TW201608818A - 光電轉換模組支架 - Google Patents
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Abstract
一種光電轉換模組支架，供支撐一雙面光電轉換面板，包含夾持部與側壁。夾持部形成容置區域供容納雙面光電轉換面板；側壁支撐於夾持部下方，具有內側面、外側面及入光通道。入光通道貫穿內側面及外側面，並在外側面上具有入光開口，在內側面上具有出光開口。此外，入光通道具有內凹頂面連接入光開口上緣及出光開口上緣，具有內凹底面連接入光開口下緣及出光開口下緣之間；該出光開口上緣較該入光開口上緣接近該夾持部，該出光開口下緣較該入光開口下緣接近該夾持部。
Description
本發明係有關於一種光電轉換模組支架；具體而言，本發明係有關於一種可提升光能使用效率的光電轉換模組支架。
能源的獲得除了開採與開發以外，能源的永續、節能與環保、以及能源利用的效率更是現今與能源有關的重要課題。相較於煤炭、石油、天然氣等化石燃料與核燃料、礦產等耗竭性能源的開採，可再生能源如水力、風力、潮汐、地熱以及太陽能的開發對於能源的永續具有貢獻，也提供未來能源使用的保障。
以太陽能之開發而言，已知的太陽能板或太陽能電池模組即作為太陽光能與電能間轉換的媒介。以圖1所示為例，光電轉換模組如太陽能電池模組9包含支架90(外框)以及由透明玻璃、EVA(Ethylene Vinyl Acetate)與太陽能電池等構成的太陽能面板80，其中支架90是太陽能電池模組的最外環，支撐、保護與維持整個太陽能電池模組。除了維持太陽能電池模組的功效與外觀，支架90亦須具備不受外界天候變化而變形、變質的能力。具體來說，支架90必須具有耐熱、耐寒、耐蝕、耐震、耐強風、耐潮濕等特性，以在太陽能電池模組使用期間適應各種天候變化，並持續維護太陽能電池模組的功效與外觀。
總而言之，太陽能電池模組或光電轉換模組之結構與機械強度在維護太陽能電池模組或光電轉換模組方面係無庸置疑。然而，如圖2A~2B所示，當側光源或背光源之光入射光電轉換模組如圖1之太陽能電池
模組9時，包圍太陽能面板80的支架90卻也遮擋光線抵達面板，成為光能利用上的限制。舉例來說，側光源之光入射至傳統光電轉換模組支架90後，即由側壁92反射，側光源之出光因此難以抵達太陽能面板80。
因此，本發明係從另一角度著手，在能源利用的效率上進行思考，並提供結構及功效異於且優於傳統支架的模組支架。
本發明的目的在於提供一種光電轉換模組支架，可增加光能使用效率，具有光學增益效果。
本發明之光電轉換模組支架供承載一雙面光電轉換面板，包含夾持部與側壁。夾持部形成容置區域供容納雙面光電轉換面板，側壁支撐於夾持部下方，並具有內側面、外側面及入光通道。入光通道貫穿內側面及外側面，入光通道在外側面上具有一入光開口，並在內側面上具有出光開口。其中，入光通道具有頂面與底面。入光通道之頂面連接入光開口上緣及出光開口上緣之間，且為內凹面，其中出光開口上緣較入光開口上緣接近夾持部。底面連接入光開口下緣及出光開口下緣之間，且為內凹面，其中出光開口下緣較入光開口下緣接近夾持部。
本發明之光電轉換模組支架供支撐一雙面光電轉換面板，包含夾持部、側壁、以及反射面。夾持部形成容置區域供容納雙面光電轉換面板，側壁支撐於夾持部下方；其中側壁與夾持部相對之一端位於入光開口之一側。反射面設置於側壁之內側，並位於該容置區域及該入光開口間空間之一側；其中，該反射面係為一凹向該側壁之內凹面，並反射自該入光開口進入之光線至該容置區域。
本發明之光電轉換模組支架因此可對模組進行側光、背光補償。因此，除了陽光入射方向上之光線以外，本發明之光電轉換模組支架更能從四面八方獲得光量。任何來自或非來自太陽的環境光皆有機會透過
本發明光電轉換模組轉換為具體可用之能源。
〔本發明〕
