TW201308619A - 聚光型太陽能發電裝置之光學元件、其製造方法及聚光型太陽能發電裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種耐候性優異之聚光型太陽能發電裝置之光學元件、其製造方法及聚光型太陽能發電裝置。聚光型太陽能發電裝置1之光學元件4係包括包含經火焰研磨之表面40之玻璃材。
Description
本發明係關於一種聚光型太陽能發電裝置之光學元件、其製造方法及聚光型太陽能發電裝置。
先前，於聚光型太陽能發電裝置中，於聚光透鏡與太陽電池單元之間設置有玻璃製之光學系統。玻璃製之光學系統係以內表面全反射藉由聚光透鏡聚光之光並傳送至太陽電池單元。因此，光學系統之光學特性係根據其表面狀態而受到影響。
聚光型太陽能發電裝置係主要於室外使用。因此，要求光學系統具有耐候性。例如，於專利文獻1中揭示有於光學系統之側面設置氟樹脂製之薄膜。於專利文獻1中提出，藉此防止光學系統之表面由於水滴等白濁而光之一部分自其漏出。
[專利文獻1]日本專利特開2006-278581號公報
於聚光型太陽能發電裝置中，要求耐候性優異之更有效之光學元件。本發明之主要目的在於提供一種耐候性優異之聚光型太陽能發電裝置之光學元件、其製造方法及聚光型太陽能發電裝置。
本發明之聚光型太陽能發電裝置之光學元件係包括包含經火焰研磨之表面之玻璃材。
較佳為於本發明之聚光型太陽能發電裝置之光學元件中，玻璃材係包含相對之一對端面及側面，且側面之至少一部分係經火焰研磨而成。
較佳為於本發明之聚光型太陽能發電裝置之光學元件中，光學元件之表面之經火焰研磨之部分之表面粗糙度係以算術平均粗糙度(Ra)計為200 nm以下。
於本發明之聚光型太陽能發電裝置之光學元件中，玻璃材亦可含有鹼成分。
於本發明之聚光型太陽能發電裝置之光學元件中，玻璃材亦可包含矽酸鹽系玻璃。
本發明之聚光型太陽能發電裝置係包含太陽電池及向太陽電池聚光之聚光光學系統。聚光光學系統係包含光學元件，該光學元件包括包含經火焰研磨之表面之玻璃材。
於本發明之聚光型太陽能發電裝置之光學元件之製造方法中，藉由對玻璃材之表面之至少一部分進行火焰研磨而獲得光學元件。
於本發明之聚光型太陽能發電裝置之光學元件之製造方法中，亦可藉由燃燒器加熱、高頻感應加熱或電阻加熱進行火焰研磨。
根據本發明，可提供一種耐候性優異之聚光型太陽能發
電裝置之光學元件、其製造方法及聚光型太陽能發電裝置。
以下，說明實施本發明之較佳之形態之一例。然而，下述之實施形態僅為例示。本發明不受下述之實施形態任何限定。
又，於實施形態等中，於參照之各圖式中，實質上具有相同之功能之構件係設為以相同之符號進行參照。又，於實施形態等中，參照之圖式係模式性地記載者，於圖式中描畫之物體之尺寸之比例等係存在與現實之物體之尺寸之比例等不同之情形。於圖式相互之間亦存在物體之尺寸比例等不同之情形。具體之物體之尺寸比例等係應參照以下之說明進行判斷。
圖1係包含本實施形態之光學元件之聚光型太陽能發電裝置之模式性概念圖。
聚光型太陽能發電裝置1係包含太陽電池5、與向太陽電池5聚光太陽光之聚光光學系統2。聚光光學系統2係包含聚光構件3與光學元件4。聚光構件3係聚光太陽光等光。聚光構件3係可包含例如凸透鏡或具有正光學功率之菲涅爾透鏡等。
光學元件4係配置於聚光構件3與太陽電池5之間。藉由聚光構件3聚光之光係自光學元件4之端面41(參照圖2)入射至光學元件4內。光學元件4係將藉由聚光構件3聚光之光
均質化並導引至太陽電池5之受光面50。具體而言，入射至光學元件4中之光係一面藉由於光學元件4之側面43a~43d被反射而均質化一面於光學元件4內傳播。然後，於光學元件4內傳播之光係自光學元件4之端面42作為經均質化之面狀光而朝向受光面50出射。
