CN103516302B

CN103516302B - 集光发电模块

Info

Publication number: CN103516302B
Application number: CN201210204146.9A
Authority: CN
Inventors: 蔡荣烈; 江奕兴; 张德宏; 李孟宗
Original assignee: Chi Lin Technology Co Ltd
Current assignee: Chi Lin Technology Co Ltd
Priority date: 2012-06-15
Filing date: 2012-06-15
Publication date: 2015-11-18
Anticipated expiration: 2032-06-15
Also published as: CN103516302A

Abstract

本发明涉及一种集光发电模块，其包括一透明基板及至少一光电转换元件。该透明基板具有多个微结构，所述微结构位于该透明基板内部。该至少一光电转换元件邻近设置于该透明基板或设置于该透明基板上，其中当一光线束入射于该透明基板时，所述微结构导引部分该光线束至该至少一光电转换元件。同时，该光线束的另一部分穿透该透明基板。

Description

集光发电模块

技术领域

本发明涉及一种集光发电模块，特别是一种基板内部具有微结构的集光发电模块。

背景技术

现有发电玻璃将多个太阳能芯片贴附在一玻璃的入光表面或出光表面，以收集太阳光而进行发电。然而，由于太阳能芯片实际应用于窗户时会造成视觉阻碍，以及室内采光不佳的缺点。

因此，有必要提供一创新且富创造性的集光发电模块，以解决上述问题。

发明内容

本发明提供一种集光发电模块，其包括一透明基板及至少一光电转换元件。该透明基板具有多个微结构，所述微结构位于该透明基板内部。该至少一光电转换元件邻近设置于该透明基板或设置于该透明基板上，其中当一光线束入射于该透明基板时，所述微结构导引部分该光线束至该至少一光电转换元件。同时，该光线束的另一部分穿透该透明基板。因该透明基板内部具有多个微结构，故可增加光线到达光电转换元件的机率，而提升集光发电的效能。又光电转换元件邻近设置于该透明基板，使得光线可通过该透明基板而降低影响室内采光的问题，故，该集光发电模块实际应用于窗户时较不易造成视觉阻碍。

附图说明

图1显示本发明的集光发电模块的一实施例的立体示意图；

图2显示图1的集光发电模块的剖视局部放大示意图；

图3显示图1的集光发电模块的局部光路径示意图；

图4显示本发明的集光发电模块的另一实施例的立体示意图；

图5显示本发明的集光发电模块的另一实施例的立体示意图；

图6显示本发明的集光发电模块的另一实施例的立体示意图；

图7显示图6的集光发电模块的剖视局部放大示意图；

图8显示图6的集光发电模块的局部光路径示意图；

图9显示本发明的集光发电模块的另一实施例的立体示意图；

图10显示本发明的集光发电模块的另一实施例的立体示意图；

图11显示利用一测试仪器模拟本发明集光发电模块的应用的示意图；

图12显示不同状态的透明基板利用图11的测试仪器的模拟结果；及

图13显示本发明的集光发电模块的另一实施例的立体示意图。

【主要元件符号说明】

1本发明的集光发电模块的一实施例

1a本发明的集光发电模块的另一实施例

1b本发明的集光发电模块的另一实施例

1c本发明的集光发电模块的另一实施例

1d本发明的集光发电模块的另一实施例

1e本发明的集光发电模块的另一实施例

1f本发明的集光发电模块的另一实施例

2透明基板

3微结构

3a微结构

3b微结构

4光电转换元件

5光源

6测试仪器

7内部元件

21透明基板的第一表面

22透明基板的第二表面

23透明基板的第三表面

24透明基板的第四表面

25透明基板的第一侧面

26透明基板的第二侧面

31微结构的第一侧面

32微结构的第二侧面

33微结构的第三侧面

34微结构的第一角

35微结构的第三角

36假想平面

51光线束

51a光线束

51b光线束

51c光线束

51d光线束

51e光线束

51f光线束

61光源

621接收器。

具体实施方式

参考图1，显示本发明的集光发电模块的一实施例的立体示意图。该集光发电模块1包括一透明基板2及至少一光电转换元件4。该透明基板2，例如玻璃或可透光的塑胶膜板，具有一第一表面21、一第二表面22、一第三表面23、一第四表面24、一第一侧面25、一第二侧面26及多个微结构3。该第一表面21相对该第二表面22，且与该第三表面23、该第四表面24、该第一侧面25及该第二侧面26相邻。该第三表面23相邻该第一表面21及该第二表面22，该第四表面24相对该第三表面23。在本实施例中，该第一表面21为入光面，其面对一光源5，以接受来自该光源5的光线束51。较佳地，该光源5为太阳。

