TW201103152A - Tracking concentrator employing inverted off-axis optics and method - Google Patents

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201103152 六、發明說明： 【發明所屬技術領域3 相關申請案 本申請案主張申請於2008年7月14日之美國臨時專利 申請案第61/080,554號(標題為使用倒置式偏軸光學機構之 追蹤聚集器）的優先權且全部内容併入本文作為參考資料。 發明領域 數個太陽能聚集器係經排列成一陣列以定義一輸入孔 洞（input aperture)使得太陽能收集器（s〇iar c〇iiect〇r)可定位 使聚集器的輸入孔洞面向天空方向。輸入旋轉轴係沿著天 空方向（skyward direction)延伸穿過該孔洞，而且聚焦區小 於該孔洞。每個聚集器包含經支撐成可繞著該輸入軸線旋 轉的至少一光學配置用來在太陽的預定位置範圍内僅僅利 用光學配置繞著該輸入軸線的旋轉來追蹤太陽。描述—種 光學聚集器，其中接收方向（receiving direction)與光軸呈在兒 角以及在一方位角方向（azimuthal direction)中由該光車由向 外延伸使得該聚集器中有一組件可繞著該光軸旋轉以便對 準成可接收輸入光線。描述一種先前不為人知的倒置式偏 軸透鏡。 C先前技術；1 發明背景 本揭示内容大體有關於收集及聚集太陽能量，更特別 的是，有關用於接收及聚集光線(例如，太陽光)供隨後用作 某種形式之能量用的裝置及方法。 201103152 本案申明人察覺太陽能領域有一個要克服的最大挑戰 是太陽能量的擴散或低密度性質。地球表面上每-平方米 大致政佈千瓦特的太陽能。目前最常見利用陽光的太陽 此技術疋把人射太陽婦直接轉換成熱或電。在能量密度 只有一千瓦特/平方米（刚毫瓦/平方公分）時，能量轉換器 ^常㈣涵蓋大面積以便采集及轉換大量的能量。本案申 明人明白用傳統能量轉換ϋ覆蓋大面積的成本是令人望而 部步。例如’傳統光伏面板常用有大面積的昂貴半導體讨 料’以及太陽能-熱能轉換器常用有大面積的昂貴金屬。主 成本觀點而言’高成本會導致這兩個例子的安裝不切 實際。 β針對此問題的辦法之一包含用太陽能聚集器讓設計者 可通過使用成本相對低的反射或折射材料充分利用能量轉 換器材料以便把轉換器收到的太陽能轉換成比傳統非聚集 型太陽能收集器還要集中的形式。使用聚集器可減少給定 應用對於昂貴轉換器材料的需要量。 第1圖為元件符號以1 〇表示之習知聚集型太陽能收集 器的示意正視圖。太陽能收集器10係使用拋物線型反射器 (parabolic reflect〇r)13，該拋物線型反射器界定有圓形輸入 區（直徑D)的輸入孔洞，其係經對準成可接收由入射太陽光 線14攜帶的太陽能量》該拋物線型反射器係經組態成可接 收陽光以及聚集陽光至實質小於輸入區的聚焦區16内。接 收器19係經組態成可收集聚焦陽光以及將它轉換成另一種 形式的能量（未圖示）。例如，該接收器可包含用來把能量直 201103152 接轉換成電的光伏(PV)電池，或者該接收器可包含組態成 可加熱水以便把太陽能量轉換成熱能的太陽能液體加熱 器。 應注意’可用折射材料來構造聚集器。例如，菲淫爾 透鏡(Fresnel lens)可用來減少所需材料的數量。折射型聚集 透鏡（包含菲涅爾透鏡）的設計及構造為常見的做法且本技 藝一般技術人員所習知。在“非成像菲涅爾透鏡：太陽能聚 集器的设計及效能Leutz及Akio Suzuki著作；由 Springer出版）中可找到這些做法的描述。 請注意第2圖並參考第}圖。第2圖為以元件符號2〇表示 之聚集型太陽能收集器的示意立面圖，其係以具有圓形輸 入區（直徑D)的折射菲涅爾透鏡23作為聚集器，其係經對準 成可接收入射太陽光線14且經組態成可集中陽光至實質小 於5玄輸入區的聚焦區（focusing region)16。如先前在說明太 陽忐收集器1〇時所述，聚焦陽光由接收器19收集用來轉換 成另一種形式的能量，例如熱或電。 如下文在適當的地方所描述的，本案申請人察覺，儘 S以成本觀點而言’至少與使用非聚集型收集器的系統相 比^知聚集器在有些情形下是合意的，然而它們並非全 ‘、、'問題。在某些應料、統中，使用聚集型收集器可能引進 十I集系統而言為獨特的特殊挑戰。在其他的一些情形 下：利用聚集至少可能惡化問題及/或加劇與習知非聚集型 太陽能收集器（例如’光伏電池(pVeeU))有關的挑戰。 上文提出先前技術的例子及其限制旨在圖解說明且不 201103152 具排他性。本技藝一般技術人員在閱讀本專利說明書及研 究附圖後會明白先前技術的其他限制。 【發明内容】 發明概要 以下數個具體實施例及其方面連同系統，工具及方法 是用示範及圖解說明且對範疇不具限定性的意思描述及說 明。不同的具體實施例可減少或排除上述問題中之一或更 多，而其他的具體實施例是針對其他的改良。 大體描述一種太陽能收集器。在一具體實施例中，一 或更多太陽能聚集器係經排列成一陣列使得每一個聚集器 在陣列中處於固定位置。每個聚集器係經組態成可定義⑴ 有一輸入區的一輸入孔洞使得該太陽能收集器可定位使每 個聚集器的輸入孔洞面向天空方向藉此將該輸入孔洞定向 成可接收來自太陽的陽光，（Π)—輸入旋轉軸，其係沿著該 天空方向延伸穿過該孔洞，以及(iii)實質小於該孔洞區的一 聚焦區。每個該等聚集器包含具有至少一光學配置的一光 學總成，該至少一光學配置係經支撐成可繞著該輸入軸線 旋轉用來僅僅利用該光學配置繞著該輸入軸線的該旋轉在 太陽的一預定位置範圍内追蹤該太陽使得該旋轉不會改變 該孔洞的方向離開該天空方向。此外，對於在預定位置範 圍内之位置中的任何專一，該光學配置係經旋轉定向（至少 作為該追蹤之一部份）到至少作為聚集收到陽光至該聚焦 區内之一部份的一對應旋轉定向，供隨後收集以及當太陽 能使用。 201103152 在一特徵中，該光學配置用作用以初始接收陽光的一 輸入配置，以及該光學總成包含在該輸入配置後面的一附 加光學配置。該附加配置係經定位成可接受來自該輸入配 置的陽光以及經組態成可繞著一附加旋轉軸旋轉。該輸入 配置與該附加配置係經組態成至少部份基於以下兩者的預 定關係在進行該追蹤時相互合作：⑴該輸入配置繞著該輸 入旋轉軸的該旋轉，以及(ii)該附加配置繞著該附加旋轉軸 的旋轉，以聚焦收到的陽光至該聚焦區内。 在另一特徵中，該輸入光學配置係經組態成可偏折收 到的陽光以便由該附加光學配置接受，以及該附加光學配 置係經組態成可接受及重定向偏折後的光線以造成該聚 焦。 在光學聚集器的一具體實施例中，一光學總成包含一 或更多光學配置。該等光學配置中之一個為一輸入光學配 置，以及該光學總成係經組態成可：定義⑴具有用於接收 多條輸入光線之一輸入區的一輸入孔洞，（ii)穿經在該輸入 孔洞内之一中央區的一光軸，（iii)一聚焦區，其係具有實質 小於該輸入區以及由該輸入孔洞沿著該光軸偏移座落於一 輸出位置的一表面區使得該光軸穿經該聚焦區，以及(iv) 一接收方向，其係定義為以對於該光軸在一預定接收銳角 為特徵的一向量使得該光軸與該接收方向可定義一平面。 該接收方向由在該平面之中的該光軸沿著一方位角方向向 外延伸使得至少該輸入配置可繞著該光軸旋轉用以對準該 接收方向以接收至少大約各與該向量反平行的多條輸入光 201103152 線。該光學總錢缝態切^多崎入 =收歛直到到達該聚焦區藉此聚焦該輪人光線於該^ 在一特徵中 ，該聚焦區包含一給定區，以 該接收方向不對準有至少—特定量為特徵的至少―此二與 =線，係藉由落在該聚焦區之該給定區外來屏棄該輪= 在一附加特徵中，該光學總成包含在該輸入配置後面 的一附加光學配置’以及錢福置仙纟讀成可偏折收 到的光線供該附加配置接受。在—實作中，該附加配置可 為組態成可接受來自該輸人配置之光線的-CPC，以及該 cpc係，..d態成可造成該聚焦。在另一實作中，該附加配 置可為組態成可接受來自該輸入配置之光線的__I〇A，以及 該IOA係經組態成可造成該聚焦。 在一方面中’一倒置式偏軸透鏡包含具有至少大體平 坦組態的一光學配置，該至少大體平坦組態定義：⑴有一 輸入表面區的一平坦輸入表面，以及(ii)至少大體與其垂直 的一旋轉軸。該光學配置係經組態成可把一接受方向 (acceptance direction)定義為以對於旋轉軸有一預定接受銳 角為特徵的一向量使得該旋轉軸與該接受方向可定義一平 面。該接受方向由在該平面之中的該旋轉軸沿著一固定方 位角方向向外延伸使得該光學配置可繞著該軸旋轉用以對 準該接受方向以接受至少大約各與該向量反平行的多條輸 入光線。該倒置式偏轴透鏡更被纟且態成可使該多條輸入光 201103152 線透射穿過該光學配置同時聚焦該多條輸入光線以相互收 歛直到到達實質小於該輸入表面區的一聚焦區藉此聚焦該 輸入光線於該聚焦區。 在太陽能聚集器的一具體實施例中，該太陽能聚集器 包含該倒置式偏軸透鏡，該偏軸透鏡串聯排列於一輸入光 學配置後面以及該偏軸透鏡的輸入表面面向該輸入配置。 該倒置式偏轴透鏡與該輸入配置各經組態成可選擇性旋轉 以相互合作使得該輸入配置一開始可接收該等入射光線以 及折偏該等入射光線以產生中間光線供該倒置式偏軸透鏡 接受藉此將該等中間光線定向成至少大約與該接受方向反 平行。該倒置式偏軸透鏡係經對準成可接受該等中間光線 使得該等中間光線可用作該倒置式偏軸透鏡的輸入光線以 及該倒置式偏軸透鏡聚集該等中間光線到倒置式偏軸透鏡 的聚焦區。 在一具體實施例中，該倒置式偏軸透鏡為包含一光學 總成的一多元件倒置式偏軸光學總成，該光學總成具有兩 個或更多光學配置。該等光學配置中之一為定義以下兩者 的第一配置：⑴有一輸入區的一輸入孔洞，以及(ii)至少大 體與其垂直的一旋轉轴。該等光學配置經組態成可相互合 作以便把一接受方向定義為以對於該旋轉軸有一預定接受 銳角為特徵的一向量使得該旋轉軸與該接受方向可定義一 平面。該接受方向由在該平面之中的該旋轉軸沿著一方位 角方向向外延伸，以及至少該第一配置係經支撐成運動受 限於繞著該旋轉軸旋轉用以對準該接受方向以接受至少大 201103152 約各與該向量反平行的多條輸入光線。該等光學配置更被 組態成可聚焦該多條輸入光線以相互收歛直到到達實質小 於該輸入表面區的一聚焦區藉此聚焦該輸入光線於該聚焦 區。 除了上述的示範方面及具體實施例以外，在參考附圖 及研讀以下說明後可明白其他的方面及具體實施例。 圖式簡單說明 示範具體實施例均圖示於附圖。揭示於本文的具體實 施例及附圖旨在圖解說明而不是用來限定本發明。 第1圖為反射型先前技術太陽能聚集器及其操作的示 意立面圖。 第2圖為折射型先前技術太陽能聚集器及其操作的示 意立面圖。 第3圖為依本揭示内容製成之一光學聚集器具體實施 例的示意透視立面圖，其係圖示聚集器的組件及其操作的 方面。 第4圖為圖解說明一習知偏軸聚集透鏡實施例之操作 的示意立面圖。 第5圖為倒置式偏軸透鏡(IOA)之一具體實施例的示意 透視圖，其係圖解說明該IΟ A具體實施例之組件以及與偏折 及聚焦輸入光線有關的操作。 第6圖的示意透視圖係圖解說明與IOA之旋轉定向有關 的許多方面。 第7 A圖及第7B圖的示意透視圖係圖示分別定向成可 10 201103152 用於給定白天之上午及下午的單—I0A太陽能收集器系統。 第8圖為折光鏡(bender)之一具體實施例的示意立面 圖，其係圖解說明折光鏡與接收多條入射光線有關的操作。 第9圖為折光鏡之一具體實施例的示意立面圖，其係圖 解說明折光鏡之偏折作用的三維性。 第ίο圖的不意透視圖係圖解說明由與本發明i〇a結合 之折光鏡製成的聚集器之操作。 第11圖的不意立面圖係以有特定方向的人射光為例 (不具限疋性）圖解說明雙旋轉聚集器或bric及其操作的— 具體實施例。 第12圖的不思透視圖係圖解說明折光鏡及其與入射光 有關的操作方面。 第13A圖及第i3B圖不意圖示的天空視場係圖解說明 在給定太陽縱跡下衫同㈣集程度供比較用。 第14圖的示意圖係圖解說明經 徑匹配的視場。 第15圖的示意立面圖，其係 之陣列的線性聚集器組態， .延伸成有利於與太陽路 圖示使用由兩個IOA組成 , 該陣列係經組態成可接收輸入 先線14及沿者線性目標之柏線聚集光線。 第16A圖及第16B圖為 _ 马1知雙輛太陽能收集器的透視 圖’其係圖不結構的細節。 第17Α圖至第17C圖 > 不思圖係圖示各可與不同類型 之太陽月b收集器或聚集器 ^ 1βΔθ ^ 崎繁的3種不同視場。 第Α圖為由兩個聚集 益組成之陣列的一具體實施例 201103152 之示意側面圖，其係圖示與該陣列之操作有關的細節。 第18B圖為第18A圖之聚集器陣列具體實施例的示意 端面圖。 第18C圖為第18A圖及第18B圖之聚集器陣列具體實施 例的示意平面圖。 第19A圖為有4個聚集器之一分離電池系統具體實施例 的示意側面圖，其係圖示與該系統之操作有關的細節。 第19B圖為第19A圖分離電池系統的示意平面圖，其係 進一步圖示與其操作有關的其他細節。 第20A圖為本發明折光鏡的示意透視圖，其係圖示與彼 之操作有關的細節。 第20B圖為本發明IOA之一具體實施例的示意透視 圖，其係圖示與彼之構造及操作有關的細節。 第21A0及第21B圖的示意透視圖係圖示可用於聚焦 區之整形的另一 IOA具體實施例。 第22A圖的示意透視圖，其係圖示用於IOA的折射型配 置以進一步聚焦經重定向的楔形光。 第22B圖的示意透視圖，其係圖示用於IOA的反射型配 置以進一步聚焦經重定向的楔形光。 第23 A圖及第23B圖為以正交視角繪出之一聚集器具 體實施例的示意立面圖，其係圖示在輸入光線由聚集器在 附圖之平面中處理的特殊情形下該聚集器在不同座標軸平 面中的操作細節。 第24A圖及第24B圖為以正交視角繪出的第23A圖至第 12 201103152 23B圖之聚集器的示意立面圖，其係圖示在光線對座標軸平 面有斜度地進入的示範情形下該聚集器在不同座標軸平面 中的操作細節。 第24C圖為第24A圖及第24B圖之聚集器的示意平面 圖，其係_光在進人聚集ϋ後練在水平座標轴平面的 投影分量。 第25Α圖為-折光鏡具體實施例的示意立面圖其係圖 示與折光鏡之結構及操作有關的細節。 八 第25Β圖為第25Α圖之折光鏡的示意立面圖，其係圖示 與取決於人射光之人射角的陰影有關的其他細節。 -第26Α圖為使用多元件Ι〇Α之一聚集器具體實施例的 不意立面圖。 第細圖為聚集器之另一具體實施例的示意立面圖，此 實施例係使用單一元件1〇八。 —第26C圖為聚集器之又—具體實施例的示意立面圖，此 實施例係使用為了造成輸人光線聚集至聚焦區而相互合作 的輸入光學配置與附加光學配置。 第27圖對於特定折光鏡及Ι〇Α以矩形示意圖示被太陽 依據年及日變化穿越的天空覆蓋範圍。 第28圖圖示折光鏡或Ι〇Α之操作與其結構中之某些組 態變化有關的細節。 第29Α圖及第29Β圖的放大圖係圖示第28圖折光鏡或 Ι〇Α之操作與側壁傾斜（第29Α圖）及頂點圓化（第29Β圖）有 關的細節。 口 13 201103152 第30圖以矩形示意圖示被太陽依據年及曰變化穿越的 天空覆蓋範®’其係圖解制特特紐⑽A巾稜鏡址態 的變化對於視場損失的影響。 〜 第31圖不意圖示被太陽跨越的天空，其係顯示太陽位 置的年及日變化以及®解說明以下兩者的折中：增加早晨 及傍晚的天空覆蓋範圍與損失特定幾天料的天靖蓋範 圍。 第32圖示意圖示被太陽跨越的天空’其係顯示太陽位 置的年及日變化以及輔助說明折光鏡及IC)A旋轉及保持追 蹤能力的有限範圍。 第33A圖為一聚集器具體實施例的示意立面圖，其中折 光鏡與IOA呈傾斜。 第33B圖為第33A圖之聚集器的示意平面圖，其係圖示 其結構及操作的其他細節。 第34圖為有傾斜折光鏡之另一聚集器具體實施例的示 意立面圖，其中折光鏡及IOA可用絲線控制。 第35圖為有折光鏡之一聚集器具體實施例的示意立面 圖，該折光鏡係通過與I0A連接的轂連結使得折光鏡可在轂 上旋轉。 第36圖為一聚集器具體實施例的示意立面圖，其係圖 示用於使該折光鏡對IOA呈傾斜的斜坡法。 第37圖的示意平面圖係圖示由4個聚集器組成的—陣 列具體實施例’其係通過驅動機構而可旋轉地相互耦合以 用撓性驅動構件使該等折光鏡可繞著相關的軸線合作。 14 201103152 第38圖的示意平面圖係圖示由4個聚集器組成的另— 陣列具體實施例，其係通過驅動機構而可旋轉地相互麵合 以用齒輪傳動型配置使該等折光鏡可繞著相關的軸線合 作0 第39A圖的示意平面圖係圖示構造成可容納聚集器陣 列之面板圍封物的太陽能收集器。 第39B圖為第39A圖之太陽能收集器的示意立面圖，其 係圖示其結構的其他細節。 第40圖為有折光鏡、IOA 32及聚集型配置之—聚集器 具體實施例的示意平面圖，其係圖示其結構之細節。 第41圖為使用多元件I〇A之聚集器的示意立面圖。 L實施方式:j 較佳實施例之詳細說明 月疋在專利申請案及其要求的背景下提出讓 本技藝-般技術人貞能製作及㈣本發明。熟諳此翻 …、'對於本文所描述的具體實施例可做^同的修改，以及 可應用本文所教導的—般原理於其他的具體實施例 此’不希望本發明受限於列示的具體實施例而是涵 t文所述之原理及特徵(包含修改及盼致的最寬廣； 驚’如界定於隨附中請專利範圍的料。應注意，_ 是按比崎製而是以示意方式圖解說明相_特徵^不 二:去左’右、順時鐘/反時鐘之類的描述性術語是用來： 明。 各種視1出_圖料是用來限定本發 15 训103152 覺，在發明背景—節中所提到的，本案中請人察 系絲管以成本觀點而言，至少與使用非聚 集型收集器的 並兆目比，習知聚集器在有些情形下是合意的，然而它們 及:全無問題。在某些情形下，使用聚脑可能惡化問題 二加劇與習知非聚集型太陽能收集器（例如，光伏電池) 挑戰。例如’在錢面板巾，紐電池的效率通常 =者溫度增加而降低。儘管這在非聚集型面板的設計是 二=顧慮’然而在聚集H用來增加人射光強度1()或1〇〇倍 ^更π時’加熱為更大的顧慮’以及在這些情況下，管理 。熱有關的因素會變成嚴重的挑戰。在其他情形下，使用 聚集型收集器可能引進常與聚集系統有_特殊挑戰。例 如’許多聚集器要求光線要以某個角精度(angular _racy) 進入’這可要求聚集器移動以便“追蹤，，光源，例如太陽。 S知追蹤线可能既貴又複雜，以及在某些情形下，追縱 系統的成本可能實質削弱利用聚集可得到的成本節約。 如包含於本案申請人描述於下文之許多太陽能收集器 的光學聚集器係有利地利用内部旋轉運動來追蹤由移動源 到達的光線以及聚集光線至目標（例如，接收器）上。本發明 的光學聚集器係使輸入光線穿經一序列的一或更多光學配 置，以及通常將該等配置中之至少一支撐成可旋轉。在描 述於下文的數個實施例中，可將該等旋轉光學元件十之至 少一組態成為倒置式偏軸透鏡配置，其係經組態成可至少 一部份旋轉以允許及/或讓系統可追縱移動光源。如用在詳 述於本揭示内容之許多太陽能收集器的太陽能聚集器係經 16 201103152 組態成可定義可調整的接收方向以便追蹤太陽的運動，其 係基於一或更多光學配置的旋轉定向，使得當太陽改變位 置時，可使離開系統的聚集光線能持續照射接收器。 此時請參考附圖’其中類似的元件儘可能用相同的元 件符號表示，此時請注意第3圖的示意透視立面圖，圖中光 學聚集器之一具體實施例（大體以元件符號26表示）包含倒 置式偏軸透鏡配置32與串聯於其後的光學折光鏡配置33。 此折光鏡配置係作用定義有輸入表面區之輸入孔洞3丨的輸 入配置’且經組態成初始可接收入射太陽光線14以及偏折 入射太陽光線以產生由倒置式偏軸透鏡配置32接受的中間 光線(intermediate light rays)39藉此中間光線用作ioa(倒置 式偏軸透鏡)的輸入光線。倒置式偏轴透鏡配置讓中間光線 透射通過使得射線可相互收歛一直到達實質小於輸入表面 區的聚焦區41。 可將光學聚集器26的每個光學配置組態成有相對扁 平、細薄及大體平坦且可視為與菲涅爾透鏡類似的組態， 藉此可將這兩個配置的組合實作成有對應扁平細薄的形 狀。聚集器26界定接收方向34用於接收在輸入方向的入射 太陽光線14使得入射太陽光線呈反平行(anti_paraiie丨），同時 光鏡與倒置式偏軸透鏡配置相互合作使得光學聚集器可 接收收到的光線以及聚集至聚焦區41上。折光鏡配置與倒 置式偏軸透鏡可靠緊使得離開折光鏡配置的中間光線大部 會被倒置式偏軸透鏡配置接受及聚集。如下文在適當的 地方所绊述的，包含折光鏡配置33及倒置式偏軸透鏡配置 17 201103152

且™荐、區41。當入射太陽光線的— 32的光學配晋佛，土 w κ & 式， 式偏軸透鏡讓倒置式㈣透鏡可接受及 相互收歛一直到達聚焦區4

