CN102544172B - 聚焦型太阳能导光模块 - Google Patents
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Abstract
一种聚焦型太阳能导光模块，包括一透镜阵列与一导光板，适于将太阳光导光至放置于导光板侧面的能量转换组件上。首先太阳光经由透镜阵列而聚焦至导光板底面的附近，经由导光板的一微结构底面的反射与偏转，太阳光最终被导光至导光板侧面的能量转换组件上进行光电或热电转换。此种聚焦型太阳能导光模块不仅可降低能量转换组件的使用率，还可以降低太阳能电池模块的成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚焦型太阳能导光模块，特别是一种导光板具有微结构的设计，令太阳光通过微结构的设计形成二次反射的聚焦型太阳能导光模块。
背景技术
由于工业的快速发展，石化燃料逐渐耗竭与温室效应气体排放的问题日益受到全球关切，能源的稳定供应俨然成为全球性的重大课题。相较于传统燃煤、燃气式或核能发电，太阳能电池(solar cell)利用光电或热电转换效应，直接将太阳能转换为电能，因而不会伴随产生二氧化碳、氮氧化物以及硫氧化物等温室效应气体及污染性气体，并可用以降低对石化燃料的依赖，而提供安全自主的电力来源。
现今已知有许多太阳能电池的技术，利用太阳辐射光透过太阳能电池材料的转换后，成为可利用的电力来源。以硅晶圆太阳能电池为例，其具有12％至20％的光电转换效率，而其中不同的晶体材料所设计出的太阳能电池，其光电特性也会有所不同。一般而言，单晶硅与多晶硅太阳能电池的转换效率可接近14％～16％，使用年限也较长，但因为发电成本昂贵，因此多需要政府的补助，并仅用于发电厂或交通照明标志等场所。
其次，太阳能电池除了可以选用前述的硅材料外，还可以采用其他的材料，例如：碲化镉、砷化镓铟、砷化镓等化合物半导体的材料来制作。不同于硅晶圆太阳能技术，利用半导体材料制作的太阳能电池，可吸收较宽广的太阳光谱能量，因而具有最高的光电转换效率，几乎可达30％至40％以上。
然而，利用半导体材料制作的太阳能电池，其制作成本与价格也是最高的，因此，为了降低太阳能电池的使用率与发电成本，遂有搭配太阳能集光器以降低吸光面积的做法。然而，集光器需要大范围区域的安装才敷成本，因此造成应用上的不便，也使得太阳能电池的应用受限。故如何有效降低太阳能电池的发电成本，成为相关技术领域目前迫切需要解决的课题之一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种聚焦型太阳能导光模块，适于将一太阳光导光至一能量转换组件，以解决现有技术所存在的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种聚焦型太阳能导光模块，适于将一太阳光导光至一能量转换元件。聚焦型太阳能导光模组，包括一透镜阵列与一导光板。透镜阵列包括至少一透镜组件，且各个透镜组件具有一上曲面与一下底面。透镜阵列接收并聚焦太阳光。
导光板具有一上平面与一微结构底面，上平面平行配置于透镜阵列的下底面，微结构底面包括至少一凹陷部与一连接部。其中连接部平行于导光板的上平面，且连接部连接于各个凹陷部之间。
凹陷部包括一凹陷尖端、一第一斜面与一第二斜面，其中第一斜面与第二斜面分别位于凹陷尖端的相异二侧，并各自连接于凹陷尖端与其各自相邻的连接部之间。
太阳光经由透镜阵列聚焦后，相继通过凹陷部与连接部形成二次反射，并于导光板中以全反射传递，使太阳光穿透出导光板的至少一侧面。
能量转换组件配置于该侧面，以接收自导光板穿透出的太阳光，并将其转换为一电力来源。
为了更好地实现上述目的，本发明还提出了一种聚焦型太阳能导光模块，适于将一太阳光导光至一能量转换组件。
聚焦型太阳能导光模块包括一导光板与一透镜阵列。导光板具有一微结构顶面与一下平面，其中微结构顶面包括至少一凹陷部与一连接部。连接部平行于导光板的下平面，且连接部连接于各个凹陷部之间。
凹陷部包括一凹陷尖端、一第一斜面与一第二斜面，其中第一斜面与第二斜面分别位于凹陷尖端的相异二侧，并各自连接于凹陷尖端与其各自相邻的连接部之间。
透镜阵列包括至少一透镜组件，其中各透镜组件具有一上顶面与一下曲面。上顶面平行配置于导光板的下平面。
