TW201234624A - Focusing solar light guide module - Google Patents

Description

201234624 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本提案係有關於一種聚焦型太陽能導光模組，尤其是一種導 光板具有微結構的設計，令太陽光藉由微結構的設計形成二次反 射之聚焦型太陽能導光模組。 【先前技術】 由於工業的快速發展’石化燃料逐漸耗竭與溫室效應氣體排 放的問題日益受到全球關切，能源的穩定供應儼然成為全球性的 重大課題。相較於傳統燃煤、^极氣式或核能發電，太陽能電池(s〇lar cell)係利用光電或熱電轉換效應，直接將太陽能轉換為電能，因而 不會伴隨產生二氧化碳、氮氧化物以及硫氧化物等溫室效應氣體 及污染性氣體，並可用以降低對石化燃料的依賴，而提供安全自 主的電力來源。 現今已知有許多太陽能電池的技術，係利用太陽輻射光透過 太陽能電池材料哺紐，柄可顧之f力麵。卿晶圓太 陽能電池為例’其具有12%至·的光賴換效率，而其中不同 的晶體材料所設計出的太陽能電池，其光電特性亦會有所不同。 一般而言’單晶♦與多㉔太陽能電池的轉換效率可接近 Η% I6% ’使用年限也較長，但因為發魏本吊貴，因此多需要 政府的補助’ ϋ僅胁發魏歧通照明麟等場所。 八:人’太陽能電池除了可以顧前述之特料之外 採用其他的材料，例如··碲化錦、神化鎵銦、神化鎵等化合系 201234624 導體的材料來製作。不同於矽晶圓太陽能技術’利用半導體材料 製作之太陽能電池’可吸收較寬廣之太陽光譜能量，因而具有最 高之光電轉換效率，幾乎可達30%至40%以上。 然而’利用半導體材料製作之太陽能電池，其製作成本與價 格也是最高的’因此，為了降低太陽能電池的使用率與發電成本， 遂有搭配太陽能集光器以降低吸光面積的做法。然而，集光器需 要大範圍區域的安裝才敷成本，於此造成應用上的不便，亦使得 太陽能電池的應用受限。是以，如何有效降低太陽能電池的發電 成本，實為相關技術領域者目前迫切需要解決的課題之一。 【發明内容】 鑒於以上的問題，本提案在於提供一種聚焦型太陽能導光模 組，藉以解決先前技術所存在的問題。 本提案提出一種聚焦型太陽能導光模組，適於將一太陽光導 光至一能量轉換元件。 聚焦型太陽能導光模組包括—透鏡陣顺—導光板。透鏡陣 列包括至少—透鏡元件，且各個透鏡元件具有—上曲面盘 面。透鏡_健收並聚焦太·。 底 凹陷部與一連接部。 ’且連接部係連接於各個凹陷 =板具有-上平面與一微結構底面，上平面係平行配置於 透鏡陣列之下底面，微結構底面包括至少一 其中連接部平行於導光板之上平面 部之間。 凹陷部包括-凹陷尖端、一第一斜面盘 斜面鱼第总八…弟一斜面，其中弟 、苐—斜面係刀別位於_尖端之相異二側，並各自連接 201234624 於凹陷尖端與其各自相鄰的連接部之間。 太陽光經由透鏡陣列聚焦後，相繼藉由凹陷部與連接部形成 一次反射，並於導光板中以全反射傳遞，使太陽光穿透出導光板 之至少一側面。 能量轉換元件係配置於該側面，以接收自導光板穿透出之太 陽光，並將其轉換為一電力來源。 本提案另提出一種聚焦型太陽能導光模組，適於將一太陽光 導光至一能量轉換元件。 聚焦型太陽能導光模組包括一導光板與一透鏡陣列。導光板 具有-微結構頂面與-下平面，其巾微結構頂面包括至少一凹陷 部與-連料。連接部平行於導光板之下平面，錢接部係連接 於各個凹陷部之間。 凹陷部包括-凹陷尖端、一第一斜面與一第二斜面，其中第 -斜面與第二斜面齡雜於_尖端之相異二側，並各自連接 於凹陷尖端與其各自相鄰的連接部之間。 透鏡陣列包括至少-透鏡元件，其中各透鏡元件具有一上頂 面與一下曲面。上頂面係平行配置於導光板之下平面。 當太陽光穿透導歧並藉由透鏡陣财每—透鏡元件的下曲 面反射至導歧的聽構頂科，太陽光她藉由凹陷部盘連接 =二細，胁輸化编_，赴陽光穿透出 導光板之至少一側面。 以接收自導光板穿透出之太 月量轉換元件係配置於該側面 陽光，並將其轉換為一電力來源。 201234624 本提案另提出—魏㈣太導光模組，適於將-太陽光 導光至一能量轉換元件。 聚焦型太陽料光模組包括—透鏡導光板，具有—透鏡陣列 與多個微結構，透_列與觀_分職置於透鏡導光板之相 對二表面。 透鏡陣列，包括至少—透鏡元件，各透鏡元件具有-曲面， 透鏡陣列係接收並聚焦太陽光，微結構包括至少—凹陷部愈一連 接部。 〃 斤連接部係連接於各凹陷部之間，凹陷部包括一凹陷尖端、一 第，、斜面肖第—斜面，其中第—斜面與第二斜面係分別位於凹 陷大端之相異二側’並各自連接於凹陷尖端與其各自相鄰的連接 部之問。 當太陽光經由透鏡陣列聚紐，相繼藉由_部與連接部形 成二次反射，餅透鏡導歧巾以全反㈣遞，使太陽光穿透出 透鏡導光板之至少-側面，能量轉換元件係配置於側面，以接收 自透鏡導光板穿透出之太陽光，並將其轉換為—電力來源。 綜上所述，根據本提案提出之聚焦型太陽能導光模組，係透 過在導光㈣-面設計透鏡陣列的結構，並於其另—面設計具有 =陷部之微結構，以將太陽絲聚到多個微小的區域，且進一步 藉由凹陷㈣反射與偏轉，使得太陽光在導光射傳遞。根據本 ，案提出之聚焦型太陽能導光池，只f要在導歧_面設置 ^電或熱轉能量難元件，即可將自導光板輸出社陽光轉換 為電力來源，藉此大幅節省太陽能電池材料的使醇，並且進而 201234624 降低太陽能電池模_成本。 以干本提案内*之說明及以下之實施方式之說明係用 牛案之精神與原理，並且提供本㈣之專利申請 祀圍更進一步之解釋。 【實施方式】 —、方式巾詳細敘述本提案之詳細特徵以及優點，其 内谷足以使任何热f相關技#者了解本提案之技術内容並據以實 g且根據本朗書所揭露之内容、巾請專娜圍及圖式，任何 熟習相ΐ技藝者可輕易地理解本提案相關之目的及優點。 