CN202033509U

CN202033509U - 简易型的微型化光学装置及其太阳能板

Info

Publication number: CN202033509U
Application number: CN2011200454561U
Authority: CN
Inventors: 董宗翰
Original assignee: XINBO LIGHT ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: XINBO LIGHT ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-02-17
Filing date: 2011-02-17
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2021-02-17

Abstract

本实用新型提供一种简易型的微型化光学装置及其太阳能板，简易型的微型化光学装置包含：一光学本体，其内部设有多个全内反射单元，其中该光学本体具有一第一表面及一第二表面，每一该全内反射单元具有一位于该第一表面的光线入口及一位于该第二表面的光线出口，该光学本体的折射率小于每一该全内反射单元的折射率；以及多个第一凸透镜，其设置于该第一表面上并对应该些全内反射单元的光线入口；其中该简易型的微型化光学装置将不同角度的入射光线实质地垂直射出。故可大幅简化传统追日型太阳能发电模块的构件，同时达到与追日型太阳能发电模块相当的效率。

Description

简易型的微型化光学装置及其太阳能板

技术领域

本实用新型涉及一种简易型的微型化光学装置及其太阳能板，特别涉及一种可接收不同角度的入射光线的简易型的微型化光学装置及其太阳能板。

背景技术

太阳能可谓地球上最大的天然能源，太阳光每天到达地面的能量约为全球石油蕴藏量的25％，且太阳能的使用并不会造成环境污染的问题，再加上近年来半导体材料技术的进步，使得太阳能的吸收效率已逐渐提升。

一种传统的太阳能板是固定在一固定位置及角度的固定架上，因此，其仅能接收固定角度的太阳光，但是，由于地球本身的自转及绕行太阳的公转活动，造成太阳光对于太阳能板的入射角会因纬度、季节和时间有所不同，使得固定式太阳能发电模块无法有效地接收其他入射角度的太阳光，造成太阳能板无法充分发挥其应有效益，换言之，固定式太阳能发电模块的效率或总发电量无法满足一般用电的规模。

另一种传统的太阳能板则是安装于可动的固定架上，其可利用自动导向光源或追光的控制器控制固定架的转动、升降等工作，使太阳能板尽可能的朝向太阳，以使太阳能板接收不同角度的太阳光。例如，追日型太阳能发电模块可利用追光控制器的光感测器，并检测设置于不同位置的光感测器于受光时产生的电位差，再利用控制晶片的运算控制固定架或太阳能板的偏转。然而，上述的追日型太阳能发电模块需要非常精密的电控系统及驱动、旋转等机构件(例如伺服马达减速机、连接轴、联轴器、直角升降电动缸、枢接结构及滑移结构等等)，故其整体成本相当高，且由于上述各组件的体积庞大，造成生产端、运送过程相当大的材料及成本支出，故不利于商业上的应用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种简易型的微型化光学装置及其太阳能板，本实用新型的简易型的微型化光学装置可将不同入射方向的太阳光线经全内反射后形成平行光束，再通过聚光元件、导光元件等元件将其聚集或导引至预定的位置，故太阳能板不需随着太阳的移动而调整其角度，故可大幅简化传统追日型太阳能发电模块的构件，同时达到与追日型太阳能发电模块相当的效率。

本实用新型提供一种简易型的微型化光学装置，其包含：

一光学本体，其内部设有多个全内反射单元，其中该光学本体具有一第一表面及一第二表面，每一该全内反射单元具有一位于该第一表面的光线入口及一位于该第二表面的光线出口，该光学本体的折射率小于每一该全内反射单元的折射率；以及

多个第一凸透镜，其设置于该第一表面上并对应该些全内反射单元的光线入口。

本实用新型提供一种简易型的微型化光学装置，其中，其进一步包括多个设置于该第二表面上并对应该些全内反射单元的光线出口的第二凸透镜。

本实用新型提供一种简易型的微型化光学装置，其中，其进一步包括多个设置于该第一表面上并位于相邻的该些第一凸透镜之间的辅助凸透镜。

本实用新型提供一种简易型的微型化光学装置，其中，每一该第一凸透镜的上表面进一步具有多个聚光凸透镜。

本实用新型提供一种简易型的微型化光学装置，其中，相邻的该些全内反射单元之间具有一间隙，或者相邻的该些全内反射单元彼此接触，或者相邻的该些全内反射单元重迭地成型于该光学本体的内部。