当太阳光穿透导光板并通过透镜阵列中每一透镜组件的下曲面反射至导光板的微结构顶面时，太阳光相继通过凹陷部与连接部形成二次反射，并于导光板中以全反射传递，使太阳光穿透出导光板的至少一侧面。
能量转换组件配置于该侧面，以接收自导光板穿透出的太阳光，并将其转换为一电力来源。
为了更好地实现上述目的，本发明还提出了一种聚焦型太阳能导光模块，适于将一太阳光导光至一能量转换组件。
聚焦型太阳能导光模块包括一透镜导光板，具有一透镜阵列与多个微结构，透镜阵列与微结构分别设置于透镜导光板的相对二表面。
透镜阵列，包括至少一透镜组件，各透镜组件具有一曲面，透镜阵列接收并聚焦太阳光，微结构包括至少一凹陷部与一连接部。
连接部连接于各凹陷部之间，凹陷部包括一凹陷尖端、一第一斜面与一第二斜面，其中第一斜面与第二斜面分别位于凹陷尖端的相异二侧，并各自连接于凹陷尖端与其各自相邻的连接部之间。
当太阳光经由透镜阵列聚焦后，相继通过凹陷部与连接部形成二次反射，并于透镜导光板中以全反射传递，使太阳光穿透出透镜导光板的至少一侧面，能量转换组件配置于侧面，以接收自透镜导光板穿透出的太阳光，并将其转换为一电力来源。
本发明的技术效果在于：根据本发明提出的聚焦型太阳能导光模块，透过在导光板的一面设计透镜阵列的结构，并于其另一面设计具有凹陷部的微结构，以将太阳光汇聚到多个微小的区域，且进一步通过凹陷部的反射与偏转，使得太阳光在导光板中传递。根据本发明提出的聚焦型太阳能导光模块，只需要在导光板的侧面设置光电或热电等能量转换组件，即可将自导光板输出的太阳光转换为电力来源，藉此大幅节省太阳能电池材料的使用率，并且进而降低太阳能电池模块的成本。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1A为根据本发明第一实施例的聚焦型太阳能导光模块的结构示意图；
图1B为根据图1A的侧视图；
图1C为根据图1B的局部放大图；
图1D为根据本发明第二实施例的聚焦型太阳能导光模块的结构示意图；
图2A为根据本发明第三实施例的聚焦型太阳能导光模块的结构侧视图；
图2B为根据本发明第四实施例的聚焦型太阳能导光模块的结构示意图；
图3A为根据本发明第五实施例的聚焦型太阳能导光模块的结构示意图；
图3B为根据图3A的侧视图；
图3C为根据图3B的局部放大图；
图4A为根据本发明第六实施例的聚焦型太阳能导光模块的结构示意图；
图4B为根据图4A的侧视图；
图4C为根据图4B的局部放大图；
图4D为根据本发明第七实施例的聚焦型太阳能导光模块的结构示意图；
图5A为根据本发明第八实施例的聚焦型太阳能导光模块的结构示意图；
图5B为根据图5A的侧视图；
图5C为根据图5B的局部放大图；
图6A为根据本发明第九实施例的聚焦型太阳能导光模块的结构侧视图；
图6B为图6A的微结构放大示意图；
图7A为根据本发明第十实施例的聚焦型太阳能导光模块的结构侧视图；
图7B为图7A的微结构放大示意图；
图8A为根据图1D的结构示意图；
图8B与图8C为根据图8A的导光效率标准化强度图；
图8D为根据图8A设计透镜组件为可动透镜组件以达到季节追日导光效果的结构示意图。
其中，附图标记
12第一侧面
12a第二侧面
110、110’、220、310透镜组件
110a、110a’上曲面
110b、110b’下底面
110c连接面
120、210导光板
120a上平面
120b微结构底面
121高反射材质
130、230、332、432凹陷部
130a、230a凹陷尖端
130b、230b第一斜面
130c、230c第二斜面
132、232、334、434连接部
140、140’、240能量转换组件
150介质层
160聚光透镜
180、280太阳光
210a微结构顶面
210b下平面
220a上顶面
220b下曲面
281反射层
302、402、1100、2200透镜阵列
310a、410a曲面
320、420透镜导光板
330、430微结构
510、710上表面
520、720下表面
1000、2000、3000聚焦型太阳能导光模块
4000、5000、6000聚焦型太阳能导光模块