弟1Α圖」係為根據本提案第一實施例之聚焦型太陽能導光 模組之結構示意圖。「第m圖」係為根據「第认圖」之側視圖。 第ic圖」係為根據「第m圖」之局部放大圖。以下之說明， 請一併參閱「第1A圖」至「第lc圖」。 第一實施例： 聚焦型太陽能導光模組1000包括一透鏡陣列1100與一導光 板120，導光板120之第-側面12上配置有一能量轉換元件14〇。 其中’能量轉換元件14〇可以是但不限於光電轉換或熱電轉換元 件。聚焦型太陽能|光模組1〇〇〇適於將太陽光18〇導光至能量轉 換元件140，其中太陽光18〇可視為一理想之平行光。 透鏡陣列1100係接收並聚焦太陽光180。透鏡陣列ϊ1〇〇包括 至少一透鏡元件11〇,其中各個透鏡元件no皆具有一上曲面11〇a 與一下底面〗】此。舉例而言，透鏡元件no可以是但不限於經由 微奈米滚筒翻膜製程(R〇〗〗_t〇R〇】〗，幻尺)所製作之柱狀透鏡膜片。 201234624 ，、中透!見元件110之下底面11〇b定義為上曲面兩端點間的 位向距#，且單一透鏡元件11〇之下底面i肠的長度為W。各個 透鏡元件110大致呈長條之柱狀結構，且各上曲面110a與各下底 面110b之間皆相互連接，以並列成為一透鏡陣列 1100。 - I光板120具有—上平面120a與-微結構底面12〇b，其中上 平面120a與微結構底面120b之間形成導光板120之厚度h，且上 平面120a係平行配置於透鏡陣列11〇〇之下底面·。根據本提 案第-實施例之聚焦型太陽能導光模組，係以導光板12()之上平 面120a平行並緊费接合於透鏡元件11〇之下底面J娜作為以下 之說明。然❿，導光板120之上平面12〇a亦可以一固定間隙，平 仃相距於透鏡几件U0之下底面11〇b，但二者之連接關係並非用 以限定本提案之範轉。 微結構底面120b包括至少一凹陷部13〇與一連接部132，其 中連接部132係平行於導光板12〇之上平面施，且連接部132 係連接於各_陷部13G之^也就是說，根據本提案第一實施 例之聚焦型太陽能導光模組，各個凹陷部13〇係相互分離（即非 連續）設置於微結構底面12〇b上，並且兩兩之間以連接部132相 間隔，於此，導光板12〇形成一不連續之微結構底面設計。其中， 各個凹陷部130係一對一地對應於透鏡元件11〇的上曲面n〇a , 在本實施例中，對應於透鏡元件110為長條之柱狀結構，凹陷部 130係呈條狀設置。詳細來說，透鏡元件11〇的柱狀結構之一長軸 向與凹陷部130的條狀之一長軸向夾角為〇度（即平行）。 請參閱「第ic圖」，凹陷部130包括一凹陷尖端13〇a、一 201234624 第一斜面隱與-第二斜面i施，射第—斜㈣_第二斜 面13〇c係分別位於凹陷尖端130a之相異二{則，並且各自連接於 凹陷尖端130a與其各自相鄰的連接部132之間，其中，第一斜面 屬係面向第—側面12之方向。於此，凹陷部⑽大致呈一倒v 型之凹陷設計，其具有凹陷尖端丨地與二斜面(第—斜面㈣與 第二斜面130〇。由凹陷尖端形成一垂線垂直於連接部出， 則第-斜面働與該垂線之間形成一第一夾角^，第二斜面i3〇c 與該垂線之間形成-第二夾角％，該垂線與相鄰的連接部⑶之 間分別具有一第一徑向距離山與一第二徑向距離山。 根據本提案之第-實施例，其中第—夾角θι與第二夾角％皆 介於15度至60度之間，且透鏡元件11〇之下底面n〇b具有一長 度W係大於或等於2倍之第一徑向距離山與第二徑向距離山的 和，即 。 太陽光180經由透鏡陣列1100聚焦後，相繼藉由凹陷部13〇 與連接部132形成二次反射，並於導光板12〇中以全反射傳遞， 使太陽光180穿透出導光板120之第一側面12,能量轉換元件14〇 係配置於第一侧面12，以接收自導光板120穿透出之太陽光180， 並將其轉換為一電力來源。詳細而言，請一併參閱「第1B圖」與 「第ic圖」’太陽光180經透鏡陣列1100聚焦所產生之一焦點係 位於第一斜面13〇b之上方。當太陽光180穿透透鏡陣列11〇〇，並 且經由透鏡陣列1100之聚焦後，其聚焦後之太陽光18〇的焦點係 落於第一斜面13〇b之上方。接著，被聚焦之太陽光18〇首先投射 至凹陷部130之第一斜面130|3上，並且被第一斜面13〇b所反射(於 201234624 此，形成第一次反射)至相鄰的連接部132上。要注意的是，在本 貫施例中雖列舉透鏡陣列1100之焦點位於第一斜面13〇b之上 方，但是，透鏡陣列1100之焦點也可位於第一斜面13〇b或是第 一斜面130b之下方，並不以此為限。 爾後’太1%光180續被連接部132所反射(於此，形成第二次 反射），使光線偏轉更大的角度，接著再藉由導光板120之上平面 120a與微結構底面120b進行全反射，太陽光180即於導光板12〇 間朝向第一側面12傳遞。是以，太陽光180最終穿透出導光板12〇 之第一側面12。配置於第一側面12上之能量轉換元件14〇即可接 收自導光板120穿透出的太陽光180，並據以轉換為電力來源。其 中，導光板120具有一導光板折射率叫，當太陽光18〇入射於連 接部132 ’以形成第二次反射時，該光線入射之角度必需大於導光 板120與空氣之間的臨界角（意即sin-,丄），令該光線足夠形成全反 射’以來回反射於導光板120之間。 根據本提案第一實施例之聚焦型太陽能導光模組，其中導光 板120之厚度h、透鏡凡件11〇之下底面11〇b的長度^系滿足關 係式·· qw。其次，若透鏡陣列聰包括N個透鏡元件11〇，且 各透鏡元件110之下底面ll〇b的長度為w時，則NxW^5〇h。 -般而言，導光板120之厚度h大致可設計為1〇厘米，且透鏡元 件110之下底面110b的長度W大致可為3_微来(micr〇 me時 為了確保太陽光180行進至透鏡陣列·與導光板12〇的介 面時，不致形壯反射，騎完全场至導光板m中。因此， 透鏡陣列測之透鏡元件折射率niw、於導光板⑽之導光板折