1a、1b‧‧‧光電轉換模組
10a、10b‧‧‧光電轉換模組支架
100‧‧‧夾持部
105‧‧‧凹槽
150‧‧‧容置區域
200a、200b‧‧‧側壁
210‧‧‧內側面
220‧‧‧外側面
250‧‧‧入光開口
300‧‧‧入光通道
310‧‧‧入光開口
310a‧‧‧上緣
310b‧‧‧下緣
320‧‧‧出光開口
320a‧‧‧上緣
320b‧‧‧下緣
330‧‧‧頂面
340‧‧‧底面
400‧‧‧底部
500‧‧‧反射面
P‧‧‧退縮位置
550‧‧‧上弧面
560‧‧‧下弧面
70‧‧‧雙面光電轉換面板
71‧‧‧第一受光面
72‧‧‧第二受光面
〔習知〕
9‧‧‧光電轉換模組/太陽能電池模組
90‧‧‧光電轉換模組支架
92‧‧‧側壁
95‧‧‧入光開口
80‧‧‧雙面光電轉換面板/太陽能面板
圖1所示為習知光電轉換模組及其局部放大圖；圖2A~2B所示為習知光電轉換模組的光路圖；圖3所示為本發明光電轉換模組實施例之示意圖，圖4A為圖3沿BB剖面線之剖視示意圖；圖4B為圖4A所示實施例的側視圖；圖4C為圖4A所示實施例的光路圖；圖5為圖4B所示實施例的尺寸標示示意圖；圖6所示為本發明光電轉換模組另一實施例之示意圖，圖7A為圖6沿CC剖面線之剖視示意圖；圖7B所示為圖7A所示實施例的側視圖；圖7C為圖7A所示實施例的光路圖；圖8為圖7B所示實施例的尺寸標示示意圖。
圖3所示為本發明光電轉換模組之實施例示意圖；圖4A為圖3沿BB剖面線之剖視示意圖；圖4B~4C為圖4A所示實施例的側視圖。在本實施例中，光電轉換模組包含光電轉換面板70及光電轉換模組支架10a。本發明的光電轉換模組支架10a可供承載光電轉換面板70。如圖3所示，光電轉換面板70較佳為雙面受光型太陽能面板，並具有第一受光面71及第二受光面72。光電轉換模組支架10a的形狀與光電轉換面板70的形狀對應，較佳為矩形。光電轉換模組支架10a可為一框體，圍繞光電轉換面板70的周緣並承載光電轉換面板70。光電轉換模組支架10a之材質可為鋁及鋁合金，更進一步說，光電轉換模組鋁支架/鋁合金支架為鋁擠型支架。此外，鋁/鋁合金支架可再進行加工程序，例如：陽極處理，以形成耐磨、耐蝕且質地堅硬的氧
化膜，用以保護鋁材表面。
如圖3及圖4A所示實施例，光電轉換模組1a的光電轉換模組支架10a包含夾持部100以及支撐於夾持部100下方的側壁200a；其中側壁200a較佳設置對應於光電轉換面板70的兩對側邊而圍繞著光電轉換面板70的周緣分布，但亦可僅設置於任一對側邊上。夾持部100可包含形成於光電轉換模組支架10a的內側的凹槽105，光電轉換面板70之一端插設於凹槽105中並受夾持部100夾持。此外，夾持部100內空間及其包圍的範圍進一步定義為容置區域150，可容納光電轉換面板70。在光電轉換面板70為矩形面板的實施例中，光電轉換模組支架10a可相應為矩形框狀，容置區域150則大致為該矩形框圍繞之矩形範圍；容置區域150的周圍部分較佳延伸至凹槽105內，使得光電轉換面板70設置於容置區域150時並卡合定位於凹槽105。當矩形框狀的光電轉換模組支架10a支撐光電轉換面板70時，矩形框大致與面板平行，且夾持部100夾持光電轉換面板70的周緣部分，光電轉換面板70容納於容置區域150。在本發明實施例中，矩形光電轉換模組可具有1639mm*983mm*40mm的長*寬*高。
