元21。其中，反射面221的曲率及形状并非局限于此，以外部光线L能聚光至太阳能电池单元21为优先考虑。

请参照图2B所示，当外部光线L(例如为太阳光)的入射角度改变时，由于反射面221为抛物球面，因外部光线L的聚焦点会随着入射角度而改变，且聚焦点会在聚焦平面上移动。在此，以聚焦平面平行太阳能电池单元21为例。借由使聚光单元22与太阳能电池单元21相对运动而产生位移，即可使太阳能电池单元21位于聚光单元22的聚焦点，藉此降低因外部光线L的入射角度改变，而造成外部光线L未与太阳能电池单元21反应即直接穿出太阳能电池装置2的情况，从而可提高太阳能电池装置2的光线利用率。

请参照图3所示，其为本实施例太阳能电池装置2a的另一变化状态示意图。太阳能电池装置2a还包括驱动组件23。而且太阳能电池单元21a具有多个太阳能电池元件211a，这些太阳能电池元件211a共用玻璃基板G1。

驱动组件23可与聚光单元22a和/或太阳能电池单元21a连结或耦接。在此，以驱动组件23与聚光单元22a连结作说明，然而其不局限于此。因此，可借由马达或磁力驱动，可使聚光单元22a及太阳能电池单元21a相对运动。值得一提的是，太阳能电池单元21a也可另外借由其它组件予以固定，以避免当聚光单元22a被驱动组件23驱动而移动时，太阳能电池单元21a也一并移动。

第二实施例：请参照图4所示，其为本发明第二实施例的太阳能电池装置3的示意图。太阳能电池装置3包含太阳能电池单元31、聚光单元32及驱动组件33。其中，太阳能电池单元31具有至少一个太阳能电池组件311及承载体312。承载体312与聚光单元32连结而形成空腔C，太阳能电池组件311设置于承载体312。

太阳能电池组件311可为薄膜太阳能电池(thin film solar cell)组件、单晶硅太阳能电池(mono-crystalline silicon solar cell)组件、多晶硅太阳能电池(poly-crystalline silicon solar cell)组件、或染料敏化太阳能电池组件。本实施例中，太阳能电池组件311可为单一太阳能电池组件、多个膜层结构、或为太阳能电池数组所形成的太阳能电池板(solar cell panel)。另外，借由聚光单元32的反射面321聚集外部光线，当聚光单元32的聚焦倍率设计得宜，可使聚焦点的面积缩小时，太阳能电池组件311的面积可进一步缩小，以降低太阳能电池装置3的材料成本。其中，小面积的太阳能电池组件311可称为光发电二极管(photovoltaic diode，PVD)。

承载体312可部分透光，外部光线L穿射承载体312。承载体312材质包括玻璃、石英、金属、陶瓷、塑料、或高分子材料，其可为透明基板或玻璃电路板。

同样地，借由驱动组件33与聚光单元32或太阳能电池单元31连结或耦接，以使聚光单元32与太阳能电池单元31相对运动。如此一来，太阳能电池单元31随外部光线角度的改变，仍能位于聚光单元32的聚焦点，可以提高太阳能电池装置3的光线利用率。

请参照图5A及图5B所示，其为本实施例太阳能电池装置3a的另一变化状态动作方式示意图。在本实施例中，太阳能电池单元31a具有多个太阳能电池组件311，其可为砷化镓薄膜太阳能电池。此类太阳能电池组件311呈数组排列，而聚光单元32a的反射面321具有多个反射结构，此类反射结构也呈数组排列并分别对应于各太阳能电池组件311。需注意，此类太阳能电池组件311及反射结构可呈一维或二维数组排列，在此不予以限制。

另外，在聚光单元32a与承载体312a之间可借由完全气密的滑轨滑槽组件或弹性组件E相互连结，以达到可相互移动且仍满足密闭空腔C的需求，在本实施例中，以弹性组件E连结作说明。藉此，即使聚光单元32a与承载体312a相对移动，聚光单元32a与承载体312a所形成的空腔C仍可保持密闭。

