TW201608816A - 提升太陽能電池發電效率之方法及裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提出一種提升太陽能電池發電效率之方法，包含：提供一增效結構使該太陽能電池經由該增效結構接收光能，其中該增效結構為一立體結構，可應用該增效結構之表面積大於太陽能電池平板面積，結構物質之平均折射率高於環境物質折射率及改善界面等，以增加導入太陽能電池之光能。另外，該增效結構增加導入之光能量時，需同時克服光能吸收量，若是如此，能夠對太陽能電池產生光能增加之淨量，即可增加其發電效率。進一步地，可利用該增效結構降低太陽電池溫度，進一步提升太陽能電池之發電效率。

Description

提升太陽能電池發電效率之方法及裝置
本發明係屬於太陽能電池相關領域，特別係關於一種能夠提升太陽能電池發電效率之方法及裝置。
1997年在英國報導指出，依目前石油使用速度，將在四十餘年後石油可能使用殆盡。而近幾年來因為石油的超量使用，造成排放出的大量二氧化碳使溫室效應提升，而受到世界各國的重視。石油價格在2005年8月末漲至每桶70美元，甚至在2006年4月創每桶75美元新高。在全球油源逐漸減少及油價一直上漲的趨勢下，未來傳統石油、燃煤等火力發電方式將更容易受到石油燃煤產量的限制，同時環境汙染及溫室效應也是全球重視的議題。因此，各個國家近一、二十年已積極設法以再生能源來取代石化燃料發電，以減輕傳統發電方式所產生的環境污染問題與溫室效應。
各種再生能源中以燃料電池、風力發電及太陽能電池最具有發展的潛力，其中風力發電及太陽能電池均已商業化。風力發電須設置在環境適當的地點，太陽能電池的設置在環境影響下比較沒有受到限制。太陽能發電是一種可再生的環保發電方式，其發電過程中不會產生二氧化碳等溫室氣體，因此不會對環境造成污染。太陽能電池發電具有免費、無限、對生態環境的低影響、固定一致的轉化效率、使用壽命長達20年以上及可採用太陽光以外的其他光源等優點，所以太陽能電池的應用與研究已是現今在再生能源發展的重要方向之一。
從五十年代開始，太陽能產業的整合業已漸漸成形，受到美、日、德等先進國家發起的大規模國家光伏發展計劃和太陽能屋頂計劃的刺激與推動，世界光伏工業(photovoltaic industry)近年來保持著年均30%以上的高速增長，是個比資訊科技(IT)產業發展還快的產業。然而，目前常用矽質太陽能電池的太陽光與電能的轉換效率平均僅約15%左右，與核能發電的36%左右、燃煤發電的45%左右相對來說低得多。因此，如何提升太陽能電池之轉換效率，以使環保、壽命長之太陽能電池的實用性提升，而能夠替代不環保的燃煤發電或有潛在安全疑慮的核能發電，是現代人亟欲解決之問題。
基於上述問題，本發明提出一種提升太陽能電池發電效率之方法，本發明適用於各種型式之太陽電池，提升太陽電池發電效率之方法包含：提供一增效結構使該太陽能電池經由該增效結構接收光能，其中該增效結構為一立體結構，提升太陽能電池發電效率之一種技術乃利用立體結構之表面積大於太陽能電池平板面積之原理，增加光能之導入於太陽能電池，以提升其整體發電效率，此立體結構之組成可包含固體、液體、氣體等形式之組合，亦可為不同物質之組合，尤其以液體、固體或其組合形成之結構易於建置。所述組成立體結構之液體或固體，若為高透光率之液體，高透光率之固體或其組合效果較佳，透明之液體，透明之固體或其組合效果尤佳。整個立體結構建置於所欲增效之太陽能電池上，以提升太陽能電池之發電效率。另外增加光能導入量會受到立體結構之光吸收量影響，若要提升太陽能電池整體發電效率，增加導入之光能量需克服光能吸收量，若是如此，在欲增加發電效率之太陽能電池上建置之增效結構，能夠對太陽能電池產生光能增加之淨量，即光能增量大於光能吸收量，即可增加太陽能電池之發電效率，因此所用組成立體結構之物質為較高透光 率，增加太陽能電池發電效率之效果較佳，可以產生提升太陽能電池發電效率，若所用組成立體結構之物質為透明之物質，增加太陽能電池發電效率之效果更佳，另外在於增加立體結構其正面及側面之面積有助於提升光能導入量，可提升太陽能電池之發電效率。另外所用立體結構提升太陽能電池效率之另一種技術在於立體結構使用高折射率之物質來組成，使組成立體結構物質之平均折射率高於太陽能電池放置週邊之環境物質(例如空氣)之折射率，使單位面積導入光能量增加，提升太陽能電池之發電效率，當增效結構物質之折射率大於環境物質之折射率，由於增效結構物質之影響，受光系統之數值孔徑(Numerical aperture)增大，太陽能電池之等效受光角增大，而Airy pattern亦較集中，因此太陽能電池之光導入量增加，太陽電池之等效效率提升。所用組成立體結構之物質，其折射率高者，其增加太陽能電池發電效率亦較佳，所用於立體結構物質之平均折射率，只要大於環境物質(一般是空氣)之平均折射率即有效果。再者所用立體結構提升太陽能電池效率之另一種技術乃利用所用組成增效立體結構之物質例如玻璃、聚合物，水(包含海水、淡水等形式)、水溶液、有機化合物(碳氫化合物、碳氫氧化合物等)等或其組合，將此增效結構建置於太陽能電池表面或是增效結構有包含液體，可將太陽能電池浸入增效結構之液體中，利用增效結構之物質尤其是液體(例如水、水溶液、有機化合物等)之熱傳導，熱輻射、流動(例如熱對流)、相變化(例如蒸發)，使太陽電池表面溫度下降，提升太陽能電池效率，所利用之增效立體結構包含液體例如水(包含海水、淡水等形式)、水溶液、有機化合物(例如酒精、丙酮等等)等或其組合，可易於降低太陽電池表面溫度也提升其效率，習知太陽能板散熱採用之方法為在太陽能板背面或周圍建置散熱機構，本發明之一利用太陽電池之正面散熱或將太陽能電池浸入於液體來散熱，為其特徵，此種方法增效結構產生降低溫度，只要降溫所產生太陽能電池效率增高值大於光能被增效結構物質吸收所降低之太陽能電池效率值，產生太陽能電池效率增加淨值，即有提升 太陽能電池效率之效果。另外亦可以增效結構之物質組成提升太陽能電池效率，此乃利用所用增效物質之組成來達成，此組成包含液體，例如水(包含海水、淡水等形式)、水溶液、有機化合物(碳氫化合物、碳氫氧化合物等)或其組合，藉由液體和太陽能電池表面接觸，液體因連通管原理，易於流動，可均勻覆蓋於太陽能電池表面，可稀釋附於太陽能電池表面會影響其光接收量之雜質，以及利用所用液體其平均折射率高於太陽能電池置放環境之環境物質(例如空氣)之折射率，改善太陽電池表面和空氣間之界面狀態，可以改善太陽能電池表面之光能導入狀態，增加光能量進入太陽能電池，提升太陽能電池效率。
上述之方法中，該液體可為水(包含海水淡水等等形式)、水溶液、有機化合物(例如酒精、丙酮、甲醇等)等等。或其組合；該固體可為石英、玻璃、聚合物(例如塑膠)等等或其組合。依據前述提升太陽能電池發電效率之方法，本發明亦提供一種提升太陽能電池發電效率之裝置，包含：至少一太陽能電池；以及至少一增效結構，設置使該太陽能電池經由該增效結構接收光能；其中該增效結構為一立體結構，提升太陽能電池發電效率之一種技術乃利用立體結構之表面積大於太陽能電池平板面積之原理，增加光能之導入於太陽能電池，以提升其整體發電效率，此立體結構之組成可包含固體、液體、氣體等形式之組合，亦可為不同物質之組合，尤其以液體、固體或其組合形成之結構易於建置。所述組成立體結構之液體或固體，若為高透光率之液體，高透光率之固體或其組合效果較佳，透明之液體，透明之固體或其組合效果尤佳。整個立體結構建置或製作於所欲增效之太陽能電池，以提升太陽能電池之發電效率。另外增加光能導入量會受到立體結構之光吸收量影響，若要提升太陽能電池整體發電效率，增加導入之光能量需克服光能吸收量，若是如此，在欲增加發電效率之太陽能電池上建置之增效結構，能夠對太陽能電池產生光能增加之淨量，即光能 增量大於光能吸收量，即可增加太陽能電池之發電效率，因此所用組成立體結構之物質為較高透光率，增加太陽能電池發電效率之效果較佳，可以產生提升太陽能電池發電效率，若所用組成立體結構之物質為透明之物質，增加太陽能電池發電效率之效果更佳，另外在於增加立體結構其正面及側面之面積有助於提升光能導入量，可提升太陽能電池之發電效率。