本实用新型提供一种太阳能板，其中，包含：

一聚光元件，其具有一入射面及一与该入射面相对的聚光结构面；以及

一设于该聚光元件的该入射面的简易型的微型化光学装置，其包括：

其中所述全内反射单元、所述第一凸透镜将不同角度的入射光线垂直于该入射面，再经由该聚光元件的该聚光结构面将光线聚集于一预定位置。

本实用新型提供一种太阳能板，其中，该简易型的微型化光学装置进一步包括多个设置于该第二表面上并对应该些全内反射单元的光线出口的第二凸透镜。

本实用新型提供一种太阳能板，其中，该简易型的微型化光学装置进一步包括多个设置于该第一表面上并位于相邻的该些第一凸透镜之间的辅助凸透镜。

本实用新型提供一种太阳能板，其中，其进一步具有一黏胶层，该黏胶层填入该聚光元件的该入射面与该些第二凸透镜之间所形成的空间。

本实用新型提供一种太阳能板，其中，每一该第一凸透镜的上表面进一步具有多个聚光凸透镜。

本实用新型提供一种太阳能板，其中，相邻的该些全内反射单元之间具有一间隙，或者相邻的该些全内反射单元彼此接触，或者相邻的该些全内反射单元重迭地成型于该光学本体的内部。

本实用新型提供一种太阳能板，一种太阳能板，其中，包含：

一导光元件，其具有一入射面及一与该入射面相对应的导光面；以及

一设于该导光元件的该入射面的简易型的微型化光学装置，其包括：

其中所述全内反射单元、所述第一凸透镜将不同角度的入射光线垂直于该入射面，再经由该导光元件的该导光面将光线导引于一预定位置。

本实用新型提供一种太阳能板，其中，其进一步具有一黏胶层，该黏胶层填入该导光元件的该入射面与该些第二凸透镜之间所形成的空间。

综上所述，本实用新型相比现有技术的优点在于：本实用新型可利用简易型的微型化光学装置的全内反射单元将不同入射方向的入射光线经全反射后形成平行光束。因此，当本实用新型提供的简易型的微型化光学装置应用于太阳能板时，该简易型的微型化光学装置可将各角度的入射太阳光导引成平行光束，以利后续的光线聚集与应用；当本实用新型的简易型的微型化光学装置反向运用时，即可将平行光转为多角度输出的光线，以形成不同领域的应用。

为能更进一步了解本实用新型的特征及技术内容，请参阅以下有关本实用新型的详细说明与附图，然而所示附图仅提供参考与说明用，并非用来对本实用新型加以限制。

附图说明

图1为本实用新型第一实施例的简易型的微型化光学装置的示意图；

图1A为本实用新型第一实施例的简易型的微型化光学装置的另一示意图；

图2为本实用新型第一实施例的变化状态的示意图；

图2A为本实用新型第一实施例的另一变化状态的示意图；

图2B为本实用新型第一实施例的再一变化状态的示意图；

图3为本实用新型第二实施例的简易型的微型化光学装置的示意图；

图3A为本实用新型第二实施例的简易型的微型化光学装置的另一示意图；

图4为本实用新型的太阳能板结构的示意图；

图5为本实用新型的另一状态的太阳能板结构的示意图。

主要元件符号说明

简易型的微型化光学装置1

光学本体10

第一表面101

第二表面102

全内反射单元11

光线入口111

光线出口112

第一凸透镜12、12′

辅助凸透镜12A

聚光凸透镜122′

第二凸透镜13

散热板14

黏胶层20

聚光元件21

导光元件21′

入射面211

聚光结构面212

导光面213

太阳能晶片30

间隙D

具体实施方式

本实用新型提供一种简易型的微型化光学装置及太阳能板，该简易型的微型化光学装置可利用全内反射(total internal reflection，TIR)原理将不同角度的入射光线导引至朝同一方向发射的平行光，因此，在太阳能发电的应用上可收集各种角度的太阳光，达到较佳的太阳能发电的功效与效率。另一方面，该简易型的微型化光学装置可反向应用，以达到将平行光导引成大角度输出的均匀光，换言之，本实用新型提供的简易型的微型化光学装置可视实际应用而具有不同的集光或输出多角光线的效果。

