TW201323191A - 聚光型太陽能薄型化聚光鏡之製程方法 - Google Patents

Abstract

本發明為有關一種聚光型太陽能薄型化聚光鏡之製程方法，尤指製造菲涅爾透鏡之製造流程，其包括將既有第一鏡片放入治具中，治具中注入矽膠、固化來翻模得到矽膠母模，第一鏡片脫離矽膠母模後灌ＵＶ膠於模穴中，且於矽膠母模上蓋上強化玻璃形成貼合，再進行ＵＶ膠固化形成黏固在強化玻璃上之第二鏡片，將強化玻璃連同第二鏡片脫離矽膠母模，便可得到聚光鏡，由於矽膠及ＵＶ膠材質價格低廉，且製造步驟簡單、迅速，更不會因陽光長時間照射而產生脆化、黃化或降低透光率之問題，且利用強化玻璃朝向外部來保護聚光鏡避免直接衝擊，強度大之強化玻璃又不會因衝擊產生損壞，是以，便可達到降低成本、簡化製程、延長使用壽命、提升產品品質及性能之目的。

Description

聚光型太陽能薄型化聚光鏡之製程方法

本發明係提供一種聚光型太陽能薄型化聚光鏡之製程方法，尤指利用矽膠對既有第一鏡片進行翻模，再於矽膠母模中灌入UV膠並蓋上強化玻璃，固化後便可得到第二鏡片黏固在強化玻璃上之聚光鏡，藉此達到降低成本、簡化製程、延長壽命及提升品質之目的。

按，隨著能源的減少及環保意識的抬頭，發電技術從以往的火力發電發展到利用核能發電，核能發電雖解決了火力發電的空污問題，但卻又會因為核能外洩而產生輻射污染問題，所以相關廠商便紛紛針對此一問題，極力研發替代性的發電技術，在此狀況下，太陽能發電便成為極佳的解決方案。

太陽能發電技術中的高聚光型太陽能發電系統(HCPV)，其係包括聚光型太陽能電池、高聚光鏡面菲涅爾透鏡(Fresnel Lens)及追日系統(Sun Tracker)所組成，由高倍數之聚光透鏡，將來自太陽的平行光聚焦於III-V族太陽能電池上，因此能夠有效率的利用太陽能電池，但是隨著聚焦倍數增加，又因為在單一地點上太陽在不同時間其位置皆會改變，高聚光型太陽能發電系統便需要一套高精度和高穩定性之追日系統，透過追日系統以調整角度的方式，隨時將太陽能電池及菲涅爾透鏡調整至最佳的日照角度，並透過菲涅爾透鏡將太陽光準確的聚焦在模組中的太陽能晶片上，才得以維持高聚光型太陽能發電系統的最佳功率，因此菲涅爾透鏡為重要的元件之一。

但一般的菲涅爾透鏡的製造方式為壓模陣列組裝或塑膠射出成型方式，壓模陣列組裝方式因為製程復雜費時，在降低產品成本的考量下，較少被廠商使用，所以一般廠商是利用塑膠射出成型方式來大量製造菲涅爾透鏡，由於塑膠材質的菲涅爾透鏡具有不耐熱、硬度不足之缺失，由於高聚光型太陽能發電系統架設的位置是戶外空間(如地球及太空)，許多該等環境對有機聚合材料極為有害，且廠商也在研發愈來愈大的太陽能發電系統，其不僅需要廉價、快速且可再生地製作方式，又要耐受所暴露環境之刺激或衝擊，如雨水、風、冰雹、雪、冰、隕石、落石、樹枝等環境影響，長期暴露於高溫環境或曝曬於太陽之紫外光下等，因為塑膠材質重複暴露於紫外光輻射下會因易於分解造成透鏡降格，如黃化、脆化或透光率降低等。