於光學元件4之端面42上，以受光面50與端面42相對向之方式配置太陽電池5。自光學元件4之端面42出射之光係入射至太陽電池5中。然後，於太陽電池5中，將光能轉換為電能。
再者，太陽電池5之種類並無特別限定。太陽電池5係可包含例如單晶矽太陽電池、多晶矽太陽電池、薄膜太陽電池、非晶矽太陽電池、染料敏化太陽電池、有機半導體太陽電池等。
圖2係本實施形態之光學元件之模式性立體圖。繼而，一面參照圖2，一面說明光學元件4之具體構成。
光學元件4係包含玻璃材。較佳為構成光學元件4之玻璃材係含有鹼成分。作為鹼成分，可列舉鋰、鉀、銫等。
較佳為玻璃材係矽酸鹽系玻璃。具體而言，較佳為玻璃材係含有例如SiO2：40~80質量%、Al2O3：0~30質量%、B2O3：0~30質量%、CaO：0~20質量%、MgO：0~20質量%、ZnO：0~20質量%、BaO：0~20質量%、Na2O：0~20質量%、K2O：0~20質量%、Li2O：0~20質量%、TiO2：0~10質量%、ZrO2：0~20質量%、Sb2O3：0~1質量%及SrO：
0~20質量%者。
再者，於本發明中，設為矽酸鹽系玻璃中包含硼矽酸鹽系玻璃。
較佳為玻璃材係於30℃~300℃之溫度範圍內之熱膨脹係數為120×10-7/℃以下，更佳為100×10-7/℃以下，進而較佳為80×10-7/℃以下。其原因在於若玻璃材之熱膨脹係數過大，則於進行下文中詳述之火焰研磨時，由於熱衝擊於玻璃材易產生龜裂。
較佳為玻璃材之波長400 nm下之內部穿透率為80%/10 mm以上，更佳為85%/10 mm以上，進而較佳為87.5%/10 mm以上。
玻璃材係具有自聚光構件3側向太陽電池5側逐漸變細之形狀。玻璃材之表面40係包含構成光出入面之2端面41、42、與構成光反射面之側面43a~43d。端面41、42係相互對向。側面43a~43d係連接端面41、42。
構成光學元件4之玻璃材之表面40之至少一部分係經火焰研磨。詳細而言，玻璃材之表面40之中，至少側面43a~43d之中之至少一部分係經火焰研磨。於本實施形態中，具體而言玻璃材之表面40之整體係經火焰研磨。因此，玻璃材之角部或脊線部亦經火焰研磨而成為R倒角狀。
表面40之經火焰研磨之部分之表面粗糙度係以由JISB0 601所規定之算術表面粗糙度(Ra)計通常為200 nm以下。較佳為表面40之經火焰研磨之部分之表面粗糙度係以算術
表面粗糙度(Ra)計為100 nm以下，更佳為50 nm以下，進而較佳為20 nm以下，尤佳為10 nm以下。
以下，說明光學元件4之製造方法之一例。
光學元件4係藉由對玻璃材之表面40之至少一部分進行火焰研磨而獲得。
對玻璃材之表面40進行火焰研磨之方法並無特別限定。例如可藉由燃燒器加熱、高頻加熱、及電阻加熱等進行火焰研磨。
火焰研磨之溫度係可考慮玻璃材之組成或物性等而進行適當調整。較佳為火焰研磨係於玻璃材之玻璃轉化溫度(Tg，glass transition temperature)以上之溫度下進行，更佳為於玻璃材之軟化溫度(Ts，softening temperature)以上之溫度下進行。
如以上之說明，於本實施形態中，對玻璃材之表面40之至少一部分進行火焰研磨而製作光學元件4。因此，可獲得耐候性優異之光學元件4。雖其原因並不確定，但可考慮係由於藉由火焰研磨而於光學元件4之表面40形成保護層。尤其於構成光學元件4之玻璃材含有鹼成分之情形時，由於藉由火焰研磨，光學元件4之表面40係與內部相比鹼成分更少，從而形成相對於內部具有大幅優異之耐候性之保護層，因此考慮為可更顯著地獲得藉由火焰研磨提高耐候性之效果者。