太阳能电池单元31a具有多个太阳能电池组件311，可提高太阳能电池装置3a的光电转换效率，以增加太阳能电池装置3a的应用范围。

请参照图6所示，其为本实施例太阳能电池装置3b的又一变化状态示意图。太阳能电池装置3b还可包括保持件34，其与聚光单元32b及太阳能电池单元31b的承载体312b连结而形成空腔C，太阳能电池组件311位于空腔C。

保持件34具有滑槽结构341，而聚光单元32b相对应具有滑轨结构323，使保持件34滑设于聚光单元32b或承载体312b。在此，以保持件34滑设于聚光单元32b而承载体312b固定于保持件34作说明，然而其不限于此。因此，借由太阳能电池装置3b不同的结构设计，可增加太阳能电池装置3b的应用范围。

另外，太阳能电池装置3b还可包括抗反射层35及散热组件36。

抗反射层35设置于承载体312b的部分表面。在本实施例中，以抗反射层35设置于承载体312b的外表面S1为例作说明，外表面S1是太阳能电池装置3b的外部光线入光面。若为增加承载体312b的入光量，也可在承载体312b的内表面S2再增设另一抗反射层。抗反射层35可为单层膜结构或多层膜结构，多层膜结构材料特性由入光面向外，其折射率依序递减。

散热组件36设置于聚光单元32b的外表面322。散热组件36可为散热膜、散热板、热管(heat pipe)、散热片或散热鳍片等。借由散热组件36与金属或合金材质的聚光单元32b配合，则可大幅提升太阳能电池装置3b的散热效果。

第三实施例：请参照图7所示，其为本发明第三实施例太阳能电池装置4的示意图。太阳能电池装置4包括太阳能电池单元41、聚光单元42及驱动组件43。其中，太阳能电池单元41也以具有太阳能电池组件411及承载体412作说明，而且聚光单元42至少部分透光，至少部分外部光线穿射聚光单元42并聚光至太阳能电池单元41的太阳能电池组件411。

聚光单元42的结构可为凸透镜或菲涅尔透镜(Fresnel lens)等结构，使得外部光线L经由凸透镜或菲涅尔透镜而聚焦于太阳能电池组件411。在本实施例中，聚光单元42以凸透镜结构为例作说明，太阳能电池组件411可对应凸透镜结构，太阳能电池组件411也可以对应多个凸透镜结构，或多个太阳能电池组件411对应一个凸透镜结构。需注意，当太阳能电池组件411呈一维、二维或数组方式排列时，凸透镜结构也可对应成一维、二维或数组方式排列，然而其不局限于此

另外，承载体412还具有反射面R，其位于承载体412对面和/或远离太阳能电池组件411的一侧，至少部分光线L会由反射面R反射回太阳能电池组件411，以增加光线利用率。在本实施例中，承载体412具有透明材质并且作为反射面R的反射层47，反射面R位于承载体412远离太阳能电池组件411的一侧。需注意，承载体412的形状依不同要求可有不同的设计方式，例如可为平板状或具有凹部等，在此不予以限制。

因此，利用穿透式聚光单元42同样可将至少部分外部光线L聚集于太阳能电池组件411，并且当外部光线L的入射角度改变时，也可借由使聚光单元42与太阳能电池单元41相对运动，提高太阳能电池装置4的光线利用率。

请参照图8所示，其为本实施例太阳能电池装置4a的另一变化状态示意图。在本实施例中，太阳能电池单元41a具有多个太阳能电池组件411，此类太阳能电池组件411呈数组排列，而聚光单元42a也具有多个透镜结构，此类透镜结构也呈数组排列并分别对应于各该太阳能电池组件411。

另外，太阳能电池装置4a还包括抗反射层45及散热组件46。因此，借由抗反射层45可以增加聚光单元42a的入光量，而散热组件46则可大幅提升太阳能电池装置4a的散热效果。由于抗反射层45及散热组件46的结构与功效已在第二实施例中详述，在此不再赘述。