進一步而言，光電轉換模組支架10a的側壁200a除了沿框體的側邊分布以外，並大致在垂直於框體所在平面(如圖例示之xy平面)的方向上延伸；當光電轉換模組支架10a支撐有(雙面)光電轉換面板70時，側壁200a垂直於框體所在平面的延伸方向z(下稱高度方向)大致與光電轉換模組支架10a所夾持之(雙面)光電轉換面板70垂直。此外，容置區域150具有與側壁200a大致垂直的深度方向，例如方向x。(雙面)光電轉換面板70之面延伸方向係在xy平面上，且容納於容置區域150內。在本發明較佳實施例中，側壁200a是在光電轉換面板70之第二受光面72的一側垂直延伸；換言之，側壁200a遠離第一受光面71延伸。當光電轉換面板70之第一受光面71大體面朝太陽光源設置於光電轉換模組支架10a，第一受光面71亦可視為正受光面；相對地，第二受光面72此時為背受光面。再者，光電轉換模組支架10a具有
夾持部100之一側通常視為正側(或上側)；反之為背側(或下側)。因此，光電轉換模組支架10a之背側包含側壁200a遠離夾持部100的一端。當光電轉換面板70設置於光電轉換模組支架10a，其正受光面與背受光面較佳分別與光電轉換模組支架10a的正側(或上側)及背側(或下側)對應。光電轉換模組10a因此視為有正、背兩側(或上、下兩側)之區別。
如圖3與圖4A~4B所示，側壁200a具有內側面210、外側面220及一入光通道300。由於側壁200a係沿框體分布，入光通道300較佳亦沿側壁200a之長度方向延伸；換言之，入光通道300係為形成於側壁200a的長形孔洞，該長形孔洞並具有沿著側壁200a、即矩形框的邊長方向x或y延伸的長形開口。如圖4A所示，入光通道300貫穿側壁200a，且在外側面220上具有入光開口310、在內側面210上具有出光開口320。光可自入光開口310進入入光通道300，再由出光開口320離開入光通道300。
如圖4B所示，入光開口310較為接近夾持部100的部分在此稱為入光開口310的上緣310a；相對地，下緣310b係位於入光開口310遠離夾持部100之一端。出光開口320亦分別具有上緣320a及下緣320b。較佳而言，入光通道300係自外側面220斜朝向內側面210而形成於側壁200a；換句話說，入光通道300的延伸方向與容置區域150的深度方向(在本例中為x方向)不平行。斜向的入光通道300並進一步於側壁200a上不同的高度位置形成入光開口310及出光開口320；此處之說明係以側壁200a接近夾持部100的部分為相對高處，反之為相對低處。在本發明較佳實施例中，入光通道300係自外側面220朝向內側面210，同時朝向夾持部100的方向斜向延伸；出光開口320並相對於入光開口310位於側壁200a上較高處，會將自外側面220射入的光線導向內側面210並出射至光電轉換面板70的第二受光面72。
另一方面，入光通道300的內壁進一步具有內凹曲面之型態。詳細來說，入光通道300包含頂面330與底面340；其中所謂“頂”與“底”與前述“上”與“下”相應，且分別為通道內面相對於夾持部100的
近、遠部分。入光通道300的頂面330連接入光開口310的上緣310a及出光開口320的上緣320a之間，且為內凹面，其中出光開口320的上緣320a較入光開口310的上緣310a接近夾持部100；入光通道300的底面340連接入光開口310的下緣310b及出光開口320的下緣320b之間，且為內凹面，其中出光開口320的下緣320b較佳也較入光開口310的下緣310b接近夾持部100。
相較於如圖1與2A所示習知的光電轉換模組支架90，本發明之光電轉換模組支架10a提高側光源之使用率。所述側光源可視為大體朝光電轉換模組1a(或9)有支架10a(或90)圍繞之側邊入射的光源，包含環境光及反射光，因此，側光源之光(下稱側光)有很大的機會入射支架10a(或90)的側壁200a(或92)。詳細來說，由於側光源入射至傳統光電轉換模組支架90後，即由側壁92反射，側光源之出光因此難以抵達雙面光電轉換面板80；相對地，如圖4C所示，當側光入射至本發明光電轉換模組支架10a，側光先自入光開口310入射至入光通道300的底面340，經反射至頂面330再自出光開口320入射至第二受光面72。其中頂面330及底面340之反射率較佳大於60%。因此，本發明光電轉換模組支架90可進行側光補償，以提升光能利用效率。此外，因頂面330及底面340較佳均為內凹面，因此有集光的效果而可有效率的反射及傳導光線，減少因散射而損失的光能。
