TW201123500A - Collector element, solar cell arrangement, and solar cell installation - Google Patents

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TW201123500A
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solar cell
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Ingo Ramsteiner
Kai Garnier
Hendrik Boedeker
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Bosch Gmbh Robert
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Description

201123500 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明關於一種太陽電池裝置的集能器元件，該集能 器元件的一集能器殼體中含有一充填物，該集能器殼體設 汁成可打開及再關閉者，該充填物具有一螢光顏料，此外 還關於一種太陽電池裝置及一種太陽電池設備，其設有一 個這種太陽電池的集能器元件。 【先前技術】 近年在再生此源的領域有很大成長。許多種研究過且 7曰已以工業規模實施的能量獲得方式為將陽光作光電池 方式（photoveltaisch，英：photovoltaic)轉換成電能〔簡稱： 光電池（PV)〕。除了由於法律規定外，還因為化石源長期明 顯增加的成本迫使人們在光電池設備方面投資，但整體 上，用傳統方式得到的能量往往比起用光電池產生的能量 有利得多。 光電池技術的主要成本因素為太陽電池的製造，因為 生產相關的原料及將之加工的成本高。因此在七〇年代已 有人主張，在PV電池中轉換之前將太陽輻射線集中，以將 所用的P V材料大大減少並節省成本。除了傳統光學聚焦元 件（面鏡、透鏡等）還有人主張使用所謂的螢光聚集器。 它們係為一大型透明的接收層（例如由玻璃、1>1^11^八等 構成)：f光顏料埋入到該層之上或之中，營光顏料以寬頻 帶方式吸收入射光並再以較低而窄頻帶的光譜再發射出 201123500 去。「再發射」（Re-emission)—般呈;各向同性（isotr〇p)方式 6所有二間方向發射。然而在上述接收層或相關之方形接 收體（以下稱集極）卻能將大部分螢光輻射集中到一些側 面’其中利用在層或物體界面的全犮射效應，另外在特定 面使用面鏡。如此可將大部分螢光輻射利用反射偏向，直 它照到特定的側面上為止，在上述側面上設有_太陽電 池，其尺寸配合該側面，藉著調整接收層或集能器體的尺 寸，特別是接收面對太陽電池面積的比例，可如所願將入 射之太陽輻射線集中到一較小的太陽電池面積。 當作螢光顏料使用的物質須滿足一些先決條件，以符 合螢光收集器的高效率。因此，顏料的吸收光譜與發射光 譜須涇渭分明’如有必要可能在一構造中使用數種顏料， 這..依先則技術俾利用各具有一種顏料系統的數個收 的串列設置達成。 ° 迄今的研究，適合的物質主要有二類：其一為有機營 光顏料（舉例而言它們也可用於顏料雷射）。第二類為奈来粒 子。但上述這兩_料都有缺點，有機顏料的在PV電池的 典型使用哥命(約2〇年)過程白化(褪色⑽ :，這點使榮光集能器的效率大大減少。而奈米材料要和 技广抗衡，其製造太貴。因此之故，目前基於成本 里由，，、使用有機顏料。 勞光顏料會白 卜g阳 f白化且因此須更換的這一點 的領域基本上已為人知。因此在顏料雷射中^ 、欠乂冋速率系動通過共振器（往往呈自由噴流方式），俾藉 201123500 者恆定的更換將由於極端光強度造成的快速白 由於在用有機鲔4立4。 補4員。 機顏枓刼作的螢光集能器的 的問題，故在美專利J a砜有很相似 4，149,902已提到將有機顏料以γ 體溶液方式充刭隹处β 士 何願料以液 态中且在需要時將溶液放掉，俾 新溶液取代它，此原 干俾利用 可配合任何預設的办晚 日]^狀幾乎 點：第一…广广。