所述微结构3位于该透明基板2内部，且位于该第一表面21及该第二表面22之间。在本实施例中，所述微结构3彼此互不连通或接触，换言之，彼此之间实质平行而具有一间距。所述微结构3贯穿该透明基板2而分别开口于该第一侧面25及该第二侧面26。

在本实施例中，每一所述微结构3的剖面为三角形；然而，在其他实施例中，每一所述微结构3的剖面也可以是圆形、半圆形、椭圆形、扇形、矩形、三角形、多边形或其他形状。此外，所述微结构3内并未额外填充任何材质，亦即所述微结构3内为空气，其折射率与该透明基板2的折射率的差大于0.3。

该光电转换元件4邻近设置于该透明基板2或设置于该透明基板2上。较佳地，该光学转换元件4为太阳能芯片。在本实施例中，该光电转换元件4直接贴合于该透明基板2的该第四表面24上，且该光电转换元件4的面积可等于或略小于该第四表面24的面积。然而，在其他实施例中，该光电转换元件4也可设置于该透明基板2的该第三表面23、该第一侧面25或该第二侧面26上。

在实际使用时，所述微结构3的尺寸可小至um，于其他实施例亦可为nm，cm等，但不以此为限。当该光线束51(例如阳光)经由该第一表面21入射该透明基板2时，所述微结构3导引部分该光线束51至该光电转换元件4，以将部分该光线束51的能量转换成电能。同时，该光线束51的另一部分穿透该透明基板2。因此，该集光发电模块1实际应用于窗户时较不易造成视觉阻碍，且部分该光线束51可以通过该集光发电模块1而也较不易影响室内采光。

参考图2，显示图1的集光发电模块的剖视局部放大示意图。如图所示，该微结构3具有一第一侧面31、一第二侧面32、一第三侧面33、一第一角34及一第三角35。该第一侧面31及该第二侧面32形成该第一角34，且该第一侧面31及该第三侧面33形成该第三角35。该第一角34朝向该第三表面23(图1)，且该第一侧面31实质平行该第一表面21。该第二侧面32位于该第一侧面31与该第二表面22之间。较佳地，该第一角34的角度θ₁为5至30度，且该第三角35的角度θ₂为50至90度。

参考图3，显示图1的集光发电模块的局部光路径示意图。本图仅列举三条光线束51a,51b,51c为例，然而可以理解的是，实际的光线束并不以此三条为限。此外，要注意的是，光线束通过一界面时会产生全反射或是折射与反射，而本图中所示的光路径为光线束最主要部分的路径。亦即，若该光线束中大部分折射少部分反射，则仅显示折射路径；若该光线束中大部分反射少部分折射，则仅显示反射路径。如图所示，该光线束51a经由该第一表面21进入该透明基板2，再经由该第一侧面31进入该微结构3，再由该第二侧面32离开该微结构3，最后，由该第二表面22射出。该光线束51b经由该第一表面21进入该透明基板2，再经由该第一侧面31进入该微结构3，再由该第三侧面33离开该微结构3，之后被该第二表面22全反射，再被该第一表面21全反射，而到达该光电转换元件4。该光线束51c经由该第一表面21进入该透明基板2，再经由该第一侧面31进入该微结构3，再由该第三侧面33离开该微结构3，之后被下方微结构的第二侧面全反射，最后，由该第二表面22射出。

参考图4，显示本发明的集光发电模块的另一实施例的立体示意图。本实施例的集光发电模块1a与图1所示的集光发电模块1大致相同，其不同处在于，在本实施例中，该集光发电模块1a的所述微结构3不贯穿该透明基板2，而邻近于该透明基板2的该第一侧面25或该第二侧面26。

参考图5，显示本发明的集光发电模块的另一实施例的立体示意图。本实施例的集光发电模块1b与图1及图2所示的集光发电模块1大致相同，其不同处在于，在本实施例中，该集光发电模块1b还包括一内部元件7，位于该微结构3所定义出的空间中，其中该内部元件7的折射率与该透明基板2的折射率的差大于0.3。该内部元件7的材质可以是液体、胶体、玻璃、金属或塑胶。

参考图6，显示本发明的集光发电模块的另一实施例的立体示意图。本实施例的集光发电模块1c与图1所示的集光发电模块1大致相同，其不同处在于，在本实施例中，该集光发电模块1c的所述微结构3a为倒三角形的形式。