如圖5所示，出光開口320下緣320b與夾持部100間的距離D2實質上不大於入光開口310上緣310a與夾持部100間的距離D1；其中距離D2與距離D1相等。入光開口310及出光開口320之開口大小、入光開口310及/或出光開口320之口緣的位置、以及內凹面之曲率等因素皆可進一步設計而使前述側光投射至受光面的側光補償及光能利用率更佳化，並使光線得以均勻分布於受光面。舉例來說，可使用光學軟體計算出最適的參數範圍。在本發明較佳實施例中，如圖5所示，入光開口310上緣310a及下緣310b間距離d1與出光開口320上緣320a及下緣320b間距離d2之比例介於100：85至100：110之間。更佳來說，入光開口310上緣310a及下緣310b間距離d1大於出光開
口320上緣320a及下緣320b間距離d2，其中在本發明一實施例中，入光開口310上緣310a及下緣310b間距離d1與出光開口320上緣320a及下緣320b間距離d2之比例為100：93。另一方面，頂面330之曲率半徑R3與底面340之曲率半徑R4之比例介於23：20至23：40之間。更佳來說，頂面330之曲率半徑R3較佳小於底面340之曲率半徑R4，其中在本發明一實施例中，頂面330之曲率半徑R3與底面340之曲率半徑R4之比例為23：32。舉例來說，曲率半徑R3與曲率半徑R4分別為23mm與32mm。
本發明之光電轉換模組支架進一步接受光學模擬分析。用以分析之軟體例如為Tracepro軟體。測試結果顯示本發明光電轉換模組支架在上述較佳比例條件下進行側光補償，並且相較於傳統光電轉換模組支架達到17%之光學增益。亦即在相同的支架材質與相同的支架側面面積等條件下，本發明光電轉換模組的受光面相較於傳統光電轉換模組由背光源多獲得了17%之光量。該些光量並且分散於受光面。其中，所測試之傳統光電轉換支架與本發明光電轉換支架均為銀色，例如鋁支架所自然呈現之色澤。其中該些光量之波長範圍例如為250~1250nm，並實質在光電轉換具有效益。
圖6所示為本發明光電轉換模組另一實施例之示意圖。圖7A為圖6沿CC剖面線之剖視示意圖，而圖7B所示為圖7A所示實施例的側視圖。如圖6與7A~7B所示，光電轉換模組支架10b包含夾持部100，以及支撐於夾持部100下方的側壁200b。另外，在本實施例中，光電轉換模組支架10b並於側壁200a與夾持部100相對的一端具有入光開口250。
以矩形框狀的光電轉換模組支架10b為例，側壁200b沿框體分布且大致在垂直於矩形框所在平面的方向Z上延伸，其中側壁200b於遠離夾持部100一端圍繞成之矩形口可為入光開口250。來自光電轉換模組10b背側(或下側)的光可由入光開口250進入支持部100及入光開口250間的空間，並抵達容置空間150。
在本實施例中，如圖7A及圖7B所示，光電轉換模組支架10b
進一步包含底部400，自側壁200b於遠離夾持部100一端朝框內方向延伸形成。此時，底部400遠離側壁200b方向之端緣圍繞成入光開口250。在長*寬*高為1639mm*983mm*40mm的矩形光電轉換模組中，底部400遠離側壁200b方向之端緣與側壁200b外側的距離例如為32mm。
光電轉換模組支架10b進一步包含反射面500，設置於側壁200b之內側面210，並位於容置區域150及入光開口250間空間之一側；反射面500並可由側壁200b與底部400支撐而位於容置區域150及入光開口250間。反射面500之材質可與支架10b本體相異，其光反射率亦可與支架10b本體相異，且較佳大於側壁200b之光反射率。