但有這種優點同時也有明顯缺 /合攻所含的顏料會與鄰界的層交換，這έ兴 而除去。層上且不再能藉著將液體放掉 s於技術錯誤，使得在顏料放掉或、、 時，液體跑到周圍環境。這點不會造成環境的化學^ :且由於有機顏料本身強力的顏色效應，即使高度稀 會對環境的觀瞻造成嚴重影響。 【發明内容】 依本發明主張將該有機顏料封囊到塑膠或玻璃的顆粒 ’並使用該封囊取代上述液體。個別的顆粒球遠小 =充填的集能器的幾何尺寸，因此在充填過程不會造成堵 —在本發明的-實施例中，集能器用水或另一透明之儘 量不污染環境的液體介質充填"匕介質除了可為液體外， 也可為-糊膏(Paste)或一凝膠體(Gel)，且在另一實 可以水為基礎製造。在製造程序時再調整顆粒的粒子的折 射指H它相當於該液體、糊膏或凝膠體介f的折心 數，因此在粒子-介質之間的面上不再會有折射現象。9 201123500 如果粒子（特別县# 11+、、 密产，則也彳卩右 ’ 0的密度等於環繞它們的液體 在度，則也很有利，如此粒子 ,φ ^ M 1与刀佈且不會下沈或上浮0 如果將顆粒球的座概「彳 诚 厚擦（nbol()glseh)性質作配合調整，則 该顆粒.液體混合物的性質 ^ 則 貝诉枯稠液體，且因此可經一 較小開口送入及送出隹钟哭 、 在A。。 出集。依此，在本發明另一實施例， 集也？§殼體有一可封閉沾/妓_ 、 Γ封閉的供應口及-可封閉的流出口。更 進一步的特點中，集能5|蹲制也士 r 罘此态八又體為方形，且供應口設在一個 第一狹端侧面之上或斤，&、ώ , 上次附近，而流出口設在一個與第一狹端 側面對立的第二狹端側面之上或附近。 用此方式，該集能器充填物舉例而言也可在一在傾斜 的屋頂的「屋頂内設備」（In_Dach如训―，從房子内 側利用簡單的管路更新’而不㈣上屋頂。在此可將數個 集能器經由一接頭#應。在一種屋頂上設備 (Auf-Dach-Installation)的場合如果屋頂不穿孔，則可由外充 填。反之，如果可做孔，則也可由内作充填，其中可使用 連接到屋頂的元件以作充填。當屋頂為平坦時，爬上屋頂 一般沒問@ ’因此在此接頭也設在外面，如果在充填及排 定時，由於操作錯誤使顆粒跑出，則在所有上述情形中， 顆粒可簡單地收集甚至再利用。 此外本發明的優點及功能在以下說明中利用圖式敘 述0 【實施方式】 圖1的示意橫截面圖顯示一太陽電池裝置（1〇)的功能
S 6 201123500 原理，它具有輻射線集能器，入射的輻射線（陽光）在其中跑 到一方形集能器元件（1丨）的主表面上，在其中產生螢光輻射 線，且螢光由該處〔一般利用一面鏡，英： nnrror)〕偏轉到一太陽電池（13)。此集能器元件（u)可由玻 璃或一塑膠（如PMMA)構成，它在圖i中所示之實施例中在 向光的表面有一螢光層（14)，螢光顏料沈積到該層中。螢光 顏料將照過來的光L轉換成螢光L，，螢光L，在集能器元件 (11)表面及面鏡（12)上數次反射後，最後大部分跑到太陽電 池（13)的表面並在該處轉換成電能。 圖2的變更實施例顯示一太陽電池裝置（2〇)，它包含一 集能器兀件（21)、一個面鏡（22)及太陽電池（23)，其中，此 處集能器元件（21)由一用螢光顏料著色的塊件構件。 圖3的另一變更實施例顯示一太陽電池裝置（3〇)，它基 本上一如圖丨及圖2的裝置建構，但其中該集能器元件〇 U 有一集能器殼體（3U)，它具有一可關閉的供應孔（31b)及一 流出口 (3U) ’該殼體用一含有一螢光顏料的溶液(3id)充 真如果顏料受到入射光造成的退化達到一預定界限值， 則可經該口（3 lb)及（31c)將含螢光顏料的溶液更換。 圖4顯示一本發明的太陽電池裝置，其構造和圖3相 似’因此和圖3相同的部分用相同圖號。但此處集能器元 件mi)的集能器殼體（41a)有一埋入一無色液體（4id)中的顆 粒’由粒子（41e)構成，它們含有—勞光顏料。粒子（4⑷由 一不溶於液體（41d)中的材料構成，且特別可具有一種構造 (圖未示），在這種構造中，含有營光顏料的物質或顏料本身 201123500 封入在一封套中，封套的折射指數配合液體（4w)的折射指 數設定。粒子（41e)的密度和液體（41d)相當，因此粒子保持 句勻.