又，藉由對玻璃材之側面43a~43d進行火焰研磨，可提
高側面43a~43d之耐候性。因此，不易發生側面43a~43d之光反射率之經時劣化。因此，可抑制聚光型太陽能發電裝置1之發電效率之經時劣化。
又，藉由對玻璃材之側面43a~43d進行火焰研磨，可使側面43a~43d之表面粗糙度變小。因此，於側面43a~43d中，光之單向反射比率變高，從而可抑制光向光學元件4外部之洩漏，提高光反射率。因此，可使向太陽電池5之聚光效率提高。其結果為可使聚光型太陽能發電裝置1之發電效率進一步提高。自進一步提高聚光型太陽能發電裝置1之發電效率之觀點而言，較佳為表面40之經火焰研磨之部分之表面粗糙度係以由JISB0 601所規定之算術表面粗糙度(Ra)計為100 nm以下，更佳為50 nm以下，進而較佳為20 nm以下，尤佳為10 nm以下。
又，藉由火焰研磨而使玻璃材之脊線部或角部成為R倒角狀。因此，可有效地抑制玻璃材之脊線部或角部之缺損等。
亦可於端面41、42上形成抗反射膜。藉此，於藉由聚光構件3聚光之太陽光入射至光學元件4內時、或於穿透光學元件4之太陽光入射至太陽電池5內時，可減少光之反射損失。作為抗反射膜可列舉例如介電質多層膜。
又，亦可於側面43a~43d上設置Ag、Al、Ni、Cr等反射膜。藉此，可進一步提高側面43a~43d之光之反射率。
再者，於本實施形態中，說明了構成光學元件4之玻璃材為角錐台形狀之情形。然而，本發明並不限定於該構
成。於本發明中，光學元件只要為具有可向太陽電池聚光之形狀者則並無特別限定。端面亦可並非為平面狀，亦可為凸狀或凹狀。根據本發明，即便於光學元件4具有複雜之形狀之情形時，亦可使表面粗糙度變小而可提高光反射效率。
以下，基於具體之實施例，更詳細地說明本發明。本發明並不受以下實施例任何限定。於不改變本發明之主旨之範圍內可實施適當變更。
準備SiO2 71重量份、Al2O3 2重量份、CaO 9重量份、MgO 4重量份、Na2O 13重量份、K2O 1重量份、Sb2O3 0.1重量份作為玻璃原料。將該等玻璃原料以玻璃融液之深度成為50 mm之方式放入白金坩堝中，於1000℃~1500℃下進行3小時熔融而獲得熔融玻璃。將熔融玻璃流入耐熱模具中並進行壓製成形，藉此獲得一端面為邊長10 mm左右之正方形、另一端面為邊長5 mm左右之正方形、且高度為20 mm左右之角錐台形狀之玻璃材。
使用氧氣燃燒器對所得之玻璃材之側面進行火焰研磨。相互對向之2端面係進行機械研磨。將火焰研磨前後之玻璃材側面部之算術表面粗糙度(Ra)示於表1。再者，算術表面粗糙度(Ra)係以如以下之方式測定。又，以如以下之方式評價玻璃材之耐候性。將結果示於表1。
玻璃材之側面部之算術表面粗糙度(Ra)係藉由小阪研究
所製造之ET4000AK進行測定。
將玻璃材於85℃、相對濕度85%之恆溫恆濕槽內放置2000小時後，用顯微鏡觀察玻璃材之側面之白濁之有無。再者，將表面無白濁或沈澱物者評價為○，將存在白濁或表面沈澱物者評價為×。
使用與實施例1相同之玻璃原料，與實施例1同樣地獲得玻璃材。進而，對所得之玻璃材進行再熱壓製成形。繼而，使用氧氣燃燒器對玻璃材之表面整體進行火焰研磨。與實施例1同樣地測定火焰研磨前後之玻璃材側面部之算術表面粗糙度(Ra)。又，進行火焰研磨後之玻璃材之耐候性評價。將該等結果示於表1。
與實施例2同樣地獲得玻璃材。繼而，用藉由加熱器之電阻加熱對玻璃材之表面整體進行火焰研磨。測定火焰研磨前後之玻璃材側面部之算術表面粗糙度(Ra)。又，進行火焰研磨後之玻璃材之耐候性評價。將該等結果示於表1。