11 S 201234624 射率nc。 弟二貫施例： 「第1D圖」係為根據本提赫二實施例之聚焦型太陽能導光 模組之結構示意圖。其中聚焦型太陽能導光模組包括透鏡陣列 1100、導光板120與-介質層150。介質層15〇係配置於透鏡陣列 1100 (透鏡元件110)與導光板120之間，且為確保太陽光18〇行 進至介質層150與導光板12〇的介面時，不致形成全反射，而會 完全入射於導光板120中，因此，介質層15G之介質層折射率叫 係小於導光板120之導光板折射率〜，且介質層15()之介質層折 射率A亦小於透鏡陣列1100之透鏡元件折射率叫。 第三實施例： 其次’為增加反射光之強度，「第2A圖」係為根據本提案第 三實施例之聚焦型太陽能導光模組之結構側視圖。其中透鏡元件 110,可為扇形之透鏡，其中透鏡元件11G，包括上曲面馳，、下底 面110b與連接面ii〇c。連接面110c係連接相鄰的兩上曲面 ll〇a’。在本實施例中，上曲面11〇a，係面向相對應於第一側面12 之方向，使太陽光180進入透鏡元件11〇,時會聚焦在導光板12〇 上，且對應上曲面110a，中心偏向第一側面12之方向，於此，入 射之太陽S 18G即可藉由扇形之透鏡元件11G，而形成較大的入射 角度，並進而增加導光板12〇反射光之強度。需說明的是，在本 實施例中，連接面110c係為一垂直面，然而在其他實施例中，連 接面110c也可以為一斜面，並不以此為限。 皇四實施例： S, 201234624 「第2B圖」係為根據本提案第四實施例之聚焦型太陽能導光 模組之結構示意圖。其中聚f、型太陽能導光模組除了透鏡陣列 1100與導光板12〇卩外，更包括—聚光透鏡⑽。聚光透鏡⑽ 係配置於‘光板12〇之第一側面12與能量轉換元件⑽，之間。根 據本提案第四實施例之聚_太陽能導光難，係藉由在第一侧 面12與能量轉換元件14〇，之間設置聚光透鏡16〇，使光線在進入 能量轉換元件140,前先經過聚統鏡跡以進—步縮小自導光板 穿透出的太1%光180之聚光範圍，因而省卻能量轉換元件刚， 的使用率朗佔面積，以達顺簡之設計。 弟五實施例： 第3A圖」係為根據本提案第五實施例之聚焦型太陽能導光 模^之結構示意圖。「第3B圖」係為根據「第3A圖」之側視圖。 第3C圖」係為根據「第圖」之局部放大圖。以下之說明’ 請一併參閱「第3A圖」至「第3C圖」。 聚焦型太陽能導光模組2000包括-透鏡陣列1100與一導光 板 ’、中導光板具有兩相異侧面，意即第一側面12與第 二側面12a，且第一側面12與第二側面12&上各配置有一能量轉 換元件140。聚焦型太陽能導光模組2〇〇〇適於將太陽光⑽導光 至能量轉換元件140，其中太陽光18〇可視為一理想之平行光。 透鏡陣列lux)係接收並聚焦太陽光18G。透鏡陣列丨刚包括 至少-透鏡元件110、導光板12G具有—上平面論與一微結構 底面120b ’其中各元件之相對配置與微結構設計，得、同於本提案 之第一實施例，故在此不再重述。唯根據本提案第五實施例之聚