第四实施例：请参照图9所示，其为本发明第四实施例太阳能电池装置5的示意图。太阳能电池装置5包含太阳能电池单元51、聚光单元52及壳体58。壳体58与聚光单元52及太阳能电池单元51连结形成空腔C。其中，太阳能电池单元51具有多个太阳能电池组件511及承载体512，而壳体58至少部分透光，并且至少部分外部光线L穿射壳体58并聚光至太阳能电池单元51的太阳能电池组件511。

另外，同样可借由太阳能电池单元51与聚光单元52及壳体58相对运动，提高太阳能电池装置5的光线利用率。

请参照图10所示，其为本实施例太阳能电池装置5a的另一变化状态示意图。太阳能电池装置5a的壳体58a与聚光单元52a连结形成空腔C，太阳能电池单元51a位于空腔C。而太阳能电池装置5a还包括驱动组件53，其穿过壳体58a与位于空腔C的太阳能电池单元51a连结。

承上所述，借由太阳能电池装置5、5a不同的结构设计，可增加太阳能电池装置5、5a的应用范围。

第五实施例：请参照图11所示，其为本发明第五实施例太阳能电池装置6的示意图。太阳能电池装置6包含太阳能电池单元61、聚光单元62、驱动组件63、散热组件66及胶体或流体69。

胶体或流体69充填于空腔C，其可以完全填满整个空腔C或部分充填空腔C(例如可只覆盖住太阳能电池组件611)。其中，胶体可为熔融态的胶体、具流动性的胶体、半固化的胶体、具弹性的胶体或已固化的胶体；流体69则可为气体或液体，气体可为空气或惰性气体，而液体则为油(例如矿物油)或溶剂(例如乙醇、甲醇)。借由胶体或流体69充填于空腔C中，可协助传递太阳能电池组件611所产生的热量，进而提升太阳能电池组件611的散热效果。

另外，聚光单元62和/或太阳能电池单元61可具有至少一个通孔623。在本实施例中，以具有两个通孔623的聚光单元62作说明，然其不局限于此。因此，胶体或流体69可经由通孔623进出空腔C。而太阳能电池装置6还可与热交换单元T连接，胶体或流体69流出空腔C，经由热交换单元T释放热能后，再流回空腔C。

多个太阳能电池装置6的通孔623可经由多个连通管I彼此连接，再与热交换单元T连接，使储存于热交换单元T的流体69可经由通孔623注入空腔C，注入后即可封闭通孔623，以维持空腔C的密闭。若不封闭通孔623，在进行散热时，则可将已吸收热量的流体69抽出进行热交换，然后再经由热交换单元T充填入温度较低的冷却流体69，借此可提高太阳能电池装置6的散热效果。其中，由于胶体或流体69仍在固定的空间内循环，故聚光单元62及太阳能电池单元61仍然形成实质密闭的空腔C。

值得一提的是，太阳能电池装置的结构也可应用如第三实施例和第四实施例所述的结构，在此不再予以赘述。

综上所述，依据本发明之太阳能电池装置，其聚光单元与太阳能电池单元形成密闭空腔，且可相对运动。藉此，当外部光线的入射角度改变时，藉由聚光单元与太阳能电池单元的相对运动，即可使太阳能电池单元仍能位于聚光单元的聚焦点，藉以降低外部光线未与太阳能电池单元反应即直接穿出太阳能电池装置的情况，从而可提高本发明之太阳能电池装置的光线利用率。

另外，本发明的太阳能电池装置所具有的空腔内还可充填胶体或流体，可借由胶体或流体传递太阳能电池组件所产生的热量，进而提升太阳能电池组件的散热效果。而且借由聚光单元与承载体的不同的结构设计方式，可增加本发明太阳能电池模块的应用范围。