请参考图1所示，本实用新型第一实施例的简易型的微型化光学装置1具有光学本体10、多个全内反射单元11及多个第一凸透镜12，光学本体10具有一第一表面101及一第二表面102，多个全内反射单元11则成型于光学本体10的内部，且全内反射单元11由第一表面101延伸至第二表面102，即全内反射单元11的光线入口111位于第一表面101，而全内反射单元11的光线出口112则位于第二表面102，第一凸透镜12则设置于第一表面101上并对应全内反射单元11的光线入口111。具体而言，光学本体10可为一塑料所成型，例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，但不以此为限，再用加工方法，如刀模具加压技术于光学本体10中钻孔，再填入高折射率的塑料即可将全内反射单元11成型于光学本体10中；且由于光学本体10的折射率小于全内反射单元11的折射率，使全内反射单元11与光学本体10所形成的介面可形成光线的全内反射，故可使由光线入口111进行全内反射单元11的光线经多次全反射达成实质地垂直于第二表面102，并由光线出口112射出本实用新型的简易型的微型化光学装置1。在本具体实施例中，PMMA材质的光学本体10的折射率为1.49，而成型上述全内反射单元11的塑料的折射率为1.78，而两者的介面形成类似于复合抛物面结构，然而上述仅为举例说明，并非用以限制本实用新型。另外，全内反射单元11的折射率与光学本体10的折射率的比值较佳介于1.14至1.20之间。因此，各个角度的光线可经由第一凸透镜12的作用而透过光线入口111进入，接着，光线在全内反射单元11内部经过多次的全反射而形成实质地垂直于第二表面102的光线，在本具体实施例中，射出的光线的平行度约在3度以内，然而前述角度范围仅为说明，并非用于限制本实用新型。换言之，本实用新型提供的简易型的微型化光学装置1在不同的应用领域中，射出的光线并不受前述角度的限制。

请参考图1A所示，本实用新型的光学本体10还具有多个设置于第二表面102上并对应全内反射单元11的光线出口112的第二凸透镜13，该第二凸透镜13再次将由光线出口112射出的光线进行调整，以获得较佳的垂直光线。

请参考图2所示，其为第一实施例的变化状态，其中光学本体10中相邻的全内反射单元11之间具有一间隙D(即相邻的全内反射单元11之间具有光学本体10的材料)，而第一表面101上具有位于相邻的第一凸透镜12之间的辅助凸透镜12A，当各个角度的光线射入简易型的微型化光学装置1时，部分光线会由第一凸透镜12的作用而透过光线入口111进入，接着，光线在全内反射单元11内部经过多次的全反射而形成实质地垂直于第二表面102的光线；而另外的光线则由辅助凸透镜12A的导引而射入相邻全内反射单元11之间的光学本体10的材料，再由第二表面102射出，故辅助凸透镜12A可提高简易型的微型化光学装置1的集光效率。

如图2A所示，其显示第一实施例的另一变化状态，其中光学本体10中相邻的全内反射单元11彼此接触(间隙D的宽度为零)，同样地，第一表面101上具有位于相邻的第一凸透镜12之间的辅助凸透镜12A，当各个角度的光线射入简易型的微型化光学装置1时，会有部分光线会由辅助凸透镜12A的导引而射入光学本体10，再由第二表面102射出，故辅助凸透镜12A可提高简易型的微型化光学装置1的集光效率。

如图2B所示，其显示第一实施例的再一变化状态，其中光学本体10中相邻的全内反射单元11重迭地成型于该光学本体10的内部，同样地，第一表面101上具有位于相邻的第一凸透镜12之间的辅助凸透镜12A，当各个角度的光线射入简易型的微型化光学装置1时，会有部分光线会由辅助凸透镜12A的导引而射入光学本体10，再由第二表面102射出，故辅助凸透镜12A可提高简易型的微型化光学装置1的集光效率。另外，图2A、图2B的全内反射单元11的排列状态可提高简易型的微型化光学装置1的工艺弹性，且还可提高简易型的微型化光学装置1的fitting ratio。