與實施例1同樣地獲得玻璃材。繼而，對於玻璃材之表面整體實施機械研磨加工。與實施例1同樣地測定研磨前後之玻璃材側面部之算術表面粗糙度(Ra)。又，進行研磨後之玻璃材之耐候性評價。將該等結果示於表1。
與實施例1同樣地獲得玻璃材。繼而，對於玻璃材之脊線部與角部實施機械研磨加工，側面部與相互對向之2端面係不進行研磨。與實施例1同樣地測定研磨前後之玻璃材側面部之算術表面粗糙度(Ra)。又，進行研磨後之玻璃材之耐候性評價。將該等結果示於表1。
準備SiO2 50重量份、Al2O3 1重量份、B2O3 14重量份、CaO 1重量份、ZnO 12重量份、Na2O 6重量份、K2O 9重量份、Li2O 2重量份、TiO2 5重量份、Sb2O3 0.1重量份作為玻璃原料，將該等以玻璃融液之深度成為50 mm之方式放入白金坩堝中，於1000℃~1500℃下進行3小時熔融。繼而，對熔融玻璃進行壓製成形，藉此獲得一端面為邊長10 mm左右之正方形、另一端面為邊長5 mm左右之正方形、且高度為20 mm左右之角錐台形狀之玻璃材。
使用氧氣燃燒器對所得之玻璃材之表面整體進行火焰研磨。
與實施例1同樣地測定火焰研磨前後之玻璃材側面部之
算術表面粗糙度(Ra)。又，進行火焰研磨後之玻璃材之耐候性評價。將該等結果示於表2。
與實施例4同樣地獲得玻璃材。繼而，玻璃材之相互對向之2端面係實施機械研磨加工，側面係使用氧氣燃燒器進行火焰研磨。與實施例1同樣地測定火焰研磨前後之玻璃材側面部之算術表面粗糙度(Ra)。又，進行火焰研磨後之玻璃材之耐候性評價。將該等結果示於表2。
與實施例4同樣地獲得玻璃材。繼而，對玻璃材之表面整體進行機械研磨。與實施例1同樣地測定機械研磨前後之玻璃材側面部之算術表面粗糙度(Ra)。又，進行研磨後之玻璃材之耐候性評價。將該等結果示於表2。
與實施例4同樣地獲得玻璃材。繼而，對於玻璃材之脊線部與角部實施機械研磨加工，側面部與相互對向之2端面係不進行研磨。與實施例1同樣地測定玻璃材之側面部之算術表面粗糙度(Ra)。又，進行研磨後之玻璃材之耐候性評價。將該等結果示於表2。
1‧‧‧聚光型太陽能發電裝置
2‧‧‧聚光光學系統
3‧‧‧聚光構件
4‧‧‧光學元件
5‧‧‧太陽電池
40‧‧‧表面
41‧‧‧端面
42‧‧‧端面
43a、43b、43c、43d‧‧‧側面
50‧‧‧受光面
圖1係本發明之一實施形態之聚光型太陽能發電裝置之模式性概念圖。
圖2係本發明之一實施形態之光學元件之模式性立體圖。
4‧‧‧光學元件
40‧‧‧表面
41‧‧‧端面
42‧‧‧端面
43a‧‧‧側面
43b‧‧‧側面
43c‧‧‧側面
43d‧‧‧側面
Claims (8)
- 一種聚光型太陽能發電裝置之光學元件，其包括包含經火焰研磨之表面之玻璃材。
- 如請求項1之光學元件，其中上述玻璃材係包含相對之一對端面及側面，且係對上述側面之至少一部分進行火焰研磨而成。
- 如請求項1或2之光學元件，其中上述光學元件之表面之經火焰研磨之部分之表面粗糙度係以算術平均粗糙度(Ra)計為200 nm以下。
- 如請求項1至3中任一項之光學元件，其中上述玻璃材含有鹼成分。
- 如請求項1至4中任一項之光學元件，其中上述玻璃材含有矽酸鹽系玻璃。
- 一種聚光型太陽能發電裝置，其包含：太陽電池、及向上述太陽電池聚光之聚光光學系統，且上述聚光光學系統係包含光學元件，該光學元件係包括包含經火焰研磨之表面之玻璃材。
- 一種聚光型太陽能發電裝置之光學元件之製造方法，其藉由對玻璃材之表面之至少一部分進行火焰研磨而獲得光學元件。
- 如請求項7之光學元件之製造方法，其藉由燃燒器加熱、高頻感應加熱或電阻加熱進行火焰研磨。
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