由於高聚光型太陽能發電系統在使用上都是以年為單位進行壽命評量，消費者當然希望可以持續的使用數年，且性能上不會劣化或損失，而不是頻繁的更換維修，如耐受長達20年的戶外暴露而不顯著損失光學透射性或機械完整性，但很明顯的，塑膠材質之菲涅爾透鏡很容易受到環境影響而無法達到消費者的期望。

目前高聚光型太陽能發電系統之菲涅爾透鏡，在實際使用上仍存在缺失有待改善，如：

(一)該塑膠材質菲涅爾透鏡受到冰雹、隕石、落石或樹枝等物體的衝擊時，因為塑膠材質之強度不足，而容易產生損壞之情形。

(二)該塑膠材質菲涅爾透鏡長時間在高溫環境或曝曬於太陽之紫外光下時，塑膠材質容易產生黃化、脆化或透光率降低等性能劣化缺失。

上述習用之菲涅爾透鏡，因具有諸多問題與缺失，此即為本發明人與從事此行業者所亟欲改善之目標所在。

故，發明人有鑑於上述缺失，乃蒐集相關資料，經由多方評估及考量，並以從事於此行業累積之多年經驗，經由不斷試作及修改，始設計出此種達到降低成本、簡化製程、延長使用壽命、提升產品品質及性能之聚光型太陽能薄型化聚光鏡之製程方法的發明專利者。

本發明之主要目的乃在於，該利用既有第一鏡片及矽膠翻模得到矽膠母模，且灌入UV膠於矽膠母模再進行固化，便可得到第二鏡片，因利用價格低廉之矽膠及UV膠材料，且製造簡單、迅速，UV膠材質長時間照射陽光也不會產生脆化、黃化或降低透光率，便可達到降低成本、簡化製程、延長產品使用壽命、提升產品品質及性能之目的。

本發明之次要目的乃在於，該矽膠母模中之UV膠固化時黏固在矽膠母模頂面之強化玻璃上以形成聚光鏡，因聚光鏡使用時利用強化玻璃朝外承受衝擊，強化玻璃因強度大所以不會損壞，並讓聚光鏡受強化玻璃保護以避免遭受衝擊損壞，進而可達到延長使用壽命之目的

本發明之另一目的乃在於，該第二鏡片因UV膠材質的特性，所以固化時不會黏固於矽膠母模，又因UV膠對玻璃的黏合性很強，所以第二鏡片固化時又會確實的黏固於強化玻璃上，進而可同時達到方便脫模及結構穩固之雙重目的。

為達成上述目的及功效，本發明所採用之技術手段及其構造，茲繪圖就本發明之較佳實施例詳加說明其特徵與功能如下，俾利完全瞭解。

請參閱第一、二、三、四、五、六、七、八圖所示，係為本發明之製造流程圖、第一鏡片置入治具之立體外觀圖、治具注入矽膠之立體外觀圖、矽膠母模之立體外觀圖、矽膠母模注入UV膠之側視剖面圖、矽膠母模蓋上強化玻璃之側視剖面圖、UV膠固化之側視剖面圖、聚光鏡之立體外觀圖，由圖中可以清楚看出，其聚光型太陽能薄型化聚光鏡之製造流程為包括：

(400)將既有第一鏡片1放入治具11中。

(401)於治具11中注入矽膠，且固化矽膠進行翻模得到矽膠母模2。

(402)將第一鏡片1由矽膠母模2中脫離。

(403)灌UV膠進入矽膠母模2之模穴21中，且於矽膠母模2上蓋上強化玻璃31形成貼合。

(404)進行UV膠固化形成第二鏡片32，且第二鏡片32同時黏固在強化玻璃31上。

(405)將強化玻璃31連同第二鏡片32脫離矽膠母模2，得到聚光鏡3。

由上述步驟可以得知，本發明是先將既有的第一鏡片1放入治具11中，且透過於治具11中注入矽膠(聚二甲基矽氧烷，Polydimethylsiloxane，PDMS)方式進行翻模作業，待矽膠固化形成矽膠母模2後，將矽膠母模2脫離治具11及第一鏡片1，由於矽膠為無毒、疏水性(hydrophobic)之惰性物質，且固化後為非易燃性之透明彈性體，由於利用矽膠材質製成母模2不僅具有製程簡便快速、透光性良好、生物相容性佳、易與多種材質在室溫中接合及低楊氏模量(Young’s modulus)導致的結構高彈性(structural flexibility)等特性，更因矽膠材料成本遠低於矽晶圓，所以可以大幅度的降低生產成本。