另外，请参考图3、3A所示，其显示本实用新型第二实施例的简易型的微型化光学装置1，其与第一实施例的差异在于，第一凸透镜12′的上表面还具有多个聚光凸透镜122′，其可用于提高第一凸透镜12′对于各个角度的光线的集光能力。

以下将说明本实用新型提供的简易型的微型化光学装置1应用于太阳能板的功效。请参考图4所示，其为上述第一实施例的简易型的微型化光学装置1应用于第一种太阳能板的示意图，其中，该太阳能板具有一聚光元件21，而简易型的微型化光学装置1设于聚光元件21上；具体而言，聚光元件21具有一入射面211及一与该入射面211相对的聚光结构面212，而简易型的微型化光学装置1可利用贴附的方式固定于该聚光元件21的入射面211，例如简易型的微型化光学装置1的该些第二凸透镜13与聚光元件21的入射面211之间所形成的空间可涂布有黏胶层20，以将简易型的微型化光学装置1固定于聚光元件21的入射面211；另外，在另一种实施状态中，聚光元件21与简易型的微型化光学装置1也可利用塑料成型方法而一体成型。

另外，该聚光元件21可为一种菲涅尔(Fresnel)透镜，如该聚光元件21的聚光结构面212可形成一组的多个非等宽的同心圆部分透镜(segmental lenses)的菲涅尔透镜结构，以提供聚光的效果。

因此，当前述太阳能板应用于一太阳能发电装置时，各个不同入射角度的光线可经过简易型的微型化光学装置1而形成平行光束(请参考前文所述)，以垂直射向聚光元件21的入射面211，而该些平行光束可经由聚光结构面212的聚光效果而聚集于一预定位置，例如光线可汇聚于一太阳能晶片(cell)30上。所以，相较于固定式的太阳能发电模块，本实用新型可利用简易型的微型化光学装置1将不同角度的太阳光导引成可被聚光元件21聚集的平行光束，以大幅提高太阳能的利用率；另外，相较于追日型(solar trackingsystem)的太阳能发电模块，本实用新型不需复杂的机械、电子构件即可达到相类似”追踪光线”的效果，还可大幅提高太阳能发电的应用领域。

另一方面，请参考图5所示，其为上述第一实施例的简易型的微型化光学装置1应用于第二种太阳能板的示意图，其中，该太阳能板具有一导光元件21′，而简易型的微型化光学装置1设于导光元件21′上；具体而言，导光元件21′具有一入射面211及一与该入射面211相对的导光面213，而简易型的微型化光学装置1可利用贴附的方式固定于该导光元件21′的入射面211，例如简易型的微型化光学装置1的该些第二凸透镜13与导光元件21′的入射面211之间所形成的空间可涂布有黏胶层20，以将简易型的微型化光学装置1固定于导光元件21′的入射面211；另外，该导光元件21′可包括至少一个导光板(light guide plate)，以提供导引光线与聚光的效果。

因此，当前述的太阳能板应用于一太阳能发电装置时，各个不同入射角度的光线可经过简易型的微型化光学装置1而形成平行光束(请参考前文所述)，以垂直射向导光元件21′的入射面211，而该些平行光束可经由导光面213的多次折射而被导引、聚集于一预定位置，例如光线可侧向地汇聚于一位于散热板14上的太阳能晶片(cell)30上，以进行太阳能发电。

综上所述，本实用新型至少具有下列诸项优点：

1、本实用新型提供的简易型的微型化光学装置可利用全内反射单元的全内反射效果，将不同入射方向的太阳光线经多次全反射而形成平行光束，而平行光束可通过聚光元件、导光元件聚集，故可使各种入射角度的太阳光线的能量均可被应用于发电装置。因此，本实用新型提供的简易型的微型化光学装置可应用于目前现有的太阳能发电装置，例如：硅晶、薄膜、CIGS、染料敏化等等的太阳能技术，将简易型的微型化光学装置贴附于聚光元件、导光元件或其他光学元件上，即可大幅提升太阳能发电的效率。除此之外，上述用于集光的简易型的微型化光学装置也可用于照明，如LED照明的集光，并调整光线输出角度，或是取代车灯的二次光学集光器；或是用于装潢，如可将屋外光线引入，但具不透明性的窗户应用、温室屋顶应用，以全天收光给予植物均匀的光线、建筑物透明屋顶或天井应用，以全天收光给予室内均匀的光线等等。另一方面，由于光的可逆性，本实用新型提供的简易型的微型化光学装置可反向运用，即将光线出口为光线进入的一端，以将平行光转为多角度输出光线的应用。