S 13 201234624 焦型太陽能導光模組，如「第3C圖」所示，太陽光⑽經透鏡陣 列1100聚焦所產生之—焦點係位於凹陷尖端i3〇a之上方。詳細 來况’太陽光180經由該透鏡陣列11〇〇聚焦後，其聚焦後之太陽 ，180的焦點係落於凹陷尖端腿之上方。因此，被聚焦後之太 陽光180即會分別朝向凹陷尖端腕相異兩側之斜面行進，於此 投射至凹陷部130之第一斜面腿與第二斜面·上並且藉 由第-斜面1勘與第二斜面咖反射至與其各自相鄰的連接部 132上。要注意的是’在本實施例中雖列舉透鏡陣列1100之焦點 位於凹陷尖端130a之上方，但是，透鏡陣列1100之焦點也可位 於凹陷尖端1施.或是凹陷尖端丨施之下方，並不以此為限。 爾後，太陽光敗續被連接部132所反射，使得光線偏轉更 大的角度，接著再藉由導光板120之上平面120a與微結構底面 12%進仃全反射，太陽光18〇即於導光板12〇間向第一側面η 與第-側面12a傳遞。是以，太陽光18〇最終係朝向凹陷尖端酿 之相異兩側穿透出導光板12〇之第一側面12與第二側面以，其 中’第-斜面130b係面向第一側面12之方向，第二斜面撕係 面向第二側面12a之方向。因此’配置於第一側面12與第二側面 12a上之能量轉換元件14〇即可接收自導光板12〇穿透出的太陽光 180，並據以轉換為電力來源。 _弟六實施例： 第4A圖」係為根據本提案第六實施例之聚焦型太陽能導光 模組之結構示意圖。「第4B圖」係為根據「第4a圖」之側視圖。 「第4C圖」係為根據「第4B圖」之局部放大圖。以下之說明， 201234624 。月併參閱「第4A圖」至「第4C圖」。 聚焦型太陽能導光模組3000包括一導光板210與一透鏡陣列 2200 ’導光板21〇之第一側自12±配置有一能量轉換元件·。 其中，能罝轉換兀件240可以是但不限於光電轉換或熱電轉換元 件。聚焦型太陽能導光模組3〇〇〇適於將太陽光28〇導光至能量轉 換元件240 ’其中太陽光280可視為一理想之平行光。 導光板210具有一微結構頂面21〇a與一下平面21此，其中微 結構頂面210a與下平面21〇b之間形成導光板21〇之厚度h，。微 結構頂面210a包括至少一凹陷部23〇與一連接部232，其中連接 。卩232係平行於導光板21〇之下平面21〇b，並且連接部232係連 接於各個凹陷部现之間。也就是說，根據本提案第六實施例之 聚焦型太陽能導光模組，各個凹陷部23〇係相互分離（即非連續） 設置於微結構頂面21Ga上，並且兩蚊間以連接部232相間隔， 於此’導光板210形成一不連續之微結構頂面設計。 口月參閱第4C圖」’凹陷部230包括一凹陷尖端23〇a、一 第-斜面230b與-第二斜面23〇c，其中第一斜面2.與第二斜 面230c係、分別位於凹陷尖端23〇a之相異二側，並且各自連接於 凹陷尖端230a與其各自相鄰的連接部232之間，其中，第一斜面 230b係面向第-側面12之方向。於此，凹陷部23〇大致呈一 v 型之凹陷設言十，其具有凹陷尖端2施與二斜面(第一斜面23齡 第二斜面230c)。由凹陷尖端23〇a形成一垂線垂直於連接部说， 則第-斜面230b與該垂線之間形成一第一失㈣，，第二斜面挪 與該垂線之間形成-第二失角θ2’，該垂線與相鄰的連接部说之

15 S 201234624 間分別具有-第-徑向距離dl，與-第二徑向距離七，。 根據本提案之第六實施例，其中第一夹肖θι，與第二失角％， 皆介於IS度至60度之間，且透鏡元件22〇之上頂面2施具有一 長度W’係大於或等於2倍之第一徑向距離山，與第二徑向距離也， 的和，即 |’^2(山，+(12，）。 續請-併參閱「第4A圖」與「第4B圖」，透鏡陣列22〇〇包 括至少一透鏡元件220，舉例而言，透鏡陣列22〇〇包括N個透鏡 元件220，且透鏡元件220可以是但不限於經由微奈米滾筒翻膜製 程(Roll-toRoll，R2R)所製作之柱狀透鏡膜片。其中，各個透鏡元 件220皆具有一上頂面220a與一下曲面220b，且各個下曲面22〇b 於其朝向上頂面220a之内側均鍍有一反射層281，太陽光28〇係 藉由反射層281反射回導光板210,其中反射層281例如是：金屬、 全反射多層膜或白反射片等高反射材質。 其中，透鏡元件220之上頂面220a定義為下曲面22〇b兩端 點間的徑向距離，且單一透鏡元件220之上頂面22〇a的長度為 W’。各個透鏡元件220大致呈長條之柱狀結構，且各上頂面22〇& 與各下曲面220b之間皆相互連接，以並列成為一透鏡陣列2200。 透鏡元件220之上頂面220a係平行配置於導光板21〇之下平 面210b。根據本提案第六實施例之聚焦型太陽能導光模組，係以 透鏡元件220之上頂面220a平行並緊密接合於導光板21〇之下平 面210b，作為以下之說明。然而，透鏡元件220之上頂面220a 亦可以一固定間隙，平行相距於導光板210之下平面210b，但二 者之連接關係並非用以限定本提案之範疇。

16 201234624 太陽光280穿透導光板210並藉由下曲面22〇b反射至微結構 頂面210a時，太陽光280相繼藉由凹陷部23〇與連接部232形成 二次反射，並於導光板210中以全反射傳遞，使太陽光28〇穿透 出導光板210之第一側面12，能量轉換元件24〇係配置於第一側 面12，以接收自導光板21〇穿透出之太陽光28〇，並將其轉換為 一電力來源。詳細而言，請一併參閱「第4B圖」與「第4C圖」， .太陽光280經透鏡陣列2200聚焦所產生之一焦點係位於第一斜面 230b之下方。當太陽光280穿透導光板21〇進入透鏡陣列22〇〇 後，太陽光280首先被鑛有反射層281之下曲面22〇1)所反射，並 被聚焦至凹陷部230之第一斜面230b下方、。接著，被聚焦之太陽 光280首先投射至凹陷部230之第一斜面23〇b上，並且被第一斜 面230b所反射(於此，形成第一次反射)至相鄰的連接部232上。 要注意的是，在本實施例中雖列舉透鏡陣列2200之焦點位於第一 斜面230b冬下方，但是，透鏡陣列22〇〇之焦點也可位於第一斜 面230b或是第一斜面230b之上方，並不以此為限。 爾後’太陽光280續被連接部232所反射(於此，形成第二次 反射），使光線偏轉更大的角度，接著再藉由導光板21〇之微結構 頂面210a與下平面21〇b進行全反射，太陽光280即於導光板21〇 之間向第一側面12傳遞。是以，太陽光28〇最終穿透出導光板21() 之第一侧面12。配置於第一側面12上之能量轉換元件240即可接 收自導光板210穿透出的太陽光280 ’並據以轉換為電力來源。其 中’導光板210具有一導光板折射率〜，當太陽光280入射於連 接部232，以形成第二次反射時，該光線入射之角度必需大於導光 201234624 板210與空氣之間的臨界角（意即^-，丄），令該光線足夠形成全反 射’以來回反射於導光板210之間。 根據本提案第六實施例之聚焦型太陽能導光模組，其中導光 板210之厚度h，、透鏡元件220之上頂面220a具有一長度W，係 滿足關係式：h’^W，。其次，當透鏡陣列2200包括N個透鏡元件 220，且各透鏡元件220之上頂面22〇a的長度為w,時則