詳細來說，反射面500為凹向側壁200b之內凹面，並反射自入光開口250進入之光線至容置區域150。反射面500具有最接近側壁200b一退縮位置P，並包含上弧面550及下弧面560。上弧面550自退縮位置P朝夾持部100延伸，並可延伸至夾持部100下側；下弧面560自退縮位置P遠離夾持部100延伸。下弧面560可進一步延伸至底部400，其中下弧面560較佳相較於上弧面550更大程度地朝框內方向延伸。此外，退縮位置P與底部400的距離較佳大於與容置區域150的距離。
相較於如圖1與2B所示習知的光電轉換模組支架90，本發明之光電轉換模組支架10b提高背光源之使用率。所述背光源可視為大體朝光電轉換模組1b(或9)之背側(或下側)入射的光源。來自背光源之光下稱背側光。如圖7C所示，當背側光自入光開口250進入本發明光電轉換模組支架10b內，反射面500協助投射其上的背側光朝向容置區域150反射，並入射受光面。舉例來說，上弧面550協助投射其上的背側光朝向下弧面560入射，藉此下弧面560再朝容置區域150反射光線。另一方面，反射面500亦協助捕捉遠離受光面出射的光。舉例來說，反射面500可捕捉自受光面出射及/或自受光面反射的光，使其再朝受光面入射，提高光能利用效率。
如圖8所示，上弧面550與下弧面560的大小、上弧面550與下
弧面560於側壁200b上投影範圍之高度H5與H6、以及上或下弧面曲率等因素皆可進一步設計而使前述背側光投射至受光面的背側光補償及光能利用率更佳化，並使光線得均勻分布入射受光面。例如下弧面560於側壁200b上投影範圍之高度H6較佳大於上弧面550於側壁200b上投影範圍之高度H5。此外，如圖8所示，上弧面550於側壁200b上投影範圍之高度H5與下弧面560於側壁200b上投影範圍之高度H6進一步具有介於1.1：1.9至0.9：2.1之間的比例範圍；其中在本發明一實施例中，高度H5與高度H6之比例為1：2。例如，高度H5與高度H6分別是100mm與200mm。上弧面550之曲率半徑R5與下弧面560之曲率半徑R6的比例介於15：20至15：25之間。更佳來說，上弧面550之曲率半徑R5小於下弧面560之曲率半徑R6，其中在本發明一實施例中，上弧面550之曲率半徑R5與下弧面560之曲率半徑R6之比例為15：23，且例如為15mm與23mm。
再者，如圖8所示，下弧面560於垂直側壁200b平面上投影範圍自側壁200b伸出之長度為L1；上弧面550於垂直側壁200b平面上投影範圍自側壁200b伸出之長度為L2。在較佳實施例中，L1需大於L2，以提供較佳的光線分配均勻性。
本發明之光電轉換模組支架進一步接受光學模擬分析。用以分析之軟體舉例來說為Tracepro軟體。測試結果顯示本發明光電轉換模組支架進行背側的光補償，並且相較於傳統光電轉換模組支架達到4.2%之光學增益，亦即在相同的入光開口(即本發明入光開口250與傳統支架入光開口95)與相同的支架底部面積等條件下，本發明光電轉換模組的受光面相較於傳統光電轉換模組由背光源多獲得了4.2%之光量。該些光量並且分散於受光面。其中，所測試之傳統光電轉換模組支架係為黑色及銀色。當本發明光電轉換模組支架為如銀色時，其具有背側的光補償的效果。
本發明已由上述相關實施例加以描述，然而上述實施例僅為實施本發明之範例。必需指出的是，已揭露之實施例並未限制本發明之範
圍。相反地，包含於申請專利範圍之精神及範圍之修改及均等設置均包含於本發明之範圍內。
1a‧‧‧光電轉換模組
10a‧‧‧光電轉換模組支架
100‧‧‧夾持部
105‧‧‧凹槽
150‧‧‧容置區域
200a‧‧‧側壁
210‧‧‧內側面
220‧‧‧外側面
300‧‧‧入光通道
310‧‧‧入光開口
320‧‧‧出光開口
330‧‧‧頂面
340‧‧‧底面
70‧‧‧雙面光電轉換面板