另外所用立體結構提升太陽能電池效率之另一種技術在於立體結構使用高折射率之物質來組成，使組成立體結構物質之平均折射率高於太陽能電池放置週邊之環境物質(例如空氣)之折射率，使單位面積導入光能量增加，提升太陽能電池之發電效率，當增效結構物質之折射率大於環境物質之折射率，由於增效結構物質之影響，受光系統之數值孔徑(Numerical aperture)增大，太陽能電池之等效受光角增大，而Airy pattern亦較集中，因此太陽能電池之光導入量增加，太陽電池之等效效率提升。所用組成立體結構之物質，其折射率高者，其增加太陽能電池發電效率亦較佳，所用於立體結構物質之平均折射率，只要大於環境物質(一般是空氣)之平均折射率即有效果。再者所用立體結構提升太陽能電池效率之另一種技術乃利用所用組成增效立體結構之物質例如玻璃、聚合物，水(包含海水、淡水等形式)、水溶液、有機化合物(碳氫化合物、碳氫氧化合物等)等或其組合，將此增效結構建置於太陽能電池表面或是增效結構有包含液體，可將太陽能電池浸入增效結構之液體中，利用增效結構之物質尤其是液體(例如水、水溶液、有機化合物等)之熱傳導，熱輻射、流動(例如熱對流)、相變化(例如蒸發)，使太陽電池表面溫度下降，提升太陽能電池效率，所利用之增效立體結構包含液體例如水(包含海水、淡水等形式)、水溶液、有機化合物(例如酒精、丙酮等等)等或其組合，可易於降低太陽電池表面溫度也提升其效率，習知太陽能板散熱採用之方法為在太陽能板背面或周圍建置散熱機構，本發明之一利用太陽電池之正面散熱或將太陽能電池浸入於液體來散熱，為其特徵，此種方法增效結構產生降低溫度，只要降溫所產生太陽能電池效率增高值大 於光能被增效結構物質吸收所降低之太陽能電池效率值，產生太陽能電池效率增加淨值，即有提升太陽能電池效率之效果。另外亦可以增效結構之物質組成提升太陽能電池效率，此乃利用所用增效物質之組成來達成，此組成包含液體，例如水(包含海水、淡水等形式)、水溶液、有機化合物(碳氫化合物、碳氫氧化合物等)或其組合，藉由液體和太陽能電池表面接觸，液體因連通管原理，易於流動，可均勻覆蓋於太陽能電池表面，可稀釋附於太陽能電池表面會影響其光接收量之雜質，以及利用所用液體其平均折射率高於太陽能電池置放環境之環境物質(例如空氣)之折射率，改善太陽電池表面和空氣間之界面狀態，可以改善太陽能電池表面之光能導入狀態，增加光能量進入太陽能電池，提升太陽能電池效率。
前述裝置可選擇性地加上一支撐結構以支撐並固定該增效結構於該太陽能電池之上表面。該支撐裝置亦可同時支撐該增效結構與該太陽能電池。
在本發明之一實施例中，該裝置進一步包含一散熱裝置與一循環裝置，以使該液體之溫度降低，進而降低太陽能電池之溫度，而使太陽能電池之發電效率得以進一步提升。
在本發明之一實施例中，該裝置係包含複數個太陽能電池，可形成一太陽能電池陣列，而增加發電量。
在本發明又一實施例中，該裝置包含複數個增效結構，每一太陽能電池設置對應之增效結構。
經由本發明之技術特徵，可運用於現有太陽能電池以增加太陽能電池之發電效率。
以下將配合圖式進一步說明本發明的實施方式，下述所列舉的實施例係用以闡明本發明，並非用以限定本發明之範圍，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許更動與潤飾，因此本 發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧提升太陽能電池發電效率之裝置之一實施例
11‧‧‧太陽能電池
12‧‧‧增效結構
13‧‧‧支撐結構
121‧‧‧空心圓柱
121’‧‧‧空心四方柱
122‧‧‧透明液體
13‧‧‧支撐裝置
20‧‧‧陣列式太陽能板
21‧‧‧太陽能電池
221‧‧‧透明固體結構
222‧‧‧透明液體
223‧‧‧蓄水處
224‧‧‧散熱裝置
225‧‧‧遮陽裝置
23‧‧‧支撐裝置
41‧‧‧太陽能電池
421‧‧‧透明固體結構
422‧‧‧透明液體
423‧‧‧連接管
424‧‧‧蓄水暨循環裝置
425‧‧‧遮陽裝置
426‧‧‧散熱裝置
50‧‧‧太陽能電池
51‧‧‧增效結構
511‧‧‧具有高透光率底座之容器
512‧‧‧高透光率液體
60‧‧‧太陽能板
610‧‧‧水
611~614‧‧‧管線
62‧‧‧儲熱水槽
63‧‧‧支撐裝置
64‧‧‧循環馬達
70‧‧‧太陽能電池板
71‧‧‧增效結構
72‧‧‧支撐結構
第一圖係為本發明提升太陽能電池發電效率之裝置，以一高透光率固體所圍起之(A)空心圓柱(B)空心四方柱(正方形或長方形等等皆可)作為增效結構之示意圖。
第二圖係為第一圖中本發明提升太陽能電池發電效率之裝置，運用於陣列式太陽能板之示意圖。
第三圖係為陣列式太陽能板加以包含一可循環流動液體之增效結構的示意圖。
第四圖係為第二圖本發明提升太陽能電池發電效率之裝置之延伸，係進一步加上循環裝置以及遮陽裝置及散熱裝置。
第五圖係為本發明提升太陽能電池發電效率之裝置以一(A)高透光率固體(B)高透光率之固體與液體之組合作為增效結構之示意圖。
第六圖係為本發明提升太陽能電池發電效率之裝置，此裝置整合改良自太陽能熱水器之架構應用於(A)自然循環式(B)強制循環式之示意圖。
第七圖係為將5cm×4cm方形太陽能電池板放入一市售直徑13cm高度19cm容量2000c.c之燒杯中，逐次增加水深並量測太陽能電池之輸出電壓之實驗結果圖。
第八圖係為太陽能電池放在2000c.c燒杯內、外，或是放入其中並加水，太陽能電池輸出電壓隨溫度變化之實驗結果圖。
第九圖係為維持溫度穩定，利用太陽能電池放在2000c.c燒杯內量測加水高度與太陽能電池輸出電壓之變化。
第十圖係為(A)利用室內光源，量測2000c.c燒杯內的太陽能電池在水深不同時的輸出電壓。(B)為(A)之重複試驗結果。
第十一圖係為(A)利用陽光光源，量測側邊圍黑紙之2000c.c燒杯內的太陽能電池在水深不同時的輸出電壓。(B)為利用日光燈光源之重複試驗結果。
第十二圖係為利用室內光源，量測2000c.c燒杯內的太陽能電池在酒精深度不同時的輸出電壓。
第十三圖係為在戶外將太陽能電池板放入一長72cm×寬52cm×高60cm之不透明塑膠水槽，於水深不同時，量測太陽能電池輸出電壓之實驗結果。
第十四圖係為在戶外將太陽能電池放入一長44cm×寬24cm×高27cm之大玻璃魚缸，於水深不同時，量測太陽能電池輸出電壓之實驗結果。
第十五圖係為在戶外將太陽能電池放入一長25cm×寬25cm×高28cm之小型玻璃魚缸，於水深不同時，量測太陽能電池輸出電壓之實驗結果。
第十六圖係為將一長18cm×寬12.5cm×高6cm之玻璃皿，將太陽能電池放入，量測太陽能電池的輸出電壓變化。
第十七圖係為實施例10之實驗架構的示意圖。
第十八圖係為(A)利用太陽光及第十七圖之架構，將每一單元3.8cm×2.6cm的太陽能電池組合成長8單元×寬9單元之陣列加上各單元單有間隙約2mm總計約長31.5cm寬25cm之太陽能電池板進行無水及加水 實驗之結果。(B)為(A)實驗相對之光照度圖。
第十九圖係為(A)經由改變立體結構之石英玻璃厚度；太陽能電池輸出電壓之變化情形(B)重複(A)實驗之結果。
第二十圖係為如圖五B之架構，將2000c.c燒杯直接放在太陽能板上，再逐次加水，太陽能電池之輸出電壓變化的實驗結果。
第二十一圖係為經由不同透光率之立體結構，太陽能電池輸出電壓隨水深變化情形。圖中所示為加水和加墨汁之水其透光率降低到約0.994、0.981及0.962於燒杯內之太陽能電池輸出電壓變化圖。
第二十二圖係為石英玻璃及microslide玻璃之透光率隨波長變化圖。