中，很適合用於固定或活動式太陽能面板(solar panel)用來 把陽光轉換成諸如熱或電能之類的能量形式。本案申請人 注意到’在有-或更多光學聚集器26之陣列的固定式太陽 能面板的情形下’相對於面板，太陽每天在日出日落之間 有運動，以及由冬季到夏季有季節運動。由於太陽相對於 面板在給定的-天會改變位置和有季節變化，人射太陽光 線14進入BRIC的方向會改變。如下文所詳述的，藉由旋轉 折光鏡及倒置式偏軸透鏡，BRIC可追蹤這種方向變化使得 匕們相互合作以持續調整接收方向3 4的取向以追蹤太陽來 保持照射聚焦’。應注意，可加上接收器洲來把聚焦 光線轉換成有另一種形式的能量。例如，光伏電池的接收 表面可對準成與聚焦區重疊藉此用光伏電池把部份聚焦光 線轉換成電。 本案申請人察覺’在許多應用（包含許多太陽能收集應 用系統）中，與習知太陽能面板相較，太陽能pv面板中使用 18 201103152 BRIC可提供許多掃掠優點（sweeping advantages)。例如’如 上述，可將聚集器組態成入射太陽光線的聚焦及聚集可考 慮到使用有實質小於聚集器輸入區之區域的接收器（例 如’光伏電池）。與習知非聚集型光伏電池相比，如上述與 本申請案之下文，用於追蹤太陽及聚集陽光的系統及方法 可用來減少給定應用對相對昂貴光伏電池要求的必要表面 積，因而至少與習知面板相比，可減少太陽能收集器的成 本。此外’與常與習知聚集器系統有關的輪廓相比’形狀 相對扁平及細薄的BRIC使得它可併入有相對低輪廓的面 板圍封物(panel enclosure)内。這使得聚集型太陽能PV系統 可包裝於形狀及尺寸是基於習知標準的圍封物中，以及根 據本發明製成的太陽能面板相容於現有已開發成例如用於 習知面板（包含非聚集型太陽能PV面板）的安裝基礎設施。 接著請參考第3圖，也應注意，太陽能聚集器26的折光 鏡及倒置式偏軸透鏡兩者係經支撐成可旋轉。此外，可安 置接收器19以提供作為靜止目標的接收表面使得接收表面 與聚焦區重疊’以及可將接收器組態成聚集光線至少有一 些被接收器吸收並轉換成諸如電或熱能之類的能量形式。 應/主思，在本揭示内容的上下文中，片語“靜止目標，，係指 該目標不旋轉或與面板的其他部件沒有相對運動。如果整 個面板持續移動以追蹤太陽，則BRIC起作用以聚集光線至 附著於移動面板的靜止目標上，以及該目標對於面板圍封 物可保持靜止，即使在面板纽勒的情形下。特別是， 作為實施例，-或更多太陽能聚集器26的陣列在支承結 201103152 構(例如，太陽能面板圍封物）中可支撐於固定位置及彼此相 對固定位而且如以上在第3圖時所*，可將折光鏡及倒 置式偏軸透鏡支撐成可旋轉，同時可將接收器支撐成相對 於它的聚集器是固定的使得它至少相對於該支承結構不會 旋轉或以其他方式運動。 如緊接著詳述於下文的，應注意，倒置式偏轴透鏡32 的光學性質貫質不同於習知偏軸透鏡的光學性質。 此時凊注意第4圖的示意立面圖，其係圖示習知偏軸聚 集透鏡44之一實施例的操作，它可以許多組態實作，包含 (但不受限於）：⑴連續表面透鏡或(ii)實作成菲涅爾透鏡。 在此實施例中，透鏡44係經組態成可界定光軸47，以及可 接收準直輸入光線45使得準直光可與光軸47平行地進入透 鏡44。更將偏軸透鏡44組態成可聚焦光線至在偏軸位置的 偏軸聚焦區41上使得聚焦區不會座落在光軸47上。應注 意’基於習知慣例，稱呼此透鏡為“偏軸，，透鏡的前提是聚 焦區有如第4圖所示的偏軸定位。 也應注意第4圖以及為了本申請案的其餘部份，術語 ‘‘光軸”係指一條至少大體在中央讓光容易沿著它傳播通過 光學系統的路徑。在許多習知光學系統(例如，成像系統) 中’可定義光軸為一條穿過空間的直線而系統在此空間中 對此直線有旋轉對稱性。這在本揭示内容論及的實施例中 未必如此，而且也應注意，為了實現如本文所述之想要功 能’至少在特定結構及/或光學材料性質上，町大體以實質 不對稱的方式組態折光鏡及倒置式偏軸透鏡。在這點上， 20 201103152 本技藝-般技術人員明白，折光鏡或者0 的光轴可與配⑽光學性質義而且不 偏軸透鏡 屮甘^ 个乂暴於明顯、附帶 或其他絲何物理對线。叫㈣㈣術狂的对 論’應注意，術語‘魏，在下文及本㈣㈣巾係財光線 穿經元件時可修改光_光學㈣。包含料鱗方向的 給定透鏡表面上可能或不均句。此外，由Μ⑽ 修改光線在糾透料過透鏡時也可能料域的收 分散。 一 如緊接著詳述於下文的，倒置式偏轴透鏡界定-光軸 且經組態成在人射m偏軸方向進人時該倒置式偏轴透 鏡的聚焦區是在該絲上。制是，倒置式偏軸透鏡係經 組態成可接受與絲有-角度的人射光。基於在此提出及 用於本中μ案其餘部份的命名，冑用術語“倒置式，，指的 是，與習知偏軸透鏡相比，倒置式偏轴透鏡的功能操作颠 倒。 總結上述說明，習知偏軸透鏡係經組態成在聚焦區大 體位在偏軸位置時可接受軸上的人射光。相較之下，倒置 式偏軸透鏡係經組態成可接受與光軸呈傾斜的人射光，而 且聚焦區是在軸線上。 應注意’術語‘倒置式偏軸透鏡，在本揭示内容及附上的 申請專利範财可義寫‘腸，储。關於這個專門術語， 也應注意’IQA可為由-個光學元件組成_別透鏡，或可 組態成為有兩個或更多光學元件及，或組件的光學配置。 恢復討論’可ΙΟΑ的聚焦區沿著光軸安置使得入射光以 21 201103152 -個角^到軸後偏折及聚焦於聚焦 區41。如上述，以及 士緊接著詳述於下文的，1〇Α可视為完成兩個光學功能：⑴ 偏斤射光以引導光線沿著光輪至聚焦區，以及⑻聚焦光 線使它收歛於聚焦區上。 此寺明'主意第5圖的示意透視圖圖示IOA 32之一具體 實她例的偏折及聚焦性質。該1〇A定義有輸入表面區的輸入 表面54卩及經組態成可接受多條平行輸人射線56，以及 用以偏折及聚焦該多條輸人光線至聚焦區41上 。該IOA更經 組L成定義圖不於第5圖的接受方向咖為沿著對該說有 固定取向之g)定方位角方向由光轴向外延伸的向量A使 知該光軸與4向量定義—平面。該i〇a可旋轉讓接受方向^ 有該多條輸人鱗的取向使得每條射線至少大約與該接受 方向-平行以及遠〗〇A還組態成可透射穿過該多條輸入 光線同時使該等光線聚焦相互收歛—直到達實質小於該輸 入表面區的聚焦區。 在緊接著進—步詳述以下幾點的某些方面時，應瞭解 ⑴沿著至少大約與接受方向反平行的方向進入IOA的輸入 光線56均引導至該聚焦區，（ii)接受方向57為I〇A中由I〇A 本身以結構定義的物理特性，以及(i i i)沿著與接受方向充分 偏斜之實質未對準方向進入該IOA的任何未對準輸入光線 (未圖示）’會被I 〇 A重新引導以發散離開光軸使得它們在聚 焦區外通過，而且不對準增加會大體導致偏折光線 light)發散離開聚焦區對應地增加。 接著請參考第5圖，應注意，和與習知透鏡有闕的習知 22 201103152 焦距相比，KM的焦距有顯著的功能差異，以及應注意，對 於有焦距的習知錢，準直光通常必須進人與透鏡光轴平 行的透鏡以便被引導至_透鏡—段與焦距對應之距離的 聚焦區。在光線以與習知透鏡之妹偏斜❹度進入習知 透鏡的情形下’光線通常會被料成偏轴並離開聚焦區。 相較之下，s玄ΙΟA接受對光軸呈斜角的準直光，以及引導光 線至位於光軸的聚錢。本”請人察覺，如下文所詳述 的’至少對用於太陽能聚集H而言，如緊接著在下文和本 揭示内谷所述的，ΙΟΑ的倒置式偏轴特性有許多掃掠優點， 至少在與有包含-或更多ΙΟΑ之太陽能聚m||的太陽能收 集器有關的應用系統上。 本技藝一般技術人員在閱讀整個揭示内容後應瞭解， 根據剛剛的說明，有獨一接受方向意指I〇A的物理結構及/ 或材料性質中本質上至少應有幾種旋轉不對稱，以及在i〇a 的結構缺乏此形式之不對稱的情形下，在合理情形下i〇a 不可能用與本文所述一致的方式定義明確的接受向量。例 如，在詳述於下文適當處的一具體實施例中，I〇A可包含與 其整合的數個稜鏡，以及可將該等稜鏡定向成會沿著參考 方向（未圖示於第5圖）相互平行以及經組態成可導致輸入光 線的上述偏折。用此方式定向的稜鏡可提供一個滿足要求 IOA旋轉不對稱的實施例。 儘管接受方向57(在第5圖以向量A圖示）是由I〇A的結 構及/或光學性質界定因而在IOA的參考系保持不變，應瞭 解相對於地球參考系，該接受方向只在I〇A本身改變位置時 23 201103152 改變。例如，當IOA旋轉時，兮技為士 号亥接又方向會因此旋轉以掃掠 方式定義一圓錐之表面，如腎拔基4 緊接者砰述於下文的。鑑於剛 剛所說的幾點’以及為了說明清楚，定義_組座標用來描 述在隐以旋轉或其他方式改變位置時的接受方向是有用 的。在這點上，應瞭解，在習知三維空間的背景下贏 的接受方向可視為3D(三維）向量。根據眾所周知的解析幾 何原理，可減單獨用來描述”中之方向的任何犯向量 有任意的大（1或“單位”為最常見），拯基 中兄）接者可指定只用兩個角 座標。《標準的做法’I0A的接受方向可用固定的天頂角 (zenith ang丨6)ξ(向量A與光軸的失角）表示，以及相對於第$ 圖IOA的固定方向為向量A在輸入表面54上之投祕的向 量D。使用根據上述約定的座標系統，接受方向57(在第$ 圖以向量A表示）維持前述不變的單位大小與前述不變的角 度ξ»因此，顯而易見只要光軸47保持不變，接受方向”在 空間的取向不論是何旋轉改變完全可用相對於參考轴線 61的角度φ指定。由於接受方向57本身對於Ι〇Α的參考系是 不變的，則根據相同的專門術語，它同樣適合用來描述ι〇α 的旋轉定向，以及把IOA以角度cp為方位角的陳述視為與接 受方向以角度Φ為方位角的陳述同義是合理的。 也應注意’接受方向57在ΙΟΑ表面54上的投影64(在第5 圖以向量D表示）相對於ΙΟΑ也是不變的，而且與參考方向 61也以角度φ定向。作為專門術語中可用在本揭示内容的— 個附加方面，投影64應視為通過ΙΟΑ“正在瞒準”之空間的方 向。在此進一步此術語，為了讓IΟ Α可接受輸入光線5 6供偏 24 201103152 折及聚集用’與輸入光線相 使得輸入射線（未圖示）在表 圖以向量D表示）反平行。 比，使IOA 32瞄準相反的方向 面54上的投影與投影64(在第5 為了讓輸入射線56可對準而與接受向量57反平行使得 說可接受供偏折《集於W上的輸人総，可滿足 兩個條件，而且下文及本揭示内容有時根據以下速記符號 可指定這兩個條件：_I〇A係經旋轉定向成可料輸入光 線’以及⑻該輸入光線以I〇A的天頂角ξ進入i〇a。為了用 於後續的描述，以更簡短的術語言之，輸从㈣與說32 有時在滿足料條件時可視為“相互對準，，，以及在本揭示 内谷的下文中，I0A與輸人光線相互對準的陳述要解讀成是 陳f至少在合理的近似下已滿足這兩個條件。為了更清楚 地-兒明，應注意’使10編準輪入光線的陳述僅僅要解讀成 是陳述已滿足這兩㈣件之中的第—個，以及在這些情況 下’ IOA與輸人射線可能相互對準衫對準 說 楚’下文緊接著描述導致不對準的兩個實施例。 / 作為導致不對準的第-實施例（未圖示），如果使i〇a旋 轉離開圖示於第5_適當旋轉定向，則輸人光線與接受角 度變成相互偏斜，從而造成未對準的情形使細减輸入光 線相互不對準。 作為導致不對準的另-實施例，如果使第5圖的說傾 斜’例如藉由以參考方向61為中心插轉I〇A，則充分大的傾 斜會導致接受方向與輸人光線不匹配(未圖#而且輸入光 線與接受方向會對應地相互偏斜，造成另—個未對準的情 25 201103152 形使得IOA與輸人射線相互未對準。 匕時在參考第5圖後，請參考第石圖的η示意透視 圖’其係圖示與I0A之旋轉定向有關的許多方面。如以上在 說明第5圖時所述’接受方向(在第5圖以向量A表示)係基於 IOA的結構及/或光學材料性_細絲定義，因而接受 方向7在I〇A的參考系中保持靜止。因此，當I。'繞著旋轉 軸旋轉時，接受方向可視為在掃掠圓錐的表義，在第㈣ 用點線表示並且在下文被稱作與I〇A關連的接受圓錐。如緊 接著描述於下文的，該接受圓錐用作概念及/或視覺輔助， 下文在描述與腸效能（特別相於說與其絲學配置的 合作)有關的背景下會參考它。使用與第5圖之描述一致的 術語，應瞭解，傳播至腸以及方向落在接受圓錐之表面6〇 的任何輸入光線56都可被I0A接受供偏折及聚焦用，只要 IOA轉到適當的旋轉㈣用來接受該光線。換言之，採用先 前用於第5_速記術語集合’如果⑴輸人饰從在說 的接受圓錐上，以及⑼該I0A可經旋轉定向成該i〇a可猫 準輸入光線，則隐有適當的定向可接受及«輸入光線。 相較之下，有至少大料落在接受圓錐上之實質不同方向 的任何未對準射線會與mA不對準，⑽A的特定 無關。 如以上在說明第5圖時所述的，與IOA保持不變的接受 方向，以及腸只能繞著-軸（例如，瓢的光軸)旋轉的運 動在地球參考系中可収則（在第頂及第6_ξ 方位角cp來描料及基於公财料解析•約定。如前 26 201103152 述，在限制給定IOA的運動只能繞著I〇A的光軸旋轉的情形 下，天頂角ξ對IOA保持不變，即使I〇A旋轉，因此該接受 圓錐是的特徵為天頂角ξ。 如以上在說明第3圖時所述的，以及如在本揭示内容的 其餘部份中更詳細地描述於各處的，本案申請人察覺，ι〇α 32可與附加光學配置結合以便在大部份的白天中用光學配 置只此旋轉的向度有利方式持續追蹤太陽。不過，應注意 只用ΙΟΑ本身無法保證存在持續的追蹤能力，以及組態成只 能旋轉運動在其他時候保持固定取向的單一Ι〇Α本身（無附 加光學配置）無法用來在自天持續聽太陽。然而，為了增 強讀者的理解，以下會在太陽能收集器系統的背景下描述 單一ΙΟΑ的用途。 此時請注意第7Α圖及第7Β圖的示意透視圖，其係圖示 安置成在給定白天可用於兩個不同時間（上午及下午）的單 一 ΙΟΑ太陽能收集器系統8〇。圖示於第7八圖及第7Β圖的太 陽能收集器對齊不變地位於固定位置，以及包含經支撐成 可繞著光軸47旋轉的ΙΟΑ 32。該ΙΟΑ細作太陽能聚集器且 經組態成s亥ΙΟΑ的輸入表面54可定義有輸入區的輸入孔洞 藉此可將該太陽能收集器定位成輸入孔洞可面向天空方向 藉此將輸入孔洞定向成可接收來自太陽的陽光（太陽用元 件符號73表示）。更將該太陽能聚集器組態成可定義沿著天 空方向穿過孔洞的光軸47，而且還將該太陽能聚集器組態 成可疋義實質小於孔洞區的聚焦區41。該太陽能收集器對 齊不變地位於固定位置，以及如緊接著詳述於下文的，對 27 201103152 於上午及下午位置，該I0A都可經旋轉定向成可接收及聚集 收到的陽光14。 如上述’聚集器80係經組態成IOA透鏡繞著軸線47的旋 轉會旋轉接受方向57藉此使I0A瞄準不同的方向。第7八圖 及第7B圖藉由圖示用作太陽能聚集器的單一聚集型I〇A透 鏡來圖解說明此原理。不過，應注意，如第7A圖及第78圖 所不以及如緊接著描述於下文的’此太陽能聚集器每天只 有兩次有理想的作用：一次是在上午、一次是在下午。 在上午’該太陽能聚集器只有的早晨特定時間有適當 的作用’亦即當早晨太陽是在位置86時，陽光14的射線與 接受方向57反平行對準，在此時IOA 32將陽光射線偏折及 聚焦至聚焦區41。在早晨的其他時間，可使該][〇a瞄準入射 太陽光線，然而在這些其他時間的入射太陽光線不會以I〇A 的天頂角ξ進入IOA，因而IOA與入射太陽光線不對準。 同樣’在下午，該太陽能聚集器只有的下午特定時間 有適當的作用，亦即當下午的太陽是在位置86,時，入射太 陽光線14與接受方向57反平行對準，在此時IOA 51將陽光 射線偏折及聚焦至聚焦區41。在下午的其他時間，可使該 I〇A瞄準入射太陽光線’然而在這些其他時間的入射太陽光 線不會以IOA的天頂角ξ進入IOA。 應注意，只有與附加的單軸或雙軸追蹤系統一起使用 時，單一ΙΟΑ追蹤器80可成功用來在大部份的白天中持續追 縱太陽。此配置的一實施例（會在本揭示内容的後續部份中 詳述）是支承由一或更多單一ΙΟΑ追蹤器80(每個追蹤器有 28 201103152 一個單一IOA)組成之陣列的太陽能面板圍封物，每個追礙 器附著至外部機械追蹤器機構。在許多習知應用中，可將 機械追蹤器機構組態成可移動習知太陽能面板供持續瞄準 面板用使得該面板直接面對太陽。在有由數個單一 I〇A聚集 器組成之陣列的這個配置中，可將機械追蹤器組態成可基 於IOA的偏折角度(bend angle)在預定公差偏使面板面向太 陽，以及可旋轉IOA以修正與機械追蹤器有關的任何機械不 對準。 在描述IOA的基本操作原理以及圖解說明追蹤能力有 限的單一IOA太陽能聚集器後，此時說明是針對與組態成為 折光鏡之光學配置有關的光學性質及操作原理。首先，應 注意’就折光鏡共有一些至少與IOA之相關特性粗略類似的 特性而言’可視為折光鏡與IOA有點類似。例如，作為一個 類似的從屬性’折光鏡接收進入光線以及藉由偏折射線通 過給定角度沿著相對於折光鏡及進入光線的給定方向來重 定向進入光線’使得折光鏡可以改變取決於折光鏡相對於 進入光線之取向的旋轉定向的方式重定向進入光線。不 過，應注意’折光鏡不被組態成可導致進入光線聚焦。因 此，命名為“折光鏡”。在這點上，也許可視為折光鏡與有 無限焦距且I 〇 A類似之獨特裝置的有限特例有點類似。儘管 本案申請人認為此項考量或多或少是出於好奇，然而類比 對於圖解說明是有用的，至少有助於建立用以區分折光鏡 及IOA的一致性術語同時提出與兩類截然不同配置之合作 有關的各種描述。 29 201103152 以上提出許多與折光鏡有關的一般考量，此時請注意 第8圖的示意透視圖，共係圖示折光鏡33在接收多條入射光 線14時的操作。如第8圖所示，以及如下文所詳述的，所有 的光線都彼此平行，而且折光鏡33用可部份取決於折光鏡 與進入光線之旋轉定向的方式偏折射線。此外，與I〇A不 同，偏折的數量及方向通常不取決於給定射線在那裡打到 折光鏡，因此多條平行進入光線中之每一條的偏折方式會 與其餘的一樣藉此折光鏡產生多條相互平行的輸出光線 92 ° 如岡丨剛也述的，應注意，進入光線在偏折期間可保持 平行關係，與折光鏡的旋轉定向無關，至少部份是因為⑴ 進入光線全都相互平行，以及(Π)進入光線全都用相同的方 式偏折。 本技藝一般技術人員應瞭解，儘管可將折光鏡組態成 有旋轉對稱整體雜’如第8_^的圓形，然而偏折效能 要求以折光鏡之光軸47為中心的旋轉應有一些不對稱的功 忐形式。如同與IOA有關的情形，這種不對稱本質上有結構 (例如，若是折光鏡用棱鏡來組態的話）或是此不對稱與用於 折光鏡内的材料的光學性質有關。基於這些與不對稱有關 的考量，折光鏡的旋轉定向可使用與先前用以指定I〇A之旋 轉定向的約定及術語來表徵及描述。 如剛剛描述的，折光鏡33係經組態成可基於折光鏡相 對於進入光線的取向來展現不同—文能。在這點上， 建立作為參考方向的折光鏡方向93报有用，它可為與第8圖 30 201103152 折光侧連的向量B。在建錢/蚊義給定折光鏡後，則 折光鏡方向即可視為對於折光鏡㉔定的，使得折光鏡方 向可用作祕㈣折光鏡姆於仏光線及相對於地球參 考系之取向的合理參考。鐘於_與折光鏡之不對稱有關 以及與本揭示内容整體—致的描述，本技藝—般技術人員 易明白’至少為了說明清楚，建立有某種形式的參照特徵 (reference feature)是有益的，就此情形而言，折光鏡方向93 係用作用於指定折光鏡之取向的合理基礎。 由於折光鏡方向93相當於折光鏡保持不變，顯然折光 鏡的任何旋轉會導致折光鏡方向93的對應方向變化，如第8 圖中折光鏡方向與空間座標軸61的角度p。應注意，座標轴 61在空間（例如，地球參考系）中被視為固定。換言之，當折 光鏡33繞著光軸47旋轉時，可用角度p相對於在空間中呈固 疋之軸線61的改變值描述旋轉定向的變化。在這點上，角 度p可用來描述相對於折光鏡光軸的折光鏡方向。為了描 述’也採用定義用於IOA的縮短術語的一些方面用以描述折 光鏡。特別是，折光鏡方向可視為折光鏡“正在瞄準，，的方 向。此外’對於給定的多條平行進入光線，以及按照先前 建立的專門術語，可認為折光鏡“瞄準，，光線。在這點上， 若是光線在折光鏡表面上的投影與折光鏡方向共線，則折 光鏡瞄準光線。此外，如下文所詳述的，當折光鏡以此方 式瞄準光線時’折光鏡的執行方式如下：偏折光線以角度β 偏折而且仍在由進入光線14及折光鏡方向93定義的平面 中。另外’有時當這些條件適用於入射太陽光線時，則可 31 201103152 認為折光鏡瞄準太陽。 此時凊注意第9圖及第8圖。第9圖的示意立面圖係圖示 折光鏡33之偏折作用的三維性質。進人光線14在點ι〇ι處遇 到折光鏡而且偏折方式取決於折光鏡之旋轉定向，如緊接 著描述於下文的。 在處於折光鏡繞著光軸47旋轉使得折光鏡方向93不瞄 準入射光(如第9圖所示）的第一取向時，進入光線14會被重 疋向成可產生對於與輸入光線14共線之軸線1〇5有偏折角 度(bending angle) 104的輸出光線92。 在處於折光鏡可繞著軸線47旋轉取向使得折光鏡方向 93’瞄準入射光（如第9圖所示）的第二取向時，進入光線14 會被重定向成可產生對軸線1〇5有偏折角度1〇4，的輸出光 線92’，偏折角度1〇4,的角度值與角度1〇4相同，然而取向與 輸出射線92的不同。換言之，基於折光鏡對於進入光線有 這兩種不同的取向，輸出射線92與92,有數量相同但方向相 反的偏折。應注意’在這些情形下，儘管偏折方向不同， 然而偏折的數量對應至偏折角度β。 在處於折光鏡對第一及第二取向旋轉9〇度的第三取向 時，使得折光鏡方向（未圖示）由圖形所定義的平面指出。在 折光鏡有此取向時，進入光線14會被重定向成可產生與軸 線105有偏折角度1〇4”的輸出光線92”，偏折角度丨〇4”的角 度值也與角度104相同，然而取向與輸出射綠92及92”的不 同。應注意，偏折角度104、104,及104”的大小都有對應至 折光鏡之偏折角度的數值β。 32 201103152 用與前述3個實施例一致的方式，折光鏡的旋轉同時維 持進入射線14如第8圖所示的方向不變導致輸出光線92可 掃出出口圓錐(exit cone) 118的表面藉此界定對軸線1 〇5有 角度104的表面。 接著請參考第8圖及第9圖，為了說明清楚，一般認為 相對於軸線105的偏折量會保持不變而且與光線進入折光 鏡的角度無關。這種假設可能無效。例如，如果用折射光 件實作第一折光鏡，則斯涅爾定律(SneU’s law)的非線性玎 使偏折角度為光線進入角度及方向的函數。不過，系統仍 可起作用。偏折角度β的非恆定性會使第一折光鏡光學元件 的出口圓錐勉曲或以其他方式扭曲至少一些程度。為了陳 明前述說明’也應注意’理想折光鏡的出口圓錐角104、104, 及104”不會被扭曲而且都有對應至折光鏡之偏折角度的相 同數值β。另一方面，至於有翹曲出口圓錐的非理想折光 鏡，這些角度彼此會有點不同。這對需要判定在那裡離開 及接受圓錐在那裡相交的預測計算可能增加某一程度的複 雜，然而使用的基本原理仍然一樣，因為即使實質翹曲及/ 或扭曲的表面仍與圓錐的表面實質相似。 在初始介紹第3圖的聚集器26以及描述ΙΟΑ的基本操作 原理後，接著在下文重新介紹第5圖及第6圖的折光鏡，以 及用第8圖及第9圖重新介紹與聚集H26有關之前文的各種 方面以便組合、闡明及擴展與聚集器26之操作有關的各種 細節。 a月再參考第3圖，以及部份基於在描述第5圖至第9圖時 33 201103152 提及的術語來總結太陽能聚集_的操作，光學聚集 包含折光鏡配置33與串％#彳纟M " ^ 聯其後的I〇A32,以及IOA的輸入表 面39面向折紐配置。I〇A 3 〃斫先鏡33各經組態成可選 擇旋轉以減S作使得折域配置-開料接收入射太 陽光線14以及偏折該入射太陽光線（其方式與第8圖及第9 圖的說明-致)以產生被心接受的中間光物藉此將中間 光線定向成至少大約與職_受方向反平行。在—且體實 施例中，折絲配置糾及域進人光線使錢向而不導 致入射光線有任何聚焦’以及根據與第8圖及第9圖有關的 說明’折光鏡至少對於進人光線可經旋轉定向成可偏折進 入光線使得所得巾間光線具有與I〇A的接受圓錐表面對齊 的方向’以及IOA可喊轉定向成可接受及聚集巾間光線。 在所有的it形下’至少對於輸人光線14的預定取向範圍， 折光鏡配置（或-些其他的輸入元件）與I〇A相互合作藉此 將折光鏡旋轉對齊成有允許巾間射線可用作腸之輸入射 線56(第5圖）的取向’以及I〇A可經旋轉定向成可接受中間 光線(作為輸入射線)以及聚集中間光線至聚焦區41，其方式 與第5圖及第6圖的IOA描述一致。