在矽膠母模2完成之後，於矽膠母模2之模穴21中灌入UV膠，且於矽膠母模2頂面蓋上強化玻璃31形成貼合，讓UV膠接觸強化玻璃31，再進行UV膠固化作業形成第二鏡片32，第二鏡片32便會同時黏固在強化玻璃31上，將強化玻璃31連同第二鏡片32脫離矽膠母模2，便可得到聚光鏡3，UV膠又稱無影膠、光敏膠或紫外光固化膠，係指必須通過紫外光線照射才能固化的一類膠粘劑，其為由包括基礎樹脂、活性單體、光引發劑等主成分配以穩定劑交聯劑、偶連劑等助劑所組成，UV為紫外光線(Ultraviolet Rays)，紫外光線是可見光以外且波長在10～400nm範圍內的一段電磁輻射，UV膠固化原理是UV材料中的光引發劑(或光敏劑)在紫外線的照射下，會於吸收紫外光後產生活性自由基或陽離子，來引發單體聚合、交聯和接支化學反應，使UV膠在數秒鐘內由液態轉化為固態來形成第二鏡片32，且基礎樹脂和活性單體又會聚合交聯成為網絡結構，讓材料粘接，藉此在矽膠固化中同時達到第二鏡片32黏固於強化玻璃31上之效果，便可生產出聚光鏡3，且又具有節省製造步驟(黏固)之效果。

當聚光鏡3使用於聚光型太陽能發電系統時，係將強化玻璃31朝外，第二鏡片32則朝內，由於聚光型太陽能發電系統大多為裝設於室外，但隨著地區、地形或氣候的改變，會產生有塵埃、雨水接觸及落石、隕石、冰雹、樹枝等物體的衝擊，朝外之強化玻璃31因為強度大，所以在遭受到上述情況時，其強化玻璃31便不會受損，又可避免聚光鏡3直接遭受衝擊產生受損或毀壞，進而可達到延長使用壽命之目的；另，由於UV膠材質固化製成之第二鏡片32不會受到外部環境的影響，所以僅需考量陽光長時間照設所造成的影響，由於UV膠材質固化後並不會因為陽光照射而脆化、黃化或降低透光率，且矽膠及UV膠材料的價格低廉，所以，便可在達到製程簡化、迅速且降低材料成本之目的時，同時具有延長產品使用壽命、提升產品品質及性能之優勢。

再者，由於UV膠材質的特性，在將UV膠注入矽膠母模2並進行固化時，其第二鏡片32無法黏固於矽膠母模2之模穴21表面，但UV膠固化時對於玻璃的黏合性很強，所以第二鏡片32又會確實的黏固於強化玻璃31上，所以不僅具有方便脫模之優勢，製造後又可達到結構穩固之目的。

上述之第一鏡片1及第二鏡片32為菲涅爾透鏡(Fresnel Lens)，其具有一系列由同心或平行配置之稜鏡形成的不連續表面代替凸透鏡之彎曲表面，藉此減少透鏡厚度並達到減輕重量之目的，然而有關菲涅爾透鏡係為習知之技術，且該細部構成非本案發明要點，茲不再贅述。

上述本發明之聚光型太陽能薄型化聚光鏡之製程方法於實際使用時，為具有下列各項優點，如：

(一)該既有第一鏡片1利用矽膠翻模得到矽膠母模2，且於矽膠母模2之模穴21中灌入UV膠並進行固化即可得到第二鏡片32，由於矽膠及UV膠材料價格低廉，且製造步驟簡單、迅速，更可耐受陽光長時間照射而不會產生脆化、黃化或降低透光率之問題。