以上所述仅为举例性，而非限制性。任何未脱离本发明精神与范围，而对其进行的等效修改或变更，均应包含在后附的权利要求中。

Claims (20)

1.一种具有实质密闭空腔的太阳能电池装置，其包括：

太阳能电池单元，其至少部分位于所述空腔；及

聚光单元，其将至少部分的外部光线聚集在所述太阳能电池单元；

其中，所述聚光单元与所述太阳能电池单元可相对运动。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池装置，其中所述太阳能电池单元包括至少一个太阳能电池组件，所述太阳能电池组件与所述聚光单元连结而形成所述空腔。

3.根据权利要求1所述的太阳能电池装置，其进一步包括：

驱动组件，其与所述聚光单元和/或所述太阳能电池单元连结，所述聚光单元和所述太阳能电池单元可相对运动。

4.根据权利要求1所述的太阳能电池装置，其中所述太阳能电池单元包括承载体和至少一个太阳能电池组件，所述承载体与所述聚光单元连结而形成所述空腔，所述太阳能电池组件设置于所述承载体上。

5.根据权利要求4所述的太阳能电池装置，其中所述承载体至少部分透光，外部光线穿射所述承载体。

6.根据权利要求4所述的太阳能电池装置，其中所述承载体具有反射面，其位于所述承载体对面和/或远离所述太阳能电池组件的一侧。

7.根据权利要求4所述的太阳能电池装置，其进一步包括：保持件，其与所述聚光单元及所述承载体连结而形成所述空腔，所述太阳能电池组件位于所述空腔。

8.根据权利要求7所述的太阳能电池装置，其中所述保持件具有滑槽结构，所述保持件滑设于所述聚光单元或所述承载体。

9.根据权利要求1所述的太阳能电池装置，其中所述聚光单元具有反射面，至少部分外部光线由所述反射面反射至所述太阳能电池单元。

10.根据权利要求9所述的太阳能电池装置，其中所述部分外部光线穿透部分所述太阳能电池单元，并由所述反射面反射至所述太阳能电池单元。

11.根据权利要求9所述的太阳能电池装置，其中所述太阳能电池单元具有多个太阳能电池组件，所述太阳能电池组件呈数组排列，并且所述聚光单元的所述反射面具有多个反射结构，所述反射结构也呈数组排列并分别对应于各所述太阳能电池组件。

12.根据权利要求1所述的太阳能电池装置，其中所述聚光单元至少部分透光，至少部分外部光线穿射所述聚光单元并聚光至所述太阳能电池单元。

13.根据权利要求12所述的太阳能电池装置，其中所述太阳能电池单元具有多个太阳能电池组件，所述太阳能电池组件呈数组排列，并且所述聚光单元具有多个透镜结构，所述透镜结构也呈数组排列并分别对应于各所述太阳能电池组件。

14.根据权利要求1所述的太阳能电池装置，进一步包括：

胶体或流体，其充填于所述空腔。

15.根据权利要求14所述的太阳能电池装置，其中所述聚光单元和/或所述太阳能电池单元至少具有一个通孔，所述胶体或流体经由所述通孔进出所述空腔。

16.根据权利要求14所述的太阳能电池装置，其还可以与热交换单元连接，所述胶体或流体流出所述空腔，经由所述热交换单元释放热能后，再流回所述空腔。

17.根据权利要求1所述的太阳能电池装置，其进一步包括：

散热组件，其设置于所述聚光单元和/或所述太阳能电池单元。

18.根据权利要求1所述的太阳能电池装置，其进一步包括：

壳体，其与所述聚光单元及所述太阳能电池单元连结形成所述空腔。

19.根据权利要求1所述的太阳能电池装置，其进一步包括：

壳体，其与所述聚光单元连结形成所述空腔，所述太阳能电池单元位于所述空腔。

20.根据权利要求19所述的太阳能电池装置，其进一步包括：

驱动组件，其穿过所述壳体与位于所述空腔的所述太阳能电池单元连结。

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