第二十三圖係為在燒杯下感測器量測隨水深變化之照度變化圖。
第二十四圖係為感測器在燒杯內量測隨水深度變化之照度變化圖。
第二十五圖係為太陽電池放在2000c.c燒杯內，在日光燈環境，加入海水，太陽能電池輸出電壓隨水深之變化。
第二十六圖係為太陽電池放在2000c.c燒杯內，在陽光環境，加入海水，太陽能電池輸出電壓隨水深之變化。
第二十七圖係為將太陽能電池放在2000c.c燒杯內量測有無加水及逐漸加水從3cm到15cm太陽電池之輸出變化(A)為量測輸出電壓變化(B)為量測輸出電流變化。
本發明之一目的為提出一種提升太陽能電池發電效率之方法，包含：提供一增效結構使該太陽能電池經由該增效結構接收光能，其中該增效結構為一立體結構，提升太陽能電池發電效率之一種技術乃利用立 體結構之表面積大於太陽能電池平板面積之原理，增加光能之導入於太陽能電池，以提升其整體發電效率，此立體結構之組成可包含固體、液體、氣體等形式之組合，亦可為不同物質之組合，尤其以液體、固體或其組合形成之結構易於建置。所述組成立體結構之液體或固體，若為高透光率之液體，高透光率之固體或其組合效果較佳，透明之液體，透明之固體或其組合效果尤佳。整個立體結構建置或製作於所欲增效之太陽能電池，以提升太陽能電池之發電效率。另外增加光能導入量會受到立體結構之光吸收量影響，若要提升太陽能電池整體發電效率，增加導入之光能量需克服光能吸收量，若是如此，在欲增加發電效率之太陽能電池上建置之增效結構，能夠對太陽能電池產生光能增加之淨量，即光能增量大於光能吸收量，即可增加太陽能電池之發電效率，因此所用組成立體結構之物質為較高透光率，增加太陽能電池發電效率之效果較佳，可以產生提升太陽能電池發電效率，若所用組成立體結構之物質為透明之物質，增加太陽能電池發電效率之效果更佳，另外在於增加立體結構其正面及側面之面積有助於提升光能導入量，可提升太陽能電池之發電效率。另外所用立體結構提升太陽能電池效率之另一種技術在於立體結構使用高折射率之物質來組成，使組成立體結構物質之平均折射率高於太陽能電池放置週邊之環境物質(例如空氣)之折射率，使單位面積導入光能量增加，提升太陽能電池之發電效率，當增效結構物質之折射率大於環境物質之折射率，由於增效結構物質之影響，受光系統之數值孔徑(Numerical aperture)增大，太陽能電池之等效受光角增大，而Airy pattern亦較集中，因此太陽能電池之光導入量增加，太陽電池之等效效率提升。所用組成立體結構之物質，其折射率高者，其增加太陽能電池發電效率亦較佳，所用於立體結構物質之平均折射率，只要大於環境物質(一般是空氣)之平均折射率即有效果。再者所用立體結構提升太陽能電池效率之另一種技術乃利用所用組成增效立體結構之物質例如玻璃、聚合 物，水(包含海水、淡水等形式)、水溶液、有機化合物(碳氫化合物、碳氫氧化合物等)等或其組合，將此增效結構建置於太陽能電池表面或是增效結構有包含液體，可將太陽能電池浸入增效結構之液體中，利用增效結構之物質尤其是液體(例如水、水溶液、有機化合物等)之熱傳導，熱輻射、流動(例如熱對流)、相變化(例如蒸發)，使太陽電池表面溫度下降，提升太陽能電池效率，所利用之增效立體結構包含液體例如水(包含海水、淡水等形式)、水溶液、有機化合物(例如酒精、丙酮等等)等或其組合，可易於降低太陽電池表面溫度也提升其效率，習知太陽能板散熱採用之方法為在太陽能板背面或周圍建置散熱機構，本發明之一利用太陽電池之正面散熱或將太陽能電池浸入於液體來散熱，為其特徵，此種方法增效結構產生降低溫度，只要降溫所產生太陽能電池效率增高值大於光能被增效結構物質吸收所降低之太陽能電池效率值，產生太陽能電池效率增加淨值，即有提升太陽能電池效率之效果。另外亦可以增效結構之物質組成提升太陽能電池效率，此乃利用所用增效物質之組成來達成，此組成包含液體，例如水(包含海水、淡水等形式)、水溶液、有機化合物(碳氫化合物、碳氫氧化合物等)或其組合，藉由液體和太陽能電池表面接觸，液體因連通管原理，易於流動，可均勻覆蓋於太陽能電池表面，可稀釋附於太陽能電池表面會影響其光接收量之雜質，以及利用所用液體其平均折射率高於太陽能電池置放環境之環境物質(例如空氣)之折射率，改善太陽電池表面和空氣間之界面狀態，可以改善太陽能電池表面之光能導入狀態，增加光能量進入太陽能電池，提升太陽能電池效率。
前述之液體不限，可為水、(包含海水、淡水等形式)、水溶液、有機化合物(碳氫化合物、碳氫氧化合物等)或其組合，但不僅限於此，只要高透光率之液體皆可作為實現本發明方法之液體。
前述之固體不限，可為石英、玻璃、聚合物(例如塑膠)或其組合，但不僅限於此，只要是高透光率的固體皆可作為實現本發明方法之固體。
依本發明所提出的提升太陽能電池發電效率之方法，本發明亦提出一種提升太陽能電池發電效率之裝置，包含：至少一太陽能電池；以及至少一增效結構，設置使該太陽能電池經由該增效結構接收光能；其中該增效結構為一立體結構，提升太陽能電池發電效率之一種技術乃利用立體結構之表面積大於太陽能電池平板面積之原理，增加光能之導入於太陽能電池，以提升其整體發電效率，此立體結構之組成可包含固體、液體、氣體等形式之組合，亦可為不同物質之組合，尤其以液體、固體或其組合形成之結構易於建置。所述組成立體結構之液體或固體，若為高透光率之液體，高透光率之固體或其組合效果較佳，透明之液體，透明之固體或其組合效果尤佳。整個立體結構建置或製作於所欲增效之太陽能電池，以提升太陽能電池之發電效率。另外增加光能導入量會受到立體結構之光吸收量影響，若要提升太陽能電池整體發電效率，增加導入之光能量需克服光能吸收量，若是如此，在欲增加發電效率之太陽能電池上建置之增效結構，能夠對太陽能電池產生光能增加之淨量，即光能增量大於光能吸收量，即可增加太陽能電池之發電效率，因此所用組成立體結構之物質為較高透光率，增加太陽能電池發電效率之效果較佳，可以產生提升太陽能電池發電效率，若所用組成立體結構之物質為透明之物質，增加太陽能電池發電效率之效果更佳，另外在於增加立體結構其正面及側面之面積有助於提升光能導入量，可提升太陽能電池之發電效率。另外所用立體結構提升太陽能電池效率之另一種技術在於立體結構使用高折射率之物質來組成，使組成立體結構物質之平均折射率高於太陽能電池放置週邊之環境物質(例如空氣)之折射率，使單 位面積導入光能量增加，提升太陽能電池之發電效率，當增效結構物質之折射率大於環境物質之折射率，由於增效結構物質之影響，受光系統之數值孔徑(Numerical aperture)增大，太陽能電池之等效受光角增大，而Airy pattern亦較集中，因此太陽能電池之光導入量增加，太陽電池之等效效率提升。所用組成立體結構之物質，其折射率高者，其增加太陽能電池發電效率亦較佳，所用於立體結構物質之平均折射率，只要大於環境物質(一般是空氣)之平均折射率即有效果。再者所用立體結構提升太陽能電池效率之另一種技術乃利用所用組成增效立體結構之物質例如玻璃、聚合物，水(包含海水、淡水等形式)、水溶液、有機化合物(碳氫化合物、碳氫氧化合物等)等或其組合，將此增效結構建置於太陽能電池表面或是增效結構有包含液體，可將太陽能電池浸入增效結構之液體中，利用增效結構之物質尤其是液體(例如水、水溶液、有機化合物等)之熱傳導，熱輻射、流動(例如熱對流)、相變化(例如蒸發)，使太陽電池表面溫度下降，提升太陽能電池效率，所利用之增效立體結構包含液體例如水(包含海水、淡水等形式)、水溶液、有機化合物(例如酒精、丙酮等等)等或其組合，可易於降低太陽電池表面溫度也提升其效率，習知太陽能板散熱採用之方法為在太陽能板背面或周圍建置散熱機構，本發明之一利用太陽電池之正面散熱或將太陽能電池浸入於液體來散熱，為其特徵，此種方法增效結構產生降低溫度，只要降溫所產生太陽能電池效率增高值大於光能被增效結構物質吸收所降低之太陽能電池效率值，產生太陽能電池效率增加淨值，即有提升太陽能電池效率之效果。另外亦可以增效結構之物質組成提升太陽能電池效率，此乃利用所用增效物質之組成來達成，此組成包含液體，例如水(包含海水、淡水等形式)、水溶液、有機化合物(碳氫化合物、碳氫氧化合物等)或其組合，藉由液體和太陽能電池表面接觸，液體因連通管原理，易於流動，可均勻覆蓋於太陽能電池表面，可稀釋附於太陽能電池表面會影響其光 接收量之雜質，以及利用所用液體其平均折射率高於太陽能電池置放環境之環境物質(例如空氣)之折射率，改善太陽電池表面和空氣間之界面狀態，可以改善太陽能電池表面之光能導入狀態，增加光能量進入太陽能電池，提升太陽能電池效率。