参考图7，显示图6的集光发电模块的剖视局部放大示意图。如图所示，该微结构3a具有一第一侧面31、一第二侧面32、一第三侧面33及一第一角34。该第一侧面31及该第二侧面32形成该第一角34。该第一角34朝向该第四表面24（图6），且该第三侧面33实质平行该第三表面23（图6）。较佳地，该微结构3a还包括一假想平面36，其平行于该第一表面21，且将该第一角34分成一第一夹角θ₃及一第二夹角θ₄，该第一侧面31及该假想平面36形成该第一夹角θ₃，该第二侧面32及该假想平面36形成该第二夹角θ₄，该第一夹角θ₃为0至20度，且该第二夹角θ₄为0至20度，其中该第一夹角θ₃与该第二夹角θ₄相等或不相等，而该第一夹角θ₃与该第二夹角θ₄不会同时为0度。

参考图8，显示图6的集光发电模块的局部光路径示意图。本图仅列举三条光线束51d,51e,51f为例，然而可以理解的是，实际的光线束并不以此三条为限。此外，要注意的是，光线束通过一界面时会产生全反射或是折射与反射，而本图中所示的光路径为光线束最主要部分的路径。亦即，若该光线束中大部分折射少部分反射，则仅显示折射路径；若该光线束中大部分反射少部分折射，则仅显示反射路径。如图所示，该光线束51d经由该第一表面21进入该透明基板2，之后被该第三侧面33全反射，最后，由该第二表面22射出。该光线束51e经由该第一表面21进入该透明基板2，之后被该第一侧面31全反射，被该第一表面21全反射，被该第二表面22全反射，被下方微结构的第二侧面全反射，被该第二表面22全反射，最后，再被该第一表面21全反射，而到达该光电转换元件4。该光线束51f经由该第一表面21进入该透明基板2，之后被该第一侧面31全反射，被该第一表面21全反射，被该第二表面22全反射，被下方微结构的第二侧面全反射，被该第二表面22全反射，之后经由下方微结构的第三侧面进入下方微结构，再由第一侧面离开该下方微结构，最后由该第一表面21射出。

参考图9，显示本发明的集光发电模块的另一实施例的立体示意图。本实施例的集光发电模块1d与图6所示的集光发电模块1c大致相同，其不同处在于，在本实施例中，该集光发电模块1d的所述微结构3a不贯穿该透明基板2，而邻近于该透明基板2的该第一侧面25或该第二侧面26。

参考图10，显示本发明的集光发电模块的另一实施例的立体示意图。本实施例的集光发电模块1e与图6及图7所示的集光发电模块1c大致相同，其不同处在于，在本实施例中，该集光发电模块1e还包括一内部元件7，位于该微结构3a所定义出的空间中，其中该内部元件7的折射率与该透明基板2的折射率的差大于0.3。该内部元件7的材质可以是液体、胶体、玻璃、金属或塑胶。

参考图11，显示利用一测试仪器模拟本发明集光发电模块的应用的示意图。该测试仪器6包括至少一光源61及一接收器621。一透明基板2位于该测试仪器6的中心，该光源61位于该透明基板2的右侧，且该接收器621位于该透明基板2的下方。

该光源61用以产生入射角度为θ度的入射光束，其中θ为10至80。所述模拟参数如下所述。该透明基板2的折射率为1.51，且其尺寸为240毫米(mm)*180毫米(mm)，厚度为6mm。该光源61投射于透明基板2的面积为216毫米(mm)*162毫米(mm)。该接收器621的尺寸为240毫米(mm)*6毫米(mm)。该光源61及该透明基板2之间的距离为1000毫米(mm)。该接收器621及该透明基板2之间的距离为0.1毫米(mm)。

在本模拟中，量测三种不同状态的透明基板2，如下所述。第一状态为图1及图2的集光发电模块1的透明基板2，其中该第一角34的角度θ₁为10度，且该第三角35的角度θ₂为70度。第二状态为图6及图7的集光发电模块1c的透明基板2，其中该第一夹角θ₃为5度，且该第二夹角θ₄为5度。第三状态为图6及图7的集光发电模块1c的透明基板2，其中该第一夹角θ₃为10度，且该第二夹角θ₄为0度。

参考图12，显示不同状态的透明基板利用图11的测试仪器的模拟结果，其中曲线71代表上述第一状态的透明基板，曲线72代表上述第二状态的透明基板，曲线73代表上述第三状态的透明基板。图中横座标为该光源61所发出的入射光束的入射角度θ，纵座标的效率(%)定义为接收器621所量到的光通量/该光源61所发出的入射光束的光通量，亦即，该接收器621的光通量占该入射光束全部光通量的比例。