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所公开的内容、申请专利范围及附图，本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。
图1A为根据本发明第一实施例的聚焦型太阳能导光模块的结构示意图。图1B为根据图1A的侧视图。图1C为根据图1B的局部放大图。以下的说明，请一并参阅图1A至图1C。
第一实施例：
聚焦型太阳能导光模块1000包括一透镜阵列1100与一导光板120，导光板120的第一侧面12上配置有一能量转换组件140。其中，能量转换组件140可以是但不限于光电转换或热电转换组件。聚焦型太阳能导光模块1000适于将太阳光180导光至能量转换组件140，其中太阳光180可视为一理想的平行光。
透镜阵列1100接收并聚焦太阳光180。透镜阵列1100包括至少一透镜组件110，其中各个透镜组件110皆具有一上曲面110a与一下底面110b。举例而言，透镜组件110可以是但不限于经由微纳米滚筒翻膜工艺(Roll-to Roll，R2R)所制作的柱状透镜膜片。其中，透镜组件110的下底面110b定义为上曲面110a两端点间的径向距离，且单一透镜组件110的下底面110b的长度为W。各个透镜组件110大致呈长条的柱状结构，且各上曲面110a与各下底面110b之间皆相互连接，以并列成为一透镜阵列1100。
导光板120具有一上平面120a与一微结构底面120b，其中上平面120a与微结构底面120b之间形成导光板120的厚度h，且上平面120a平行配置于透镜阵列1100的下底面110b。根据本发明第一实施例的聚焦型太阳能导光模块，以导光板120的上平面120a平行并紧密接合于透镜组件110的下底面110b，作为以下的说明。然而，导光板120的上平面120a也可以一固定间隙，平行相距于透镜组件110的下底面110b，但二者的连接关系并非用以限定本发明的范畴。
微结构底面120b包括至少一凹陷部130与一连接部132，其中连接部132平行于导光板120的上平面120a，且连接部132连接于各个凹陷部130之间。也就是说，根据本发明第一实施例的聚焦型太阳能导光模块，各个凹陷部130相互分离(即非连续)设置于微结构底面120b上，并且两两之间以连接部132相间隔，于此，导光板120形成一不连续的微结构底面设计。其中，各个凹陷部130一对一地对应于透镜组件110的上曲面110a，在本实施例中，对应于透镜组件110为长条的柱状结构，凹陷部130呈条状设置。详细来说，透镜组件110的柱状结构的一长轴向与凹陷部130的条状的一长轴向夹角为0度(即平行)。
请参阅图1C，凹陷部130包括一凹陷尖端130a、一第一斜面130b与一第二斜面130c，其中第一斜面130b与第二斜面130c分别位于凹陷尖端130a的相异二侧，并且各自连接于凹陷尖端130a与其各自相邻的连接部132之间，其中，第一斜面130b面向第一侧面12的方向。于此，凹陷部130大致呈一倒V型的凹陷设计，其具有凹陷尖端130a与二斜面(第一斜面130b与第二斜面130c)。由凹陷尖端130a形成一垂线垂直于连接部132，则第一斜面130b与该垂线之间形成一第一夹角θ1，第二斜面130c与该垂线之间形成一第二夹角θ2，该垂线与相邻的连接部132之间分别具有一第一径向距离d1与一第二径向距离d2。
根据本发明的第一实施例，其中第一夹角θ1与第二夹角θ2皆介于15度至60度之间，且透镜组件110的下底面110b具有一长度W大于或等于2倍的第一径向距离d1与第二径向距离d2的和，即W≥2(d1+d2)。
太阳光180经由透镜阵列1100聚焦后，相继通过凹陷部130与连接部132形成二次反射，并于导光板120中以全反射传递，使太阳光180穿透出导光板120的第一侧面12，能量转换组件140配置于第一侧面12，以接收自导光板120穿透出的太阳光180，并将其转换为一电力来源。详细而言，请一并参阅图1B与图1C，太阳光180经透镜阵列1100聚焦所产生的一焦点位于第一斜面130b的上方。当太阳光180穿透透镜阵列1100，并且经由透镜阵列1100的聚焦后，其聚焦后的太阳光180的焦点落于第一斜面130b的上方。接着，被聚焦的太阳光180首先投射至凹陷部130的第一斜面130b上，并且被第一斜面130b所反射(于此，形成第一次反射)至相邻的连接部132上。要注意的是，在本实施例中虽列举透镜阵列1100的焦点位于第一斜面130b的上方，但是，透镜阵列1100的焦点也可位于第一斜面130b或是第一斜面130b的下方，并不以此为限。