前述裝置可選擇性地加上一支撐結構以支撐並固定該增效結構於該太陽能電池之上表面。該支撐裝置亦可同時支撐該增效結構與該太陽能電池。
例如，本發明提升太陽能電池發電效率之裝置10可如第一圖所示，包含一太陽能電池11、一增效結構12以及一支撐結構13。該增效結構12為一由高透光率之固體所圍起之結構，包括但不限於為空心圓柱121(第一A圖)或是空心四方柱121’(第一B圖)(正方柱或是長方柱等等皆可)。並可該空心圓柱121或空心四方柱121’內注入高透光率之液體122。於此實施例中，裝置10包含一支撐裝置13，即為空心圓柱或空心四方柱的底座，支撐著增效結構12以及太陽能電池11。
另外，亦可將第一圖所示提升太陽能電池發電效率之裝置進行延伸，運用於陣列式太陽能板20，如第二圖所示。圖中可見每一片太陽能電池21各自擁有一增效結構12。
第三圖將陣列式太陽能板20加以可以蓄積水覆蓋電池板之架構，增效結構包含高透光率之固體結構221、高透光率之液體222、蓄水處223、散熱裝置224、及遮陽裝置225。高透光率之固體結構221於太陽能電池21之上，高透光率之液體222覆蓋太陽能電池板20並依箭頭所示方向流動。蓄水處223蓄積高透光率之液體222提供流動所需的液體量。散熱裝置224以及遮陽裝置225可降低蓄水處223內部高透光率之液體222的溫度，進一步提升太陽能電池板之效率。另外，並加上一支撐裝置23，為一支架以提供陣列式太陽能板20及增效結構(高透光率之固體 結構221、高透光率之液體222、蓄水處223、散熱裝置224、及遮陽裝置225)之支撐與維持其必須角度。
另外，本發明提升太陽能電池發電效率之裝置亦可如第四圖所示，將載有複數個太陽能電池41之陣列式太陽能電池板20加上增效結構。增效結構包括高透光率固體結構421及內部填充之高透光率之液體422、連接管423、蓄水暨循環裝置424、遮陽裝置425、以及散熱裝置426。每一高透光率之固體結構421之間有連接管423，使得高透光率之固體結構421內的高透光率之液體422可互相連通，並利用蓄水暨循環裝置424使高透光率之液體422在各個透明固體結構421之間循環。遮陽裝置425及散熱裝置426使位於蓄水暨循環裝置424內的高透光率之液體422保持在較低的溫度，進而降低各太陽能電池41的溫度。
如第五A圖所示，在本發明之另一實施例中，該增效結構51可為一平板狀之固體，覆於太陽能電池50上可增進其發電效率。另一方面，亦可如第五B圖所示，將具有高透光率底座之容器511置於太陽能電池50之上作為增效結構51。該容器511可盛裝部份高透光率液體512亦能進一步增進太陽能電池50之發電效率。
在本發明之又一實施例中，本發明提升太陽能電池發電效率之裝置可應用於太陽能熱水器之結構。如第六A圖所示之自然循環式太陽能熱水器，及第六B圖所示強制循環式太陽能熱水器。水610(或是其他欲加熱之高透光率之液體)充滿管線611~614。管線611為進水管，經過儲熱水槽62下方至管線612輸送至太陽能板60上方之管線613(可為輸送管形式或空心平板狀之容器)。經過管線613處加熱之水610進入儲熱水槽62，並可由管線614輸出熱水。最底部的支撐裝置63支撐管線612及太陽能板60，並維持其所需角度。由於傳統太陽能熱水器613區域為吸熱區，著重陽光熱能之吸收而本發明則著重在提升太陽能電池板之效率，因此 613區域之吸熱裝置將置換掉，以太陽電池板取代，太陽能電池板上方直接為水等高透光率液體，以輸送管或空心平板之高透光率容器引導水經過太陽能電池板，加熱的水則由610流到熱水儲水槽62，並可由管線614輸出熱水，冷卻的水則會回到612再利用，613之水流若溫度偏高，可由611補充冷水，讓太陽能電池板能維持較低之溫度，另外，由於太陽能電池板上方有可流動之水，由於產生增效立體結構之效應、水折射率大於空氣之效應及改善太陽能電池板界面之效應，可以增加太陽能電池板之光能導入量，同時配合水之流動，熱傳導、熱輻射或蒸發等之效應，可降低太陽能電池板之溫度，綜合上述效應，可提升太陽能電池板之發電效率。於第六B圖所示之強制循環式太陽能熱水器的實施例中，係於管線612上加裝循環馬達64，以強制水610於611、612、613、62之間的循環移動。
以下將於不同實施例中，以實例說明本發明提升太陽能電池發電效率之方法及裝置於不同參數時的發電效率提升狀況。本領域中具有通常知識者可依據本發明說明書之揭示，藉由調整架構例如容器內所加入之材料如水或酒精之量的調整形成不同高度等參數得到不同效率之提升比例，可依據太陽能電池之尺寸，調整提升效率架構之參數來得到最佳提升所用太陽能電池效率之架構設置。
實施例1
仿照第一A圖之架構，將5cm×4cm方形太陽能電池板放入一市售直徑13cm高度19cm容量2000c.c之燒杯中。其陽光強度為102000±500lux。量測太陽能電池之輸出電壓。接著加入水至太陽能電池表面，接著逐次增加水深，可以發現太陽能電池之輸出電壓增高，所得結果如第七圖所示。第七圖橫軸所標示之A點不對應加水之深度，所對應之加水狀態請參考實施例中之敘述。太陽能電池放入燒杯時由於陽光照射，太 陽能電池溫度升高到46℃，其輸出電壓為0.557V，接著加水於太陽能電池上，太陽能電池降到36℃，其電壓輸出電壓增加到0.573V，接著逐次加水入燒杯使水深度從3cm逐次增加1.5cm直到15cm，由實驗數據可知太陽能電池電壓從水深3cm到9cm，電壓從0.581V到0.590V逐次增加，接著輸出電壓層維持較不變的狀態，加水到水深15cm時，開始將水深減少，紀錄其輸出電壓值，到水深3cm時，量測電壓為0.578V，再將太陽能電池上的水去除並待其慢慢乾燥，溫度增回45℃時，電壓為0.557V，由實驗結果可知加水和減水之效果類似。
由本實施例中可發現在太陽能電池上面加水，經由熱傳導、熱對流、熱輻射、相變化(本例為水蒸發形成蒸氣)等機制亦可降低太陽能電池之溫度，此對太陽能電池之效率也有提升之效果，另可由實施例2之實驗結果得到印證，而本實施例亦證明利用水增加立體結構之高度可以提升太陽能電池之發電效率，而立體結構有增加受光表面積、降低太陽電池表面溫度、所加水折射率約1.33大於環境物質空氣之折射率約為1以及改善太陽電池板和空氣界面，皆有助於提升為太陽電池之效率。
實施例2
將太陽能電池放在2000c.c燒杯外，量測其溫度及輸出電壓再將太陽能電池放入2000c.c燒杯內同樣量測其溫度及輸出電壓，然後將水加入燒杯僅覆蓋住太陽能電池，量測其溫度及輸出電壓如第八圖所示，其光強度為80000±500lux，下述將隨橫座標溫度之變化逐點說明，當太陽能電池在燒杯外其溫度達50℃，輸出電壓0.538V，放入燒杯後其溫度不變，輸出電壓降至0.528V，加水覆蓋住太陽能電池其溫度降到32℃，輸出電壓升高到0.57V，保持陽光曝曬，其溫度慢慢從32℃逐次升高到40℃，太陽能電池之輸出電壓亦同步逐次下降到0.551V，再加 入水，太陽能電池溫度又降回35℃，輸出電壓提升為0.559V，再加一些水，溫度降至34℃，輸出電壓提升到0.563V，由此實例，很明顯可以看出加水於太陽能電池可以降低太陽能電池之工作環境溫度，也提升其輸出電壓。此降溫效果經由熱傳導、熱對流、熱輻射、相變化(此例為蒸發)等機制完成，若要進一步維持太陽電池較低溫，可持續加液體(本例為水)，或以循環裝置(在實施例10會說明)讓水流動循環，可讓太陽能電池持續維持在較低溫度，提升太陽能電池效率。