NxW’g〇h’。-般而言，導光板21〇之厚度h，大致可設計為1〇 厘米，且透鏡元件220之上頂面220a的長度W，大致可為3000微 米(micro-meter)。 其次，為了確保太陽光280行進至導光板2丨〇與透鏡陣列22〇〇 的介面時，不致形成全反射，而會完全人射至導光板⑽中。因 此，透鏡陣列2200之透鏡元件折射率叫係小於導光板21〇之導光 板折射率％。 J_七實施例： —第4D圖」係為根據本提案第七實施例之聚焦型太陽能導光 模組之結構示意圖。其中導光板21〇與透鏡陣列22〇〇 (透鏡元件 220)之間更具有—介質層15()，為確保太陽光·行進至介質層 150與透鏡陣列2200的介面時，不致形成全反射，而會完全入射 t透鏡陣列中，因此，介質層⑼之介質層折射率A係小於 ^鏡陣列簾之透鏡元件折射率η丨，且介f層15G之_折射 率ni亦小於導光板21〇之導光板折射率〜。 星_八實施例： 第A圖」係為根據本提案第八實施例之聚焦型太陽能導光 18 a 201234624 模組之結構示意圖。「 「第5C圖」係為根據 請一併參閱「第5A圖 第5B圖」係為根據「第5A圖」之側視圖。 第5B圖」之局部放大圖。以下之說明， 」至「第5C圖」。 h、、、里太陽肖b‘光拉組4_包括—導光板21Q與一透鏡陣列 2200 ’其中導歧21()具有兩相異侧面，意即第—侧面η與第二 側面12a ’且第-側面12與第二侧面12&上各配置有一能量轉換 几件240。聚焦型太陽能導光且4〇〇〇適於將太陽光勘導光至 能量轉換元件24G，其中太陽光可視為—理想之平行光p 透鏡陣列22G0包括至少—透鏡元件22Q、導光板训具有— 微結構頂面210a與-下平面鳩，其中各元件之相對配置與微結 構》又汁，係同於本提案之第六實施例，故在此不再重述。唯根據 本提案第八實施例之聚焦型太陽能導光模組，如「第5C圖」所示， 太陽光280經透鏡陣列2200聚焦所產生之一焦點係位於凹陷尖端 230a之下方。經反射層281反射並聚焦後之太陽光280的焦點係 落於凹陷尖端230a之下方。因此，被聚焦後之太陽光“ο會分別 朝向凹陷尖端230a相異兩側之斜面行進，於此投射至凹陷部230 之第一斜面230b與第二斜面230c上，並且藉由第一斜面230b與 第二斜面230c反射至與其各自相鄰的連接部232上。要注意的 是，在本實施例中雖列舉透鏡陣列2200之焦點位於凹陷尖端23〇a 之下方，但是，透鏡陣列2200之焦點也可位於凹陷尖端230a或 是凹陷尖端230a之上方，並不以此為限。 爾後’太陽光280續被連接部232所反射，使得光線偏轉更 大的角度，接著再藉由導光板2】0之微結構頂面210a與下平面 19 201234624 210b進行全反射，太陽光280即於導光板210之間向第一侧面12 與第二側面12a傳遞。是以’太陽光280最終係朝向凹陷尖端23〇a 之相異兩側穿透出導光板210之第一側面12與第二側面12a，其 中’弟一斜面230b係面向第一側面12之方向，第二斜面23〇c係 面向弟一側面12a之方向。因此’配置於第一側面12與第二侧面 12a上之能量轉換元件24〇即可接收自導光板21〇穿透出的太陽光 280，並據以轉換為電力來源。 弟九實施例： 弟6A圖」係為根據本提案第九實施例之聚焦型太陽能導光 模組之結構側視圖。以下之說明，請一併參閱「第m圖」以及「第 6A圖」。 聚焦型太陽能導光模組5000與聚焦型太陽能導光模組1〇〇〇 相仿，差異在於聚焦型太陽能導光模組5〇〇〇係將聚焦型太陽能導 光模組1000中的透鏡陣列1100與導光板12〇 一體成形，形成一 透鏡導光板。因此，聚焦型太陽能導光模組5000係包含一透鏡導 光板320，具有一透鏡陣列302與多個微結構33〇，透鏡陣列3〇2 與微結構330係分別設置於透鏡導光板32〇之相對二表面。在本 實施例中’透鏡陣列302與微結構33〇係分別設置於透鏡導光板 320之相對上表面510與下表面52〇。 透鏡陣列302包括多個透鏡元件跡各透鏡元件31()具有一 曲面310a ’透鏡陣列302係接收並聚焦太陽光18〇，微結構 包括凹陷部332與連接部334 (如「第6B圖」所示，「第6B圖」 係為第6A圖」之微結構放大示意圖），凹陷部332與連接部说