尔后，太阳光180接着被连接部132所反射(于此，形成第二次反射)，使光线偏转更大的角度，接着再通过导光板120的上平面120a与微结构底面120b进行全反射，太阳光180即于导光板120间朝向第一侧面12传递。因此，太阳光180最终穿透出导光板120的第一侧面12。配置于第一侧面12上的能量转换组件140即可接收自导光板120穿透出的太阳光180，并据以转换为电力来源。其中，导光板120具有一导光板折射率nc，当太阳光180入射于连接部132，以形成第二次反射时，该光线入射的角度必需大于导光板120与空气之间的临界角(意即)，令该光线足够形成全反射，以来回反射于导光板120之间。
根据本发明第一实施例的聚焦型太阳能导光模块，其中导光板120的厚度h、透镜组件110的下底面110b的长度W满足关系式：h≥W。其次，若透镜阵列1100包括N个透镜组件110，且各透镜组件110的下底面110b的长度为W时，则N×W≤50h。一般而言，导光板120的厚度h大致可设计为10厘米，且透镜组件110的下底面110b的长度W大致可为3000微米(micro-meter)。
为了确保太阳光180行进至透镜阵列1100与导光板120的界面时，不致形成全反射，而会完全入射至导光板120中。因此，透镜阵列1100的透镜组件折射率n1小于导光板120的导光板折射率nc。
第二实施例：
图1D为根据本发明第二实施例的聚焦型太阳能导光模块的结构示意图。其中聚焦型太阳能导光模块包括透镜阵列1100、导光板120与一介质层150。介质层150配置于透镜阵列1100(透镜组件110)与导光板120之间，且为确保太阳光180行进至介质层150与导光板120的界面时，不致形成全反射，而会完全入射于导光板120中，因此，介质层150的介质层折射率ni小于导光板120的导光板折射率nc，且介质层150的介质层折射率ni也小于透镜阵列1100的透镜组件折射率n1。
第三实施例：
其次，为增加反射光的强度，图2A为根据本发明第三实施例的聚焦型太阳能导光模块的结构侧视图。其中透镜组件110’可为扇形的透镜，其中透镜组件110’包括上曲面110a’、下底面110b’与连接面110c。连接面110c连接相邻的两上曲面110a’。在本实施例中，上曲面110a’面向相对应于第一侧面12的方向，使太阳光180进入透镜组件110’时会聚焦在导光板120上，且对应上曲面110a’中心偏向第一侧面12的方向，于此，入射的太阳光180即可通过扇形的透镜组件110’而形成较大的入射角度，并进而增加导光板120反射光的强度。需说明的是，在本实施例中，连接面110c为一垂直面，然而在其他实施例中，连接面110c也可以为一斜面，并不以此为限。
第四实施例：
图2B为根据本发明第四实施例的聚焦型太阳能导光模块的结构示意图。其中聚焦型太阳能导光模块除了透镜阵列1100与导光板120以外，还包括一聚光透镜160。聚光透镜160配置于导光板120的第一侧面12与能量转换组件140’之间。根据本发明第四实施例的聚焦型太阳能导光模块，通过在第一侧面12与能量转换组件140’之间设置聚光透镜160，使光线在进入能量转换组件140’前先经过聚光透镜160，以进一步缩小自导光板120穿透出的太阳光180的聚光范围，因而省却能量转换组件140’的使用率与所占面积，以达到精简的设计。
第五实施例：
图3A为根据本发明第五实施例的聚焦型太阳能导光模块的结构示意图。图3B为根据图3A的侧视图。图3C为根据图3B的局部放大图。以下的说明，请一并参阅图3A至图3C。
聚焦型太阳能导光模块2000包括一透镜阵列1100与一导光板120，其中导光板120具有两相异侧面，意即第一侧面12与第二侧面12a，且第一侧面12与第二侧面12a上各配置有一能量转换组件140。聚焦型太阳能导光模块2000适于将太阳光180导光至能量转换组件140，其中太阳光180可视为一理想的平行光。