為了證明除了溫度效應會提升太陽能電池之效率外，加水亦會提升太陽能電池效率，實施例3為證明排除溫度之影響的實驗，在同溫度下加水亦會提升太陽能電池之效率。
實施例3
如圖一A之架構在溫度32℃的陽光環境，將太陽能電池放入2000c.c之燒杯，由於剛曝曬，因此溫度仍維持環境溫度32℃，量測其輸出電壓，同時加水量測太陽能電池溫度及輸出電壓，其光照度為2620±50lux，所得結果如第九圖所示，第九圖橫軸所標示之A點不對應加水之深度，所對應之加水狀態請參考實施例中之敘述。太陽能電池放入燒杯後之輸出電壓為0.417V，加水又量測，電壓升高到0.433V，溫度維持在32℃，輸出電壓提升的原因為水加到太陽能電池，改善原本太陽能電池表面和空氣界面之影響。接著加水到3cm深，此時太陽能電池溫度降到29℃，輸出電壓提升到0.442V，繼續逐次加水到15cm，其太陽能電池溫度維持在29℃，在水深增加到7.5cm輸出電壓增加到0.458V再增加水深到15cm輸出電壓會降到0.452V，接著逐次減少水深到3cm，溫度維持在29℃~30℃，輸出電壓大致和加水過程近似，由於本實施例除了加水開始點冷卻較不足，溫度有到32℃，其餘由於加水經由熱傳導，熱對 流，熱輻射，相變化(此例為蒸發)等機制溫度均保持在29~30℃，因此結果可知除了溫度會影響輸出電壓，加水後由於增加受光面積及水的折射率大於空氣折射率，明顯也會影響太陽能電池輸出電壓提升太陽電池效率。水深6cm~7.5cm左右有較佳之輸出電壓，太陽能電池效率之改善較明顯，對比於不加水32℃之樣品輸出電壓0.417V，提升電壓至0.456V，約提升9%，若以表面稍加水在32℃之值0.433V比較約提升5%。另為求光源較穩定在室內以日光燈進行實驗，所得結果如實施例4。
實施例4
在26℃，600lux之日光燈環境，如圖一A之架構於桌上放置2000c.c燒杯，將太陽能電池置入燒杯，量測其輸出電壓，再加入水，量測其輸出電壓，接著如前例加入水從水深3cm逐次加到15cm分別量測輸出電壓再逐次減水從水深15cm逐次減水到3cm，分別量測其輸出電壓，結果如第十A圖所示，其中第十A圖橫軸所標示之A點不對應加水之深度，所對應之加水狀態請參考實施例中之敘述。原來未加水太陽能電池輸出電壓為0.264V，加水後可達0.29V此結果亦印證，加水到太陽電池，由於改善原來太陽電池表面和空氣界面之影響，輸出電壓明顯增加，也增加太陽電池效率，接著逐次增加水深，電壓從0.307V增加到0.327V，水深到15cm後逐次減少水深到3cm電壓從0.327V又回降到0.308V，由於在室內，光源穩定，很明顯看出加水後太陽能電池輸出電壓提升的狀態，雖然光源有差別，其提升太陽能電池輸出電壓效率之趨勢一致，利用同樣架構再試驗所得結果如第十B圖所示，其中第十B圖橫軸所標示之A點不對應加水之深度，所對應之加水狀態請參考實施例中之敘述。由於重複實驗，仍有些水漬之太陽能電池(已浸過水)，其輸出電壓為0.274V，加水後可達0.288V，逐次增加水深從3cm增加到 15cm，電壓從0.308V增加到0.326V，水深從15cm減少到3cm，電壓從0.326V降到0.305V。
以陽光進行實驗必需利用陽光較穩定時間，快速量測，而室內晚上之日光燈其光源較穩定，由實驗結果趨勢一致，即於太陽能電池上面加水可以提升太陽能電池之輸出電壓，也提升太陽能電池之效率，由實驗可知除了溫度之影響，太陽能電池表面界面之影響外，由於水的折射率大於空氣折射率亦會提升太陽電池光能導入量；另外加水之高度亦即改變立體結構之高度增加側面面積增加光能導入量亦會影響太陽能電池之輸出電壓或效率。利用下面實施例5進一步說明。
實施例5
在1840±10lux之陽光環境，如圖一A架構於地上放置2000c.c燒杯，將太陽能電池置入燒杯再加入水，量測其輸出電壓，接著如前例加入水從水深3cm逐次加到15cm分別量測輸出電壓，再從水深15cm逐次減水到3cm，分別量測其輸出電壓，此裝置和實施例4之不同在於每次加水，燒杯加水部分之外圍圍上黑紙，其結果如第十一A圖所示，第十一A圖橫軸所標示之A點不對應加水之深度，所對應之加水狀態請參考實施例中之敘述。加水未圍黑紙前太陽能電池之輸出電壓為0.389V，接著加水從水深3cm到15cm在每次加水時在加水部分之外圍圍上黑紙，太陽能電池之輸出電壓從0.404V變化到0.385V電壓先增加再減少，接著減少水深從15cm降到3cm每次減水時把減水部分外圍之黑紙移除，太陽能電池輸出電壓從0.385V變化到0.405V，加減水，電壓有部分差值為太陽能電池位置稍微移動之影響。在日光燈環境626lux，29℃重複此實驗，結果如第十一B圖所示，第十一B圖橫軸所標示之A點不對應加水之深度，所對應之加水狀態請參考實施例中之敘述。未加水電壓 為0.250V，加水電壓提升為0.268V，接著水從水深3cm加到15cm，電壓從0.289V增加到0.300V，再到0.291V，接著減少水深從15cm降到3cm，電壓從0.291V降到0.289V。
由實施例4和實施例5比較，可參考第十A圖、第十B圖、第十一B圖，由數據可知不管有無在燒杯外圍加黑紙，太陽能電池隨立體架構(水位)之增高其效率增加，不過比較第十A圖、第十B圖、第十一B圖，太陽能電池從加水後到加水9cm不圍黑紙，其電壓增加0.038~0.042V，而圍黑紙後從加水後到加水9cm，其電壓增加0.032V，後者增加幅度降低，由此可知立體結構之正、側面皆有強化太陽能電池效率的效果。
由實施例5之結果可知於太陽能電池上建置一立體結構可提升太陽能電池之輸出電壓及效率，立體結構可包含固體、液體等等或其組合組成，以本發明之實驗成果案例以水為液體由玻璃架構立體結構可增加太陽能電池之輸出電壓及效率，由前述數據可得知，又若立體結構包含液體，也有多元選擇，實施例6中將說明以酒精取代水亦有相同結果。
實施例6
在圖一A之架構，同實施例4，將太陽能電池板置於桌上2000c.c燒杯內，在471lux日光燈之照明下量測，量測結果如第十二圖所示，所得太陽能電池輸出電壓在無酒精下其輸出電壓為0.217V，浸過酒精後為0.229V，將酒精加於太陽能電池板上電壓為0.23V，此印證液體加到太陽電池改善太陽電池表面和空氣之界面，輸出電壓提升，也增加太陽電池效率，再增加酒精從3cm深到11.25cm其輸出電壓由0.257V增加到0.272V，將酒精減少從11.25cm到3cm，其輸出電壓由0.272V又降回0.257V，其結果和加水類似。由此實施例可知在太陽電池加上增效之立體結構，除了可能降溫和界面改善之影響，增加太陽電池效率外，所 加液體有增加太陽電池等效受光表面積以及所增加液體折射率(酒精約為1.36)大於環境物質空氣折射率約為1，皆有助於提升太陽電池之效率。
由前述案例可知，此立體架構之多元化，可利用適當液體、固體或其組合即可得到提升太陽能電池發電效率之成果。
因此本發明之重點在於太陽能電池上建置一立體結構可有效提升太陽能電池之發電效率。
實施例7
為進一步說明立體結構之效果我進行一實驗，在戶外將太陽能電池板放入一長72cm×寬52cm×高60cm之不透明塑膠水槽在25100±2000lux之光強度環境，加水到46cm，量測太陽能電池之輸出電壓，所得結果如第十三圖所示，由圖可知加水，其輸出電壓仍逐次降低，並無增加太陽能電池發電效率之效果。
再進行另一實驗，在戶外將太陽能電池放入一長44cm×寬24cm×高27cm之大玻璃魚缸在24800±500lux之陽光強度環境，所得結果如第十四圖所示，由圖可知水深增加太陽能電輸出電壓仍有減少趨勢。
由上二實驗證實，雖然太陽能電池浸入水中或酒精可部分提升發電效率，然外圍環境也會影響其效率，只有將太陽能電池浸入水中不考慮外圍條件高透光率等條件，並不全然能增加太陽能電池發電效率，須有適當架構才能有效增加太陽能電池發電效率