換言之，輸入元件(例如， 折光鏡)與IOA彼此之間及對於陽光的輸入射線可經旋轉定 向成可相互合作藉此將中間光線39對齊成至少大約與I〇A 的接受方向反平行。 整體上基於以上描述及本揭示内容，可明白為了把折 光鏡-IOA組合成可用作在預定位置範圍（例如，與太陽在給 定白天之視運動（apparent motion)對應的給定位置範圍）内 34 201103152 正確追蹤太陽的聚集器’若是至少大體根據以下所述的準 則來組‘4折光鏡m〇A，則可合理實現前述折錢配置與 IOA的合作。 4伤基於與第8圖及第9圖和第3圖有關的說明，對於通 過由折光肋界定之輸人孔洞被触以及人射於其輸入表 面上的、’Ό疋進入光線，折光鏡繞著相關光軸的旋轉導致所 得輸出光線可以掃掠方式定義一出口圓錐，使得對於折光 鏡的給S旋轉定向’進人光線會偏折以產生照射離開進入 光線之入射點及照射離開折光鏡的輸出光線，使得輸出光 線洛在出口圓錐的表面上。如以上在說明第9圖時所述對 於給定進人光線，折光鏡的對應出口圓錐至少大約勾畫出 可選定的偏折方向範圍，對於給定輸人光線，此係藉由選 擇性旋轉折光鏡。 應瞭解，在聚集器26的背景下，用折光鏡由進入光線 產生的第9圖輸出射線92是被視為對應至第3圖的中間射線 39 ’以及如前述，該中間射線接著用作第5圖之ι〇α32的輸 入光線。結合及適當解釋與第3圖、第9圖及第5圖有關的描 述及術語，應瞭解，由折光鏡產生的輸出射線在ι〇α _ 背景下制作要被接受供說偏折及聚焦用的輸入射線。 此時在剛剛提及幾點的背景下參考第5圖及第6圖，本 技藝-般技術人員t明白’為了讓I〇A可接受及聚焦來自折 光鏡33的輸出綠，有必要⑴來自折級的輸出光線在近 似範圍内落在IOA的接受圓錐上，以及⑼該I〇A可經旋轉 定向成可使接受方向與來自折光鏡的輸出光線在近似範圍 35 201103152 内反平行。 此時請翻到第10圖，其係圖示含有與IOA組合之折光鏡 的聚集β之組合操作。第10圖圖示折光鏡_I〇 A聚集器之一 具體實施例（大體以元件符號26’表示），其係經組態成折光 鏡與IOA可前述方式相互合作。為了讓聚集器26,在一段白 天之一部份及/或包含季節變化的預定位置範圍内可追蹤 太陽’折光鏡33與IOA 32經組態成可彼此相容，使得對於 入射太陽光線14的每個預期取向：⑴折光鏡的相關出口圓 錐與IOA的接受圓錐沿著一條由折光鏡延伸至I〇A的交線 (1^〇以咖脱如〇11)104相交，出)該折光鏡可經旋轉定向成 折光鏡的輸出射線可與該交線至少近似地共線，以及(⑴） 該IOA可經旋轉定向成IOA的接受方向可與交線丨〇4共線因 而與來自折光鏡的輸出光線至少近似地反平行。折光鏡與 IOA用剛剛描述的方式選擇性地旋轉來相互合作，來自折光 鏡的輸出光線用作IOA的輸入光線，以及I〇A偏折及聚焦此 輸入光線至聚焦區41。 應注意，當太陽改變位置時，入射太陽光線的取向也 隨著改變，因此折光鏡的出口圓錐對應地移位及/或改變， 而且可只在這些變化的期間追蹤光源，只要在這兩個圓錐 之間貫際存在交線，以及藉由調整折光鏡_1()八組合的旋轉 定向來達成追蹤使得它們可相互合作以便用在說明第1〇圖 時提及的方式來接收及聚集入射太陽光線。基於前述觀 點，本技藝一般技術人員可明白，對於太陽的給定位置， 只有在(折光鏡的）出口圓錐與(I0A的）接受圓錐相互重疊使 36 201103152 得交線存在時，可實現折光鏡與IOA的前述合作，以及對於 進入光線的每個取向（對應一整天至給定的太陽位置），為了 讓太陽能收集器可聚集入射太陽光線，兩個圓錐之間存在 交線的要求為應該滿足的準則。也應瞭解，對於給定白天， 在特定的地理位置，以及在一年中的給定時間及聚集器可 獲致的給定天空視界，關於那個太陽位置範圍在日間可產 生能被聚集器追蹤的光線，在某些情形下，此一準則可設 定實用上的限制。 為了進一步解說’此時描述圖解說明一特例的實施 例’與更一般的例子相比，有些簡化其中各種參數的關係。 為使描述簡潔’假定對於給定的折光鏡_I〇A組合，所有的 聚焦作用都由IΟ A完成，以及折光鏡只用來偏折光線一特定 的偏折角度β。為了進一步簡化，在此實施例中，假設偏折 角度β等於由ΙΟΑ界定的天頂角ξ。 此時請注意圖解說明討論中之特例的第11圖。第ii圖 的示意立面圖係圖示作為雙旋轉聚集器或BRIC之特例的 一具體實施例（大體以元件符號109表示）。為了說明清楚， 應注意’第11圖的視圖是由平分總成的平面取得使得光軸 47落在圖示的平面中。 折光鏡33與I〇A 32係經組態成可繞著光軸47旋轉。此 外’在此實施例中，折光鏡與IOA彼此係經特別匹配成可將 IOA組態成有接受方向（對IOA呈固定），其特徵部份在於接 受角度ξ(接受方向對於光軸的天頂角）的數值等於折光鏡之 偏折角度β使得ξ = β。此外’進入光線14落在平分面 37 201103152 (bisecting平面）中且經定向成可以相對於光軸…的接收角 度2·β(Ι〇Α天頂角β的兩倍)進入系統。應注意，為了圖解說 明清楚，一開始將關於第11圖的描述限於進入光線14落在 橫截面平面中的考量。 折光鏡33的組態係基於詳述於下文的特定設計組態， 使得偏折角度至少大約不變，與到達光線的角度無關。折 光鏡係經旋轉定向成可猫準入射光使得折光鏡的折光鏡方 向93落在平分面中以及折光鏡接收入射太陽光線以及使射 線偏折大小等於IOA 91之天頂角ξ的偏折角度β藉此產生落 在平分面中且與光軸傾斜有角度β的中間光線39而與光軸 傾斜有角度β以與由ΙΟΑ 32定義的天頂角匹配(在本實施例 為ξ=β)。 ΙΟΑ 32係經定位及旋轉定向成接受方向57(用向量八表 示）可落在平分面中且與中間光線反平行使得Ι〇Α可偏折及 聚焦中間光線以便聚集於ΙΟΑ的聚焦區41。 儘管刖面與第11圖有關的描述限於落入平分面的特定 進入光線集合，應注意，鑑於本揭示内容，基於先前提及 與折光鏡及IΟ Α有關的操作原理，本技藝一般技術人員會明 白，各經定向成與此特定光線集合平行的多條入射光線也 會被聚集器109收到及聚焦藉此引導它們通過聚焦區41。 在描述光學聚集器109對有特定取向之進入光線14的 操作後，應瞭解，聚集器109可用來接收及聚集以不同角度 定向的其他光線(未圖示）。例如，在進入光線14經定向成其 進入角度有實質小於2β之不同數值的情形下，則折光鏡與 38 201103152 中之或兩者需經旋轉成有不同的取向以便用與在描 述第10圖時提及之操作原理和上述之本揭示内容一致的方 式讓它們相互合作來偏折及聚集進入光線。 例如，關於第U圖的具體實施例，對於有實質小於2·Ρ 之進入角度的給定多條相互平行進人光線，折光鏡部份基 於進入光線的取向來定義出口圓錐，如以上在說明第9圖時 所述的，以及基於折光鏡及ΙΟΑ的適當旋轉定向可接收給定 多條入射光線’只要滿足前述準則使得出口圓錐與ΙΟΑ的接 受圓錐沿著由折光鏡延伸至Ι0Α的交線相交。應注意，為了 接收及聚集多條入射光線，一般需要旋轉折光鏡以使中間 射線與交線共線，以及一般也需要旋轉Ι0Α用以引導接受方 向與交線共線以便讓ΙΟΑ可偏折及聚集中間光線。 接著請參考第11圖，也應注意，圖示具體實施例為一 特例，其中折光鏡及IΟ Α係經組態成偏折角度β (由折光鏡界 定）等於天頂角ξ(由ΙΟΑ界定）。本案申請人察覺，關於此特 定具體實施例’可接收及聚集取向與光軸47平行進入聚集 器的進入光線’而與折光鏡的角度取向無關。如前述，基 於詳述於下文的特定设计組態，將折光鏡33組態成其中偏 折角度有至少大約不變的數值β，與到達光線的角度無關。 因此，與光軸平行進入聚集器的進入光線會產生在折光鏡 方向（折光鏡瞄準的方向）偏折量等於β的中間射線。換言 之，進入光線會向折光鏡以旋轉指定之方向偏折一個數 量。此外，對於進入光線14與光軸47平行的特例，與折光 鏡的取向無關，ΙΟΑ可經定向成Ι0Α的接受方向與以這種方 39 201103152 式產生的中間光線反平行。 BRIC的向量描述 乂下。才’所描述的δ午多方面係關於判定兩個的正 確取向以使光料職Μ柄、轉。此討論也假設折光 鏡的偏折角度ΗΜ不是輸Μ度或方向的函數，以及假設偏 折角度ΗΜ有等於與ΚΜ之接受方向關連之方位角ξ的數值 使得ξ = β。如緊接著描私下文的，基於接著會描述於下 文的許多定義，藉由把表示進人射線的向量分解成兩個分 量可用數學描述折光鏡的操作。 此時請翻到第12圖的示意透視圖，其係圖示折光鏡33 之一具體實施例。第12圖圖示入射於折光鏡33上的進入光 線14。根據本技藝一般技術人員熟悉的解析幾何之確立原 理，藉由基於用三個正交軸（包含(i)‘u軸，丨26、‘ν軸，]27、‘ζ 軸’128)定義的座標系統來分解射線，可用數學表示進入光 線14以及任何其他有關的方向向量。如第12圖所示，2軸128 與光學配置的光軸對齊，以及u軸及ν軸落在由輸入表面 定義的平面中。 進入光線14的定向取向可用瞄準進入射線14的單位輸 入向罝103(有單位長度）表示，以及基於剛剛提到的定義， 可用數學分解單位輸入向量103，以便用包含u、ν、ζ分量 126’、127’、128’(各自有數值ru、rv、rz)的三維向量r表示， 其中每個數值對應至向量1〇3在u軸、v軸、z軸上的相關投 影。儘管三維向量!·在圖中畫成瞄準方向與進入光線14相 反’應瞭解’這應視為為了方便而定義的任意約定，而且 40 201103152 以此方式定義的三維向量r係與進入光線14的取向對應，且 無意與進入光線的方向對應。在以下的方程式中，所有取 向的數學表示都基於此一約定，及對應地加以物理解釋。 也應注意’儘管折光鏡本身可能使祕衰減至某一程度， 目别的描述只關於光線的偏折而不是衰減及/或其他的修 改。在這點上，本技藝一般技術人員會明白，“歸—化”向 篁（有早位長度)適合用作輸人及輸出向量，至少只要限制它 們的用途於與偏財_描述，而从光線的衰減及/或其 他的^改因此’利用笛卡兒座標，任何進人射線103可用 數學表示分解成U、v、z分量的三維向^(有單位長度)如下：

Pr (方裡式1) 為了用數學建模射線穿過折光鏡的效應， 成何及二角學和線性代 斤 線用方程式㈣三維向^數/如’在進入折光鏡的進入射 用前述座標以三維向^表^時’所得輸出射線的取向可 Λ Μ COS ^ 〇 _ β\ / Λ = 0 1 〇 C0S^ 〇 -sin〆 ν,Λ Λ-> 、sin 夕 0 cos/? %Pr = 〇 1 0 φ r、， J 、sin；0 〇 cos>9} 、r:> (方程式2) 3次二、《^丨nj置^ # 量，且不岸被解㈣ 述輸出射線93之取向的單位向 里，且不應被解釋以㈣ 早位向 三維向量與輸出光線将別疋，方程式2的 、取向對應，然而不相要斑私 的方向對應。本技藏_ %要/、輪出光線 泛技術人員易明白，前述矩陣方程 41 201103152 式思谓v軸分量在偏折期間保持不變使得sv = rv，因而ι〇Α 的偏折作用可視為受限於在u_z平面内。此外’鑑於此認識 和基於以上的數學描述，根據前面與第8圖有關的描述，可 明白U輛與折光鏡方向93對應，如第12圖中折光鏡方向93 上覆於u軸126。使用前面說明第8圖時提及的術語，如果特 定的平面内輸入射線（未圖示）落在u_z平面中’則在偏折期 間仍在u-z平面中，而且折光鏡方向相對於進入光線的取向 與前述情景對應’其中係使折光鏡瞄準進入光線。基於前 面引進的術語，進入光線落在第12圖之u-z平面中的情形代 表折光鏡應被視為瞄準進入光線的情形。 儘管根據以上的描述可用笛卡兒座標計算偏折作用， 本技藝一般技術人員易明白，也可以基於其他座標系來特 徵化系統的效能，即使可使用上述數學技術，只要在任一 給定整體測定法(overall determination)的適當步驟正確執 行及完成座標系統的適當轉換。例如，特徵化進入光線14 的取向可用第一角度0 in(相對於光軸)及第二角度δ(相對於 ν軸），如第12圖所示’以及可用習知技術來轉換此取向至 以上所定義的笛卡兒座標系，這時可用上述公式來特徵化 偏折。可將得到的三維向量反過來轉換成極座標(也用習知 的數學技術）以找出圖示於第12圖的(p〇ut，其係光線93離開 折光鏡33相對於光軸的角度。算出φοιη的方程式為： 人 ▲ .,f V(sin·cos^·cosβ-cosφ,η sin β)2 + sin2 φίη · cos2 J' …、 1=灿-sin^,^s^ + cos^,.sin^-(方程式 3) 42 201103152 本技衣身又技術人員會進一步明白，這些計算也可用 利用習知分析光學技術的數值計算來完成。例如，在許多 情形下，光線追蹤法可用來模觸定折光鏡 、ΙΟΑ及/或彼 等之組合的操作。 基於上述i析技術，結合與物理光學有關的確立技 術’以及鐘於本揭示内容，本技藝-般技術人員會明白， 在》兒月第11圖a寺提及的聚集器卿特例可用來整天在寬廣 的位置犯圍内追蹤太陽。例如，容易明白聚集器％，(經組態 成ξ - β - 22.5度且位於科羅拉多州博爾德市㊉痛打 Colorado) ’其中聚集器係向南與水平線傾斜約扣度)在大部 份的給定白天中能夠追蹤太陽m意，聚錢26，能夠 只基於折紐及腸的_來達成此效能，而^需任何其他 附加的追蹤機構才能實現這種顯著的效能。 IOA接受光線圖的整形(shapjng) 在前面的討論中，術語‘聚焦區，而非‘焦點，已用來描述 光線由透鏡聚集的位置。由於術語‘焦點，應用於聚焦準直光 於一點的更傳統成像光件而做此區分。IOA可用類似的方法 構成(例如，非成像菲涅爾聚集透鏡技術）而不是用限於成像 光件的技術來設計，其中係引導光線至聚焦區内且決不收 歛於一點。貫現此項的方法之一是直接加上非成像菲;里爾 聚集透鏡作為光學IOA配置之一部份。另一個常見的方法是 在設計IOA時應用非成像光學原理。應注意，關於非成像菲 涅爾透鏡’可找到設計非成像透鏡的優良原始資料：由 Leutz及Suzuki著作的太陽能收集器的設計及效能，在此併 43 201103152 入本文作為參考資料。藉由應用非成像光學技術於I〇A的設 "十，有可旎增加以接受方向為中心的方向範圍，其中進入 IOA的光線仍會被聚集及引導至聚焦區。換言之，有可能開 拓非成像IOA的性質以便降低對於進入光線之不對準的敏 感度，使得在預定的不對準範圍内仍可接收及聚集進入光 線至聚焦區内。 如以上提及由Leutz及Suzuki著作的參考資料所述，非 成像透鏡的設計涉及加工透鏡的輸入孔洞邊界以及設計光 件使得未對準的輸入光線仍會被引導至特定的區域内。 Leutz及Suzuki的參考資料只考慮到不對準的大小從而不對 準的允許範圍呈圓對稱(circularly symmetric)。本案申請人 察覺這不是必要條件，而且藉由組態光學配置使得不對準 »又》十值均為進入光線之方向的函數，可做出有不對稱輸入 射線允許範圍的非成像光學配置。本案申請人更察覺，利 用k些原理，可將I0A設計成進入射線分布更像橢圓形，優 點疋太陽路徑會橫越橢圓形的長軸，因而追蹤太陽比較不 需要頻繁及精確的運動。 對於包含光學配置之給定組合的聚集器，給定聚集器 接又範圍的設計在許多情形下可複雜化，相信Luetz的參考 貝料已詳述必要的分析技術，本案申請人相信本技藝—般 技術人員在閱讀本揭示内容後基於本文的描述可輕易實^ 許多具體實施例。引進用於描述聚集器（例如，聚集器之❼ 及其變體之功能的縮短術語，聚集器可視為是基於聚焦區 面積來界定聚集比（concentrati〇n rati〇)以及輪入孔洞的面 44 201103152 積由聚集器界定。此外，組態成有給定聚集比的聚集器大 體會接收及聚集在給定不對準角度範圍内的光線。可認為 此不對準角度範圍是界定定義於本文之聚集器的“視場，，為 太陽在天空的位置範圍，由此範圍不用任何追蹤運動、旋 轉或其他方式即可接收及聚集光線。例如，聚集器26的視 場為太陽在天空的位置範圍使得聚集器26在不做任何旋轉 調整下能夠接收及聚集光線。應瞭解，上述視場不考慮太 陽是否實際佔領視場中所有位置的問題，而且有可能把太 陽能聚集器組態成彼之視場包含太陽不曾實際佔領的空缺 位置，而與一天的時間或一年的時間無關。本案申請人察 覺，即使非成像光學系統容易用習知基本的光學原理來掌 握’然而對於成像及非成像线的視場仍有理論限制。在 這點上，也許可認為有寬廣視場（包含天空中寬廣空缺位置 範圍）的聚集器系統浪費至少—部份的視場。本案中請人察 覺’在此方面’有圓形對稱的寬廣視場系統本質上是浪費 的’因為太陽傾向遵循至少有點線性的執跡，而且可將此 系統修改成可把視場的形狀改成另_個形狀而與太陽在天 空的給找徑更加密切地匹配，以考慮到太陽位置在天空 中的每曰及/或季節變化。 聚集器起作用係藉由由給定區域取得光線以及聚隹光 線至較小的區域。圓對翻1崎㈣可通過由聚集器界定 2形孔洞來接收陽光，且可藉由偏折及聚焦光線至面積 入孔敎十分之—的聚焦區來聚純到的陽光。太陽 能應用系統為光源持續移動但光源路徑為已知的特例。這 45 201103152 種應用系統通常使用由似圓區域取得太陽能並聚集於較小 圓形或方形區域的聚集器。這要求光學機構整天追蹤太 陽。聚集度愈大，輸入光線區要與太陽在天空中的大小愈 接近，因而追蹤要求會愈嚴格。在低聚集度的應用系統中， 追蹤可更寬容’因為在需要調整追蹤之前，太陽可移動通 過較大的視場。 此時請翻到第13A圖及第13B圖（大體各以元件符號130 及130’表示），其係各自圖示在太陽移動通過給定白天之預 定部份時包含太陽之位置範圍136的視場133及133,。應注 意，第13A圖及第13B圖圖示相同的位置範圍ΐ3ό，但是第 13B圖的視場133,實質小於第13A圖的視場133。第13A圖及 第13B圖圖解說明的概念是基於較低聚集度系統容易有較 寬視場的原理，定位公差對於較低聚集度不那麼重要，以 及可理解，基於第13A圖及第13B圖，有時候在太陽橫越視 場133時，有可能避免重新定位視場，然而有視場133，的較 高聚集度需要更頻繁重新定位。 接著請參考第13A圖，基於上文與視場之一般討論及定 義有關的術語，應注意，至少一部份的視場133可視為浪費 掉，因為它似乎包含天空中之空缺位置的大部份，本案申 請人察覺因此有利於延長視場以至少與用連續位置136表 示的太陽路徑有更好的匹配。 此時請注意第14圖及第13A圖。第14圖（大體以元件符 號140表示）係圖示經延長成可與太陽路徑匹配的視場 146。延長視場146相當放大約】〇倍以及有大約與視場相 46 201103152 同的面積，視場133—開始係圖示於第丨4圖，其係上覆視場 146並以虛線圖示）。由第14圖顯而易見，與有視場133的未 修改聚集器相比，有延長視場146的修改聚集器覆蓋較多的 太陽路徑’因而修改聚集器可用比較不需要重新定位的方 式保持太陽的追蹤。因此’藉由設計與太陽通過天空的運 動匹配的視場’有可能降低面板的追蹤要求及/或放寬與相 關追縱機構有關的機械效能規格。儘管有可能用此法與習 知太陽能收集器結合’本案申請人察覺此方法用在描述於 本揭不内容之聚集器的背景下特別有利，特別是因為用來 製成IOA的非成像光件很適合用訂製方式來組態視場。 例如，藉由修改聚集器以提供用剛剛所述之方式延長 以與太陽（或其他可制光源)之路㈣配的視場，則可減少 重新定位的需要。例如，如果修改聚集器26的1〇八32用以 產生有與第14®視場類似之延長形狀的視場，财可能放 寬與追縱有關的-些規格及/或要求，特別是與隐之旋轉 有關的機舰滅/或要求。例如，討能減錢轉的必要 範圍’也可減少日間調整旋轉定向的次數。應注意，此方 法也<應用於機械追蹤系統或組合式咖機械追蹤器。作 為-個可能的簡化’有可能基於_組離散的‘靜止，位置來組 態用於追社陽的追縱器，而不是平滑連續的位置輪廊。 例如’讀對-歧R學配置(折域及/細綱旋轉定 向來修改聚集器26’以及可充分延長視場以便在給定白天 可追蹤太陽’而聚集器只需要在兩個接收方向之間切換， 例如早晨用第-接收方向，而下午用第二接收方向。替換 47 201103152 可t改聚集器26用來界定一組離散以及按鐘點改變的 ,方向本案申睛人察覺，至少大體根據以上描述，實 ，在固疋位置的追縱器比連續追蹤器便宜。 IOA追縱 應瞭解，與傳統聚集器系統及相關方法相比，揭示於 ，文的追財法提供許多顯著的優點。也許最顯著的優點 ^來自簡化實作此技術所需要的驅動機構。例如，在聚集 Γ的者豕下，例如包含折光鏡及JOA的追蹤聚集器系統可 兩、·且彼此獨立的活動部件使得移動i〇a不會移動折光 兄反之亦然。此外，如以上在說明第3圖時所述，光學系 勺、且1可小型化，至少沿著光軸的方向，以及在系統正 追蹤時不改變位置或形狀因子。這允許把旋轉用驅動機 構(用於紅轉折光鏡及/或I〇A)安置於產品包襄(例如，低剖 面的面板及/或圍封物）_於遮_動機構免衫於天候 及風力。接著，這可顯著降低與環境阻力有關的要求，至 ^對於為了旋_整說及折光鏡而需要的任何致動器、驅 *機構及/或控制系統n?基於旋轉運動來追蹤太陽的 光學聚集器可顯著降低光學追縱的成本以及使得它可用於 先則至J因習知追蹤II之成本及/或尺寸而不實用的應用 系統。 本案申請人察覺，另一個與只基於旋轉來追蹤太陽之 纽態有關的優.點。應注意’至少在機械考量上，旋轉常常 ^平移還要容易實現’因此可用較低的成本達成。此外， 旋轉的活動機械組件能被平衡。例如，至少對於經組態成 48 201103152 可使旋轉光學配置（折光鏡及/或IOA)内在平衡的具體實施 例’可將系統配置成追蹤致動器要求的唯一力矩是加速及 克服磨擦所需要的力矩。如果光學追蹤應用系統相當慢（太 陽能應用系統中通常如此），則力矩要求變成最小。這可進 —步減少實作的大小、複雜度及成本。 本案申請人更察覺，修改低成本的習知聚集器是有利 的’至少加上IOA，以便改變追蹤效能同時放寬與相關追蹤 機構有關的要求。本技藝一般技術人員，在閱讀本揭示内 容後’可辨別有簡單低成本追蹤機構的聚集型系統，然後 可改善該系統，至少藉由增加IOA使得修改後的系統包含部 份因使用IOA而造成的微調用以改善追蹤效能。 基於IOA之光學追蹤器的另一類優點是光學系統的目 “不需要移動。例如，在IOA追縱太陽能光伏(pv)聚集器 中，聚集光線的目標（光伏電池)在系統追縱時不移動。實作 靜止光學路控顯然比較容易，因而比較便宜。另外，在太 陽能聚集器實施例中，靜止光伏電池不再需要移動把能量 帶出電池的導線而且可大幅簡化目標餘熱的移除。 如下文所詳述的，可將太陽能收集器組態成可利用一 陣列的-或更多聚集ϋ來重新引導及聚焦太陽光於組態成 可吸收聚集光線的數個接收器上用以轉換成某種形式之能 量’例如電能或熱能。每個聚集器可包含至少作為聚焦太 陽光至不移動目標上之—部份的至少―光學元件(ι〇α或折 光鏡）’其係經切成可旋轉。如果使用—個以上的光學配 置(例如，ΙΟΑ及/或折光鏡），則與人射光相互作用的第一光 49 201103152 學配置可用作用以初始接收入射太陽光線的輸入配置。實 際上，該等聚集器用作太陽追蹤器使得總成的目標、電氣 連接及支承結構不需移動以及活動部件只有在聚集琴中可 旋轉的光學配置、相關的驅動機構及其組件。本案申請人 察覺，面板可活動（例如，用外部單軸或雙軸追蹤器），以及 在此情形下，内部目標追蹤可用作第二追蹤器或作為整個 追蹤系統的整合部份。因此，有一種方法是用外部機械追 蹤器作為有用作細部追蹤器之内部BRIC追蹤器/聚集器的 粗略(不高度精確）追蹤器，該内部BRIC追蹤器/聚集器係利 用如本揭示内容所述之光學配置的旋轉。此特定方法可用 來放寬與外部機械追㈣有_要求以允許用成本較低的 組態設計追蹤器。