透镜阵列1100接收并聚焦太阳光180。透镜阵列1100包括至少一透镜组件110、导光板120具有一上平面120a与一微结构底面120b，其中各组件的相对配置与微结构设计，同于本发明的第一实施例，故在此不再重述。但根据本发明第五实施例的聚焦型太阳能导光模块，如图3C所示，太阳光180经透镜阵列1100聚焦所产生的一焦点位于凹陷尖端130a的上方。详细来说，太阳光180经由该透镜阵列1100聚焦后，其聚焦后的太阳光180的焦点落于凹陷尖端130a的上方。因此，被聚焦后的太阳光180即会分别朝向凹陷尖端130a相异两侧的斜面行进，于此投射至凹陷部130的第一斜面130b与第二斜面130c上，并且通过第一斜面130b与第二斜面130c反射至与其各自相邻的连接部132上。要注意的是，在本实施例中虽列举透镜阵列1100的焦点位于凹陷尖端130a的上方，但是，透镜阵列1100的焦点也可位于凹陷尖端130a或是凹陷尖端130a的下方，并不以此为限。
尔后，太阳光180接着被连接部132所反射，使得光线偏转更大的角度，接着再通过导光板120的上平面120a与微结构底面120b进行全反射，太阳光180即于导光板120间向第一侧面12与第二侧面12a传递。因此，太阳光180最终朝向凹陷尖端130a的相异两侧穿透出导光板120的第一侧面12与第二侧面12a，其中，第一斜面130b面向第一侧面12的方向，第二斜面130c面向第二侧面12a的方向。因此，配置于第一侧面12与第二侧面12a上的能量转换组件140即可接收自导光板120穿透出的太阳光180，并据以转换为电力来源。
第六实施例：
图4A为根据本发明第六实施例的聚焦型太阳能导光模块的结构示意图。图4B为根据图4A的侧视图。图4C为根据图4B的局部放大图。以下的说明，请一并参阅图4A至图4C。
聚焦型太阳能导光模块3000包括一导光板210与一透镜阵列2200，导光板210的第一侧面12上配置有一能量转换组件240。其中，能量转换组件240可以是但不限于光电转换或热电转换组件。聚焦型太阳能导光模块3000适于将太阳光280导光至能量转换组件240，其中太阳光280可视为一理想的平行光。
导光板210具有一微结构顶面210a与一下平面210b，其中微结构顶面210a与下平面210b之间形成导光板210的厚度h’。微结构顶面210a包括至少一凹陷部230与一连接部232，其中连接部232平行于导光板210的下平面210b，并且连接部232连接于各个凹陷部230之间。也就是说，根据本发明第六实施例的聚焦型太阳能导光模块，各个凹陷部230相互分离(即非连续)设置于微结构顶面210a上，并且两两之间以连接部232相间隔，于此，导光板210形成一不连续的微结构顶面设计。
请参阅图4C，凹陷部230包括一凹陷尖端230a、一第一斜面230b与一第二斜面230c，其中第一斜面230b与第二斜面230c分别位于凹陷尖端230a的相异二侧，并且各自连接于凹陷尖端230a与其各自相邻的连接部232之间，其中，第一斜面230b面向第一侧面12的方向。于此，凹陷部230大致呈一V型的凹陷设计，其具有凹陷尖端230a与二斜面(第一斜面230b与第二斜面230c)。由凹陷尖端230a形成一垂线垂直于连接部232，则第一斜面230b与该垂线之间形成一第一夹角θ1’，第二斜面230c与该垂线之间形成一第二夹角θ2’，该垂线与相邻的连接部232之间分别具有一第一径向距离d1’与一第二径向距离d2’。
根据本发明的第六实施例，其中第一夹角θ1’与第二夹角θ2’皆介于15度至60度之间，且透镜组件220的上顶面220a具有一长度W’大于或等于2倍的第一径向距离d1’与第二径向距离d2’的和，即W’≥2(d1’+d2’)。
请一并参阅图4A与图4B，透镜阵列2200包括至少一透镜组件220，举例而言，透镜阵列2200包括N个透镜组件220，且透镜组件220可以是但不限于经由微纳米滚筒翻膜工艺(Roll-to Roll，R2R)所制作的柱状透镜膜片。其中，各个透镜组件220皆具有一上顶面220a与一下曲面220b，且各个下曲面220b于其朝向上顶面220a的内侧均镀有一反射层281，太阳光280通过反射层281反射回导光板210，其中反射层281例如是：金属、全反射多层膜或白反射片等高反射材质。