實施例8
為進一步說明立體架構之效果，再進行另一實驗，在戶外將太陽能電池放入一長25cm×寬25cm×高28cm之小型玻璃魚缸在57000±500lux之陽光強度環境，加入水到20cm，量測太陽能電池之輸 出電壓隨水深度變化，所得結果如第十五圖所示，由圖可知，水增高，太陽能電池輸出電壓有一些增加，在3cm和13cm附近增加較明顯。
由上述結果可知，適當立體架構可增加太陽能電池之發電效率。
實施例9
如第一B圖之架構將一長18cm×寬12.5cm×高6cm之玻璃皿，將太陽能電池放入，在2500±10lux之陽光強度環境，量測太陽能電池的輸出電壓變化，第十六圖為變化曲線圖，由圖可知方形玻璃盒加入水，增加立體結構高度，也使太陽能電池輸出電壓增加，從1cm的0.459V增加到4cm的0.467V。此實施例印證，在太陽電池上加上增效結構可以增加太陽電池之發電效率。
實施例10
如第三圖、第六圖A及第六B圖，將陣列式太陽能電池板加以可以蓄積水覆蓋電池板之架構產生增效結構，同時讓水可以流動保持水在較低溫度，可提升太陽能電池板之效率。為說明此一實施例，進行一實驗將每一單元3.8cm×2.6cm的太陽能電池組合成長8單元×寬9單元之陣列加上各單元單有間隙約2mm總計約長31.5cm寬25cm之太陽能電池板進行實驗，首先如第十七圖將太陽能電池板70裝入增效結構71(40cm×60cm之塑膠袋，配合實驗塑膠袋先不裝水，進行實驗，然後再裝水進行實驗)內並以支撐結構72架好，測試其輸出電壓，由於兩次實驗量測時間皆為30min，而本次量測太陽光照度變化較大，因此將光照度變化亦列出，所得數據如第十八A圖，此為塑膠袋加水及不加水，隨時間變化太陽能電池板輸出電壓變化之圖形，第十八B圖所示此為量測塑膠袋加水及不加水太陽能電池板輸出電壓變化的量測時間點陽光照度 之變化圖。由圖可知於塑膠袋加水，明顯增加太陽能電池板之輸出效率。此實施例亦可印證，在太陽電池增加增效結構可由增加受光等效表面積，降低太陽電池表面溫度，所加液體的折射率(水之折射率1.33)大於環境物質空氣折射率約為1以及加液體改善太陽電池表面界面皆有助於提升太陽電池之效率。在降低太陽電池溫度方面，以不加水之情形測試25分鐘，太陽能板表面溫度從30℃漸進增加到31.9℃，塑膠袋加水後，溫度從開始測量的24.1℃到25分鐘後仍維持相近之溫度23.5℃，此印證加水經由熱傳導、熱輻射、蒸發、流動等機制可以降低太陽能電池板之溫度。
實施例11
如第五A圖之架構進行一實驗來印證立體結構為固體，亦可提升太陽能電池效率，19000lux±200lux之陽光強度下，此實驗量測太陽能電池輸出電壓為0.534V，在太陽能電池板上加上直徑8cm厚度6mm之石英板其輸出電壓增加為0.538V，再加上一長×寬為15cm×15cm厚度3mm之石英板輸出電壓增加為0.539V，由實驗可知在太陽能電池上加上適當之固體物也可提升太陽能電池之效率。此亦印證立體結構可增加受光表面積以及石英玻璃之折射率約1.46大於環境物質空氣之折射率，有助於提升太陽電池之效率。
實施例12
如圖五A之架構，在溫度26℃，5000±50lux之陽光強度下，在太陽能電池上分別加上三塊直徑8cm厚度6cm之圓形石英板，太陽能電池輸出電壓變化如第十九A圖所示。不加石英板的電壓為0.452V，加一塊石英板電壓升為0.457V，再加一塊石英板電壓又升為0.460V，再加一 塊石英板電壓又升為0.462V。另外，在溫度26℃、6000±20lux之陽光強度下重覆實驗，在不加石英板的太陽能電池電壓為0.464V，逐次加一塊石英板到三塊，其電壓分別為0.468V、0.471V、0.474V，結果如第十九B圖所示。由此實驗，進一步確認加上固體物也可提升太陽能電池效率。此同實施例11之結果可印證立體結構可增加受光表面積以及石英玻璃之折射率約1.46大於環境物質空氣之折射率，有助於提升太陽電池之效率。
實施例13
如第五B圖之架構在26℃，1450±50lux之陽光環境，將2000c.c燒杯直接放在太陽能板上，再逐次加水，所得的結果如第二十圖所示，其太陽能電池電壓亦有提升，從水深3cm到10.5cm及15cm，電壓由0.366V增加到0.384V及0.379V。此實施例印證在立體結構為液體、固體、氣體(例如空氣)之組合在適當組合下可提升太陽能電池之效率。此實施例印證，立體結構可增加受光表面積，以及水和玻璃組合之立體結構，其折射率大於空氣折射率有助於提升太陽電池效率。
實施例14
如第一A圖之裝置，進行一實驗在30℃，592lux之日光燈下，將太陽能電池放入2000c.c.之大燒杯，先加入水從2cm到4cm，量測太陽能電池輸出電壓，再倒掉水重新加入已加入墨汁的水，其透光率較水降低約0.994倍，加入含墨汁的水從2cm到4cm量測太陽能電池輸出電壓，接著再倒掉水重新加入已加入較濃墨汁的水，其透光率較水降低約0.981倍，加入含較濃墨汁的水，從2cm到4cm量測太陽能電池輸出電 壓。
再倒掉水重新加入較濃墨汁的水，其透光率較水降低約0.962倍，加入含較濃墨汁的水從2cm到4cm量測太陽能電池輸出電壓。
所得結果如第二十一圖所示，第二十一圖為加水和加墨汁之水其透光率降低到0.994、0.981及0.962於燒杯之太陽能電池輸出電壓變化圖。
由結果可知單純加水，由於立體結構使太陽能電池之光導入量增加，太陽能電池之輸出電壓隨著水深增加，不過若所加入液體透光率降低，即立體結構之光吸收率增加，造成光導入之淨量減少，也會使太陽能電池輸出電壓隨含墨汁之水深度增加，太陽能電池之輸出電壓降低。由圖可知透光率降到0.994，其太陽能電池輸出電壓仍會隨水深增加而些微增加輸出電壓，透光率降到0.981或更低，其太陽能電池輸出電壓則隨水深增加而減少，由此可證明立體架構增加表面積及折射率可以增加光能導入量於太陽能電池，不過立體架構之加入也要考慮光吸收量的參數，吸收率小及光透光率較高，即可產生光導入淨量的增加，而增加整體太陽能電池發電效率。
實施例15
如第五A圖之架構，在溫度30℃，593lux之日光燈下，太陽能電池之輸出電壓為0.217V，加上一塊6cm厚之石英玻璃板，其透光率如第二十二圖所示，其太陽能電池輸出電壓增為0.221V，移除此石英玻璃板，換上6塊microslide玻璃總厚度同為6mm，其整體之透光率如第二十二圖所示，所得太陽能電池之輸出電壓降為0.213V，由此實施例可知置放增效結構於太陽能電池上，其增加的光導入量需大於增效結構之等效光吸收量，即產生導入光能增加淨量，才能增加太陽能電池之發電效 率，由此實施例可以證明立體架構之加入也要考慮光吸收量的參數，吸收率小及光穿透率較高，所含立體結構之表面積增加或平均折射率大於環境物質折射率(本例為空氣)，即可產生光導入淨量的增加，而增加整體太陽能電池發電效率。6mm之石英玻璃可以產生光能增加淨量，因此提升太陽能電池輸出電壓，而6mm之microslide之玻璃，由於光吸收率較大，所以導入之淨光能降低，因此太陽能電池輸出電壓比未加前降低。
實施例16
在28℃，630lux日光燈環境，如第五B圖之架構，將照度計的感測器放在燒杯下，加水從0cm到10cm量測照度變化，所得結果如第二十三圖所示，由圖可知加水增加立體結構之表面積，增加導入光能淨量，可以增加到達感測器之光照度，到水深9cm以上照度些微降低，是由於光吸收之影響程度增加，導致到達感測器之導入光能淨量降低。此實施例印證，立體結構可增加受光表面積，以及水和玻璃組合之立體結構其折射率大於空氣折射率有助於提升太陽電池效率。
實施例17