在描述了聚錢26的操作，以料述與折光鏡及I〇A =操作及特徵有關的各種細節後，以下提出與太陽能聚集 器有關的許多一般系統層次的考量。 單1〇A系統 以下描述與兩個不同單I0A設計有關的總體概念。單 IOA第-具體實施例為有_或更多I〇A的-維陣列用於聚 *、’、光線至線)·生目;^上。與二維聚集器（例如，聚集器Μ) :比’聚集增益沒有那麼大。不過，本案申請人察覺第 —具體實施例可提供數個優點，至少用在目標本質為線性 ⑽如’管狀)的太陽能熱能线，通過第—具體實施例也可 用來與光伏電池的線性陣列—起使用。i〇A本身可包含折光 鏡其次是聚集器。該聚集器可為二維(點型）聚集器(例如， 201103152 習知透鏡）’或經安裝成與一維目標平行的一維(線型）聚集 器（例如’柱面透鏡）。因此，該聚集器在實體上與可旋轉IOA 獨立’或部份與可旋轉IOA組合。 此時清注意第15圖的示意立面圖，其係圖示線性聚集 器組態（大體以元件符號150表示）以及使用兩個IOA 32之陣 列，此陣列係經組態成可接收輸入光線14以及沿著绛性目 標153之軸線聚集光線。 該等IOA例如皆用驅動機構（未圖示）控制以旋轉及持 續瞄準入射太陽光線以及引導出射光線(exit mys)至目標 153。IOA輸出射線156可上下移動目標（在第15圖的左右）， 因為母個聚集器只有一個IOA可校正太陽位置的單軸。打擊 目才*的IOA輸出射線通常會以對目標有—角度（非垂直）的 方式入射，不過，當太陽光角度與IOA偏折角度匹配時，I〇A 輸出射線可能在日間的特定時間垂直地進入目標，使得I〇A 輸出射線垂直地離開IOA以及被引導至目標。 作為聚集器系統150的操作之一方面，在目標面向東西 時，則可充分校正太陽的季節性南北變化。值得注意4個實 施例以了解此系統。當太％在東方且無南或北移位時，則 IOA可方疋轉藉此偏折光線至目標，以及沒有南或北偏折，因 為已在目標-IOA平面上。當太陽在北方以及日期及時間使 得太陽位在IOA的接受方向，則入射太陽光線會在沒有東或 西分量的情形下向下偏折至目標。當太陽在南方時，有類 似的組態。最後兩個實施例是產生垂直進入目標的太陽光 線。 51 201103152 當IOA偏折角度小於太陽角度時，或當IOA偏折角度大 於太陽角度時，是有趣的情形。在這些情形下，相關太陽 角度是太陽光與由目標線及IOA線形成之平面的角度。在目 標東西取向下，重要的太陽角度是北南角度，因為不需校 正任何東西角度以便讓輸出射線156打到目標，因為會讓太 陽光線用與目標軸(東西向）有一角度的方式打到目標。如果 IOA偏折角度小於太陽角度，則IOA會校正一部份而不是全 部的太陽角度，這樣光線可以一角度打到目標，但是與沒 有IOA的情形相比，光線會以較陡的角度（更加垂直）打到目 標。替換地，如果IOA偏折角度大於太陽角度，則進入光線 會聚焦於目標上，但是與沒有IOA的情形相比，光線會以方 向相反的角度打到目標。事實上，應有一點使得太陽的角 度等於偏折角度，然後落在目標上的光線會在來自IOA的出 射光線正下方。例如，如果IOA偏折角度等於30度，則太陽 的位置應在30度以便讓光線垂直地打到目標。這個30度角 為由東西角度及北南角度之向量和組成的總角度。 可知，光線在日間會垂直地打到目標兩次（當太陽在東 方有偏折角度時，以及當太陽在西方有偏折角度時）。因 此，如果持續地旋轉I0A的面板總成，則離開IOA的光線有 可能隨時垂直地打到目標。這實際上變成雙軸追蹤器，其 中在面板外部的一軸是移動整個面板，而在面板内部的一 轴是偏折光線至目標。備註：此雙軸不一定正交。

有機械追蹤器的IOA 此第二具體實施例把面板的追縱運動分成兩種不同的 52 201103152 追縱方法。傳統上，太面板不是動）就是活動 的，使得它可晦準太陽，這—般被稱作“一”。（太陽能面 板有沿著入射光方向與面板表面垂直的‘‘方向，，：因此，當 太陽能面板瞄準太陽時，面板經定位成光線可以直角進入 面板。）通常，取決於給定太陽能收集器的組態，追蹤太陽 至少有兩種動機_⑴在追蹤太陽時，與固定不動型面板相 比，可增加進入面板的陽光數量，以及⑴)典型的聚集型太 陽能面板常要求陽光隨時以恆定角度進入面板，因此當太 陽移動越過天空時，面板對此運動可旋轉使得面板直接瞄 準太陽。相較之下’固定不動型面板在早晨及傍晚接收較 少的光線，因為光線進入面板的角度淺，此情形俗稱‘餘弦 效應’。這個大效應使得許多傳統太陽能面板製造商目前提 供面板的追蹤彌補失去的早晨/傍晚能量。 此時明/主思第16A圖的透視圖’其係圖示習知單軸追蹤 器之一具體實施例（大體以元件符號160表示）。常見有不同 等級的追縱：相對簡單的是單軸追蹤器，如第16A圖所示， 其係使面板大致對著太陽每日運動的東西方向（其方向與 光進入面板的表面垂直），而不是太陽季節運動的北南方 向。因此，在早晨，可使面板大體向太陽的方向對著東方， 以及面板整天可以北南旋轉軸為中心旋轉使面板在傍晚對 著西方。（旋轉軸通常呈傾斜以進一步改善光線進入面板的 數量，而且通常最好把斜度配置成能與安裝的緯度相當 由於陽光不可能一整年隨時垂直地進入面板，此方法可能 不適合用於通常要求光線幾乎垂直地進入面板表面的聚集

C 53 201103152 型太陽能面板。如果面板有單軸追蹤器，則季節變化可能 導致+/-23.5度的面板進入角度與其他可能的每日角度誤 差，如果面板的傾斜領先或落後太陽太多的話。因此，在 某些情形下，單軸追蹤器可能不適合用於聚集蜇系統。 此時請翻到第16B圖，其係圖示習知雙軸追蹤器（大體 以元件符號丨6〇’表示）的透視圖《第16B圖的雙軸追蹤器旋 轉以跟隨太陽的東西每日運動與北南季節運動。因此，陽 光有可能年中隨時以及每天至少大部份以固定（垂直）方向 進入面板。由於典型的構造技術，給定雙軸追蹤器比給定 單軸追瞰器還要複雜及昂貴。因此，雙軸追縱器主要用於 面板可以極小角度誤差瞄準陽光的聚集器面板，而單軸追 蹤器主要用於光線可偏離面板地進入的非聚集器面板。 此時請注意第17A圖、第17B圖及第17C圖的示意圖， 其係圖示各以大體元件符號17〇、17〇,、17〇，，表示的3個不 同視場，彼等各與不同的太陽能收集器（或太陽能聚集器） 相關。第17A圖圖示可與非追縱（固定）型太陽能收集器（例 如，習知pv太陽能面板)相關的有效視場17卜第17B圖圖示 可與用單軸追縱之太陽能收集器（或太陽能聚集㈤相關的 視場170’’以及第i7Cg|圖示可與用雙軸追縱之太陽能收集 器（或太陽自b聚集器）相關的視場17()”。在第i7A圖，相關太 陽能收集器可接收及收集人射太陽光線，其中太陽是在 +/ 23_5(由季節變化173引起)的位置與+副(由日變化^吻 variation)176引起）的位置。 第ΠΒ圖圖示與收集器相關的視場17〇，，其中可加入單 54 201103152 軸追蹤器使得在日變化期間與觀測及/或接收及聚集陽光 一的視％ 17〇比視場口〇(第17A圖）小使得視場口〇,可涵 盍年度季節變化丨76,如第17B圖所示，用代表季節變化176 的雙箭頭表示太陽在夏天是在高處以及在冬天是在低處， %瞭解T將相關單袖追蹤器組態成可追蹤用第口B圖 中之雙箭頭表示的曰變化173。 第7C圖圖示與太陽能收集器相關的視場17〇”，其中已 加^雙轴追蹤器使得在日變化期間與觀測及/或接收及聚 集陽光相_視場17G”比視場m，（第17B圖）小使得視場 1:不涵蓋季節或日變化，而且應瞭解，可將相關雙軸追 蹤态組態成可追蹤季節變化173及日變化176。 一接著請參考第ΠΒ®，應注意，如果相關單軸追縱器有 '、ί度的誤差’則根據剛面的描述，i〇a可用來補償此誤 考第17C®，應注意’要求相關追蹤器在日間及一 整年隨時追蹤太陽的運動。對於有此形式的雙軸追縱，通 常要求的追縱準確度可能過於昂貴以及可能需要機械硬挺 的結構以維持要求的取向同時支承面板的陣列。應注意， 可加入相關收集器使得1〇八對於整體追蹤的誤差校正 此有貢獻以允許放寬與追縱要求有關的規格，如在說明第 13圖及第14圖時所述。 凊參考第17B圖及第17C圖，假設的單軸或雙軸追蹤相 奋於使用各有視場170,或170”之至少一太陽能聚 集器的太 陽忐收集器之相關具體實施例。藉由加上光偏折光學配置 (例如，折光鏡或IOA)，可重定向進入光線至接收器（例如， 55 201103152 光伏電池或光/熱采集元件。因此 卞Ullt’聚集器的光軸與入射太 %光線的角度等於說的偏折角度，以及可重^向入射太陽 先線至目標接收器。先前已展示如何可將兩個光學配置組 態成可重定向紐使得可收到及聚集在接收方向範圍内任 一處進入聚集器的光線。在此可用相同的方法，使得在單 軸追縱器移動聚㈣時，說可校正任何㈣直陽光角度使 得離開給定說的光線與接《表面垂L事實上，由於追 蹤器可視為放寬與㈣器接收_有_要求，光學配置 可經旋轉對準成可校正較小的角度誤差。因此，在任何較 小追蹤誤差可用光學配置之旋轉補償的條件下，可用較低 成本或不同的要求製成追縱^此外，對於支承設有多個 IOA及/或折紐或折光鏡之聚絲的追㈣，由於每個設 有IOA及/或折光鏡的聚集器可獨立校正追蹤器的追縱誤 差’可放寬機械規格及/或要求藉此對於用於給定多聚集器 系統的多個聚集H，可個別校正由—聚集器至另—聚集器 跨越追蹤器的角位差（angular variation)。事實證明，考慮到 這一點，可用降低成本的方式將相關追蹤器組態成它整天 不會平滑地移動而可能有數個停留於其中的固定位以及整 天在該等固定位置之間‘漸進，。 如果單一光學配置(例如，折光鏡或IOA)可偏折光線超 過季節變化(+/-23.50)，則單一光學配置可校正北南季節誤 差同時單軸或雙軸追蹤器會校正每天太陽的位置。添加光 學配置使得單軸或雙軸外部追蹤器有比較簡單的設計與較 不準確的定位。在春分點（Spring Equinox)的簡單情形下， 56 201103152 這天中午太陽s在正上方與面板垂直，面板的光軸可向東 或向西（相對於太陽位置)傾斜钱折減使得其上的輸入 光學配置可看到以偏折角度進人的陽光並且偏折光線使其 與在面板内的表面垂直且隨後被聚集至目標上。在光學配 置可扠正任何以偏折角度進入的光線以及季節變化小於偏 折角度時，則有面板取向使得光線可以偏折角度進入面板 讓光學配置可偏折光線以及聚集光線至目標上。（備註：在 冬至（Winter Solstice)，這天太陽是在面板的法線下（南 方）23.5度，則單軸追蹤器可使面板瞄準太陽方向（東西方 向）’以及光學配置可校正低太陽進入角度）。因此，可調整 單軸追蹤器使得太陽能以光學配置所要求的角度進入以便 提供追蹤太陽所需的校正，而且與單軸追蹤器組合的單一 光學配置可用來確定面板的陽光以便用於太陽能聚集器。 同樣’使用I0A-折光鏡組態可允許有較大範圍的太陽角度 校正以及允許面板的方向與太陽垂直而不需偏移面板來補 償I0A偏折角度。 作為此方法的另一具體實施例，在支承多個聚集器的 整個太陽能面板上可塗上光偏折膜，藉此用偏折角度預先 補償（或“偏壓”)進入面板中所有聚集器的光線。如果面板經 安裝成季節變化不對稱(冬天角度不等於夏天角度），則可用 固定角度偏折進入光線使得面板中的光線對於季節變化呈 對稱。例如’如果面板經安裝成是向北多加20度（例如，面 板裝在赤道附近時傾斜20度），則季節變化會由3.5度北至 43.5度南以及光學配置（例如’折光鏡及/或I0A)需要校正 57 201103152 43.5度的最壞情況。如果面板添加固_度的光偏折膜， 則由於有+/-23.5G的北/南對稱變化以致於光⑽度可減少 2〇度。這可藉由減少最壞情況的角度校正來簡化整體設計 以及平衡該系統。請注意，由於眾所周知陽光強度有季節 差異(夏天強度較高’冬天強度較弱），使傾斜面板成有北南 偏移以最大化獲取能量的年總量是有利的。這在單轴追縱 器尤其如此’其中只由說來做北南校正而不是藉由面板的 物理運動。 雙式光學配置 光學聚集益的折光鏡_I〇A具體實施例可包含⑴輸入折 光鏡，其係改變穿、經光線的方向，以及(Η)下I〇A，其係以 給疋的偏軸（離位）方向接受光線以及聚焦至在透鏡之下的 接收器（大體居中> 當太陽在接收方向相對於聚集器的一範 圍内的任一處時，這兩個可旋轉光學配置的組合使得可引 導太陽光線至單-不移動接收^此接收方向範圍為這兩 個光學配置的函數而且通常使這個範圍儘量大。該下I〇A 有許多組態，例如有反射型聚集器的光折光鏡、有埋藏折 射聚集器的光折光鏡、或藉由折射及/或反射來實現聚集的 組合。 此時請注意第18A圖、第18B圖及第18C圖的示意立面 圖、端視圖及平面圖，其係圖示各有輸入折光鏡33、下1〇八 32及接收器189的兩個聚集器26及26,之陣列。在端視圖 中，第二聚集器在前聚集器後面而看不見。請注意，陽光 14進入輸入折光鏡的輸入射線在這兩個視圖上有不同的方 58 201103152 向。這是因為太陽光向量可分成兩個分量(側視分量與前視 分量）。實際的太陽光角度為這兩個分量的向量和。 可用圓形光偏折IOA及方形或其他形狀之聚集器配置 187(在第18C圖用虛線表示）來構成下ioa 32及32,以獲取落 在IOA之間的光線。當太陽幾乎在正上方時，這種組態有用 到太陽光線的優點。此聚集器設計可為任何形狀，儘管是 以方形圖示。例如’如果面板被設計成六角形，則六角聚 集器優於方形。事實上’光折光鏡的配置、聚集器的配置 以及接收的配置不須為線性或一對一。例如，光折光鏡 的2乘2陣列可把光線送到兩個聚集器，然後它們可把光線 送到一個接收器。替換地，單一I〇A光折光鏡可把光線送到 多個聚集器及接收器。 分離電池(SPLIT-CELL) 分離電池具體實施例可基於聚集器的陣列，其中接收 器位置對於該等聚集器不居中。特別是，當平面圖中接收 器都在聚集器之間時’則有可能聚集不穿經聚集器内之1〇八 而在IOA之間通過的光線，如緊接著描述於下文的。 此時請翻到第19A圖及第19B圖的立面圖及平面圖，其 係有4個聚集器26的分離電池系統。第19B圖的平面圖圖示 正好落在聚集器之間的接收器189使得接收器所收集的光 線可來自4個不同的IOA及來自在IOA之間的空間（ioa間隙) 的。因此，陽光14進入在IOA間之IOA間隙的輸入射線可與 來自4個IOA的太陽光線結合以產生比在沒有I〇A間之分布 下還大的光強度。與只是收集來自相關圓形的光線相比， 59 201103152 由於接收器189可收集來自相關方形的光線，取決於設計效 率，光強度可增加百分之20或更多。請注意，當太陽增加 它的角度時’則有些IΟ A間隙分布會減少而可能導致沒有分 布’不過，也可優化該設計以收集在離位角度的光線以及 減少當光線在各個聚集器正上方時收集到的光線。也應注 意’進入各個接收器的光線總量不需小於第18圖的設計。 在以下的實施例中，實作與聚集無關的光偏折會比較 容易。此外，接收器的形狀不必為圓形，如下文所述。 此時請注意第20A圖及第20B圖分別為折光鏡200及 IOA 203的示意透視圖。第2〇A圖圖示圓形折光鏡它在旋 轉軸（光軸47)上旋轉以使進入陽光與重定向光線的傾斜表 面（其形式為稜鏡且在圖中用平行線表示)對齊。假設所有稜 鏡都在相同的角度，因而使入射光偏折相同的角度。就此 情形而言，筒形光柱2〇2會由折光鏡200出來。 聚焦區的整形 如果是藉由以改變各稜鏡之棱鏡角的方式修改折光鏡 來形成IOA，直線或矩形可形成聚焦區。第2(^圖圖示每個 稜鏡由左邊移到右邊的角度變化效果；可以看出左邊的光 線偏折到右邊的比較多以及右邊的光線偏折到左邊的比較 多。離開IOA 203的光線形成在i〇A 203下一段距離處可近 似看作單直線或矩形的楔形。第20B圖圖示各式各樣的重定 向。有不同稜鏡角之IOA的效果與包含結合柱面透鏡之習知 IOA的組合類似，其係能夠聚集光線至更像矩形的聚焦區。 此時請注意第21A圖及第21B圖的示意透視圖，其係圖 60 201103152 示可用於聚焦區之整形的另一IOA 203’具體實施例的兩個 不同視圖。反射或者折射式的附加聚集器可用來藉由聚集 不同方向的光線使線形光（或數條）或矩形光（或數個）改變 成另一種形狀’例如圓形或小矩形。有一簡單的實作方法 是用在IOA 203’後面的A形(A-frame)折射鏡或反射器（未圖 示）。第21A圖及第21B圖的兩個不同透視圖係圖示產生楔形 光205的實作。 此時請注意第22A圖及第22B圖，其係圖示與聚焦區之 整形有關的另兩個應用系統。第22A圖圖示折射鏡，而第 22B圖圖示反射器設計，與第21A圖及第21B圖相比，其係 利用此概念進一步聚焦及重定向其他方向的楔形光2〇5。圖 示於第22A圖的帳篷狀部件為用光學配置21〇(折光鏡或 IOA)旋轉的折射鏡206，該光學配置210(折光鏡或IOA)係偏 折離開光學配置210的楔形光以將其聚焦於一點或小矩 形。同樣’第22B圖的系統使用反射器206,，第22B圖中反 射器206’係圖示成由光學配置邊缘懸掛下來的顛倒帳蓬。 這與折射鏡聚集器有同樣的功能，其係用反射而不是折射 聚集來自楔形的光線至聚焦區。因此，可將光學配置組態 成可沿著一軸做一維聚集以及第二聚集器（折射鏡或反射 器）可沿著垂直（或其他)軸線做第二聚集。這兩個一維聚集 的組合導致可產生如第22 A圖及第22B圖所示之有形聚焦 區的二維聚集。應注意，實作光偏折及聚集成兩個個別的 功能而不是組合所有的功能於一光學介面可能比較容易及 便宜。 61 201103152 另一個選項是把光學配置210組態成提供第二方向之 聚集的IOA。這可避免增加介面，因而增加光學損失。就此 情形而言，IOA可具有藉由纏繞光偏折功能與聚集功能得到 的複雜組態。可用折射或反射方式重定向離開IOA的光線， 這在不增加額外的光學層下可提供如同前述實施例之“帳 篷”的功能。 二維聚集的另一方法是用IOA的上、下表面供組合聚集 用。完成此事的一簡單方法是用前面在說明第20B圖時提及 的可變角度稜鏡壁於IOA下表面215(請參考第20B圖）上以 及用類似的可變角度棱鏡壁於IOA上表面216(請參考第20B 圖）上（在此稜鏡的方向係經旋轉成與下IOA呈90度）。此 外，可設定上IOA棱鏡的傾斜角度以零度為中值使得在此方 向不出現光偏折。例如’可將IOA上表面組態成可聚集於X 轴，以及將IOA下表面組態成可聚集於γ軸以便用一個I〇A 產生二維聚集。 這些方法及其變體可用來引導來自活動來源的光線至 單一位置或多個位置。也可實現不同程度的聚集。也可改 變受照區的形狀。此外，藉由聚焦光線至多個點可減少至 聚焦區的距離。使用多個較小的聚焦區也可減少每個聚焦 區位置的熱增量(heat gain)’這對光伏發電應用系統有直接 效益。所有這些在間距(pitch)有限制的應用系統和有光聚集 要求、光點直徑(spot size)要求或光線位置要求的應用系統 都有效益。 折光鏡-IOA組合 62 201103152 此時請翻到第23A圖及第23B圖的兩個示意平面圖係 圖示大體以元件符號26表示的同一個聚集器。在此實施例 中，上折光鏡33有偏折角度β = 30度用於使進入光線14偏折 3〇度，以及下ΙΟΑ32有天頂角ξ = 30度的接受方向以便聚焦 光線至目標。因此，上折光鏡可經旋轉組態成它的出射光 線與法線呈30度以便與下ιοα匹配。 可將第23Α圖及第23Β圖視為圖示特定的操作模式，其 中太陽光線對聚集器垂直地進入。（太陽位於與光轴交叉的 地方）。如果假設已旋轉折光鏡使它的偏折方向向著乂正軸 的右邊，則中間射線39由光軸以30度角離開上折光鏡以被 下ΙΟΑ收集，該下ΙΟΑ係經旋轉成可瞄準中間射線使得射線 會被聚焦至聚焦區。因此，如果折光鏡偏折光線至右邊， 則下ΙΟΑ會被旋轉瞄準成它可偏折光線至左邊導致離開下 ΙΟΑ的射線與ΙΟΑ表面垂直以及與光軸47平行。 作為不容易用單-平面視覺化的第二實施例，此時請 翻到第24Α圖、第MB圖及第24C圖，其係分別示意圖示聚 集器之具體實施例皆大體用元件符號26表示的立面圖、端 視圖及平面圖。如果陽光14的輸人射線以由正面視之與法 線有45度的角度進人折光鏡33，則折光鏡可經旋轉定向成 使得中間射線39以30度由光軸47離開而使其更加垂直。由 於這是二維的旋轉問題，射線由45度至3G度的方向變化可 此無法在-個平面巾完成^在此實施例巾，光線會改變方 向離開由45度進人光線與光軸47形賴平面。由第24c圖的 俯視圖可見’可將輪人祕14視為由料進人以及依序首 63 201103152 先被折光鏡偏折至俯視圖中用中間射線39表示的第一傾斜 方向，然後被IOA偏折至如平面圖中用I0A輸出射線22〇表 示的第二傾斜方向。 為了對這種旋轉有更好的瞭解，請參考第24A圖，首先 考慮到折光鏡係經旋轉成它的偏折方向可指到X正軸方向 的右邊。有30度偏折角度(β = 30度）的折光鏡會使射線向下 偏折使得射線會由光軸47以15度離開折光鏡。如果折光鏡 隨後旋轉9 0度藉此使其偏折方向離開進入圖紙且沿著y正 軸的方向，此時折光鏡在y軸方向（前視圖看不到）會增加3〇 度偏折分量，前視圖顯示通過折光鏡沒有任何角度變化的 射線。不過’側視圖會顯示的射線會垂直進入折光鏡，然 後在離開折光鏡時偏折30度。因此，由前視圖可見，射線 會以45度繼續’因為在此維度已不偏折且由側視圖可見增 加30度的偏折。結果射線有45度向旁邊及30度向前（或向後) 的新方向。這兩個角度的向量和與法線有太淺的54度。因 此’藉由旋轉折光鏡，射線方向已由太陡的15度變成太淺 的54度。由於射線方向會隨著折光鏡旋轉而平滑連續地改 變’則有某個折光鏡旋轉角度可產生以30度離開折光鏡的 角度。這是要求折光鏡33可預備用以進入IOA 32之射線的 旋轉角度。然後IOA 32經旋轉成可瞄準中間光線供I0A聚集 至聚焦區41内。 折光鏡之一具體實施例 此時明注意第25A圖的不意平面圖’其係圖示折光鏡之 具體實施例（大體以元件符號230表示）。使用稜鏡陣列提 64 201103152 供一種用於組態折光鏡的辦法。如第25A圖所示，棱鏡陣列 可由棱鏡233的一維陣列組成。通常稜鏡陣列中的每個稜鏡 在陣列的棱鏡面242上會有垂直壁236及斜壁239。平表面 241面對進入光線。在結構及製造方面，與習知菲涅爾透鏡 類似，然而它不像許多菲涅爾透鏡那樣呈圓對稱。也應注 意，本技藝一般技術人員同樣可應用以下所教導的原理及 技術來具體實作有兩個稜鏡面的折光鏡，或更特別的是， 兩面各界定一維稜鏡陣列的折光鏡。 在一方向中，如第25A圖所示，平表面241面對進入光 線14而棱鏡面242面對輸出光線92。假設進入光線相互平 行，以及射線在進入折射率較高的材料時方向會偏折。請 注意’如果射線隨後要離開與如平玻璃之第一表面平行的 表面’則射線會回到原始的角度。不過，當輸出射線離開 稜鏡陣列的稜鏡面，可能通過垂直壁或斜壁離開。在此具 體實施例中’折光鏡係經組態成光軸47可對齊成與垂直於 平表面241的法向軸線301平行，以及進入光線以進入角度θ 進入折光鏡，如第25Α圖所示。 應注意’對於由左邊而不是右邊進入的進入光線，則 出射光線只會通過斜壁來離開折光鏡，而不會通過垂直壁 來離開折光鏡。對於給定的一組進入光線(相互平行且以進 入角度ein進入），折光鏡產生輸出光線92(相互平行且以輸出 角度0〇ut離開稜鏡陣列）。也應注意，輸出角度與進入角 度ein有關但不相等，以及0in與e〇ut的數值結合圖示於第25Α 圖的幾何可導出偏折角度Ρ。如前面在說明第8圖及第9圖時 65 201103152 所述，在特定進入光線的背景下，術語偏折角度在本揭示 内容係指由折光鏡造成的光線角度變化，以及可視為輸出 射線92相對於進入光線14之延長線105的角度p。例如，符 合此定義，以及通過檢查第25A圖’顯然折光鏡23〇使進入 光線14偏折有0 = ^ + 0_的偏折角度。應注意，這是特例， 以及對於ein的所有可能值，不假設偏折角度β為常數。 本技藝一般技術人員會明白，基於習知的光學原理用 斜壁的角度、折光鏡材料的折射率、以及應用斯涅爾定律， 可測定偏折的數量。接著請參考第25Α圖，用斜壁相對於平 表面的角度（以角度Ψ表示），以及折光鏡材料的折射率（用 指數η表示），貝iJ0out可表示如下：