71‧‧‧第一受光面
72‧‧‧第二受光面
Claims (20)
- 一種光電轉換模組支架，供支撐一雙面光電轉換面板，包含：一夾持部，形成一容置區域供容納該雙面光電轉換面板；以及一側壁，支撐於該夾持部下方，並具有一內側面、一外側面及一入光通道，該入光通道貫穿該內側面及該外側面，該入光通道在該外側面上具有一入光開口，並在該內側面上具有一出光開口；其中，該入光通道具有：一頂面，連接該入光開口上緣及該出光開口上緣之間，且為一內凹面；其中該出光開口上緣較該入光開口上緣接近該夾持部；以及一底面，連接該入光開口下緣及該出光開口下緣之間，且為一內凹面；其中該出光開口下緣較該入光開口下緣接近該夾持部。
- 如請求項1所述之光電轉換模組支架，其中該出光開口下緣與該夾持部間之距離實質上不大於該入光開口上緣與該夾持部間之距離。
- 如請求項2所述之光電轉換模組支架，其中該出光開口下緣與該夾持部間之距離實質上等於該入光開口上緣與該夾持部間之距離。
- 如請求項1所述之光電轉換模組支架，其中該頂面及該底面之反射率大於60%。
- 如請求項1所述之光電轉換模組支架，其中該頂面之曲率半徑與該底面之曲率半徑之比例介於23：20至23：40之間。
- 如請求項5所述之光電轉換模組支架，其中該頂面之曲率半徑與該底面之曲率半徑之比例為23：32。
- 如請求項1所述之光電轉換模組支架，其中該頂面之曲率半徑小於該底面之曲率半徑。
- 如請求項1所述之光電轉換模組支架，其中該入光開口上緣及下緣間距離與該出光開口上緣及下緣間距離之比例介於100：85至100：110之間。
- 如請求項8所述之光電轉換模組支架，其中該入光開口上緣及下緣間距 離與該出光開口上緣及下緣間距離之比例為100：93。
- 如請求項1所述之光電轉換模組支架，其中該入光開口上緣及下緣間距離大於該出光開口上緣及下緣間距離。
- 如請求項1所述之光電轉換模組支架，其中該底面接收來自該外側面外側之光線並反射自該頂面，該頂面再將該光線反射至該容置區域。
- 一種光電轉換模組支架，供支撐一雙面光電轉換面板，包含：一夾持部，形成一容置區域供容納該雙面光電轉換面板；一側壁，支撐於該夾持部下方；其中該側壁與該夾持部相對之一端位於一入光開口之一側；以及一反射面，設置於該側壁之內側，並位於該容置區域及該入光開口間空間之一側；其中，該反射面係為一凹向該側壁之內凹面，並反射自該入光開口進入之光線至該容置區域。
- 如請求項12所述之光電轉換模組支架，其中該反射面包含：具有最接近該側壁之一退縮位置；一上弧面，自該退縮位置朝該夾持部延伸；以及一下弧面，自該退縮位置遠離該夾持部延伸；該下弧面於該側壁上投影範圍之高度大於該上弧面於該側壁上投影範圍之高度。
- 如請求項13所述之光電轉換模組支架，其中該上弧面於該側壁上投影範圍之高度與該下弧面於該側壁上投影範圍之高度比例介於1.1：1.9至0.9：2.1之間。
- 如請求項14所述之光電轉換模組支架，其中該上弧面於該側壁上投影範圍之高度與該下弧面於該側壁上投影範圍之高度比例為1：2。
- 如請求項13所述之光電轉換模組支架，其中該上弧面之曲率半徑與該下弧面之曲率半徑之比例介於15：20至15：25之間。
- 如請求項16所述之光電轉換模組支架，其中該上弧面之曲率半徑與該 下弧面之曲率半徑之比例為15：23。
- 如請求項13所述之光電轉換模組支架，其中該上弧面之曲率半徑小於該下弧面之曲率半徑。
- 如請求項13所述之光電轉換模組支架，其中該下弧面於垂直該側壁平面上投影範圍自該側壁伸出之長度大於該上弧面於垂直該側壁平面上投影範圍自該側壁伸出之長度。
- 如請求項12所述之光電轉換模組支架，其中反射面之反射率大於該側壁之反射率。
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