20 201234624 的輯與撕配置_係刊於本提案之第—實侧與第五實施 例微結構底面12Gb之凹_ 13()與連接部132，故在此不再重述。 此和微結構33〇之凹陷部说與透鏡元件別之焦點的相 置關係可如S1C圖」或「第3C圖」，使太陽光⑽出光方 向為一側面或相對兩側面。 第十實施例：_ “第7A圖」係為根據本提案第十實施例之聚焦型太陽能導光 模、、且之、·’β構側視圖。以下之說明，請一併參閱「第圖」以及「第 7 A圖」。 聚焦型太馳導光模組6_與聚焦社·導絲組3〇〇〇 相仿，差異在於聚焦型太陽能導光模组6000係將聚焦型太陽能導 光模組3_中的透鏡陣列2與導光板21〇 一體成形，形成一 透鏡導光板。因此，聚焦型太陽料光齡麵係包含—透鏡導 光板420，具有一透鏡陣列4〇2與多個微結構43〇，透鏡陣列4犯 與微結構43(M系分別設置於透鏡導光板42〇之相對二表面。在本 實關中，微結構43G與透鏡陣列4G2係分別設置於透鏡導光板 420之相對上表面71〇與下表面72〇。 透鏡陣列402包括多個透鏡元件41〇，各透鏡元件41〇具有一 曲面41〇a，透鏡陣列係接收並聚焦太陽光280。曲面410a鍍有一 反射層281 ’太陽光280係藉由反射層281反射回透鏡導光板420 之微結構430。微結構430包括凹陷部432與連接部434 (如「第 7B圖」所示，「苐7B圖」係為「第7A圖」之微結構放大示意圖）， 凹陷部432與連接部434的設計與相對配置關係係可同於本提案

S 21 201234624 之第/、Λ施例與第八實施例微結構頂面210a之凹陷部230輿連接 部232，故在此不再重述。 此外，微結構430之凹陷部432與透鏡元件410之焦點的相 對位置關係可如「第4C圖」或「第5C圖」，使太陽光·出光方 向為一側面或相對兩侧面。 綜上所言’根據本提案任—實施例之聚㈣太陽能導光模 組，皆可將其透鏡元件替換為，如「第2A圖」中的扇形透鏡，以 增加導光強度，或是如「第2B圖」增設聚光透鏡16〇於導光板之 側面與能㈣換元狀間，骑—步削、聚紐圍，並省卻太陽 能電池之使醇。熟習本提案之麟領域者可根據本提案之任一 實施例與其欲導光之強度與範圍，而自行設計太陽能導光模组之 規格’以上之實施方式並_嫌林提案之範圍。 其次’「第8A圖」係為根據「第1D圖」之結構示意圖，立 係將透鏡績餘錄向係解太陽升祕下之東西方向， 透鏡元件110的柱狀軸向Ew係定義為透鏡元件no之長轴向ΐ第 ，圖」與「第8C圖」係為根據「第8Α圖」之導光效率桿準化強 度圖，碰軸分別為白天時間點與季_度變化，縱轴為所集 到之太陽光標準化強度，模擬條件分別如. 透鏡元件之曲率半徑為4.09mm Πι=1,56 η~1.00 nc=1.49 h=10mm W=3.46mm

22 201234624 N><W=210mm 0!=4〇° Θ2=20ο (!]=0.302mm d2=0.131mm 考慮中午時太陽光180垂直入射(意即入射角度為〇度)時，由 模擬結果得知，本提案提出之聚焦型太陽能導光模組，其導光效 率可接近60 %。 至於太陽光180入射角度為士30度時(意即白天時間點上午1〇 吩至下午2時之間）’根據本提案實施例之聚焦型太陽能導光模 、、且’其V光效率構準化後的相對強度仍可達到55 %以上。由於透 鏡元件110的柱狀軸向EW平行東西向，一天内太陽的升起和落 下所造成入射角度的變化較不敏感，因此，根據本提案提出之聚 焦型太陽能導光模組，可達到在接近中午時分不必搭配追曰系 統’仍具有55 %以上的導光相對功效。. 其次，由「第8C圖」中亦可見，根據本提案之聚焦型太陽能 導光模組，其季節性角度變化可達士丨。。因此，若欲再降低導光模 組隨著季節變化之角度變化敏感性，則根據本提案之聚焦型太陽 能導光模組，如「第8D圖」所示，亦可將透鏡陣列往南北向移動 (思即设计透鏡陣列為可動透鏡元件），因為季節的變化會改變太陽 t 180的入射角度，將透鏡陣列往南北向移動，可使聚焦後的太 陽光18〇同樣也可以落在導光板120之凹陷部13〇的附近，以達 到季節追曰的導光效果。 除此之外，承前所述，當透鏡元件11〇的柱狀軸向EW對準 23 201234624 東西向時’如「第8A圖」所示’設計者亦可藉由在導光板120 上朝向東西向的一面上鍍上高反射材質121(例如：金屬、全反射 夕層膜或白反射片），以降低東西向光線漏光的問題，於此，增加 東西向角度誤差的容忍度。 是以，综上所述，根據本提案提出之聚焦型太陽能導光模組， 係透過柱狀結構之透鏡陣列與具有微結構設計之導光板，令入射 之太陽光可藉崎鏡元件之聚減微結構設狀反射，而偏轉至 導光板導光的方向，並且最後人射至放置於導光板至少—側面的 能量轉換元件進行電力轉換。是以，根據本提案實施例之聚焦型 太陽能導光模組，不射降低太陽能電池·料，進而降低模 組的成本，更可達到無需追曰的高導光功效。 雖然本提案以前述的實施例揭露如上，並非用以限定本 提案，任何熟習相像㈣者，在不脫離本提案之精神絲圍内， 當可作些許更動與_，因此本提案之專舰護範_視本說明 書所附之巾請專利細所狀者為準。 【圖式簡單說明】 第1A圖係為根據本提案第一實施例之聚焦型太陽能導光模 組之結構示意圖。 第1B圖係為根據「第1A圖」之側視圖。 第ic圖係為根據「第1B圖」之局部放大圖。 "_係為根據本提㈣二實施例之聚焦型太陽能導光模 組之結構示意圖。