在以下的3個實施例中，吾等會考慮：⑴進入光線14進 入折光鏡的角度、（ii)内部光線239穿經折光鏡的角度、以 及(⑴)離開折光鏡的輸出光線92的角度，假設折光鏡折射率 η = 1.5’以及棱鏡角與平面的角度ψ = 4〇度。 對於在正上方的太陽與以角度^ = 〇度（對於光軸47) 進入的進入光線14，在折光鏡内的内部射線角度也會等於〇 度，但是離開折光鏡(θοια)的射線角度會等於_34 6度（至左 邊）。對於此特定進入光線，這與β= 34 6度的偏折角度對應。 對於以10度(ein)角（對於光軸47)進入的進入光線，内部 射線角度會等於6.6度’以及出射光線(u會等於_15.6度 66 201103152 (至左邊）。此實施例是如第25圖所示的情形。這與p = 25 6 度的偏折角度對應。 對於以22.3度(ein)角（對於光轴47)進入的進入光線，内 部射線角度會等於15度，以及出射光線(u會等於〇度(相 對於光軸）。這與以下特例對應：折光鏡使進入光線偏折使 其與光軸平行地而且以偏折角度ρ = θ;η = 22 3度離開折光 鏡。 儘f偏折角度不變的假設用作描述及圖解說明的有用 近似，也應注意，如以上在特定具體實施例的背景下圖解 說明的，這只是近似，而且不一定是給定折光鏡的精確偏 折效能。然而，此近似趨向足夠的實際使得給定折光鏡以 展見特疋的偏折角度為特徵時是有用的，即使此數可能 基於進入光線的取向而改變，以及在本揭示内容的上下文 中’可規定給定折光鏡具有特定的偏折角度，即使是在偏 折角度可改變的情形下。為了讓特定的偏折角度可用作有 用的參照’依照偏折角度的定義’保持折光鏡的—致性是 有益的。基於前述觀點，任何給定折光鏡的“偏折角度,，， *被規疋成單一數值時，在本揭示内容中，是要與以下特 例關連.當輸出射祕定向成與折光鏡的絲平行時，例 如用剛剛在說明第三實施例時提及的方式。 幻士在本折光鏡具體實施例有取決於進入光線之取 向的變化時’基於此約定’要規定圖示於第25a圖的折光鏡 具體實施例有β = 22·3度的‘‘偏折角度，，藉此偏折進入光線 使得所得輪出射線與光軸平行。 67 201103152 以下表格詳列假設利用圖示於第25A圖之幾何的許多 具體實施例，其中根據剛剛提到的定義，每個折光鏡具體 實施例有不同的偏折角度（列於表格的‘‘偏折角度”）。上橫列 對應至想要的偏折角度，其中各直行與偏折角度15、2〇 2S、30、35、40度關連，以及第二、第三橫列詳列為了在 使用兩種不同材料（分別為丙烯酸與聚碳酸酯）的折光鏡中 實現想要偏折角度而需要的稜鏡角Ψ。如表格所示，假#内 烯酸有約1.49的折射率’聚碳酸酯有約丨.58的折射率。 偏折角度（度） 材料 指數 丙稀酸 1.49 _聚碳酸酯 1.58 表1

此時請翻到第2 5 B圖，其係圖示折光鏡3 3對於進入光線 Μ的操作，進入光線14係經定向成可造成陰影，這在下文 會詳述於一或更多適當點。輸入光線14以與光軸呈4〇度角 h進入；内部射線角度φ可等於25.4度以及出射光線有往右 的θ〇ια = 17.8度，如第25Β圖所示。在此實施例中，光線係 以22.2度的偏折角度β偏折以造成陰影，不過有些出射光線 會遇到垂直壁236而被折射離開至不同的方向（未圖示）。 太陽能聚集器之一具體實施例 此時請參考第26Α圖的示意平面圖，其係圖示使用多元 件型ΙΟΑ 32”的一太陽能聚集器具體實施例（大體以元件符 號26”表示）。折光鏡33初始接收進入光線14以及重定向進 入光線以便用多元件ΙΟΑ 32”接受，該多元件32，，係經 201103152 組態成可用聚焦光線至聚焦區41内的方式接受及聚集射 線。多元件型IOA32”包含折光鏡234及菲涅爾透鏡235，而 且折光鏡33及IOA 32”兩者係經支撐成可繞著光軸47旋 轉。應注意，該菲涅爾透鏡可固定於定位，或者是經支撐 成可繞著光軸47旋轉，而且可組態成為會聚或聚集透鏡用 以聚焦與上表面垂直地進入的光線藉此引導它可穿經聚焦 區41。 應注意，折光鏡234與菲涅爾透鏡235相互合作以用作 如前面在說明第5圖及第6圖時所述的IOA，以及在此把IOA 32”描述為“多元件”型I〇A的參考資料是以其中有兩個或更 多元件為前提。如在說明第8圖、第9圖及第25圖所述，折 光鏡234可接收中間光線39以及使中間光線偏折有（折光鏡 234的）偏折角度β以與光軸47平行，以及菲涅爾透鏡聚集中 間光線至聚焦區41内。 以下描述聚集器26”的一特定具體實施例。此特定具體 貫施例能夠聚集至少約1〇 : 1的陽光，且能夠在由光軸以約 +/-45度形成的圓錐内追蹤太陽。在聚集器追蹤太陽並聚集 光線至接收器上時，聚集器的位置及取向可保持不動，以 及運動只限於兩個折光鏡的旋轉。 參考第25Α圖及對應描述以更好地暸解折光鏡的特定 描述是有用的。可將折光鏡33組態成為有12〇毫米直徑及偏 折角度β= 20度之圓形輸入表面（為平表面241)的丙烯酸圓 盤°折光鏡33的輪人表面241定義聚集器的輸入孔洞 ，以及 有大約113平方公分的孔洞區。折光鏡33的底面247為有1毫 69 201103152 米間距及傾斜2度之垂直壁（第25圖，元件符號236)的線性稜 鏡陣列以促進整體的製造容易度。由前面的折光鏡設計表 可知，折光鏡底面的斜壁部份（第25圖，元件符號239)可具 有約37度的角度Ψ。 折光鏡234可選擇有12〇毫米直徑之輸入區的丙烯酸圓 盤，以及偏折角度可選擇30度。有較大偏折角度的第二折 光鏡係經選定成使得在太陽是在光軸上或附近時聚集器能 面向太陽。在此情況時，陽光近乎垂直地進入最上面的折 光鏡’這傾向增加出現偏折的數量。增加最下面折光鏡的 偏折角度允許與光軸近乎平行地進入聚集器的光線在進入 菲涅爾透鏡之前再度恢復平行。最下面折光鏡的偏折角度 應會增加直到它大致與最上面折光鏡對於垂直進入它之光 線的增大偏折角度匹配。與折光鏡33—樣，折光鏡234的底 面247為有1毫米間距及傾斜2度之垂直壁（第25圖，元件符 號236)有助於製造的線性稜鏡陣列。再者，由前面的折光 鏡設計表可知，折光鏡（第25圖，元件符號239)底面的斜壁 部份可具有約51度的角度ψ。 用以下方式安置這兩個折光鏡可能有利：在製造及操 作公差允許下使兩者靠在一起且仍允許旋轉供維持在折光 鏡33與折光鏡234之間的小間隙242，如第26A圖所示。如果 這兩個折光鏡沒有靠緊，則離開第一折光鏡對光軸有斜角 的部份光線可能錯過第二折光鏡而浪費掉。對討論中的特 定實作而言，可輕易地將該間隙組態成小於1毫米以及讓浪 費的光線大約小於百分之一。 70 201103152 菲涅爾透鏡的直徑可等於或大於最下面折光鏡的直徑 以免進一步漏掉（因而浪費掉）任何光能。例如，可使用如 Leutz及Suzuki文中所述的非成像菲涅爾透鏡，因為這可提 供有合理效率的組態。不過，也可使用市上更常見的成像 菲涅爾透鏡’例如菲涅爾技術公司所售的（101 W， Morningside Drive, Fort Worth, TX 76110, 817-926-7474, www.fresneltech.com)。間距較小的菲涅爾透鏡可能較佳， 因為它們有較少的邊及角散射掉光線而對應地減少效率， 不過當間距減少時，透鏡常會變厚。選擇此特定具體實施 例的理由之一是菲淫爾技術公司第丨8 2號透鏡有每英吋25 的間距與5英吋的焦距。應注意，菲涅爾透鏡通常不可逆以 及此透鏡係經設計成可凹槽面（在第26Α圖中擺成平面向上 之菲涅爾透鏡的反面）向上地安置。此特定透鏡也以低聚集 比方式平面向上地操作，如此例.不過，若反向，則有效 焦距較短。 請再參考第26Α圖，用菲涅爾透鏡焦距與由焦距至接收 器之距離的比值平方可可算出太陽能聚集器26，，的聚集因 子。因此，假設聚焦區位於菲涅爾透鏡下4·5英吋，則聚集 因子等於(6 / 1.5)或16 : 1。接收器應至少等於聚集器孔洞 區的1/16’至少有直徑的3〇毫米。不過’這並非意味接收 器會接收跟陽樣有強度MX的光線。在各折射材料之介 面的反射損失’光件的不完美(特別是，尖銳的轉角），以及 光與垂直《叉以及偏折至錯誤方向的損失可能使此具體 實施例的光學效率限制在百分之7〇以下。因此，此聚集器 71 201103152 可使打到接收器的光線增加到大約10至11倍。 此時請注意第26B圖及第26A圖。第26B圖為使用單一 元件IOA 245之聚集器（大體以元件符號244表示）的示意平 面圖。單一元件ι〇Α 245的輸入表面248可包含：折光鏡稜 鏡陣列’此陣列係經組態成可用作以類似於第26A圖折光鏡 234之操作的方式來接收及偏折中間射線239的折光鏡；以 及，輸出表面255可包含聚焦稜鏡陣列’其係經組態成可以 類似於第26A圖菲涅爾透鏡235之操作的方式來造成聚焦。 該折光鏡稜鏡陣列及聚焦稜鏡陣列可相互合作可用作如在 說明第5圖及第6圖時提及的ι〇Α。本案申請人相信本技藝一 般技術人員在閱讀本揭示内容後即能修改前述及描述於本 揭示内谷的設計以組態如在說明第26B圖時提及的單一元 件IOA。特別是，根據與菲涅爾透鏡有關的習知設計技術， 可貫現把輸出表面組態成菲涅爾透鏡。關於該輸入表面， 本案申β月人相彳g本技藝一般技術人員可輕易改寫及併入本 文的教導以便把輸入表面組態成可適當地偏折使得輸入及 輸出表面相互合作以用本文所描述的方式作為I〇A。 此外，基於圖解說明清楚的理由，前述實施例描述具 有單一元件IOA之聚集器的操作，此聚集器的操作與第26八 圖聚集器類似使得IOA 245的偏折及聚焦功能可個別及藉 由IOA的兩面執行。在這點上，本案申請人更察覺，沒有要 求偏折及聚焦作用在輸入及輸出表面之間必須分開以及 可約這兩個表面組態成可用各式各樣的複雜組合相互合作 以完成如本文所述的偏折及聚焦功能，以及本案申請人相 72 201103152 l本技藝一般技術人員在閱續本揭示内容後可輕易產生可 用落在該等描述之範圍内的方式進行的各種組態。 如剛剛在說明第26B圖時所描述的，在單一元件I〇A 245的兩面之間可用各種複雜方式來組合該偏折及聚焦功 能。本案申請人更察覺，沒有要求該輸入光學配置應限於 接收及偏折，或附加光學配置(接在輪入光學配置之後)應限 於只用作IOA(用於接受及聚集），以及太陽能聚集器的所有 功能可用複雜的方式組合以及分布或重新分布於多個光學 配置之間。應注意，這些功能包含(但不受限於）：⑴前述與 折光鏡有關的初始接收及偏折，以及(Π)前述與I0A有關的 接受及聚集。 此時請注意第26C圖的示意立面圖係圖示聚集器244, 之一具體實施例’它包含輸入光學配置252與附加光學配置 255，該聚集器係經組態成可定義⑴輸入孔洞26〇為例如輪 入配置的外周，其係具有用於接收進入光線14的輸入區， (ii)穿經輸入孔洞之中央區105的光軸47，（iii)聚焦區41，其 係具有實質小於該輸入區以及由該輸入孔洞沿著該光車由 移座落於一輸出位置的表面區，使得該光軸穿經該聚焦 區，以及(iv)接收方向34,其係定義成以預定接收銳角叫相 對於該光軸）為特徵的向量以及該等光學配置中之— ~~或兩 者可繞著該光軸旋轉用以對準該接收方向以接收進人光 線。更將該輸入配置及附加配置組態成可相互合作以便聚 焦該多條輸入光線以向光軸收歛直到到達聚焦區藉此聚 輸入光線至聚焦區。 ' 73 201103152 儘管描述於此的許多具體實施例用折光鏡作為輸入配 置，以及用IOA作為附加配置，也應注意，沒有要求按此順 序部署該等配置。不過，本案申請人察覺，如果藉由重新 安排該等配置的順序來修改給定聚集器的話，在許多情形 下’可能有必要實質重新組態該等配置本身以便用與本文 及本揭示内容所述光學聚集器（例如，光學聚集器26)之效能 一致的方式使它們相互合作以接收及聚集進入光線。儘管 該等光學配置的實質修改可能需要結合該等光學配置的任 何特定重新排序，本案申請人相信本技藝一般技術人員在 閱讀本揭示内容後，根據本文的教導以及不依附與配置排 序有關的特定限制，利用各種光學配置，可用各種方式實 作聚集器244’。例如，在一具體實施例中，如前述，該輸 入配置可為折光鏡，而附加配置可為Ι〇Αβ在另一具體實施 例中，可將該輸入配置及附加配置組態成為Ι〇Α。也應注 意，沒有要求光學配置252及255應只由一個光學組件組 成，以及該等光學配置中之一或兩者可包含多個光學組件。 棱鏡壁斜率 請再參考第25Α圖及第2SB圖，以及耳聾圖示於其中之 折光鏡233的具體實關，也纽意，錢人光線以等於偏 折角度的進人角度(使得ein = β)進人折光鏡233的情形時， 則輸出射線會與折光鏡之光軸平行地離開折光鏡。此時請 回到此描述，下文將考查軋增加超過(3的情形。 ' 請再翻到第25B圖’如前述，其係圖示折光鏡33對於經 定向成可造錯狀進人綠14的操作，下文會在適當的 74 201103152 點進一步詳述。輸入光線14以與光軸有40度的角度^進 入；内部射線角度φ可等於25.4度，以及出射光線有被引導 至第25Β圖之右邊的0out = Π.8度。在此實施例中，光線會 以22.2度的偏折角度β偏折（不過，有些出射光線會遇到垂直 壁236而被折射離開至不同的方向）以造成陰影，下文有進 一步的詳述。 如果充分增加該角度，則會有陰影效應，在此有此光 線會被部份折光鏡干擾而不再與不受干擾的射線平行。此 陰影效應圖示於不限制出射光線（用元件符號92表示）的第 25Β圖。不過，輸出光線92”至少部份受阻，以及輪出射線 92”，至少部份受阻。可用數種方法可最小化或移除此^ 效應，包含改Μ直賴㈣斜率，或修改折光鏡表: 頂部或底部。 建立稜鏡壁的最佳斜率不是小事，η如 以及對於折光鏡， 可能與相關ΙΟΑ的不同。在上述情形中，對於以23产進人的 光線，出射光線會與折錢垂直1是相關說的設計案 例。就此情形而言，發現内部射線角度為15产， 壁可向上傾斜成有15角而沒有負面影響。因： 作下，這是相_Α的-雜(在垂直與咐之間絕不可傳 送任何域)。藉㈣紐鏡㈣（由Μ衫斜邊以及回到 垂直壁）’此設計自由可用來改善稜鏡 ’藉此讓棱鏡與 光線相互作用的區域有更加優化的定 & , 夂句。用類似的方式， 折光鏡可具有改成可改善效能的垂直壁，、 一 要做更多取捨。 ° 75 201103152 為了檢查稜鏡壁效應，觀察聚集器之操作的相關操作 方面。至少在合理的近似内，如前述，BRIC包含能被定向 成可重定向入射光至出口圓錐上的折光鏡，接著是接受及 重定向至此光線目標的IOA。在此基本具體實施例中，進入 折光鏡的光線在行進通過這兩個光學配置（折光鏡與I〇A) 夺會被貫質重定向。在此說明中，折光鏡會經常按需要旋 轉以保持太陽在它的視場内。該IOA按需要對折光鏡旋轉以 保持光線在目標上。需要旋轉的數量由太陽通過天空的曰 及年循環運動決定。對於在地球上的理想位置，太陽路徑 每年南北移動+/_23.5度以及每天東西移動+/_9〇度。 此時請注意第27圖的示意圖（大體以元件符號24〇表 不）’其係圖示天空的覆蓋範圍，在此矩形的水平軸係對應 表示給定白天由日出至日落之部份的每日追蹤範圍249，矩 形的垂直軸係對應代表由夏至冬之季節變化的季節追蹤範 圍251。該圖（第27圖）係描繪此空間以及折光鏡與I〇A如何 相互合作，如果折光鏡有30度偏折角度以及如果IOA有與相 關光轴之角度固定於30度的接受方向。預料太陽每天會橫 越矩形框中由左至右的直線，以及此線由冬天至夏天會由 矩形的頂部移到矩形的底部。在矩形的中央有I〇A覆蓋範圍 (如在圖中央的IOA圓243)與由一序列圓246組成的折光鏡 覆蓋範圍。這是理想的組態，但是並非必要而且任何給定 t裝可挪移此組態以使其中心是在矩形中央的上方或下 方。 在此可以看出’有折光鏡及IOA的系統係經組態成折光 76 201103152 鏡與IOA彼此匹配使得ξ = β = 3〇度，展現在早晨及傍晚(將 近曰出及日落m蓋範圍不足^儘管陽光角度在這些時間對 能®收集並非最佳，⑽仍有利於收集此能量，因為這是 每天的位能轉換損失。 第27圖的IOA可由似稜鏡菲淫爾透鏡構成，這在下文會 加以s兒明。在這點上，此時請注意第28圖，其係圖示3個不 同的折光鏡及/或IOA橫戴面之變體，這可運用如緊接著描 述於下文的。圖中每個變體是在以用虛線隔開之區域AIC 標示的區域中。第28圖的中央區B係經圖示成有垂直壁及銳 角（亦即，無坡口）作為理想的組態，儘管沒有要求。實際的 製造約束（例如’由注射成型法或其他塑膠成形法強加的） 使得垂直壁更可能有小斜率（如圖示區域A左邊的，它就有 一個在圖中以“非垂直壁”表示的斜邊）及/或尖轉角會變圓 (如圖示區域C右邊的）。陽光由第28圖的上面過來，而特別 要關注的是如圖中非垂直壁（如區域A中的）、“上頂點250及 下頂點253的影響。取決於一天的時間及年中的那一天，陽 光可以各種角度打到相關的折光鏡或IOA上，但是在任何給 定時刻，光線都彼此平行。折光鏡或IOA經旋轉成入射光線 可打到斜面以及被重定向的角度為斜壁的函數。不過，當 太陽在折光鏡或IΟ A正上方時’太陽光線會垂直地進入該折 光鏡或IOA而且與垂直壁平行。不過，約在中午或二分點 (equinoxes)，陽光會打到非垂直壁，因為它有小斜的角度。 當太陽在東或西（早或晚於當天的中午）或在北或南時（早或 晚於當年的春分或秋分）時，則太陽會以一角度進入折光鏡 77 201103152 或IOA而可能不打到非垂直壁。 如果垂直壁十分垂直且上頂點25〇與下頂點253十分尖 銳(不圓）’則沒有光學陰影損失’亦即，幾乎所有進入折光 鏡或IOA的光線會以較佳的方向離開折光鏡或1〇八。不過， 在垂直壁稍微傾斜及/或上頂點及/或下頂點不十分尖銳的 情形下’有些入射光的重定向會用與設計預期不一致的方 式以及會產生“陰影”損失。這些情形係圖示於第28圖，其 中不正確地傳送光線的區域圖中是在非垂直壁（如區域A中 的IA)、以及不尖銳上頂點250’和不尖銳下頂點253，(如區域 C中的Ic)。在這些情形下’由陽光與表面形成的角度不是 預期或設計角度’而且不會以適當的方向送出光線，以及 可將此陽光損失映射到在折光鏡或IOA的天空覆蓋範圍中 的洞内，這在下文會說明。 此時請注意第29A圖及第29B圖係圖示在太陽進入角 度垂直於折光鏡或IOA表面的二分點垂直進入之近垂直陽 光的陰影損失。 第29A圖及第29B圖圖示陰影所致的損失僅限於年中 某些時候進而非垂直壁及非理想角度所致的陰影損失僅限 於一天中的某些時間。在最佳化一整年所產生的能量時， 如果其他時間及日子的效能增益較大，則效能在一天中某 些時間及一年中某些日子減少可能有利。具體言之，設計 應要求及容忍有小角度的垂直壁以及折光鏡及/或IOA的下 頂點彎曲或有非銳角，若是以面板的使用壽命來衡量，這 些可導致整體成本降低或效能改善的話。因此，在整年的 78 201103152 其他時間中有較大的 * , ^ 則在—年少數幾天中有短睹P气 的輕微效能損失是個好折中。 他時間