其中，透镜组件220的上顶面220a定义为下曲面220b两端点间的径向距离，且单一透镜组件220的上顶面220a的长度为W’。各个透镜组件220大致呈长条的柱状结构，且各上顶面220a与各下曲面220b之间皆相互连接，以并列成为一透镜阵列2200。
透镜组件220的上顶面220a平行配置于导光板210的下平面210b。根据本发明第六实施例的聚焦型太阳能导光模块，以透镜组件220的上顶面220a平行并紧密接合于导光板210的下平面210b，作为以下的说明。然而，透镜组件220的上顶面220a也可以一固定间隙，平行相距于导光板210的下平面210b，但二者的连接关系并非用以限定本发明的范畴。
太阳光280穿透导光板210并通过下曲面220b反射至微结构顶面210a时，太阳光280相继通过凹陷部230与连接部232形成二次反射，并于导光板210中以全反射传递，使太阳光280穿透出导光板210的第一侧面12，能量转换组件240配置于第一侧面12，以接收自导光板210穿透出的太阳光280，并将其转换为一电力来源。详细而言，请一并参阅图4B与图4C，太阳光280经透镜阵列2200聚焦所产生的一焦点位于第一斜面230b的下方。当太阳光280穿透导光板210进入透镜阵列2200后，太阳光280首先被镀有反射层281的下曲面220b所反射，并被聚焦至凹陷部230的第一斜面230b下方。接着，被聚焦的太阳光280首先投射至凹陷部230的第一斜面230b上，并且被第一斜面230b所反射(于此，形成第一次反射)至相邻的连接部232上。要注意的是，在本实施例中虽列举透镜阵列2200的焦点位于第一斜面230b的下方，但是，透镜阵列2200的焦点也可位于第一斜面230b或是第一斜面230b的上方，并不以此为限。
尔后，太阳光280接着被连接部232所反射(于此，形成第二次反射)，使光线偏转更大的角度，接着再通过导光板210的微结构顶面210a与下平面210b进行全反射，太阳光280即于导光板210之间向第一侧面12传递。因此，太阳光280最终穿透出导光板210的第一侧面12。配置于第一侧面12上的能量转换组件240即可接收自导光板210穿透出的太阳光280，并据以转换为电力来源。其中，导光板210具有一导光板折射率nc，当太阳光280入射于连接部232，以形成第二次反射时，该光线入射的角度必需大于导光板210与空气之间的临界角(意即)，令该光线足够形成全反射，以来回反射于导光板210之间。
根据本发明第六实施例的聚焦型太阳能导光模块，其中导光板210的厚度h’、透镜组件220的上顶面220a具有一长度W’满足关系式：h’≥W’。其次，当透镜阵列2200包括N个透镜组件220，且各透镜组件220的上顶面220a的长度为W’时，则N×W’≤50h’。一般而言，导光板210的厚度h’大致可设计为10厘米，且透镜组件220的上顶面220a的长度W’大致可为3000微米(micro-meter)。
其次，为了确保太阳光280行进至导光板210与透镜阵列2200的界面时，不致形成全反射，而会完全入射至导光板210中。因此，透镜阵列2200的透镜组件折射率n1小于导光板210的导光板折射率nc。
第七实施例：
图4D为根据本发明第七实施例的聚焦型太阳能导光模块的结构示意图。其中导光板210与透镜阵列2200(透镜组件220)之间还具有一介质层150，为确保太阳光280行进至介质层150与透镜阵列2200的界面时，不致形成全反射，而会完全入射于透镜阵列2200中，因此，介质层150的介质层折射率ni小于透镜阵列2200的透镜组件折射率n1，且介质层150的介质层折射率ni也小于导光板210的导光板折射率nc。
第八实施例：
图5A为根据本发明第八实施例的聚焦型太阳能导光模块的结构示意图。图5B为根据图5A的侧视图。图5C为根据图5B的局部放大图。以下的说明，请一并参阅图5A至图5C。
聚焦型太阳能导光模块4000包括一导光板210与一透镜阵列2200，其中导光板210具有两相异侧面，意即第一侧面12与第二侧面12a，且第一侧面12与第二侧面12a上各配置有一能量转换组件240。聚焦型太阳能导光模块4000适于将太阳光280导光至能量转换组件240，其中太阳光280可视为一理想的平行光。