24 201234624 第2A圖係為根據本提案第三實施例之聚焦型太陽能導光模 組之結構側視圖。 第2B ®係為根據本提案第四實施例之聚焦型太陽能導光模 組之結構不意圖。 第3A ®係為根據本提案第五實施例之聚焦型太陽能導光模 組之結構示意圖。 第3B圖係為根據「第3A圖」之側視圖。 第3C圖係為根據「第3B圖」之局部放大圖。 第4A圖係為根據本提案第六實施例之聚焦型太陽能導光模 組之結構示意圖。 第4B圖係為根據「第4A圖」之側視圖。 第4C圖係為根據「第4B圖」之局部放大圖。 第犯圖係為根據本提案第七實施例之聚焦型太陽能導光模 組之結構示意圖。 第5A圖係為根據本提案第八實施例之聚焦型太陽能導 組之結構示意圖。 、 第5B圖係為根據「第5A圖」之側視圖。 第5C圖係為根據「第5B圖」之局部放大圖。 第从圖係為根據本提案第九實施例之聚焦型太陽能 組之結構側視圖。 ' 第6B圖係為「第6A圖」之微結構放大示意圖。 苐7A圖係為根據本提案第十實施例之聚焦型太陽能導光模

25 S 201234624 組之結構側視圖。 第7B圖係為「第7A圖」之微結構放大示意圖 第8Α圖係為根據「第圖」之結構示意圖。 強度圖 ㈣圖與⑽圖係為根據「第认圖」之導光效率標準化 第8D圖係為根據「第8Α圖」設 ^ 巡纜疋件為可動透鏡元件 乂達到季卽追曰導光效果之結構示意圖。 【主要元件符號說明】 12 12a 110、110’、220、310 110a、110a， 110b、110b， 110c 120、210 120a 120b 121 130、230、332、432 130a、230a 130b、230b 第一側面 第二側面 透鏡元件 上曲面 下底面 連接面 導光板 上平面 微結構底面 高反射材質 凹陷部 凹陷尖端 第一斜面 130c 、 230c 第一斜面

26 201234624 132、 140、 150 160 180、 210a 210b 220a 220b 281 302、 310a 320、 330、 510、 520、 1000 4000 232、334、434 連接部 140,、240 能量轉換元件 介質層 聚光透鏡 280 太陽光 微結構頂面 下平面 上頂面 下曲面 反射層 402、1100、2200 透鏡陣列 、410a 曲面 420 透鏡導光板 430 微結構 710 上表面 720 下表面 、2000、3000 聚焦型太陽能導光模組 、5000、6000 聚焦型太陽能導光模組 s 27

Claims (1)