此時請注意第30圓，I 損失以及也可用來理二度角垂直壁的覆蓋範圍 1以理_控制稜鏡角线度而引起 失。以意，面積25G是損失的對應 積相比，是幾乎可m的總面 要太陽〜⑼ 略_失。即使它出現於—天中的主 ，太陽=間’也是短時間及少數幾天，因此就年平均而 5 ’ k為此源生產總量的極小損失。 於固Ϊ 要了解近曰出及曰落的淺角陽光有較少可用 =疋=板設計的能量，因為淺角減少入射於面板上的 月匕里 更重要的是在黃金時間收集光線，以及在上 面二’這意指使覆蓋環243水平居中，除非有能修改理 布的其他特殊條件。圖示於第30圖的實施例假設 有3〇度偏折角度設計的折光鏡與接受該有30度天頂角的 I〇A ’這意謂會失去早上太陽頭個30度及日落前之最後30 度的覆蓋範圍（因為假設這兩個配置可從日出至中午的9〇 度及中午至日落的9G度中各追彰〇度而合計有6G度）。作為 一實施例’藉由分別增加折光鏡的偏折角度及j 〇 A的天頂角 至45度可重新獲得此損失，但是一個光學配置可履行的偏 折總量有限度。當這兩個光學配置被設計成可使相關的折 光鏡及天頂角不同時，則以在中央的孔為代價，可增加早 晨及傍晚陽光的覆蓋範圍。此居中孔的半徑可大致等於這 兩個IOA的角度差。因此，結合有3〇度偏折角的折光鏡與有 45度天頂角的IOA可產生15度孔，或當前中央圓之直徑的一 79 201103152 半。 另外，儘管IOA常與以下要求有關：離開它的光線一般 應在它下面居中，然而折光鏡沒有這個要求 。因此，基於 進入IOA的光線為預定以及離開1〇八的光線(在沒有聚集下） 必須垂直的事實，IOA的垂直壁有基本最佳角度，這設定垂 直i角度極限。凊再參考在說明第25B圖時的說明，其中有 提到’對於設計正確的I0A(有出射光線角垂直於I〇A)，此 特定實施例的内部射線角度為】5度；因此，對於此實施例， 垂直壁的斜率可跟15度一樣大而仍不產生陰影效應。對於 折射型IOA，垂直壁極限為I〇A之折射率、I〇A之壁角度以 及IOA之接受天頂角β的函數。由於折光鏡不要求光線要垂 直地離開表面，對於垂直壁角度有不同的要求。可調整此 垂直壁角度以折中低角度與高角度（幾乎垂直）的效能。因 此，當太陽以低角度進入(如第25Β圖所示）時，較淺的垂直 壁角度252(請參考第28圖）有更好的表現，因為陰影效應會 減 ，然而當太陽在正上方時，此時這個淺垂直壁角度會 造成陰影效應。由第25Β圖可知，當垂直壁真正垂直時，低 進入角度有陰影效應，以及藉由增加垂直壁的斜率可排 除。增加斜率的壞處是當太陽在正上方，光線可打中非垂 直壁而有錯誤的方向。不過，由於在每年少數幾天中，太 陽—天在正上方只有數分鐘，損失此效能可改善整體(每年） 的效能’因為整年每天早晨及傍晚的效能有增加。（此外， 如後述，如果折光鏡與它有傾斜關係，則太陽光線可能永 遠不會與該表面垂直地進入，因此沒有與增加垂直壁斜率 80 201103152 關連的效能損失。 此時請注意圖示天空覆蓋範圍的第31圖，其中矩形的 水平軸對應至表示給^白天由日出至日落那一部份的每日 追縱範圍249’以及矩形的垂直㈣應至表示給定年度由夏 至冬的季節追蹤範圍25卜此係圖示增加早晨及傍晚之天空 覆蓋範圍與損失特定數天午時天空覆蓋範圍的折中。此圖 在垂直及水平方向是以度為贿。不過，如果考慮到太陽 花在矩形中每個位置的實際時間以及太陽在每個位置的角 度(可換算有多少能量可轉換），可以看出+/_23 5度的垂直轴 實際上代表一年的365天而水平軸只代表一天。此外，垂直 軸上兩天之間的間隔不劃一，亦即太陽每天向北及南移動 不同的度數。事實上，太陽在冬至(在垂直軸中央）附近移動 較快而在冬天及夏天(在垂直軸兩端）慢下來。因此在中央屬 非覆蓋範圍的小點不會影響很多天。來自太陽的可轉換能 量在正午太％ (在水平軸中央）中最大以及在一天的開始及 結束最小（在水平軸兩端）。也有夏天可轉換能量大於冬天的 夏冬效應(summer-wintereffect)。當考慮到這些時，近曰出 及曰落的天空覆蓋範圍與冬至數天損失午時短時間的覆蓋 範圍有最佳的折中組合。因此，折光鏡有一角度可用來限 制陰影損失同時增加IOA的角度以覆蓋每個早晨及傍晚天 空的較大部份。 因此，最好減少系統的中午最佳效能以便獲得一天或 一年中其他時間的效能。 IOA的旋轉方法 81 201103152 如上述，可選擇性地旋轉光學配置（例如，折光鏡與ΙΟΑ) 使得給定聚集器中兩個或更多為一組的光學配置可相互合 作以便持續補償太陽的運動來保持聚集太陽光線至固定 (不動）的目標上，以及有一使特定光學配置運動的方法是繞 著配置的中心軸旋轉。應注意，在前面的所有描述中，對 於每個前述光學配置的光軸，已描述光學配置的旋轉，而 且應瞭解’為了描述用作空間的參考軸線，前述實施例的 光軸係經對齊成可與旋轉軸共線使得光軸與旋轉軸可視為 等價。儘管少到只有一個聚集器可包含太陽能收集器，也 有可能構成由包含許多光學配置的多聚集器組成的面板， 其中使用一或更多驅動機構可一起旋轉控制數個光學配置 群。該等光學配置可物理支撐於中心點四周、吊掛邊緣、 懸浮於液體、或用彼等可在受控下旋轉的任何方式。 旋轉的限制 為了考慮到許多可能的旋轉方法及裝置，考慮追蹤太 陽所需的旋轉要求是有幫助的。特別是，如果可限制旋轉 小於360度，則可簡化運動以及允許其他形式的旋轉。必要 的旋轉量取決於在每天及有季節變化之年循環下太陽通過 天空的運動。對於地球上的任何位置，太陽路徑每年在南 北+/-23.5度的範圍内運動以及每天由東至西的+/9〇度（法 向）運動。 此時請注意第32圖的示意圖，其係圖示此空間以及這 兩個光學配置如何相互合作以覆蓋此空間，此實施例的折 光鏡有30度的偏折角度β以及ioa有3〇度天頂角^的接受方 82 201103152 向使得收集器的接收方向範圍可晝出有近似第如中圓圈 之區域的接收圓錐。翻太陽每天會橫越矩雜257中由左 立右的直’線Μ及全年此線會由矩形的頂部移到矩形的底 ^㈣頂部。在矩形中央有Ι0Α覆蓋範圍243(如圖中的 Α圓）與由—序列圓μ6組成的整個折光鏡覆蓋範圍。這是 ^想的組態’但是並非必要而且任何給定安裝可挪移此組 心以使其中心是在矩形中央的上方或下方。 在同—圖上的-㈣準方向256及-㈣準方向259顯 示對於在操作_中任何特定點的光源，光學配置的取向 有兩個不同的解決辦法。藉由評估+/_23 5度（冬天至夏天) 的極端與巾線(冬至），可以確定是何限制光學配置的角度 範圍。 凊注意，對於包含特定折光鏡-IOA組合的給定聚集 盗，有可能用兩種不同的方法使光線由進入角度偏折到目 裇。在第32圖的背景下，有可能使用的組態是：包含在太 陽位在圖的下半部（由〇至-23度）時不向上瞄準的IOA。請意 δ月’吾等可把I〇A的旋轉為180度額外加上大約14度以考慮 到夏天的反轉，以及相同的大約M度以考慮到冬天的反 轉。用以下方式可找到這個14度：求東西運動(9〇度)與北南 運動(23度）的角度之正切可得14度。請意謂，可限制IOA的 旋轉大約為遠小於360度的208度以及允許簡單的聯動裝置 與其他有限制的旋轉方法用來定向IOA。 據觀察，折光鏡可限於相同的旋轉極限，如果這兩個 光學配置配對正確(偏折角度等於天頂角，如上述）的話，因 83 201103152 為它們的功能可反過來，如第32圖中的兩㈣準方向所 示。不過，如果這兩個光學配置（折光鏡與i〇a)在這點上不 相容，則兩個I〇A的極限可能不同。 為了限制旋轉限度於受限位準，曰間光學配置有時可 能需要不連續的角度取向以切換方向，然而與太陽的運動 相比，這可相當迅速地實現。 旋轉方法 兹揭示在陣列組態中旋轉I0A的兩種方法。通常將折光 鏡安裝成陣列藉此例如用第—驅動機構以彼此同步而彼此 有相同取向的方式旋轉陣列中的所有折光鏡。可組態 於不同的陣簡此例如用第二驅動機構以獨立於折光鏡陣 列但受控方式類似的方式旋轉所有的10八。 此時請翻到第33A圖&第33B圖的示意立面圖及平面 圖，其圖示有折光鏡33的-聚集器實施例，該折光鏡辦 IOA 32有斜度。該折域可對腸傾善聚集器通過固 定傾斜角度261所允許的接受角度，該固定傾斜角度26ι係 經設定成折光鏡的光軸47至少大約與I〇A的接受方向對 齊。因此，如果IOA有30度天頂角的接受方向，則折光鏡可 以約30度或更小的傾斜角度傾斜。這使得上折光鏡的作用 方式與結合聚集透鏡用來實作I〇A的折光鏡類似，如第Μ 圖所示。如前述，在多元件(折光鏡+透鏡)IOA中的折光鏡 是用與光㈣行地㈣它的光線猶，這可大幅減少陰影 損失。以斜度約等於後續I〇A之接受方向運作的上折光鏡是 在相同的條件下操作：光線會與折光鏡的傾斜光軸平行地 84 201103152 離開它，以及陰影損失會大幅減少。不過，為了輔助這個 合意的配置，當IOA旋轉以追蹤太陽時，折光鏡的傾斜光軸 可旋轉以保持與IOA的接受方向對齊。 單一驅動機構可經組態成以協調方式旋轉折光鏡及 IOA兩者以藉由使傾斜方向可跟隨下ioa的接受方向來保 持追蹤。也可允許該折光鏡可繞著它自己的光軸旋轉。因 此，仍需要兩種旋轉：（i)I〇A兩者繞著IOA光軸47,的聚集 器全旋轉’以及(ii)折光鏡繞著它自己的傾斜軸線47的旋 轉。絲線(filament)264可用作驅動機構的至少一部份以提供 IOA 32及折光鏡的旋轉藉此I〇A與折光鏡可旋轉地相互耦 合。可減少傾斜角度，然而應大於零以獲得可接受較低角 度陽光的優點以及減少IOA之非垂直壁的影響，如果使用 稜鏡陣列組態的話。 此時請注意第34圖，其係圖示聚集器的另一實施例， 其中藉由包裹絲線264可控制折光鏡33使得它首先繞著IOA 32的周邊延伸，然後包裹及抓住折光鏡33的周邊以提供折 光鏡控制。絲線由IOA在兩個光學配置最接近的接點269路 由到折光鏡。絲線264可緊緊地抓住(及/或固定式連接)折光 鏡使得它可旋轉折光鏡而不影響IOA。 此時請注意第35圖’其係圖示有折光鏡的聚集器，該 折光鏡係通過轂(hub)270連繫而與ioa連接使得折光鏡騎 在轂上，如第35圖所示。第35圖本質上為示意圖，而且應 瞭解可用許多不同的組態達成圖示組態。 此時請注意第36圖的示意圖為利用斜坡法（ramp 85 201103152 method)使折光鏡-ΙΟA傾斜的一些實施例。該斜坡法係使用 在I0A上半部上的第一斜坡272與在折光鏡底部上的第二斜 坡275。因此，當這兩個光學配置瞄準同個方向時，斜坡増 加詠以及使折光鏡傾斜；當光學配置瞄準相反的方向時(例 如，在太陽在正上方時），則斜坡取消以及該等配置相互平 行。 在吾等考慮折光鏡的功能時’在增加頂角與陰影損失 之間有折中’其中增加頂角接著會增加太陽在清晨及黃昏 的可用數量，而陰影損失會隨著頂角增加而增加。 此時請注意第37圖的平面圖，其圖示由4個聚集器組成 的陣列，彼等係通過包含絲線264(通常為線狀物、鏈條及/ 或金屬線）的驅動機構來相互可旋轉地耦合，該絲線264可 包裹陣列中每一個折光鏡的一部份使得當絲線移動時，它 導致折光鏡可繞著相關的軸線旋轉。絲線的樣式經製作成 折光鏡沒有滑移或很少以及每個折光鏡都相同的旋轉量； 此具體實施例可使用蜿蜒樣式。在折光鏡周圍的凹槽或槽 孔可用來使絲線固定於光學配置四周。替換地，使用帶子 或膠帶或類似方法，絲線本身可定中心。 移動絲線的馬達267係以控制方式驅動絲線以使折光 鏡轉到適當的角度。每個陣列可使用至少一個馬達，或可 使用一個有可連接馬達至任一陣列之換檔變速器的馬達 268。該絲線可包裹馬達的輸出軸桿，然後繼續圍繞陣列中 的每個折光鏡。數支中心柱271可用來包裹絲線半圈使得絲 線在離開一個透鏡後以及在進入下一個透鏡之前改變方 86 201103152 向。如果需要較大的陣列’則可添加額外的中心柱。因此， 如果絲線由一透鏡的右側向下移動，則可經引導成在進入 毗鄰透鏡的左側時向上移動。第37圖為平面圖，因而只圖 示經定位成用以初始接收輸入光線（未圖示）之輸入配置的 折光鏡，事實證明，IOA(未圖示於第37圖）可應用相同的技 術以及相同的絲線可包裹IOA，例如根據第33圖及第34圖。 此時請翻到第38圖的示意圖’其係圖示用齒輪旋轉光 學配置280的又一驅動機構實施例’在此每個光學配置可具 有一組與驅動齒輪(drive gear)283嚙合的齒部（未圖示）。在 本貫施例中，有在齒輪外四周之輪齒（未圖示）的中心齒輪 (centra] gear)283可旋轉’以導致與中心齒輪283嚙合的光學 配置280旋轉。應注意，同個旋轉方法可擴展至任意多個光 學配置使得光學配置有與中心齒輪嚙合的輪齒以允許旋 轉。此外，一或更多附加齒輪（或絲線)可連接至驅動齒輪中 之一些’或每個齒輪用它自己的獨特馬達驅動。 此時明翻到第39A圖及第39B圖的示意平面圖及立面 圖，其係圖示構造成面板圍封物以及大體以元件符號289表 示的太陽能收集器。該面板圍封物容納—聚集器陣列。如 前述，可將聚集器_成樣式為矩形 '六角形或在聚集器 包裝中可提供高面積效率之任何其他形狀的陣列。控制絲 線(control filament，未圖示）可以可旋轉地耦合 式延伸使得在各聚^之_較絲配置與在其他聚集 器之中的對應選定光學配置同步旋轉。例如，絲線可連繫 各聚集器中之折光鏡的旋轉使得彼等可-起同步旋轉以及 87 201103152 另外的絲線同樣可同步連繫在各聚集器内之i〇a的旋轉。因 此至y在本實施例中’當一個折光鏡順時鐘旋轉】〇度時， 則所有的折光鏡順時鐘旋轉10度，而脱都不旋轉。或者 是，當-個IOA反時鐘旋轉60度時，則所有的I〇A反時鐘旋 轉60度，崎光鑛錢轉κ訂，該驅動機構應視 為可旋轉地使所有折光鏡相互搞合，以及可旋轉地使所有 IOA相互耦合。第39B圖的側視圖也圖示在I〇A之下的反射 型聚集器291。 此時請注意第40圖的示意平面圖，其係圖示有折光鏡 33、IOA 32及聚集型配置300的聚集器。包含折光鏡、〗〇A 及聚集型配置的光學配置都設定於聚焦區41上方一段距離 使知·光能均勻地照射聚焦區，如第4〇圖所示。此距離為可 變而且是透鏡效率（愈長愈好）與面板緊湊尺寸（愈短愈好) 的折中。 折光鏡33可使用一陣列的稜鏡，其中棱鏡各有丨毫米的 寬度或間距。各棱鏡顯示對表面切線約有40度的斜壁與對 表面切線約有90度的垂直壁》此斜壁/垂直壁樣式在折光鏡 的整個表面上重覆。 至少對於本實施例，最好最大化斜壁角度以在材料的 給定折射率下產生最大可能接受角度。計算該最大角度是 在光線垂直進入並且儘可能地被偏折時，這由臨界(總内部 反射）角給出。此角度為Θ(稜鏡）=arcsin(l/n)，在此n為折射 率。因此，在折射率為1.5時，最大角度為41.8度。如果稜 鏡包含90度垂直角，則棱鏡斜坡角度一般不應超過且應小 88 201103152 於此角度以允許公差及較大的太陽視場。一示範設計選擇 是用40度角’然而若用折射率較大的材料，該角度可能不 同。 也可修改各稜鏡的垂直側壁，如果透鏡上方的直射光 沒有完全聚集至目標的話。這在以下實施例可能有益，其 中相對於由透鏡中心點連接至目標中心點的直線，上透鏡 呈傾斜。如果在犧牲在每年少數幾天中只出現數分鐘的近 垂直效能下，可得到更多較低角度效能，也是有益的。 間距(稜鏡寬度）可基於稜鏡轉角的尖銳度來調整(稜鏡 的轉角愈圓會產生損失’因此較大的間距為較佳）與稜鏡材 料的容積（較大的間距需要更多材料而更貴以及產生更多 光學像差）。 例如，折光鏡可為直徑120毫米、最大厚度2毫米、中 央有3毫米支撐用孔的丙烯酸圓盤，以及稜鏡可與圓盤一體 成形。該折光鏡圓盤以中心孔為中心旋轉。圓盤的外緣可 包含槽孔以接受供旋轉用的絲線。折光鏡的平表面可面對 太陽以及棱鏡面是面向目標。此折光鏡可用標準鑄造法或 注射成型法技術製成。只要裝置功能與該等說明一致，可 使用任何適當的尺寸。 在本實施例中，聚集器300緊跟著IOA。可將該聚集器 组態成它可在12公分的設計距離處產生30毫米光點直徑的 聚焦區。在一具體實施例中，該IOA及聚集器整合成一個去 除兩個光學介面的光學元件。此IOA會有積折光稜鏡及聚集 型菲涅爾之卷積（convolution)有關的複雜表面而且應加以 89 201103152 數值建模成有最佳效率。描述於本文的實施例決非旨在限 制，而且應瞭解，此透鏡形狀有認為可致能整體效能的許 多解決方案，如上述。可用各種習知製造技術製造該IOA， 包含(但不受限於）：注射成型法及其類似者。應瞭解，該聚 集器不需要與旋轉IOA折射元件製造成一體，以及在另一具 體實施例中，該聚集器可為複合拋物面聚集器（CPC)或類似 反射型聚集器，它可配置成與旋轉IOA折射元件分開的不同 組件。另外，該IOA可為全反射型’在此該反射元件係偏折 和聚集光線；因此，該系統可包含一個折射IOA折光鏡與一 個反射型IOA成為完整的光學系統》 在本實施例中，可用絲線264使該折光鏡繞著它的軸線 旋轉，以及可用絲線264’使該IOA繞著它的軸線旋轉。3〇 毫米直徑的PV太陽能電池303可固定地定中心於聚集器下 面使得它可被完全照射。該PV太陽能電池可附著至金屬支 撐板(未圖示）’其係可用作用聚集型太陽輻射增加之熱能的 熱池》請注意’與標準非聚集型太陽能面板相比，此BRIC 方法有幾乎相同的太陽能密度及熱密度，因此BRIC面板的 熱罰分(thermal penalty)應不大於無聚集的標準太陽能面 板。 此設計有16倍的理論聚集度，因為太陽光線在120毫米 直徑的區域捕獲以及在30毫米直徑的區域(直徑縮成1/4，面 積縮成1/16)上聚集。不過’由於每個透鏡介面（有6個光學 介面）約有百分之4的反射損失’所以透鏡效率約為百分之 78，以及保護覆蓋層（未圖示）通常有約百分之90的效率，因 90 201103152 此聚集因子約為11。所有的數值只是用來示範而且可使用 任何合適的數值，只要裝置功能與整體說明一致。 控制電路（未圖示）可經組態成可指示絲線264及264’運 動’這造成折光鏡及IOA用以下方式旋轉：太陽光線一直照 射由光伏電池303接收的聚焦區41，至少有時光線是在聚集 器的接收角度範圍内的時候。 與第40圖有關的變體包含：將IOA與聚集器組合成一個 整合光學配置；使折光鏡傾斜以更緊密地瞄準太陽；使用 不同的旋轉方法，而不是外徑驅動絲線264及264,；用多個 接收器取代光伏電池；移除中央旋轉較（central rotation hub)306以及這3個光學配置各自用自己的邊緣或側面支 樓；使用多個彼此並列的聚集器以聚集至一個單一目標 上，等等。 此時請注意第41圖連同第22B圖與第26A圖及第26B 圖。第41圖的示意立面圖，其係圖示使用折光鏡33(作為輸 入光學配置)跟著多元件型I0A 32，，，（圖中用虛線框表示）的 聚集器（大體以元件符號310表示）。該彡元件I0A包含折光 鏡234與具有拋物線輪廓的反射 器206”。折光鏡234接受中 間光線39以及重定向接受到的光線供反射器2〇6，，收集，該 反射器206”係收集及聚集重定向過的光線至聚焦區41内， 如第41圖所示。 在一具體實施例中，可將折光鏡33及折光鏡234組態成 ° _ Μ使離開折光鏡234的輸出射線92’在至少 大、力與光軸47平行的^向準直(相互平行)。關於此具體實施 91 201103152 例’本案申請人相信本技藝一般技術人員會明白，有各種 利用拋物面反射面的習知技術可用來收集及聚集準直光 線。例如，根據習知技術可將反射器206”組態成為複合拋 物面聚集器（CPC)。在由Roland Winston，Juan c. Minano, 及Pablo Benitez著作以及由Elsevier Academic出版的“非成 像光件”有論及該等技術的實施例，以及市上有出售適用於 描述於本文之應用系統的CPC，例如由在日本大I5反的Isuzu Glass (www.isuzuglass.com、或在美國紐澤西巴靈頓的 Edmund 〇ptics(www.edmundoptics.com"> 出產的 。儘管為了 說明清楚在此提出利用經準直之輸出射線92’的實施例，應 瞭解，沒有要求輸出射線92’應加以準直及/或與光軸47平 行，以及本技藝一般技術人員在閱讀本揭示内容後即可實 作各種組態，其中可將反射器206”組態成可收集已被折光 鏡234收到及偏折以及既未經準直也不與光軸47平行的輸 出射線92’》不過，應瞭解，基於習知光學原理，如本文所 述，為了收集及聚集光線，給定反射器206”可要求輸出射 線92’落在某個預定角度範圍内（相對於光軸47)。 接著請參考第41圖應注意’折光鏡33及折光鏡234彼此 及相對於進入光線的取向可選擇性旋轉，以便根據本揭示 内容的說明，讓折光鏡與多元件型IOA可相互合作用以接收 及聚集進入光線14。也應注意，在本文所述具體實施例的 一變體中’反射器206”可附著至折光鏡234使得折光鏡234 與反射器2〇6”可一起旋轉。在另—變體中，反射器206”在 地球參考系中可靜止使得它不會與折光鏡234—起旋轉。 92 201103152 儘管以上提出許多示範方面及具體實施例，熟諳此藝 者明白仍有某些修改、排列、增添及彼等之次組合。因此， 希望以下隨附申請專利範圍與未來引進的申請專利範圍， 包含所有此類的修改、排列、增添及次組合，被解釋成都 落入實際的精神及範圍内。 概念 本文已至少揭示以下概略的概念作為簡短的總結。 概念1. 一種太陽能收集器，其係包含： 一或更多太陽能聚集器，彼等係經排列成一陣列使得 每個該等聚集器在該陣列中對齊不變地位於固定位置，以 及每個該等聚集器係經組態成可定義⑴一輸入孔洞，其係 有一輸入區使得該太陽能收集器可定位以使各聚集器的該 輸入孔洞面向天空方向藉此將該輸入孔洞定向成可接收來 自太陽的陽光，（ii)沿著該天空方向延伸穿過該孔洞的一輸 入旋轉軸，以及(iii)實質小於該孔洞區的一聚焦區，以及每 個該等聚集器包含具有至少一光學配置的一光學總成，該 至少一光學配置係經支撐成可繞著該輸入軸線旋轉用來僅 僅利用該光學配置繞著該輸入軸線的該旋轉在太陽的一預 定位置範圍内追蹤該太陽使得該旋轉不會改變該孔洞的方 向離開該天空方向， 其中對於在該預定位置範圍内的該等位置中之任何專 一，該光學配置係經旋轉定向（至少作為該追蹤之一部份) 到至少作為聚集收到陽光至該聚焦區内之一部份的一對應 旋轉定向，供隨後收集以及當太陽能使用。 93 201103152 概念2.如概念1之太陽能收集器，其中對於該太陽的 該等位置中之該專一，由旋轉該光學配置離開該對應旋轉 定向造成的旋轉不對準造成該收到陽光中至少有一些被引 導至該聚焦區外。 概念3.如概念1之太陽能收集器，其中該光學配置用 作用以初始接收陽光的一輸入配置，以及該光學總成包含 在該輸入配置後面以接受來自該輸入配置之陽光以及經組 態成可繞著一附加旋轉轴旋轉的一附加光學配置，以及該 輸入配置與該附加配置係經組態成至少部份基於以下兩者 的預定關係在進行該追蹤時相互合作：⑴該輸入配置繞著 該輸入旋轉軸的該旋轉，以及(ii)該附加配置繞著該附加旋 轉軸的旋轉，以聚焦收到的陽光至該聚焦區内。 概念4.如概念3之太陽能收集器，其中該附加旋轉軸 與該輸入旋轉軸至少大約相互平行。 概念5.如概念3之太陽能收集器，其中該附加旋轉軸 與該輸入旋轉軸係彼此共線。 概念6.如概念3之太陽能收集器，其中該輸入光學配 置係經組態成可偏折收到的陽光供該附加光學配置接受， 以及該附加光學配置係經組態成可接受及重定向偏折後的 光線以造成該聚焦。 概念7.