在30℃、630lux之日光燈環境，如第一A圖之架構，將照度計的感測器加塑膠套保護放入2000cc.燒杯裡面，量測其光照度為622lux，接著加水超過感測器從1cm到12cm分別量測其光照度，所得結果如第二十四圖所示，其中第二十四圖橫軸所標示之A點不對應加水之深度，為沒有加水之光照度值，由圖可知加水增加水深可增加到達感測器之光照度，到10cm以上到達感測器之光照度些微降低，是由於光吸收之影響程度增加，導致到達偵測器之導入光能淨量降低。此實施例印證，立 體結構可增加受光表面積，以及水和玻璃組合之立體結構其折射率大於空氣折射率有助於提升太陽電池效率。
實施例18
在第一A圖之架構在626lux 29℃之日光燈環境下，利用在小艇碼頭取用之海水進行試驗，將太陽能電池放入2000c.c.之燒杯。在無水情況量測太陽能電池輸出電壓接著加水量測，接著逐次加水從3cm到13.5cm量測其輸出電壓接著再逐次減水從13.5cm到3cm，量測其輸出電壓所得結果如第二十五圖所示。其中第二十五圖，橫軸所標示之A點不對應加水之深度，所對應之加水狀態請參考實施例中之敘述。
在無水情況量測太陽能電池輸出電壓為0.268V，加水提升到0.290V，接著逐次加水從3cm到13.5cm，電壓從0.298V上升到10.5cm之0.318V，再降到13.5cm的0.312V，由實驗可知以海水及燒杯建構之立體結構亦可增加太陽能電池之發電效率，而立體結構有增加受光表面積、降低太陽電池表面溫度、改善太陽電池界面以及所增加海水折射率大於環境物質空氣之折射率，結有助於提升為太陽電池之效率。
實施例19
如第一A圖之架構，在23000±500lux陽光環境下，利用在小艇碼頭取用之海水進行試驗，將太陽電池放入2000c.c之燒杯。在無水情況量測太陽電池輸出電壓，接著加水量測，接著逐次加水從3cm到12cm量測其輸出電壓，接著在逐次減水從12cm到3cm，量測其輸出電壓，所得結果如第二十六圖所示。其中第二十六圖橫軸所標示之A點不對應加水之深度，所對應之加水狀態請參考實施例中之敘述。在無水情況量測太陽電池輸出電壓為0.524mV，加水提升到0.525mV接著逐次加水從 3cm到13.5cm，電壓從0.53上升到10.5cm之0.537mV再降到12cm的0.534mV，由實驗可知和實施例18得到相同趨勢，再度印證以海水及燒杯建構之立體結構亦可增加太陽電池之發電效率。
前面實施例之太陽能電池輸出皆以輸出電壓來量測，而若以輸出電流來量測其變化趨勢亦相同，因此前面實施例皆以輸出電壓變化來比較，下述實施例可印證量測太陽能電池輸出電流之變化趨勢和量測太陽能電池輸出電壓之變化趨勢類似。
實施例20
本實施例同實施例1，以第一A圖之架構在33℃ 85500±200lux陽光環境下，將太陽能電池板放入2000c.c之燒杯中，量測太陽能電池之輸出電壓接著加水到太陽電池表面，量測太陽能電池輸出電壓，接著逐次增加水深從3cm到15cm，量測其輸出電壓之變化，所得結果如第二十七A圖所示，這些量測數據如圖所標示其中橫座標之A點對應之輸出電壓，A點不對應加水之深度，只記錄加水與否太陽能電池輸出電壓之變化。由圖可知在未加水時輸出電壓為0.552mV，加水後為0.557mV，再逐次加水從3cm到9cm再到15cm，輸出電壓從0.563mV增加到0.575mV再降低到0.570mV，所得結果和前面實施例類似，接著在33℃ 86800±300lux陽光環境下，同樣將太陽能電池放置於2000c.c之燒杯中，量測太陽電池之輸出直流電流，接著加水到太陽電池表面，量測太陽能電池輸出電流，接著逐次增加水深從3cm到15cm量測其輸出電流變化。所得結果如第二十七B圖所示，這些量測數據如圖所標示，其中橫座標之A點，對應太陽能電池輸出電流，A點不對應加水之深度，只記錄加水與否，太陽能電池輸出電流之變化，由圖可知在未加水時輸出電流為58.3mA，加水後增加到59.1mA，再逐次加水從3cm到7.5cm 再到15cm，所量得之太陽能電池輸出電流從62.4mV增加到63.8mV再降到63.0mA，由實驗結果可印證太陽能電池輸出電流之變化趨勢和輸出電壓之變化趨勢類似。
綜上所述，由實施例1~20可知太陽能電池上有適當增效結構可提升其發電效率，該增效結構為一立體結構，提升太陽能電池發電效率之一種技術乃利用立體結構之表面積大於太陽能電池平板面積之原理，增加光能之導入於太陽能電池，以提升其整體發電效率，在實施例1、3、4、6~20皆可印證，此立體結構之組成可包含固體、液體和氣體等形式之組合，亦可為不同物質之組合，尤其以液體、固體或其組合形成之結構易於建置。所述組成立體結構之液體或固體，若為高透光率之液體，高透光率之固體或其組合效果較佳，透明之液體，透明之固體或其組合效果尤佳。整個立體結構建置或製作於所欲增效之太陽能電池，以提升太陽能電池之發電效率。另外增加光能導入量會受到立體結構之光吸收量影響，若要提升太陽能電池整體發電效率，增加導入之光能量需克服光能吸收量，若是如此，在欲增加發電效率之太陽能電池上建置之增效結構，能夠對太陽能電池產生光能增加之淨量，即光能增量大於光能吸收量，即可增加太陽能電池之發電效率，在實施例7、8、10、14~20皆可印證，因此所用組成立體結構之物質為較高透光率，增加太陽能電池發電效率之效果較佳，可以產生提升太陽能電池發電效率，若所用組成立體結構之物質為透明之物質，增加太陽能電池發電效率之效果更佳，另外在於增加立體結構其正面及側面之面積有助於提升光能導入量，可提升太陽能電池之發電效率。另外所用立體結構提升太陽能電池效率之另一種技術在於立體結構使用高折射率之物質來組成，使組成立體結構物質之平均折射率高於太陽能電池放置週邊之環境物質(例如空氣)之折射率，使單位面積導入光能量增加，提升太陽能電池之發電效率，當增 效結構物質之折射率大於環境物質之折射率，由於增效結構物質之影響，受光系統之數值孔徑(Numerical aperture)增大太陽能電池之等效受光角增大，而Airy pattern亦較集中，因此太陽能電池之光導入量增加，太陽電池之等效效率提升。所用組成立體結構之物質，其折射率高者，其增加太陽能電池發電效率亦較佳，所用於立體結構物質之平均折射率，只要大於環境物質(一般是空氣)之平均折射率即有效果，在實施例5、6、10~20皆可印證。再者所用立體結構提升太陽能電池效率之另一種技術乃利用所用組成增效立體結構之物質例如玻璃、聚合物，水(包含海水、淡水等形式)、水溶液、有機化合物(碳氫化合物、太氫氧化合物等)等或其組合，將此增效結構建置於太陽能電池表面或是增效結構有包含液體，可將太陽能電池浸入增效結構之液體中，利用增效結構之物質尤其是液體(例如水、水溶液、有機化合物等)之熱傳導，熱輻射、流動(例如熱對流)、相變化(例如蒸發)，使太陽電池表面溫度下降，提升太陽能電池效率，所利用之增效立體結構包含液體例如水(包含海水、淡水等形式)、水溶液、有機化合物(例如酒精、丙酮等等)等或其組合，可易於降低太陽電池表面溫度也提升期效率，習知太陽能板散熱採用之方法為在太陽能板背面或周圍建置散熱機構，本發明之一利用太陽電池之正面散熱或將太陽能電池浸入於液體來散熱，為其特徵，此種方法增效結構產生降低溫度，只要降溫所產生太陽能電池效率增高值大於光能被增效結構物質吸收所降低之太陽能電池效率值，產生太陽能電池效率增加淨值，即有提升太陽能電池效率之效果，在實施例1、2、10皆可印證。所用增效結構提升太陽能電池效率之另一種技術，乃利用所用增效結構之物質組成提升太陽能電池效率，此乃利用所用增效物值之組成來達成，此組成包含液體，例如水(包含海水、淡水等形式)、水溶液、有機化合物(碳氫化合物、碳氫氧化合物等)或其組合，藉由液體和太陽能電池表面接觸，液體因連通管原理，易於流動，可均勻覆蓋於太 陽能電池表面，可稀釋附於太陽能電池表面會影響其光皆收量之雜質，以及利用所用液體其平均折射率高於太陽能電池置放環境之環境物質(例如空氣)之折射率，改善太陽電池表面和空氣間之界面狀態，可以改善太陽能電池表面之光能導入狀態，增加光能量進入太陽能電池，提升太陽能電池效率。在實施例1、3~6、10，18~20皆可印證。