以下表1显示上述模拟结果。表1中由左至右侧依序为第一状态、第二状态及第三状态。

表1：不同状态的透明基板的模拟结果

在表1中，以最左侧的第一状态为例，入射角度40度～80度为中国台湾在夏天时早上八点至下午四点这段期间阳光的平均入射角度。模拟结果显示，在此入射角度情况下，约有6.3%的入射光会被导引到该透明基板2的第四表面24（即该光电转换元件4的位置）。同样地，入射角度30度～70度为台湾在春天或秋天时早上八点至下午四点这段期间阳光的平均入射角度。模拟结果显示，在此入射角度情况下，约有5.7%的入射光会被导引到该透明基板2的第四表面24（即该光电转换元件4的位置）。

因此，该透明基板2不仅可保留透视功能，同时也可兼具太阳能发电的功能。此外，由图12及表1可知，不同状态微结构的透明基板在不同的入射角会有不同的光学性质，因此使用者可根据实际阳光的入射角来选择所需微结构状态的透明基板。

参考图13，显示本发明的集光发电模块的另一实施例的立体示意图。本实施例的集光发电模块1f与图1所示的集光发电模块1大致相同，其不同处在于，在本实施例中，该集光发电模块1f的所述微结构3b为圆柱状的形式。

上述实施例仅为说明本发明的原理及其功效，并非限制本发明，因此本领域技术人员对上述实施例进行修改及变化仍不脱本发明的精神。本发明的权利范围应如前述的权利要求所列。

Claims

1.一种集光发电模块，包括：

一透明基板，具有多个微结构，所述微结构位于该透明基板内部；及

至少一光电转换元件，邻近设置于该透明基板或设置于该透明基板上，其中当一光线束入射于该透明基板时，所述微结构导引部分该光线束至该至少一光电转换元件，且其中所述微结构间具有一间距。

2.如权利要求1所述的集光发电模块，其中该透明基板还具有一第一表面及一第二表面，该第一表面相对该第二表面，且所述微结构位于该第一表面及该第二表面之间。

3.如权利要求2所述的集光发电模块，其中该光线束经由该第一表面射入该透明基板。

4.如权利要求1所述的集光发电模块，其中所述微结构彼此实质平行。

5.如权利要求1所述的集光发电模块，其中至少一所述微结构贯穿于该透明基板的一侧面。

6.如权利要求1所述的集光发电模块，其中至少一所述微结构邻近于该透明基板的一侧面。

7.如权利要求1所述的集光发电模块，还包括一内部元件，位于至少一所述微结构所定义出的空间中，其中该内部元件的折射率与该透明基板的折射率的差大于0.3。

8.如权利要求7所述的集光发电模块，其中该透明基板的材质为玻璃或塑胶，且该内部元件为空气、液体、胶体、玻璃、金属或塑胶。

9.如权利要求1所述的集光发电模块，其中每一所述微结构的剖面为圆形、半圆形、椭圆形、扇形、矩形、三角形或多边形。

10.如权利要求2所述的集光发电模块，其中该透明基板还具有一第三表面及一第四表面，该第三表面相邻该第一表面及该第二表面，该第四表面相对该第三表面，且所述微结构位于该第一表面及该第二表面之间，每一所述微结构的剖面实质为三角形。

11.如权利要求10所述的集光发电模块，其中每一所述微结构具有一第一侧面、一第二侧面及一第一角，该第一侧面及该第二侧面形成该第一角，该第一角朝向该第三表面，且该第一侧面实质平行该第一表面。

12.如权利要求11所述的集光发电模块，其中该第二侧面位于该第一侧面与该第二表面之间。

13.如权利要求11所述的集光发电模块，其中每一所述微结构还具有一第三侧面及一第三角，该第一侧面及该第三侧面形成该第三角，该第三角为50至90度，且该第一角为5至30度。

14.如权利要求10所述的集光发电模块，其中每一所述微结构还具有一第一侧面、一第二侧面、一第三侧面及一第一角，该第一侧面及该第二侧面形成该第一角，该第一角朝向该第四表面，且该第三侧面实质平行该第三表面。

15.如权利要求14所述的集光发电模块，还包括一假想平面，其平行于该第一表面，且将该第一角分成一第一夹角及一第二夹角，该第一侧面及该假想平面形成该第一夹角，该第二侧面及该假想平面形成该第二夹角，该第一夹角为0至20度，且该第二夹角为0至20度。

16.如权利要求10所述的集光发电模块，其中该至少一光电转换元件邻近设置于该透明基板的该第三表面或该第四表面。

17.如权利要求1所述的集光发电模块，其中该至少一光学转换元件为太阳能芯片。