如概念3之太陽能收集器，其係包含由兩個或 更多該等太陽能聚集器組成的一組群，以及一驅動機構在 該組群中旋轉耦合所有該等輸入配置以集體旋轉所有該等 輸入配置同時在該追蹤期間使所有該等輸入配置保持至少 94 201103152 大約相同的旋轉取作為造成該等料總成在該組 群中可以同步方式追#太陽的—部份。 概念8.如概念7 ^陽能收集器，其中該驅動機構更 被組態成可在該組群中旋馳合所有該等附加配置以集體 旋轉所有該等附加配蓼同時在該追蹤期間使所有該等附加 配置保持至少大約相同的旋轉取向來至少作為造成皱等= 學總成在該組群中可以該同步方式追蹤太陽的—部份。、 概念9.如概念8之木陽能收集器，其中每個聚集器的 該附加配置與該輸入酿置係通過該驅動配置可旋轉地相互 耦合使得該輸入配置戒該附加配置中之一的第—旋轉量引 起該輸入配置或該附加配置中之另—的第二旋轉量，以及 在該追蹤期間保持該預定關係至少部份作為該耦合的一妗 ^ ° ° ’”。 之該追縱 概念10.如概念3之太陽能收集器，其中該光學總成係 經組態成可把—接收方向定義成以對於該輸入軸線有一預 疋接收銳角為特徵的〆向量使得該輸入軸線與該接收方勹 可定義一平面，以及該接收方向由在該平面之中的該輪入 軸線&著~方位角方向向外延伸，藉此基於該輪入配置與 該附加配置的協同旋轉可調整該接收方向以便進行該太陽 配 概念11.如概念1〇之太陽能收集器其中該輪入光學 '、ν'_ °、.、成偏折收到的陽光供該附加光學配署接成 以及該附加光〜 13己置接又， 九予配置係經組態成可接受及重定向偏折後 光線以造成該聚隹。 、 95 201103152 概念12.如概念3之太陽能收集器，其中該輸入配置定 義一至少大體平坦組態，以及該輸入配置包含定義該輸入 孔洞的一平坦輸入表面。 概念13.如概念12之太陽能收集器，其中該輸入配置 係經組態成可偏折收到的光線。 概念14.如概念13之太陽能收集器，其中該附加配置 為在該輸入配置後面以接受來自該輸入配置之光線的一 CPC，以及該CPC係經組態成可造成該聚焦。 概念15.如概念14之太陽能收集器，其中該CPC為一反 射型CPC，其係經組態成可藉由反射接收自該輸入配置的 光線至該聚焦區來進行該聚焦。 概念16.如概念13之太陽能收集器，其中該光學總成 包含在該輸入配置後面以接受來自該輸入配置之光線的一 IOA，以及該IOA係經組態成可造成該聚焦。 概念17.如概念1之太陽能收集器，其中該光學配置用 作用以初始接收陽光的一輸入配置，以及該光學總成包含 在該輸入配置後面以接受來自該輸入配置之陽光以及經組 態成可繞著一附加旋轉軸旋轉的一附加光學配置，以及該 輸入配置與該附加配置係經組態成可至少部份基於該輸入 配置繞著該輸入旋轉軸的該旋轉在進行該追蹤時合作。 概念18.如概念17之太陽能收集器，其中該光學總成 係經組態成可把一接收方向定義成以對於該輸入軸線有一 預定接受銳角為特徵的一向量使得該輸入軸線與該接收方 向可定義一平面，以及該接收方向由在該平面之中的該輸 96 201103152 入軸線沿著一方位角方向向外延伸，藉此至少部份基於該 輸入配置之該旋轉可以旋轉調整該接收方向。 概念19·如概念18之太陽能收集器，其中該輸入光學 配置係經組態成可偏折收到的陽光供該附加光學配置接 受，以及該附加光學配置係經組態成可接受及重定向偏折 後的光線以造成該聚焦。 概念20.如概念17之太陽能收集器，其中該輸入配置 定義一至少大體平坦組態，以及該輸入配置包含定義該輸 入孔洞的一平坦輸入表面。 概念21.如概念20之太陽能收集器，其中該輸入配置 係經組態成可偏折收到的光線供該附加配置接受。 概念22.如概念21之太陽能收集器，其中該附加配置 為在該輸入配置後面以接受來自該輸入配置之光線的一 CPC，以及該CPC係經組態成可造成該聚焦。 概念23.如概念22之太陽能收集器，其中該CPC為一反 射型CPC，其係經組態成可藉由反射接受自該輸入配置的 光線至該聚焦區來進行該聚焦。 概念24. —種光學聚集器，其係包含： 一光學總成，其係具有包含一輸入光學配置的一或更 多光學配置，以及該光學總成係經組態成可： 定義（i)具有用於接收多條輸入光線之一輸入區的一輸 入孔洞，（Π)穿經在該輸入孔洞内之一中央區的一光軸，（iii) 一聚焦區，其係具有實質小於該輸入區以及由該輸入孔洞 沿著該光軸偏移座落於一輸出位置的一表面區使得該光軸 97 201103152 穿經該聚焦區，以及(iv)—接收方向，其係定義為以對於該 光轴在一預定銳角接收位置為特徵的一向量使得該光軸與 該接收方向可定義一平面，以及該接收方向由在該平面之 中的該光軸沿著一方位角方向向外延伸使得至少該輸入配 置可繞著该光軸旋轉用以對準該接收方向以接收至少大約 各與該向量反平行的多條輸入光線， 之後’聚焦該多條輸入光線以向該光軸收歛直到到達 該聚焦區藉此聚焦該輸入光線於該聚焦區。 概念25.如概念24之光學聚集器，其中該聚焦區包含 一給定區以及對於以與該接收方向不對準有至少一特定量 為特徵的至少一些該輸入光線，係藉由落在該聚焦區之該 給定區外來屏棄該輸入光線。 概念26.如概念24之光學聚集器，其中該輸入配置定 義一至少大體平坦組態，以及該輸入配置包含定義該孔洞 的一平坦輸入表面。 概念27.如概念26之光學聚集器，其中該光學總成包 含在該輸入配置後面的一附加光學配置，以及該輸入配置 係經組態成可偏折收到的光線供該附加配置接受。 概念28.如概念27之光學聚集器，其中該附加配置為 組態成可接文來自該輸入配置之光線的一cpc，以及該CPC 係經組態成可造成該聚焦。 概念29.如概念27之光學聚集器，其中該cPC為一反射 型CPC ’其係經組態成可藉由反射接收自該輸入配置的光 線至該聚焦區來進行該聚焦。 201103152 概念30.如概念27之光學聚集器，其中該附加配置為 組態成可接受來自該輸入配置之光線的一IOA，以及該IOA 係經組態成可造成該聚焦。 概念31.如概念30之光學聚集器，其中該IOA係經組態 成可繞著該光軸選擇性地旋轉，以及該輸入配置與該IOA 係經組態成可至少部份基於⑴該輸入配置繞著該光軸之該 旋轉，以及（Π)該IOA之該旋轉在進行該接收及該聚焦時相 互合作。 概念32. —種倒置式偏軸透鏡，其係包含： 具有至少大體平坦組態的一光學配置，該至少大體平 坦組態定義：（i)有一輸入表面區的一平坦輸入表面，以及 (ii)至少大體與其垂直的一旋轉軸；以及， 該光學配置係經組態成： 可把一接受方向定義為以對於該旋轉軸有一預定接受 銳角為特徵的一向量使得該旋轉轴與該接受方向可定義一 平面，以及該接受方向由在該平面之中的該旋轉軸沿著一 固定方位角方向向外延伸使得該光學配置可繞著該軸旋轉 用以對準該接受方向以接受至少大約各與該向量反平行的 多條輸入光線， 之後，使該多條輸入光線透射穿過該光學配置同時聚 焦該多條輸入光線以相互收歛直到到達實質小於該輸入表 面區的一聚焦區藉此聚焦該輸入光線於該聚焦區。 概念33.如概念32之倒置式偏軸透鏡，其中該聚焦區 包含一給定區以及對於以與該接收方向不對準有至少一特 99 201103152 定量為特徵的至少一些該輸入光線，係藉由落在該聚焦區 之該給定區外來屏棄該輸入光線。 概念34.如概念32之倒置式偏軸透鏡，其中該聚焦區 係沿著該旋轉軸偏移該輸入表面區安置使得該旋轉軸穿經 該聚焦區。 概念35.如概念32之倒置式偏軸透鏡，其中該光學配 置更定義至少與該輸入表面大體平行且與其隔開一厚度的 一輸出表面，以及至少一部份該厚度折射該多條輸入光線 以造成該等光線的聚焦。 概念36.如概念32之倒置式偏軸透鏡，其中該光學配 置由一光學材料整體成形。 概念37.如概念36之倒置式偏轴透鏡，其中該光學配 置包含可接受及聚焦該等輸入光線的多個光學稜鏡。 概念38.如概念35之倒置式偏軸透鏡，其中該光學配 置包含組態成可相互合作以接受及聚焦該等輸入光線的多 個光學稜鏡，以及該等稜鏡由一光學材料整體成形。 概念39.如概念38之倒置式偏軸透鏡，其中該多個棱 鏡中之至少一子集係與該輸入表面整體成形。 概念40.如概念38之倒置式偏轴透鏡，其中該多個稜 鏡中之至少一子集係與該輸出表面整體成形。 概念41.如概念38之倒置式偏軸透鏡，其中該多個稜 鏡中之第一子集係與該輸入表面整體成形，以及該多個棱 鏡中之第二子集係與該輸出表面整體成形。 概念42.如概念41之倒置式偏軸透鏡，其中該第一及 100 201103152 ^稜鏡子㈣經合作組態成可相互合作用以接受及聚焦 偽;^入光線以及’其中該第1鏡子集係經組態成可 2輸入的光線供該第二稜鏡子集接受，以及該第二棱鏡 集係經組‘核可造成該等輪人光線之焦。 概念43· -種用於收集及聚集多條相互精之入射太 陽光線的太陽能聚集器’該太陽能聚集器包含如概念第32 Γ倒置式偏軸透鏡，該偏轴透鏡係串聯排列於一輸入光 干配置後面以及該偏轴透鏡的輸入表面面向該輸入配置， t及該倒置式偏軸透鏡與該輪人配置各經組態成可選擇性 旋轉以相互合作使得 該輸入配置-開始可接收該等入射光線以及折偏該等 以產Η間光線供該倒置式偏轴透鏡接受藉此將 该專中間光線定向成至少大約與該接受方向反平行，以及 ==式偏軸魏係_準射接受料巾間光線使 ==線可用作該倒置式偏軸透鏡的該等輸入光線 透鏡的該聚焦區。 、场軸 /概念44.如概念43之太陽能聚集器，其中該輸 係與該旋轉軸對齊，以及該 係經組態成可相互合作以把===與該輸入配置 轉軸有-預定接受㈣鱗 對於該旋 接收方向可定義—平面，^使得該旋轉轴與該 置與該附加配置㈣轉，可賤轉驢該接收方向入配 101 201103152 概念45.如概念43之太陽能聚集器，其中該輸入配置 與該倒置式偏軸透鏡的該旋轉軸同中心地對齊使得該輸入 配置的該選擇性旋轉繞著該旋轉軸打轉。 概念46.如概念45之太陽能聚集器，其中該輸入配置 包含對於該倒置式偏軸透鏡之該旋轉軸呈偏斜的一輸入旋 轉軸使得該輸入配置可對太陽傾斜。 概念47.如概念44之太陽能收集器，包含在該倒置式 偏軸透鏡後面的一接收器，該接收器有面向該偏軸透鏡的 一接收表面且經對齊成該接收表面至少部份與該聚焦區重 疊，以及該接收器係經組態成已聚集輸入光線中至少有一 些會被該接收器吸收及轉換成一能量形式。 概念48.如概念47之太陽能收集器，其中該接收器係 經組態成可把吸收的輸入光線轉換成電能作為該能量形 式。 概念49.如概念48之太陽能收集器，其中該接收器係 經組態成可把吸收的光線轉換成熱能作為該能量形式。 概念50.如概念49之太陽能收集器，其中該接收器係 與一流體有熱交換（thermal communication)以及該接收器 經組態成至少一部份該熱能會傳遞至該流體。 概念51.如概念50之太陽能收集器，其中該接收器係 經組態成可讓一液體通過，以及該熱能中至少有一些會傳 遞至該液體供後續用於該接收器外。 概念52. —種多元件倒置式偏軸光學總成，其係包含： 一光學總成，其係具有包令—第一配置的兩個或更多 102 201103152 光學配置，該第一配置係定義：（i)有一輸入區的一輸入孔 洞，以及(ii)至少大體與其垂直的一旋轉軸；以及 該等光學配置係經組態成可相互合作以便： 把一接受方向定義為以對於該旋轉軸有一預定接受銳 角為特徵的一向量使得該旋轉軸與該接受方向可定義一平 面，以及該接受方向由該平面之中的該旋轉軸沿著一方位 角方向向外延伸，以及至少該第一配置係經支撐成運動受 限於繞著該旋轉軸旋轉用以對準該接受方向以接受至少大 約各與該向量反平行的該多條輸入光線， 之後，聚焦該多條輸入光線以相互收歛直到到達實質 小於該輸入表面區的一聚焦區藉此聚焦該輸入光線於該聚 焦區。 概念53.如概念52之多元件倒置式偏軸光學總成，其 中該第一配置係經定位成初始可接受該多條輸入光線以及 該光學總成包含在該第一配置後面的第二光學配置以收集 來自該第一配置的光線，以及該第一配置與該第二配置係 經組態成可至少部份基於該第一配置繞著該旋轉軸的該旋 轉在進行該接受及該聚焦時合作。 概念54.如概念53之多元件倒置式偏轴光學總成，其 中該第二光學配置係經旋轉固定成使該第二光學配置不可 旋轉。 概念55.如概念53之多元件倒置式偏軸光學總成，其 中該第一配置與該第二配置彼此經固定連接成可同時旋轉 使得該第一配置與該第二光學配置彼此一起合作作為該接 103 201103152 受方向之該對準的一部份。 概念56.如概念53之多元件倒置式偏軸光學總成，其 中該第一光學配置係經組態成可偏折收到的輸入光線以便 被該第二光學配置接受，以及該第二光學配置係經組態成 可收集及重定向偏折後的光線以造成該聚焦。 概念57.如概念53之多元件倒置式偏軸光學總成，其 中該第二配置為一CPC。 概念58. —種用於收集及聚集多條相互平行入射光線 的太陽能聚集器，該太陽能聚集器包含如概念52之多元件 倒置式偏軸光學總成，該偏軸光學總成係串聯排列於一輸 入配置後面而在該倒置式偏軸光學總成之該光軸上與該輸 入配置對齊以及該偏軸光學總成的輸入表面面向該輸入配 置，以及該倒置式偏軸光學總成與該輸入配置各被組態成 可選擇性旋轉以相互合作使得 該輸入配置初始接收該等入射光線以及偏折該等入射 光線以產生中間光線供該倒置式偏軸光學總成接受使得該 等中間光線的取向至少大約與該接受方向反平行，以及 該等中間光線用作該倒置式偏軸光學總成的該等輸入 光線使得該倒置式偏轴光學總成聚集該等中間光線於該倒 置式偏軸光學總成的該聚焦區。 概念59.如概念58之太陽能收集器，其係包含有一接 收表面的一接收器，該接收表面面向該偏軸光學總成且經 對準成該接收表面至少部份與該聚焦區重疊，以及該接收 器經組態成聚集後的輸入光線中至少有一些會被該接收器 104 201103152 吸收及轉換成能量。 概念60. —種用於收集太陽能的方法，該方法包含下 列步驟： 排列一或更多太陽能聚集器於一陣列中以使每個該等 聚集器在該陣列中對齊不變地位於固定位置以及將每個該 等聚集器組態成可定義：（i)一輸入孔洞，其係有一輸入區 使得該太陽能收集器可定位以使各聚集器的該輸入孔洞面 向天空方向以及將該輸入孔洞定向成可接收來自太陽的陽 光，（ii)沿著該天空方向延伸穿過該孔洞的一輸入旋轉軸， 以及(iii)實質小於該輸入孔洞的一聚焦區； 用一光學總成組態每個該等聚集器，該光學總成具有 至少一光學配置以及支撐該光學配置可繞著該輸入軸線旋 轉用來僅僅利用該光學配置繞著該輸入軸線的該旋轉在太 陽的一預定位置範圍内追蹤該太陽使得該旋轉不會改變該 孔洞的方向離開該天空方向；以及 對於在該預定位置範圍内的該等位置中之任何專一， 旋轉定向該光學配置（至少作為該追蹤之一部份）到至少作 為聚集收到陽光至該聚焦區内之一部份的一對應旋轉定 向，供隨後收集以及當太陽能使用。 概念61. —種用於聚焦準直光的方法，該方法包含下 列步驟： 組態一光學IOA配置以便定義：（i)有一輸入表面區的一 平坦IOA輸入表面，以及（ii)至少大體與其垂直的一旋轉 轴；以及 105 201103152 進一步組態該光學IOA配置以便： 把一接受方向定義為以對於該旋轉軸有一預定接受銳 角為特徵的一向量使得該旋轉軸與該接受方向可定義一平 面，以及該接受方向由在該平面之中的該旋轉軸沿著一固 定方位角方向向外延伸使得該光學配置可繞著該軸旋轉用 以對準該接受方向以便接受至少大約各與該向量反平行的 多條輸入光線作為該準直光，使得該多條輸入光線透射穿 過該光學IOA配置以及藉由聚焦該多條輸入光線來聚集以 相互收歛直到到達實質小於該輸入表面區的一聚焦區。 概念62. —種用於聚集多條相互平行之太陽光線的方 法，該方法包含下列步驟： 提供用於初始接收多條入射太陽光線的一輸入光學配 置； 在該輸入配置後面以串聯方式安置概念61之光學IOA 配置以及該光學IOA配置的輸入表面面向該輸入光學配 置； 支撐該光學IOA配置與該輸入配置可相互合作選擇性 旋轉使得該輸入光學配置可重定向該入射太陽光線以產生 一組中間太陽光線供該光學IΟ A配置接受，使得該中間光線 的取向至少大約與該光學IOA配置之該接受方向反平行；以 及 用該光學IOA配置接受該等中間光線使得該等中間光 線可用作該光學IOA配置的該等輸入光線以及(ii)聚集該等 中間光線於該倒置式偏軸透鏡的該聚焦區。 106 201103152 【圖式簡單明；3 第1圖為反射型先前技術太陽能聚集器及其操作的示 意立面圖。 第2圖為折射型先前技術太陽能聚集器及其操作的示 意立面圖。 第3圖為依本揭示内容製成之一光學聚集器具體實施 例的示意透視立面圖，其係圖示聚集器的組件及其操作的 方面。 第4圖為圖解說明一習知偏軸聚集透鏡實施例之操作 的示意立面圖。 第5圖為倒置式偏軸透鏡(I0A)之一具體實施例的示黃 透視圖，其係圖解說明該I 〇 A具體實施例之組件以及與偏折 及聚焦輸入光線有關的操作。 第6圖的示意透視圖係圖解說明與I〇A之旋轉定向有關 的許多方面。 第7A圖及第7B圖的示意透視圖係圖示分別定向成可 用於給定白天之上午及下午的單_I〇A太陽能收集器系統。 第8圖為折光鏡(bender)之一具體實施例的示意立面 圖’其係圖解說明折光鏡與接收多條人射光線有關的操作。 第9圖為折光鏡之-具體實施例的示意立面圖，其係圖 解說明折光鏡之偏折作用的三維性。 第10圖的示意透視圖係圖解說明由與本發明I〇A結合 之折光鏡製成的聚集器之操作。 第11圖的不意立面圖係以有特定方向的入射光為例 107 201103152 (不具限定性）圖解說明雙旋轉聚集器或bric及其操 具體實施例。 解說明折光鏡及其與入射光 第12圖的示意透視圖係_ 有關的操作方面。 第UA圖及第13B圖示意圖_ _不的天空視場係圖解說 在給定太陽蹤跡下有不同㈣集程度供比較用。 第14圖的不意圖係圖解說明經延伸成有利於與太陽路 徑匹配的視場。 第15圖的示意立面圖，其係圖示使用由兩個I〇A組成 之陣列的線性㈣II纟且態，該陣㈣經組態成可接收輸入 光線14及沿著線性目標之軸線聚集光線。 第16A圖及第16B圖為習知雙軸太陽能收集器的透視 圖’其係圖示結構的細節。 第17A圖至第17c圖的示意圖係圖示各可與不同類型 之太陽能收集器或聚集器連繫的3種不同視場。 第18 A圖為由兩個聚集器組成之陣列的一具體實施例 之示意側面圖，；a·及^ + ^ 再係圖示與該陣列之操作有關的細節。 第18Β圖兔楚1 〇 Λ u #第18Α圖之聚集器陣列具體實施例的示意 端面圖。 第18C圖為第18A圖及第18B圖之聚集器陣列具體實施 例的示意平面圖。 第19A圖為有4個聚集器之一分離電池系統具體實施例 的示^彳丨面圖’其係圖示與該系統之操作有關的細節。 第19B圖為第19八圖分離電池系統的示意平面圖，其係 108 201103152 進一步圖示與其操作有關的其他細節。 第20A圖為本發明折光鏡的示意透視圖，其係圖示與彼 之操作有關的細節。 第20B圖為本發明I0A之一具體實施例的示意透視 圖’其係圖示與彼之構造及操作有關的細節。 第21A圖及第21B圖的示意透視圖係圖示可用於聚焦 區之整形的另一 IOA具體實施例。 第22A圖的示意透視圖，其係圖示用於I〇A的折射型配 置以進一步聚焦經重定向的楔形光。 第22B圖的示意透視圖，其係圖示用於I〇A的反射型配 置以進一步聚焦經重定向的楔形光。 第23 A圖及第23B圖為以正交視角繪出之一聚集器具 體實施例的示意立面圖，其係圖示在輸入光線由聚集器在 附圖之平面中處理的特殊情形下該聚集器在不同座標軸平 面中的操作細節。 第24A圖及第24B圖為以正交視角繪出的第23A圖至第 23B圖之聚集器的示意立面圖，其係圖示在光線對座標軸平 面有斜度地進入的示範情形下該聚集器在不同座標軸平面 中的操作細節。 第24C圖為第24A圖及第24B圖之聚集器的示意平面 圖，其係圖示光在進入聚集器後光線在水平座標軸平面的 才又影分量。 第25A圖為一折光鏡具體實施例的示意立面圖，其係圖 不與折光鏡之結構及操作有關的細節。 109 201103152 第25B圖為第25A圖之折光鏡的示意立面圖，其係圖示 與取決於入射光之入射角的陰影有關的其他細節。 第26A圖為使用多元件I〇A之—聚集器具體實施例的 不意立面圖。 第26B圖為聚集器之另—具體實施例的示意立面圖，此 實施例係使用單一元件IOA。 第26C圖為聚集ϋ之又—具體實施例的示意立面圖此 實施例係使用為了造成輸入光線聚集至聚焦區而相互合作 的輸入光學配置與附加光學配置。 第27圖對於特定折光鏡及Ι0Α以矩形示意圖示被太陽 依據年及曰變化穿越的天空覆蓋範圍。 第28圖圖示折光鏡或Ι0Α之操作與其結構中之某些組 態變化有關的細節。 第29Α圖及第29Β圖的放大圖係圖示第28圖折光鏡或 ΙΟΑ之操作與側壁傾斜（第μα圖）及頂點圓化（第29Β圖）有 關的細節。 第30圖以矩形示意圖示被太陽依據年及日變化穿越的 天空覆蓋範圍，其係圖解說明特定折光鏡及ΙΟΑ中稜鏡組態 的變化對於視場損失的影響。 第31圖不意圖示被太陽跨越的天空，其係顯示太陽位 置的年及日變化以及圖解說明以下兩者的折中：增加早晨 及傍晚的天空覆蓋範圍與損失特定幾天午時的天空覆蓋範 圍。 第32圖7R意圖示被太陽跨越的天空，其係顯示太陽位 110 201103152 及保持追 置的年及日變化以及輔助說明折光鏡及I〇A旋轉 蹤能力的有限範圍。 第33A圖為一聚集器具體實施例的示意立面圖，其中折 光鏡與IOA呈傾斜。 第33B圖為第33A圖之聚集器的示意平面圖， 丹1糸圖示 其結構及操作的其他細節。 示 第34圖為有傾斜折光鏡之另一聚集器具體實施例的 意立面圖’其中折光鏡及IOA可用絲線控制。 第35圖為有折光鏡之一聚集器具體實施例的示音 圖，該折光鏡係通過與I0A連接的轂連結使得折光鏡可~ 上旋轉。 兄。在轂 第36圖為一聚集器具體實施例的示意立面圖，其係 示用於使該折光鏡對IOA呈傾斜的斜坡法。 '圖 第37圖的示意平面圖係圖示由4個聚集器組成的—ρ 列具體實_，其係通過_機構而可旋轉㈣互辑~車 用挽!·生驅動構件使該等折光鏡可繞著相關的軸線合作。' 第38圖的示意平面圖係圖示由4個聚集器組成的 陣列具體實施例，其係通過驅動機構而可旋轉地相互 以用齒輪傳動型配置使料折光鏡可繞著相關的轴線二 集器陣 圖，其 圖的示意平面圖係圖示構造成可容納聚 列之面板__太陽 第39B圖為第39A圖之太陽能收集器的示意立面 係圖示其結構叫他細節。 111 201103152 第40圖為有折光鏡、I0A 32及聚集型配置之一聚集器 具體貫施例的示意平面圖，其係圖示其結構之細節。 第41圖為使用多元件ioa之聚集器的示意立面圖。 【主要元件符號說明】 10…太陽能收集器 13…拋物線型反射器 14.. .入射太陽光線 16.. .聚焦區 19.. .接收器 20…聚集型太陽能收集器 23…折射菲涅爾透鏡 26…光學聚集器 26’…折光鏡-IOA聚集器 31…輸入孔洞 32.. .10. 33…折光鏡配置 34…接收方向 39…中間光線 41…聚焦區 44…偏軸聚集透鏡 45…準直輸入光線 47…光軸 54…輸入表面 56…多條平行輸入射線 57…接受方向 60…表面 61·..空間座標軸 64…投影 73…太陽 80.. .單一 IOA太陽能收集器系統 86,86’...位置 92,92’，92”...多條輸出光線 93,93’...折光鏡方向 101…點 103.. .單位輸入向量 104,104’，104”…偏折角度 105…軸線 109.. .聚集器 118…出口圓錐 126，126，".u 軸 127，127，".v 軸 128，128，...z 軸 130，130，·..圖 131.. .輸入表面 112 201103152 133，133’...視場 234...折光鏡 136...位置範圍 235...菲涅爾透鏡 140…圖 236...垂直壁 146...視場 239...斜壁 150...線性聚集器組態 240...示意圖 153...線性目標 241...圓形輸入表面 156...IOA輸出射線 242...小間隙 160,160’...習知單軸追蹤器 243...中央圓 170,170’,170”...視場 244,244’.·.聚集器 173...季節變化 245.··單一元件 IOA 176...日變化 246... Η 187...聚集器配置 247...底面 189...接收器 248...輸入表面 200...折光鏡 249...每日追蹤範圍 202...筒形光柱 250,250’...上頂點 203,203，」OA 251...季節追蹤範圍 205...楔形光 252...輸入光學配置 206,206’...折射鏡 253,253’...下頂點 210...光學配置 255,255’..·輸出表面 215...IOA下表面 256...—對瞄準方向 216...IOA上表面 257...矩形框 220...IOA輸出射線 259...—對瞄準方向 230...折光鏡 260.··輸入孔洞 233...稜鏡 261...固定傾斜角度 113 201103152 264,264’...絲線 283...驅動齒輪 267...馬達 289...面板圍封物 268...馬達 291...反射型聚集器 269...接點 300...聚集型配置 270…轂 301...法向軸線 271...中心柱 303...光伏電池 272...第一斜坡 306...中央旋轉轂 275...第二斜坡 310...聚集器 280...光學配置 114