刀佈在液體中，且可防止在較長期操作時下沈。帶有 顆粒粒子的液體可經開a(41b)及（41e)更換，以將消耗的登 光顏料在相當的操作期間後利用具新鮮顏料的粒子更換。 圖5a〜5c中顯示在一屋頂（R)之中或之上的太陽電池 裝置（圖未示）的本發明集能器元件（41)的設備的各種不同變 更例，特別可看出’在圖53的「屋頂内設備」，一供應管 路（44)及一流出管路（45)各具有相關之閥（不特別圖示），且 认在屋頂下方在建築物内部，且可在集能器元件附近穿過 屋頂》此外，圖5b顯示在屋頂上相關之供應管路（44，）和流 出&路（45 )的特別簡單的設置，而圖5c顯示，即使在「屋 頂上設備」的場合，供應及流出管路也可設在屋頂下，且 可設連接管路穿過屋頂到集能器元件。 此外，本發明的實施例並不限於上述粒子所述之方 面’而只由申請專利範圍的保護範圍限制。 【圖式簡單說明】 圖1〜圖3係依先前技術之具有集能器元件的太陽電池 裝置， 圖4係具有一本發明的集能器元件的太陽電池裝置， 圖5a〜5c係在一屋頂之中或之上的具有一本發明的集 能器元件的太陽電池設備的示意圖。
S 8 201123500 【主要元 件符號 說 明 ] (10) 太 陽 電 池 裝 置 (11) 集 能 器 元 件 (12) 面 鏡 (13) 太 陽 電 池 (14) 螢 光層 (20) 太 陽 電 池 裝 置 (21) 集 能. 器 元 件 (22) 面 鏡 (23) 太 陽 電 池 (3〇) 太 陽 電 池 裝 置 (31) 集 能 器 元 件 (31a) 集 能 器 殼 體 (31b) 供 應 孔 (31c) 流 出 口 (31d) 溶 液 (40) 太 陽 電 池 裝 置 (41) 集 能 器 元 件 (41a) 集 能 器 殼 體 (41b) 開 D (41c) 開 口 (41d) 液 體 (41e) 粒 子 (44) 供 應 管 路 201123500 (44，） 供應管路 (45) 流出管路 (45，） 流出管路 L 光 L, 螢光 R 屋頂

Claims (1)

  1. 201123500 七、申請專利範圍： 1· 一種太陽電池裝置（40)的集能器元件（41)，該集能器 兀件（41)的一集能器殼體（4U)中含有一充填物，該集能器殼 體（41a)設計成可打開及再_者該充填物具有，營光顏 料’其中該螢光顏料至少有—部分的量（且宜為大部分或全 部）封入一種顆粒的粒子（41e)中，該粒子具有透光的粒子 壁。 2·如申請專利範圍第1項之集能器元件，其中： 淖子（4 1 e)埋入一透光的液體（4〖d)或糊膏或凝膠體 中〇 3,如申請專利範圍第2項之集能器元件，其中： 』該粒子（41e)的壁的材料及該液體（41句或糊膏或凝膠體 選設成使其折射指數在該螢光顏料的發射波長或主要的發 射波長時都相同。 4_如申請專利範圍等2或第3項之集能器元件，其中： 該液體（41d)為水。 5.如申請專利範圍第2或第3項之集能器元件，其中： 該液體（41d)或糊膏;或凝膠體係以水為基礎形成。 6·如前述申請專利範圍中任一項之集能器元件，其中： 該集能器殼體（41a)有-可封閉的供應口⑽)及一可封 閉的流出口（41c)。 7·如申請專利範圍第6項之集能器元件，其中： 該集能器殼體（41a)為方形，且該供應口⑽)設在—第 -狹端面之上或附近，而該流出D(41e)設在—個與該第— 11 201123500 狹端面對立的第二狹端面或附近。 8·—種太陽電池裝置（40)，其具有一種如前述申專利範 圍任一項的集能器元件（41)。 9.—種屋頂（R)的太陽電池設備「其具有依申請專利範 圍第6或第7項的一種集能器元件（4U)，其中在該屋頂下 方之中或下方固定一用於供應的供應管路（44)及一用於該 集能器元件流出的流出管路（45，）。 1〇·種屋頂上的太陽電池設備，具有申請專利範圍第 6或第7項之集能器元件，其中： 用於供應該集能器元件的供應管路（44，）與一用於從 集能器元件流出的流出管路(45，)固定在屋頂下方或在集能 ^件附近穿過屋頂且在進一步的走勢中固定在屋頂下 八、圖式： (如次頁）
    12
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