因此，經由本發明之技術特徵，可於現有太陽能電池加裝一增效結構即可增加太陽能電池之發電效率。
10‧‧‧提升太陽能電池發電效率之裝置之一實施例
11‧‧‧太陽能電池
12‧‧‧增效結構
13‧‧‧支撐結構
121‧‧‧空心圓柱
121’‧‧‧空心四方柱
122‧‧‧透明液體
13‧‧‧支撐裝置

Claims (34)

  1. 一種提升太陽能電池發電效率之方法，包含提供一增效結構使該太陽能電池經由該增效結構接收光能，其中該增效結構為一立體結構；該立體結構之表面積大於該太陽能電池之表面積，使該立體結構增加對該太陽能電池之光能導入量以提升該太陽能電池之發電效率。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該立體結構為固體、液體、氣體或其組合所形成之結構。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該立體結構為高透光率之液體、高透光率固體或其組合所形成之結構。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中該液體為水、水溶液、有機化合物或其組合。
  5. 一種提升太陽能電池發電效率之方法，包含：提供一增效結構使該太陽能電池經由該增效結構接收光能，其中該增效結構為一立體結構，該立體結構之表面積大於太陽電池之表面積，該增效結構組成之物質其平均折射率大於環境物質折射率。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中該立體結構為固體、液體、氣體或其組合所形成之結構。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中該立體結構為高透光率之液體、高透光率固體或其組合所形成之結構。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中該液體包含水、水溶液、有機化合物或其組合。
  9. 一種提升太陽能電池發電效率之方法，包含： 提供一增效結構，使該太陽能電池經由該增效結構接收光能，其中該增效結構由液體、固體式或其組合形式之增效結構所構成，該增效結構可建置於太陽電池表面或太陽電池浸入於包含液體之增效結構，經由增效結構之熱傳導、熱輻射、熱對流、流動或相變化降低太陽能電池之溫度，提升太陽能電池效率。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該立體結構為高透光率之液體、高透光率固體或其組合所形成之結構。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該液體包含水、水溶液、有機化合物或其組合。
  12. 一種提升太陽能電池光能導入之方法，包含：提供一增效結構於一太陽能電池，使該太陽能電池經由該增效結構接收光能，其中該增效結構包含至少一液體，該液體之折射率大於太陽能電外圍環境結構之折射率，將該增效結構設置於太陽能電池上或將太陽能電池浸入於該增效結構中，藉由液體有高於環境物質之折射率以及液體接觸、覆蓋太陽電池表面，改善該太陽電池界面狀態，提升進入該太陽電池之光能量。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該增效結構為高透光率之液體所形成之結構。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該液體包含水、水溶液、有機化合物或其組合。
  15. 一種提升太陽能電池發電效率之裝置，包含：至少一太陽能電池以及至少一增效結構，設置該增效結構於太陽能電池 使該太陽能電池經由該增效結構接收光能；其中該增效結構為一立體結構，該立體結構之表面積大於該太陽能電池之表面積，使該立體結構增加該太陽能電池之光能導入量，以提升該太陽能電池之發電效率。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之方法，其中該立體結構之形式為固體、液體、氣體或其組合。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之方法，其中該立體結構為高透光率之液體、高透光率固體或其組合所形成之結構。
  18. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中該液體包含水、水溶液、有機化合物或其組合。
  19. 一種提升太陽能電池發電效率之裝置，包含：提供一增效結構使一太陽能電池經由該增效結構接收光能，設置增效結構於太陽能電池上使該太陽能電池經由該增效結構接收光能，其中該增效結構為一立體結構，該立體結構之表面積大於太陽電池之表面積，該增效結構組成之物質其之平均折射率大於環境物質折射率。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之裝置，其中該立體結構之形式為固體、液體、氣體或其組合。
  21. 如申請專利範圍第19項所述之裝置，其中該立體結構為高透光率之液體、高透光率固體或其組合所形成之結構。
  22. 如專利範圍第20項所述之裝置，其中該液體包含水、水溶液、有機化合物或其組合。
  23. 一種提升太陽能電池發電效率之裝置，包含：至少一太陽能電池以及至少一增效結構，設置該增效結構於太陽能電池 使該太陽能電池經由該增效結構接收光能；其中該增效結構為一立體結構，該立體結構為液體、固體或其組合，該立體結構設置於該太陽能電池表面或太陽電池浸入於包含液體之增效結構，經由增效結構之熱傳導、熱輻射、熱對流、流動或相變化降低太陽能電池之溫度，提升太陽能電池效率。
  24. 如申請專利範圍第23項所述之裝置，其中該立體結構為高透光率之液體、高透光率固體或其組合所形成之結構。
  25. 如申請專利範圍第23項所述之裝置，其中該液體包含水、水溶液、有機化合物或其組合。
  26. 一種提升太陽能電池光能導入之裝置，包含：至少一太陽能電池以及至少一增效結構，使該太陽能電池經由該增效結構接收光能，該增效結構由至少包含一液體之物質組成，該液體之折射率大於該太陽能電池外圍環境物質折射率，設置該增效結構於該太陽能電池上或將該太陽能電池浸入於該物質中，藉由液體有高於環境物質之折射率以及液體接觸、覆蓋太陽電池表面，改善太陽電池界面狀態，提升進入該該太陽電池之光能量。
  27. 如申請專利範圍第26項所述之裝置，其中該增效結構為高透光率之液體所形成之結構。
  28. 如申請專利範圍第26項所述之裝置，其中該液體包含水、水溶液、有機化合物或其組合。
  29. 一種提升太陽能電池發電效率之方法，包含：如申請專利範圍第15至28項中任一項所述之提升太陽能電池發電效率 之裝置可應用於一太陽能熱水器之結構整合，將一太陽能電池板和該太陽能熱水器整合，該太陽能熱水器所使用之水加於該太陽能電池板上，提升該太陽能電池之發電效率。
  30. 如申請專利範圍第29項所述之方法，其中該太陽能熱水器為強制循環式太陽能熱水器或自然循環式太陽能熱水器。
  31. 如申請專利範圍第29項所述之方法，其中將該太陽能熱水器所得之熱水導入一儲水槽，供熱水使用。
  32. 一種提升太陽能電池發電效率之裝置，包含：將一太陽能電池和一太陽能熱水器系統整合；該太陽能熱水器所使用之水加於一太陽能電池板上，提升該太陽能電池之發電效率。
  33. 如申請專利範圍第32項所述之方法，其中該太陽能熱水器為強制循環式太陽能熱水器或自然循環式太陽能熱水器。
  34. 如申請專利範圍第32項所述之方法，其中將該太陽能熱水器所得之熱水導入一儲水槽，供熱水使用。
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