Claims (1)

1. 201103152 七、申請專利範圍： 1. 一種太陽能收集器，其係包含： 一或更多太陽能聚集器，彼等係經排列成一陣列， 使得該等聚集器中之每一者在該陣列中以固定的對準 方式而位於固定之位置，以及該等聚集器中之每一者係 經組態成可定義⑴一輸入孔洞，其係有一輸入區使得該 太陽能收集器可定位以使各聚集器的該輸入孔洞面向 天空方向，藉此將該輸入孔洞定向成可接收來自太陽的 陽光，（ii)沿著該天空方向延伸穿過該孔洞的一輸入旋 轉軸，以及（iii)實質小於該孔洞區的一聚焦區，以及該 等聚集器中之每一者係包含具有至少一光學配置的一 光學總成，該至少一光學配置係經支撐成可繞著該輸入 軸線旋轉，以在太陽的一預定位置範圍内追蹤該太陽， 其係僅僅利用該光學配置繞著該輸入軸線的該旋轉，使 得該旋轉不會使該孔洞的方向改變離開該天空方向， 其中對於在該預定位置範圍内的該等位置中之任 何專一位置，該光學配置係經旋轉定向（至少作為該追 蹤之一部份）到作為聚集該聚焦區内之收到陽光的至少 一部份的一對應旋轉定向，供隨後收集以及當太陽能使 用。 2. 如申請專利範圍第1項之太陽能收集器，其中對於該太 陽的該等位置中之該專一位置，經由旋轉該光學配置離 開該對應旋轉定向所造成的旋轉不對準會造成該收到 陽光中至少有一些被引導至該聚焦區外。 115 201103152 3. 如申請專利範圍第1項之太陽能收集器，其中該光學配 置用作用以初始接收陽光的一輸入配置，以及該光學總 成包含在該輸入配置後面以接受來自該輸入配置之陽 光以及經組態成可繞著一附加旋轉軸旋轉的一附加光 學配置，以及該輸入配置與該附加配置係經組態成至少 部份基於以下兩者的預定關係在進行該追蹤時相互合 作：⑴該輸入配置繞著該輸入旋轉軸的該旋轉，以及(Π) 該附加配置繞著該附加旋轉軸的旋轉，以聚焦收到的陽 光至該聚焦區内。 4. 如申請專利範圍第3項之太陽能收集器，其中該附加旋 轉軸與該輸入旋轉軸至少大約相互平行。 5. 如申請專利範圍第3項之太陽能收集器，其中該附加旋 轉軸與該輸入旋轉軸係彼此共線。 6. 如申請專利範圍第3項之太陽能收集器，其中該輸入光 學配置係經組態成可偏折收到的陽光供該附加光學配 置接受，以及該附加光學配置係經組態成可接受及重定 向偏折後的光線以造成該聚焦。 7. 如申請專利範圍第3項之太陽能收集器，其係包含由兩 個或更多該等太陽能聚集器組成的一組群，以及一驅動 機構在該組群中旋轉耦合所有該等輸入配置以集體旋 轉所有該等輸入配置’同時在該追縱期間使所有該等輸 入配置保持至少大約相同的旋轉定向，來至少作為造成 該等光學總成在該組群中可以同步方式追蹤太陽的一 部份。 116 201103152 8. 如申請專利範圍第7項之太陽能收集器，其中該驅動機 構更被組態成可在該組群中旋轉耦合所有該等附加配 置以集體旋轉所有該等附加配置，同時在該追蹤期間使 所有該等附加配置保持至少大約相同的旋轉定向，來至 少作為造成該等光學總成在該組群中可以該同步方式 追蹤太陽的一部份。 9. 如申請專利範圍第8項之太陽能收集器，其中每個聚集 器的該附加配置與該輸入配置係通過該驅動配置可旋 轉地相互耗合，使得該輸入配置或該附加配置中之一的 第一旋轉量引起該輸入配置或該附加配置中之另一的 第二旋轉量，以及在該追蹤期間保持該預定關係至少部 份作為該輛合的一結果。 10. 如申請專利範圍第3項之太陽能收集器，其中該光學總 成係經組態成可把一接收方向定義成以對於該輸入軸 線有一預定接收銳角為特徵的一向量使得該輸入軸線 與該接收方向可定義一平面，以及該接收方向由在該平 面之中的該輸入軸線沿著一方位角方向向外延伸，藉此 基於該輸入配置與該附加配置的協同旋轉可調整該接 收方向以便進行該太陽之該追蹤。 11. 如申請專利範圍第10項之太陽能收集器，其中該輸入光 學配置係經組態成可偏折收到的陽光供該附加光學配 置接受，以及該附加光學配置係經組態成可接受及重定 向偏折後的光線以造成該聚焦。 12. 如申請專利範圍第3項之太陽能收集器，其中該輸入配 117 201103152 置定義一至少大體平坦組態，以及該輸入配置包含定義 該輸入孔洞的一平坦輸入表面。 13. 如申請專利範圍第12項之太陽能收集器，其中該輸入配 置係經組態成可偏折收到的光線。 14. 如申請專利範圍第13項之太陽能收集器，其中該附加配 置為在該輸入配置後面以接受來自該輸入配置之光線 的一CPC，以及該CPC係經組態成可造成該聚焦。 15. 如申請專利範圍第14項之太陽能收集器，其中該CPC為 一反射型CPC，其係經組態成可藉由反射接收自該輸入 配置的光線至該聚焦區來進行該聚焦。 16. 如申請專利範圍第13項之太陽能收集器，其中該光學總 成包含在該輸入配置後面以接受來自該輸入配置之光 線的一IOA，以及該IOA係經組態成可造成該聚焦。 17. 如申請專利範圍第1項之太陽能收集器，其中該光學配 置用作用以初始接收陽光的一輸入配置，以及該光學總 成包含在該輸入配置後面以接受來自該輸入配置之陽 光以及經組態成可繞著一附加旋轉軸旋轉的一附加光 學配置，以及該輸入配置與該附加配置係經組態成可至 少部份基於該輸入配置繞著該輸入旋轉軸的該旋轉在 進行該追蹤時合作。 18. 如申請專利範圍第17項之太陽能收集器，其中該光學總 成係經組態成可把一接收方向定義成以對於該輸入軸 線有一預定接受銳角為特徵的一向量使得該輸入軸線 與該接收方向可定義一平面，以及該接收方向由在該平 118 201103152 面之中的該輸入軸線沿著一方位角方向向外延伸，藉此 至少部份基於該輸入配置之該旋轉可以旋轉調整該接 收方向。 19. 如申請專利範圍第18項之太陽能收集器，其中該輸入光 學配置係經組態成可偏折收到的陽光供該附加光學配 置接受，以及該附加光學配置係經組態成可接受及重定 向偏折後的光線以造成該聚焦。 20. 如申請專利範圍第17項之太陽能收集器，其中該輸入配 置定義一至少大體平坦組態，以及該輸入配置包含定義 該輸入孔洞的一平坦輸入表面。 21. 如申請專利範圍第20項之太陽能收集器，其中該輸入配 置係經組態成可偏折收到的光線供該附加配置接受。 22. 如申請專利範圍第21項之太陽能收集器，其中該附加配 置為在該輸入配置後面以接受來自該輸入配置之光線 的一CPC，以及該CPC係經組態成可造成該聚焦。 23. 如申請專利範圍第22項之太陽能收集器，其中該CPC為 一反射型CPC，其係經組態成可藉由反射接受自該輸入 配置的光線至該聚焦區來進行該聚焦。 24. —種光學聚集器，其係包含： 一光學總成，其係具有包含一輸入光學配置的一或 更多光學配置，且該光學總成係經組態成可： 定義⑴一輸入孔洞，其具有用於接收多條輸入光線 之一輸入區，（ii)一光軸，其通過在該輸入孔洞内之一 中央區，（iii)一聚焦區，其係具有實質小於該輸入區之 119 201103152 一表面區，且該表面區座落於一輸出位置，該輸出位置 係由該輸入孔洞沿著該光軸偏移，使得該光軸通過該聚 焦區，以及(iv)—接收方向，其係定義為一向量，該向 量係以相對於該光軸之一預定銳角接收位置為特徵，使 得該光軸與該接收方向可定義一平面，以及該接收方向 由在該平面之中的該光軸沿著一方位角方向向外延 伸，使得至少該輸入配置可繞著該光軸旋轉以便對準該 接收方向以接收至少大約各與該向量反平行的多條輸 入光線，以及 之後，聚焦該多條輸入光線以向該光軸收歛直到到 達該聚焦區，藉此將該輸入光線聚集於該聚焦區。 25. 如申請專利範圍第24項之光學聚集器，其中該聚焦區包 含一給定區以及對於以與該接收方向不對準有至少一 特定量為特徵的至少一些該輸入光線，係藉由落在該聚 焦區之該給定區外來屏棄該輸入光線。 26. 如申請專利範圍第24項之光學聚集器，其中該輸入配置 定義一至少大體平坦組態，以及該輸入配置包含定義該 孔洞的一平坦輸入表面。 27. 如申請專利範圍第26項之光學聚集器，其中該光學總成 包含在該輸入配置後面的一附加光學配置，以及該輸入 配置係經組態成可偏折收到的光線供該附加配置接受。 28. 如申請專利範圍第27項之光學聚集器，其中該附加配置 為組態成可接受來自該輸入配置之光線的一 CPC，以及 該CPC係經組態成可造成該聚焦。 120 201103152 29. 如申請專利範圍第27項之光學聚集器，其中該CPC為一 反射型CPC，其係經組態成可藉由反射接收自該輸入配 置的光線至該聚焦區來進行該聚焦。 30. 如申請專利範圍第27項之光學聚集器，其中該附加配置 為組態成可接受來自該輸入配置之光線的一IOA，以及 該IOA係經組態成可造成該聚焦。 31. 如申請專利範圍第30項之光學聚集器，其中該IOA係經 組態成可繞著該光軸選擇性地旋轉，以及該輸入配置與 該IOA係經組態成可至少部份基於⑴該輸入配置繞著該 光軸之該旋轉，以及（ii)該IOA之該旋轉在進行該接收及 該聚焦時相互合作。 32. —種倒置式偏軸透鏡，其係包含： 具有至少大體平坦組態的一光學配置，該至少大體 平坦組態定義：（i)有一輸入表面區的一平坦輸入表面， 以及(ii)至少大體與其垂直的一旋轉軸；以及， 該光學配置係經組態成： 將一接受方向定義為一向量，該向量以對於該旋轉 軸有一預定接受銳角為特徵，使得該旋轉軸與該接受方 向可定義一平面，且該接受方向由在該平面之中的該旋 轉軸沿著一固定方位角方向向外延伸，使得該光學配置 可繞著該軸旋轉用以對準該接受方向，以接受至少大約 各與該向量反平行的多條輸入光線，以及 之後，使該多條輸入光線透射通過該光學配置同時 聚焦該多條輸入光線以相互收歛直到到達實質小於該 121 201103152 輸入表面區的一聚焦區，藉此將該輸入光線聚集於該聚 焦區。 33. 如申請專利範圍第32項之倒置式偏軸透鏡，其中該聚焦 區包含一給定區以及對於以與該接收方向不對準有至 少一特定量為特徵的至少一些該輸入光線，係藉由落在 該聚焦區之該給定區外來屏棄該輸入光線。 34. 如申請專利範圍第32項之倒置式偏軸透鏡，其中該聚焦 區係沿著該旋轉軸偏移該輸入表面區安置使得該旋轉 軸穿經該聚焦區。 35. 如申請專利範圍第32項之倒置式偏軸透鏡，其中該光學 配置更定義至少與該輸入表面大體平行且與其隔開一 厚度的一輸出表面，以及至少一部份該厚度折射該多條 輸入光線以造成該等光線的聚焦。 36. 如申請專利範圍第32項之倒置式偏軸透鏡，其中該光學 配置由一光學材料整體成形。 37. 如申請專利範圍第36項之倒置式偏軸透鏡，其中該光學 配置包含可接受及聚焦該等輸入光線的多個光學棱鏡。 38. 如申請專利範圍第35項之倒置式偏軸透鏡，其中該光學 配置包含組態成可相互合作以接受及聚焦該等輸入光 線的多個光學棱鏡，以及該等棱鏡由一光學材料整體成 形。 39. 如申請專利範圍第38項之倒置式偏軸透鏡，其中該多個 稜鏡中之至少一子集係與該輸入表面整體成形。 40. 如申請專利範圍第38項之倒置式偏軸透鏡，其中該多個 122 201103152 棱鏡中之至少一子集係與該輪出表面整體成形。 4L如申請專利範圍第38項 的體成/ 個 挤浐中夕笛一工隹/ j置式偏轴透鏡’其中轅多 ^ ^ Ά與該輪人表面整體成形，β及1夕 個"二1之第二子集係與該輪出表面整體成形。〜 42.如申請專利卿41奴倒置式 以及 之該 線 及第二棱鏡子集係經合作組態成可相互合作 及聚焦該等輸入光線，以及，其中該第一棱鏡子^ 組態成可偏折輸入的光線供該第二稜鏡子集接受，、攻 該第二稜鏡子集係經組態成可造成該等輸入光 聚焦 …/反干仃之入射太陽光 太陽能聚集器’該太陽能聚集器包含如中請專利範圍第 32項之倒置式偏軸透鏡’該姉透鏡係㈣排列於 光予配置後面以及該偏袖透鏡的輸人表面面向該輪 入配置’以及該倒置式偏軸透鏡與該輸人配置各經組蘇 成可選擇，輯轉以相互合作使得 、 上★該輸入配置一開始可接收該等入射光線以及折偏 。亥等入射光相產生巾間光線，該#巾間光線藉由該倒 置式偏軸透鏡接受，藉此將該等中間光線定向成至少大 '勺與垓接受方向反平行，以及 該倒置式偏軸透鏡係經對準成可接受該等中間光 線，使得該等中間光線可用作該倒置式偏軸透鏡的該等 輪入光線，且該倒置式偏軸透鏡聚集該等中間光線至該 倒置式偏軸透鏡的該聚焦區。 123 201103152 44. 如申請專利範圍第43項之太陽能聚集器，其中該輸入配 置係與該旋轉軸對齊，以及該倒置式偏軸透鏡與該輸入 配置係經組態成可相互合作以把一接收方向定義成以 對於該旋轉軸有一預定接受銳角為特徵的一向量使得 該旋轉軸與該接收方向可定義一平面，以及該接收方向 由該平面之中的該旋轉軸沿著一方位角方向向外延 伸，藉此基於該輸入配置與該附加配置的協同旋轉，可 以旋轉調整該接收方向。 45. 如申請專利範圍第43項之太陽能聚集器，其中該輸入配 置與該倒置式偏軸透鏡的該旋轉軸同中心地對齊使得 該輸入配置的該選擇性旋轉繞著該旋轉軸打轉。 46. 如申請專利範圍第45項之太陽能聚集器，其中該輸入配 置包含對於該倒置式偏軸透鏡之該旋轉軸呈偏斜的一 輸入旋轉軸使得該輸入配置可對太陽傾斜。 47. 如申請專利範圍第44項之太陽能收集器，包含在該倒置 式偏軸透鏡後面的一接收器，該接收器有面向該偏軸透 鏡的一接收表面且經對齊成該接收表面至少部份與該 聚焦區重疊，以及該接收器係經組態成已聚集輸入光線 中至少有一些會被該接收器吸收及轉換成一能量形式。 48. 如申請專利範圍第47項之太陽能收集器，其中該接收器 係經組態成可把吸收的輸入光線轉換成電能作為該能 量形式。 49. 如申請專利範圍第48項之太陽能收集器，其中該接收器 係經組態成可把吸收的光線轉換成熱能作為該能量形 124 201103152 式。 50. 如申請專利範圍第49項之太陽能收集器，其中該接收器 係與一流體有熱交換以及該接收器經組態成至少一部 份該熱能會傳遞至該流體。 51. 如申請專利範圍第50項之太陽能收集器，其中該接收器 係經組態成可讓一液體通過，以及該熱能中至少有一些 會傳遞至該液體供後續用於該接收器外。 52. —種多元件倒置式偏軸光學總成，其係包含： 一光學總成，其係具有包含一第一配置的兩個或更 多光學配置，該第一配置係定義：⑴有一輸入區的一輸 入孔洞，以及（ii)至少大體與其垂直的一旋轉軸；以及 該等光學配置係經組態成可相互合作以便： 把一接受方向定義為一向量，該向量以對於該旋轉 軸有一預定接受銳角為特徵，使得該旋轉軸與該接受方 向可定義一平面，且該接受方向由該平面之中的該旋轉 軸沿著一方位角方向向外延伸，以及至少該第一配置係 經支撐成運動受限於繞著該旋轉轴旋轉用以對準該接 受方向，以接受至少大約各與該向量反平行的該多條輸 入光線，以及 之後，將該多條輸入光線聚焦至相互收歛直到到達 實質小於該輸入表面區的一聚焦區，藉此將該輸入光線 聚集於該聚焦區。 53. 如申請專利範圍第52項之多元件倒置式偏軸光學總 成，其中該第一配置係經定位成初始可接受該多條輸入 125 201103152 光線以及該光學總成包含在該第一配置後面的第二光 學配置以收集來自該第一配置的光線，以及該第一配置 與該第二配置係經組態成可至少部份基於該第一配置 繞著該旋轉軸的該旋轉在進行該接受及該聚焦時合作。 54. 如申請專利範圍第53項之多元件倒置式偏軸光學總 成，其中該第二光學配置係經旋轉固定成使該第二光學 配置不可旋轉。 55. 如申請專利範圍第53項之多元件倒置式偏軸光學總 成，其中該第一配置與該第二配置彼此經固定連接成可 同時旋轉使得該第一配置與該第二光學配置彼此一起 合作作為該接受方向之該對準的一部份。 56. 如申請專利範圍第53項之多元件倒置式偏軸光學總 成，其中該第一光學配置係經組態成可偏折收到的輸入 光線以便被該第二光學配置接受，以及該第二光學配置 係經組態成可收集及重定向偏折後的光線以造成該聚 焦。 57. 如申請專利範圍第53項之多元件倒置式偏軸光學總 成，其中該第二配置為一CPC。 58. —種用於收集及聚集多條相互平行入射光線的太陽能 聚集器，該太陽能聚集器包含如申請專利範圍第52項之 多元件倒置式偏軸光學總成，該偏軸光學總成係串聯排 列於一輸入配置後面，而在該倒置式偏軸光學總成之該 光軸上與該輸入配置對齊以及該偏軸光學總成的輸入 表面面向該輸入配置，以及該倒置式偏軸光學總成與該 126 201103152 輸入配置各被組態成可選擇性旋轉以相互合作使得 該輸入配置初始接收該等入射光線以及偏折該等 入射光線以產生中間光線供該倒置式偏軸光學總成接 受，以使得該等中間光線係至少大約定向為與該接受方 向反平行，以及 該等中間光線用作該倒置式偏軸光學總成的該等 輸入光線，以使得該倒置式偏軸光學總成聚集該等中間 光線於該倒置式偏轴光學總成的該聚焦區。 59. 如申請專利範圍第58項之太陽能收集器，其係包含有一 接收表面的一接收器，該接收表面面向該偏軸光學總成 且經對準成該接收表面至少部份與該聚焦區重疊，以及 該接收器經組態成聚集後的輸入光線中至少有一些會 被該接收器吸收及轉換成能量。 60. —種用於收集太陽能的方法，該方法包含下列步驟： 排列一或更多太陽能聚集器於一陣列中，以使該等 聚集器中之每一者以固定之對準方式定位於固定位 置，以及將該等聚集器中之每一者組態成可定義：（i) 一輸入孔洞，其係有一輸入區，使得該太陽能收集器可 定位以使各聚集器的該輸入孔洞面向天空方向，且將該 輸入孔洞定向成可接收來自太陽的陽光，（Π)沿著該天 空方向延伸穿過該孔洞的一輸入旋轉軸，以及(iii)實質 小於該輸入孔洞的一聚焦區； 用一光學總成來組態該等聚集器中之每一者，該光 學總成具有至少一光學配置以及支撐該光學配置可繞 127 201103152 著該輸入軸線旋轉以在太陽的一預定位置範圍内追蹤 該太陽，其僅僅利用該光學配置繞著該輸入軸線的該旋 轉，以使得該旋轉不會使該孔洞的方向改變離開該天空 方向；以及 對於在該預定位置範圍内的該等位置中之任何專 一位置，旋轉定向該光學配置（至少作為該追蹤之一部 份）到作為聚集該聚焦區内之收到陽光的至少一部份的 一對應旋轉定向，供隨後收集以及當太陽能使用。 61. —種用於聚焦準直光的方法，該方法包含下列步驟： 組態一光學IOA配置以定義：⑴具有一輸入表面區 的一平坦IOA輸入表面，以及(ii)至少大體與其垂直的一 旋轉軸；以及 進一步組態該光學IOA配置，以： 將一接受方向定義為一向量，該向量以對於該旋轉 軸有一預定接受銳角為特徵，使得該旋轉轴與該接受方 向可定義一平面，且該接受方向由在該平面之中的該旋 轉軸沿著一固定方位角方向向外延伸，使得該光學配置 可繞著該軸旋轉用以對準該接受方向，以接受至少大約 各與該向量反平行的多條輸入光線作為該準直光，使得 該多條輸入光線透射穿過該光學IOA配置以及藉由聚焦 該多條輸入光線來聚集以相互收歛直到到達實質小於 該輸入表面區的一聚焦區。 62. —種用於聚集多條相互平行之太陽光線的方法，該方法 包含下列步驟： 128 201103152 提供用於初始接收多條入射太陽光線的一輸入光 學配置； 在該輸入配置後面以串聯方式定位如申請專利範 圍第61項之光學IOA配置，其中該光學IOA配置的輸入 表面係面向該輸入光學配置； 支撐該光學IOA配置與該輸入配置可相互合作選擇 性旋轉，使得該輸入光學配置可重導向該入射太陽光線 以產生一組中間太陽光線供該光學IOA配置接受，使得 該中間光線至少大約定向成與該光學IΟ A配置之該接受 方向反平行；以及 用該光學IOA配置接受該等中間光線，使得該等中 間光線可用作該光學IOA配置的該等輸入光線以及（ii) 聚集該等中間光線於該倒置式偏軸透鏡的該聚焦區。 129