透镜阵列2200包括至少一透镜组件220、导光板210具有一微结构顶面210a与一下平面210b，其中各组件的相对配置与微结构设计，同于本发明的第六实施例，故在此不再重述。但根据本发明第八实施例的聚焦型太阳能导光模块，如图5C所示，太阳光280经透镜阵列2200聚焦所产生的一焦点位于凹陷尖端230a的下方。经反射层281反射并聚焦后的太阳光280的焦点落于凹陷尖端230a的下方。因此，被聚焦后的太阳光280会分别朝向凹陷尖端230a相异两侧的斜面行进，于此投射至凹陷部230的第一斜面230b与第二斜面230c上，并且通过第一斜面230b与第二斜面230c反射至与其各自相邻的连接部232上。要注意的是，在本实施例中虽列举透镜阵列2200的焦点位于凹陷尖端230a的下方，但是，透镜阵列2200的焦点也可位于凹陷尖端230a或是凹陷尖端230a的上方，并不以此为限。
尔后，太阳光280接着被连接部232所反射，使得光线偏转更大的角度，接着再通过导光板210的微结构顶面210a与下平面210b进行全反射，太阳光280即于导光板210之间向第一侧面12与第二侧面12a传递。因此，太阳光280最终朝向凹陷尖端230a的相异两侧穿透出导光板210的第一侧面12与第二侧面12a，其中，第一斜面230b面向第一侧面12的方向，第二斜面230c面向第二侧面12a的方向。因此，配置于第一侧面12与第二侧面12a上的能量转换组件240即可接收自导光板210穿透出的太阳光280，并据以转换为电力来源。
第九实施例：
图6A为根据本发明第九实施例的聚焦型太阳能导光模块的结构侧视图。以下的说明，请一并参阅图1B以及图6A。
聚焦型太阳能导光模块5000与聚焦型太阳能导光模块1000相仿，差异在于聚焦型太阳能导光模块5000将聚焦型太阳能导光模块1000中的透镜阵列1100与导光板120一体成形，形成一透镜导光板。因此，聚焦型太阳能导光模块5000包含一透镜导光板320，具有一透镜阵列302与多个微结构330，透镜阵列302与微结构330分别设置于透镜导光板320的相对二表面。在本实施例中，透镜阵列302与微结构330分别设置于透镜导光板320的相对上表面510与下表面520。
透镜阵列302包括多个透镜组件310，各透镜组件310具有一曲面310a，透镜阵列302接收并聚焦太阳光180，微结构330包括凹陷部332与连接部334(如图6B所示，图6B为图6A的微结构放大示意图)，凹陷部332与连接部334的设计与相对配置关系可同于本发明的第一实施例与第五实施例微结构底面120b的凹陷部130与连接部132，故在此不再重述。
此外，微结构330的凹陷部332与透镜组件310的焦点的相对位置关系可如图1C或图3C，使太阳光180出光方向为一侧面或相对两侧面。
第十实施例：
图7A为根据本发明第十实施例的聚焦型太阳能导光模块的结构侧视图。以下的说明，请一并参阅图4B以及图7A。
聚焦型太阳能导光模块6000与聚焦型太阳能导光模块3000相仿，差异在于聚焦型太阳能导光模块6000将聚焦型太阳能导光模块3000中的透镜阵列2200与导光板210一体成形，形成一透镜导光板。因此，聚焦型太阳能导光模块6000包含一透镜导光板420，具有一透镜阵列402与多个微结构430，透镜阵列402与微结构430分别设置于透镜导光板420的相对二表面。在本实施例中，微结构430与透镜阵列402分别设置于透镜导光板420的相对上表面710与下表面720。
透镜阵列402包括多个透镜组件410，各透镜组件410具有一曲面410a，透镜阵列接收并聚焦太阳光280。曲面410a镀有一反射层281，太阳光280通过反射层281反射回透镜导光板420的微结构430。微结构430包括凹陷部432与连接部434(如图7B所示，图7B为图7A的微结构放大示意图)，凹陷部432与连接部434的设计与相对配置关系可同于本发明的第六实施例与第八实施例微结构顶面210a的凹陷部230与连接部232，故在此不再重述。
此外，微结构430的凹陷部432与透镜组件410的焦点的相对位置关系可如图4C或图5C，使太阳光280出光方向为一侧面或相对两侧面。