(二)該矽膠母模2之模穴21中灌入UV膠後，於矽膠母模2頂面蓋上強化玻璃31，讓UV膠固化後第二鏡片32黏固在強化玻璃31上來形成聚光鏡3，由於聚光鏡3使用時係將強化玻璃31朝向外部，便可利用強化玻璃31保護聚光鏡3避免直接遭受衝擊，且強化玻璃31因為強度大所以遭受衝擊時又不會損壞。

(三)由於UV膠材質的特性，固化時第二鏡片32不會黏固於矽膠母模2之模穴21表面，且因UV膠固化時對於玻璃的黏合性很強，所以第二鏡片32又會確實的黏固於強化玻璃31上。

故，本發明為主要針對聚光型太陽能薄型化聚光鏡之製程方法，而可將既有的第一鏡片1放入治具11，再注入矽膠進行翻模得到矽膠母模2，且將矽膠母模2之模穴21中灌入UV膠後蓋上強化玻璃31，再進行固化形成黏固在強化玻璃31上之第二鏡片32，脫離矽膠母模2後便可得到聚光鏡3，以降低生產成本、製程簡化、延長產品使用壽命及提升產品品質為主要保護重點，惟，以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，非因此即侷限本發明之專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為之簡易修飾及等效結構變化，均應同理包含於本發明之專利範圍內，合予陳明。

綜上所述，本發明上述之聚光型太陽能薄型化聚光鏡之製程方法於實施、操作時，為確實能達到其功效及目的，故本發明誠為一實用性優異之發明，為符合發明專利之申請要件，爰依法提出申請，盼　審委早日賜准本案，以保障發明人之辛苦研發，倘若　鈞局貴審委有任何稽疑，請不吝來函指示，發明人定當竭力配合，至感德便。

1．．．第一鏡片

11．．．治具

2．．．矽膠母模

21．．．模穴

3．．．聚光鏡

31．．．強化玻璃

32．．．第二鏡片

第一圖　係為本發明之製造流程圖。

第二圖　係為本發明第一鏡片置入治具之立體外觀圖。

第三圖　係為本發明治具注入矽膠之立體外觀圖。

第四圖　係為本發明矽膠母模之立體外觀圖。

第五圖　係為本發明矽膠母模注入UV膠之側視剖面圖。

第六圖　係為本發明矽膠母模蓋上強化玻璃之側視剖面圖。

第七圖　係為本發明UV膠固化之側視剖面圖。

第八圖　係為本發明聚光鏡之立體外觀圖。

Claims (3)

1. 一種聚光型太陽能薄型化聚光鏡之製程方法，尤指製造菲涅爾透鏡(Fresnel Lens)之製造流程，其包括：(A01)將既有第一鏡片放入治具中：(A02)於該治具中注入矽膠(聚二甲基矽氧烷，Polydimethylsiloxane，PDMS)，且固化矽膠進行翻模得到矽膠母模；(A03)將該第一鏡片由該矽膠母模中脫離；(A04)灌UV膠進入該矽膠母模之模穴中，且於該矽膠母模上蓋上強化玻璃形成貼合；(A05)進行UV膠固化形成第二鏡片，且該第二鏡片同時黏固在該強化玻璃上；(A06)將該強化玻璃連同該第二鏡片脫離該矽膠母模，得到聚光鏡。
2. 如申請專利範圍第1項所述之聚光型太陽能薄型化聚光鏡之製程方法，其中該UV膠固化為透過波長在10～400nm範圍內的紫外光線照射。
3. 如申請專利範圍第2項所述之聚光型太陽能薄型化聚光鏡之製程方法，其中該UV膠為包括基礎樹脂、活性單體、光引發劑等主成分配以穩定劑交聯劑、偶連劑等助劑所組成。