1. 201234624 七、申請專利範圍： 1. 一種聚焦型太陽能導光模組，適於將一太陽光導光至一能量轉 換元件，該聚焦型太陽能導光模組包括： 一透鏡陣列，包括至少一透鏡元件，其中各該透鏡元件具 有一上曲面與一下底面，該透鏡陣列係接收並聚焦該太陽光； 以及 一導光板，具有一上平面與一微結構底面，該上平面係平 行配置於該透鏡陣列之該下底面，該微結構底面包括至少一凹 陷部與一連接部，其中該連接部平行於該導光板之該上平面， 且該連接部係連接於各該凹陷部之間，該凹陷部包括一凹陷尖 端、-第-斜面與-第二斜面，其中該第一斜面與該第二斜面 係分別位於该凹陷尖端之相異二側，並各自連接於該凹陷尖端 與其各自相鄰的該連接部之間，該太陽光經由該透鏡陣列聚焦 後，相繼藉由該凹陷部與該連接部形成二次反射，並於該導光 板中以全反射傳遞，使該太陽光穿透出該導光板之至少一側 面，該能量轉換元件係配置於該側面，以接收自該導光板穿透 出之該太陽光，並將其轉換為一電力來源。 2. 如請求項1所述之聚焦型太陽能導光模組，其中該太陽光經該 透鏡陣列聚焦所產生之一焦點係位於該第一斜面、該第一斜面 之上方或該第-斜面之下方，且該第一斜面係面向該側面之方 向。 3. 如請求項1所述之聚焦型太陽能導賴組，其中該太陽光經該 28 201234624 該凹陷尖端 透鏡陣列綠難生之―_躲於細陷尖端、 之上方或該凹陷尖端之下方。 4.如凊求項1所述之顧型太陽能導光模組，其中該導光板之該 微結構細之該_尖卿成—銳垂直於該連接部，則該= 一斜面與該垂線之間形成—第—夾角θ!，該第二斜面與該垂線 之間瓜成帛—夾角θ2’該第—夾角θι與該第二夾角θ2的範 圍>Μ於15度至6〇度之間。 2明求項1所述之聚焦型太陽能導光模組，其中該導光板之該 微結構底面之該凹陷尖端形成一垂線垂直於該連接部，該垂: 與相鄰的該連接部之間分別具有—第—徑向距離&與一第二 技向距離d2，其中各該透鏡元件之該下底面具有一長度w，其 中 。 八 6. 如請求項1所述之聚焦型太陽能導光模組，其中該透鏡陣列包 括N個該透鏡元件，各該透鏡元件之該下底面具有—長度w， 該導光板具有一厚度h，其中hgw，且NxWS50h。 7. 如請求項1所述之聚焦型太陽能導光模組，其中該透鏡陣列之 透鏡元件折射率係小於該導光板之一導光板折射率。 8·如請求項1所述之聚焦型太陽能導光模組，更包括—介質層， 配置於該透鏡陣列與該導光板之間，其中該介質層之一介質層 折射率係小於該導光板之一導光板折射率，且該介質層折射率 亦小於該透鏡陣列之一透鏡元件折射率。 如明求項1所述之聚焦型太陽能導光模組，更包括一聚光透 S 29 201234624 叙，该聚光透鏡係配置於該侧面與該能量轉換元件之間，以縮 小自該導光板穿透出之該太陽光的聚光範圍。 10·如請求項1所述之聚焦型太陽能導光模組，其中該透鏡元件更 包3連接面，該連接面係連接相鄰的兩該上曲面，且該上曲 面係面向相對應於該側面之方向。 11.如請求項1所述之聚焦型太陽能導光模組，其愧透鏡陣列之 该透鏡70件的一柱狀軸向係對準東西方向。 12‘如請求項11所述之聚焦型太陽能導光模組，其中該透鏡陣列 係為可㈣北向働之可就件，使聚紐的該太陽光落在該 導光板之該凹陷部的附近。 13.如請求項Π所述之聚焦型太導光模組，其中該導光板朝 向東西向的一面上更鍍有一高反射材質。 R -種聚f、型太陽能導光模組，適謂—太陽麟光至—能量轉 換元件，該聚焦型太陽能導光模組包括： 一導光板，具有-微結構頂面與一下平面，該微結構頂面 包括至少-凹陷部與-連接部’其中該連接部平行於該導光板 之該下平面，且料接部係連接於各該_部之間，該凹陷邻 包括1陷尖端、-第-斜面與一第二斜面’其中該第一斜面 與該第二斜面係分職於該凹陷尖端之相異二侧，並各自連接 於該凹陷尖端與其各自相鄰的該連接部之間；以及 一透鏡陣列，包括至少-透鏡元件，其中各該透鏡元件具 有-上頂面與-下曲面’該上頂面係平行配置於該導光板之該 30 201234624 下平面，當該太陽光穿透該導光板並藉由該下曲面反射至該微 結構頂面時，該太陽光相繼藉由該凹陷部與該連接部形成二次 反射，並於§亥導光板中以全反射傳遞，使該太陽光穿透出該導 光板之至少一側面，該能量轉換元件係配置於該側面，以接收 自該導光板穿透出之該太陽光，並將其轉換為—電力來源。 15.如請求項14所述之聚⑽太陽能導光餘，其巾該太陽光經 該透鏡陣列聚焦所產生之一焦點係位於該第一斜面、該第一斜 面之上方或該第-斜面之下方，且該第一斜面係面向該侧面之 方向。 如明求項14所述之i焦型太陽能導光模組，其巾該太陽光經 “透鏡陣Μ*焦所產生之―焦點係位於該凹陷尖端、該凹陷尖 端之上方或該凹陷尖端之下方。 第二夾角θ2’ Π.如請求項Μ所述之聚㈣太陽能縣餘，射該導光板之 該微結構頂面之該凹陷尖端形成一垂線垂直於該連接部，則該 第斜面與》亥垂線之間形成一第一夹角θ!，，該第二斜面與該 垂線之間形成一第二夾角Θ/，該第-夾角θι，病 的範圍介於15度至6〇度之間。 18.㈣求項14所述之聚焦型太陽能導光模組，射該導光板之 浪。構頂面之該啊尖端形成—垂、㈣直於該連接部，該垂 線與相鄰的該連接部之間分別具有一第一徑向距離d】，盜一第 離d2’，其巾錢透鏡元件之該上頂面具有一長度 w，其巾〜，細】、，)。 S 31 201234624 月求員Η所述之聚焦型太陽能導光模組，該透鏡陣列包括 Ν個該透鏡元件，各猶鏡元狀該均面具有—長度w，， 該導光板具有-厚度h，，其中h，^w，，且Nxw，㈣二。 h月求項Η所述之聚焦型太陽能導光模組，其中各該透鏡元 件之該下曲面鑛有一反射層，該太陽光係藉由該反射層反射回 該導光板。 21. ㈣求項14所述之聚焦型太陽能導光模組，其中該透鏡陣列 之一透鏡元件折射率係小於料光板之—導光板折射率。 22. 如請求項14所述之聚焦型太陽能導光模組，更包括一介質層， 配置於該導光板與該透鏡陣列之間，其中該介質層之一介質層 折射率係小於轉光板之—導光板折射率，且該介質層折射率 亦小於該透鏡陣列之一透鏡元件折射率。 23. 如請求項14所述之聚焦型太陽能導光模組，更包括-聚光透 鏡’該聚光透鏡係配置於於該侧面與該能量轉換元件之間，以 縮小自該導光板穿透Α之社陽光㈣光範圍。 24. 如請求項14所述之聚焦型太陽能導光模組，其中該透鏡陣列 之該透鏡元件的—柱狀軸向係鮮東西方向。 /月长員24所述之聚焦型太陽能導光模組，其中該透鏡陣列 係為可往南北向移動之可動元件，使聚焦後的該太陽光落在該 導光板之該凹陷部的附近。 如π长項24所述之聚焦型太陽能導光模組，其中該導光板朝 向東西向的面上更鍍有一高反射材質。 32 201234624 27. 一種?歧社職導光歡，適於將-太陽料光至—能量轉 換元件’該聚焦型太陽能導光模組包括： —透鏡導光板，具有一透鏡陣列與多個微結構，該透鏡陣 列與該些微結構齡別設置於該透鏡導歧之麵二表面，該 透鏡陣列包括至少一透鏡元件，各該透鏡元件具有一曲面，該 透鏡陣列係接收並聚焦該太陽光，該些微結構包括至少一凹陷 部與一連接部，其中該連接部係連接於各該凹陷部之間，該凹 陷部包括一凹陷尖端、一第一斜面與一第二斜面，該第一斜面 與該第二斜面係分別位於該凹陷尖端之相異二側，並各自連接 於該凹陷尖端與其各自相鄰的該連接部之間，該太陽光經由該 透鏡陣列聚焦後，相繼藉由該凹陷部與該連接部形成二次反 射’並於該透鏡導光板中以全反射傳遞，使該太陽光穿透出該 透鏡導光板之至少一側面，該能量轉換元件係配置於該側面， 以接收自該透鏡導光板穿透出之該太陽光，並將其轉換為—電 力來源。 28.如請求項27所述之聚焦型太陽能導光模組，其中該透鏡元件 之δ亥曲面鐘有一反射層，該太陽光係藉由該反射層反射回該透 鏡導光板之該些微結構。