综上所言，根据本发明任一实施例的聚焦型太阳能导光模块，皆可将其透镜组件替换为，如图2A中的扇形透镜，以增加导光强度，或是如图2B增设聚光透镜160于导光板的侧面与能量转换组件之间，以进一步缩小聚光范围，并省却太阳能电池的使用率。本领域技术人员可根据本发明的任一实施例与其欲导光的强度与范围，而自行设计太阳能导光模块的规格，以上的实施方式并非用以限定本发明的范围。
其次，图8A为根据图1D的结构示意图，其将透镜组件的柱状轴向对准太阳升起落下的东西方向，其中透镜组件110的柱状轴向EW定义为透镜组件110的长轴向。图8B与图8C为根据图8A的导光效率标准化强度图，其横轴分别为白天时间点与季节性角度变化，纵轴为所集到的太阳光标准化强度，模拟条件分别如：
透镜组件的曲率半径为4.09mm
n1＝1.56
ni＝1.00
nc＝1.49
h＝10mm
W＝3.46mm
N×W＝210mm
θ1＝40°
θ2＝20°
d1＝0.302mm
d2＝0.131mm
考虑中午时太阳光180垂直入射(意即入射角度为0度)时，由模拟结果得知，本发明提出的聚焦型太阳能导光模块，其导光效率可接近60％。
至于太阳光180入射角度为±30度时(意即白天时间点上午10时至下午2时之间)，根据本发明实施例的聚焦型太阳能导光模块，其导光效率标准化后的相对强度仍可达到55％以上。由于透镜组件110的柱状轴向EW平行东西向，一天内太阳的升起和落下所造成入射角度的变化较不敏感，因此，根据本发明提出的聚焦型太阳能导光模块，可达到在接近中午时分不必搭配追日系统，仍具有55％以上的导光相对功效。
其次，由图8C中也可见，根据本发明的聚焦型太阳能导光模块，其季节性角度变化可达±1°。因此，若欲再降低导光模块随着季节变化的角度变化敏感性，则根据本发明的聚焦型太阳能导光模块，如图8D所示，也可将透镜阵列往南北向移动(意即设计透镜阵列为可动透镜组件)，因为季节的变化会改变太阳光180的入射角度，将透镜阵列往南北向移动，可使聚焦后的太阳光180同样也可以落在导光板120的凹陷部130的附近，以达到季节追日的导光效果。
除此之外，承前所述，当透镜组件110的柱状轴向EW对准东西向时，如图8A所示，设计者也可通过在导光板120上朝向东西向的一面上镀上高反射材质121(例如：金属、全反射多层膜或白反射片)，以降低东西向光线漏光的问题，于此，增加东西向角度误差的容忍度。
综上所述，根据本发明提出的聚焦型太阳能导光模块，透过柱状结构的透镜阵列与具有微结构设计的导光板，令入射的太阳光可通过透镜组件的聚焦与微结构设计的反射，而偏转至导光板导光的方向，并且最后入射至放置于导光板至少一侧面的能量转换组件进行电力转换。因此，根据本发明实施例的聚焦型太阳能导光模块，不仅可降低太阳能电池的使用率，进而降低模块的成本，还可达到无需追日的高导光功效。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (2)
1.一种聚焦型太阳能导光模块，适于将一太阳光导光至一能量转换组件，其特征在于，该聚焦型太阳能导光模块包括：
一透镜导光板，具有一透镜阵列与多个微结构，该透镜导光板为该透镜阵列与导光板一体成形，该透镜阵列与该些微结构分别设置于该透镜导光板的相对二表面，该透镜阵列包括至少一透镜组件，该透镜组件为长条的柱状结构，各该透镜组件具有一曲面，该透镜阵列接收并聚焦该太阳光，该太阳光经由该曲面后在该曲面与该些微结构间进行全反射，该些微结构包括至少一凹陷部与一连接部，其中该连接部连接于各该凹陷部之间，该凹陷部包括一凹陷尖端、一第一斜面与一第二斜面，该第一斜面与该第二斜面分别位于该凹陷尖端的相异二侧，并各自连接于该凹陷尖端与其各自相邻的该连接部之间，该透镜组件的柱状结构的一长轴向与该凹陷部的条状的一长轴向平行，该太阳光经由该透镜阵列聚焦后，相继通过该凹陷部与该连接部形成二次反射，并于该透镜导光板中以全反射传递，使该太阳光穿透出该透镜导光板的至少一侧面，该能量转换组件配置于该侧面，以接收自该透镜导光板穿透出的该太阳光，并将其转换为一电力来源。
2.如权利要求1所述的聚焦型太阳能导光模块，其特征在于，该透镜组件的该曲面镀有一反射层，该太阳光通过该反射层反射回该透镜导光板的该些微结构。
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