2、相较于传统的固定式太阳能发电模块仅能利用单一入射方向的太阳光线，本实用新型所提供的太阳能板可有效率的”撷取”、接收不同入射方向的太阳光线，以提高太阳能发电的效率。

3、相较于传统的追日型太阳能发电模块，本实用新型不需利用复杂的传动机构、电控系统等组件，故可有效解决制作成本、运输与维修等问题，并可缩小太阳能发电模块的整体体积。

以上所述仅为本实用新型的较佳可行实施例，非因此局限本实用新型的保护范围，故凡运用本实用新型所作的等效技术变化，均包含于本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种简易型的微型化光学装置，其特征在于，包含：

多个第一凸透镜，其设置于该第一表面上并对应所述全内反射单元的光线入口。

2.如权利要求1所述的简易型的微型化光学装置，其特征在于，还包括多个设置于该第二表面上并对应所述全内反射单元的光线出口的第二凸透镜。

3.如权利要求2所述的简易型的微型化光学装置，其特征在于，还包括多个设置于该第一表面上并位于相邻的所述第一凸透镜之间的辅助凸透镜。

4.如权利要求1所述的简易型的微型化光学装置，其特征在于，每一该第一凸透镜的上表面还具有多个聚光凸透镜。

5.如权利要求3或4所述的简易型的微型化光学装置，其特征在于，相邻的所述全内反射单元之间具有一间隙，或者相邻的所述全内反射单元彼此接触，或者相邻的所述全内反射单元重迭地成型于该光学本体的内部。

6.一种太阳能板，其特征在于，包含：

多个第一凸透镜，其设置于该第一表面上并对应所述全内反射单元的光线入口；

7.如权利要求6所述的太阳能板，其特征在于，该简易型的微型化光学装置还包括多个设置于该第二表面上并对应所述全内反射单元的光线出口的第二凸透镜。

8.如权利要求7所述的太阳能板，其特征在于，该简易型的微型化光学装置还包括多个设置于该第一表面上并位于相邻的所述第一凸透镜之间的辅助凸透镜。

9.如权利要求7所述的太阳能板，其特征在于，还具有一黏胶层，该黏胶层填入该聚光元件的该入射面与所述第二凸透镜之间所形成的空间。

10.如权利要求6所述的太阳能板，其特征在于，每一该第一凸透镜的上表面还具有多个聚光凸透镜。

11.如权利要求8或10所述的太阳能板，其特征在于，相邻的所述全内反射单元之间具有一间隙，或者相邻的所述全内反射单元彼此接触，或者相邻的所述全内反射单元重迭地成型于该光学本体的内部。

12.一种太阳能板，其特征在于，包含：

13.如权利要求12所述的太阳能板，其特征在于，该简易型的微型化光学装置还包括多个设置于该第二表面上并对应所述全内反射单元的光线出口的第二凸透镜。

14.如权利要求13所述的太阳能板，其特征在于，该简易型的微型化光学装置还包括多个设置于该第一表面上并位于相邻的所述第一凸透镜之间的辅助凸透镜。

15.如权利要求13所述的太阳能板，其特征在于，还具有一黏胶层，该黏胶层填入该导光元件的该入射面与所述第二凸透镜之间所形成的空间。

16.如权利要求12所述的太阳能板，其特征在于，每一该第一凸透镜的上表面还具有多个聚光凸透镜。

17.如权利要求14或16所述的太阳能板，其特征在于，相邻的所述全内反射单元之间具有一间隙，或者相邻的所述全内反射单元彼此接触，或者相邻的所述全内反射单元重迭地成型于该光学本体的内部。