TWI445196B - 太陽能電池之集光裝置 - Google Patents

Description

太陽能電池之集光裝置

本發明係關於一種集光裝置，特別關於一種太陽能電池之集光裝置。

近幾年來世界面臨能源短缺的問題，使得綠色能源的應用大幅升高。其中太陽與我們生活息息相關，太陽產生的能量近乎無限，取之不盡，用之不竭；相較於風力、地熱等能源的取得，太陽光的取得顯得的較易。

太陽光的使用係藉由太陽能電池將光線之光能及熱能轉換成電力。太陽能電池的特性是會隨著太陽光線數越多或太陽日照強度越大，其輸出功率也會隨之放大。故為了增加太陽能電池接收的光線數，可以使用集光的方式，把大範圍的陽光集中成一點，增加太陽能電池的輸出功率。

習知使用的集光裝置係為單一拋物面的內全反射(TIR)透鏡，但其具有高度過高的問題，而降低業者使用的意願。此外，習知集光裝置的集光強度有一定的極限，例如只能達到0～34699W/m的範圍，這也使產品的競爭力降低。

因此，如何提供一種改良的太陽能電池之集光裝置，能夠解決高度過高的問題，並增加集光強度，進而提升產品競爭力，實為業界當前重要課題之一。

有鑑於上述課題，本發明之目的為提供一種能夠解決高度過高的問題，並增加集光強度，進而提升產品競爭力之太陽能電池之集光裝置。

為達上述目的，依據本發明之一種太陽能電池之集光裝置包含一收光區，收光區由外向內又至少區分為一第一收光區及一第二收光區，由第一收光區進入之光線係經由一第一反射鏡反射至一集光點，由第二收光區進入之光線係經由一第二反射鏡反射至集光點。

在一實施例中，第一反射鏡與第二反射鏡分別為一拋物面反射鏡。

在一實施例中，收光區更區分為一第三收光區，由第三收光區進入之光線係依序經由一第三反射鏡以及一第四反射鏡反射至集光點。藉由第三收光區，可使本發明之集光裝置之高度下降更多，可較習知使用單一拋物面反射之集光裝置，減少約四分之三的高度。此外，藉由第三收光區可進一步增加收光口面積而更提升本發明之集光強度。

在一實施例中，第三反射鏡為一拋物面反射鏡，第四反射鏡為一橢圓反射鏡。

在一實施例中，收光區更區分為一第四收光區，由第四收光區進入之光線係經由一折射鏡折射至集光點。折射鏡可為一球型折射鏡。藉由第四收光區可進一步增加收光口面積而更提升本發明之集光強度。

在一實施例中，集光裝置更包含一第五反射鏡，其鄰設於第四反射鏡，由第三收光區進入之光線係經由第五反射鏡反射至集光點，並且由第四收光區進入之光線係經過第四反射鏡與第五反射鏡之間而到達集光點。第五反射鏡可為一橢圓反射鏡。本發明之巧妙設計，使得第四收光區之光線可經過第四反射鏡與第五反射鏡之間而到達集光點，而不會被第四反射鏡與第五反射鏡擋住。

在一實施例中，集光裝置更包含一球型穿透鏡，由第一收光區、第二收光區、第三收光區或第四收光區進入之光線係經由球型穿透鏡而到達集光點。藉由球型穿透鏡可防止光線不必要的偏折進而提升光線利用率與集光強度。

在一實施例中，第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡或折射鏡係分別依據集光點為對稱形狀。另外，第四反射鏡與第五反射鏡亦可依據集光點為對稱形狀。藉由對稱形狀的設計，一面使本發明之集光裝置的製造簡化，另一面使得集光裝置的外型賞心悅目，進而提升產品競爭力。

承上所述，本發明之集光裝置係將收光區由外而內，至少區分為一第一收光區及一第二收光區，各收光區分別使用至少一反射鏡來將光線反射至集光點。藉此，本發明之集光裝置較習知使用單一拋物面反射之集光裝置，可至少減少至少約二分之一的高度。此外，將收光區分為第一收光區與第二收光區，亦可增口收光口面積而提升集光強度，本發明之集光強度已經過驗證，較習知之集光裝置之提升可例如達到0～4495700 W/m。

以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之一種太陽能電池之集光裝置，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。

圖1為本發明較佳實施例之一種太陽能電池之集光裝置1的示意圖。

請參照圖1所示，集光裝置1包含一收光區A，收光區A由外向內又至少區分為一第一收光區A1及一第二收光區A2，由第一收光區A1進入之光線係經由一第一反射鏡101反射至一集光點P，由第二收光區A2進入之光線係經由一第二反射鏡102反射至集光點P。

在本實施例中，收光區A可視為集光裝置1之一側用以收入光線的範圍，而第一收光區A1與第二收光區A2分別為一環形區域。若收光區A為一正圓，則第一收光區A1與第二收光區A2可具有相同之中心。

在本實施例中，第一反射鏡101與第二反射鏡102分別對應第一收光區A1及第二收光區A2設置。第一反射鏡101與第二反射鏡102分別為一拋物面反射鏡，且具有拋物全反射面。第一反射鏡101之焦點為集光點P。第一反射鏡101可接收集光點P之發光角60度～75度的光(依據不同設計而可改變)，因此可增加收光口面積並避免集光裝置1的高度過高。第二反射鏡102之焦點為集光點P。第二反射鏡102可接收集光點P之發光角45度～60度的光。第一反射鏡101與第二反射鏡102係可分別依據集光點P為對稱形狀；或者，集光裝置可具有多個第一反射鏡與第二反射鏡，該等第一反射鏡連結一起，該等第二反射鏡連結一起。

需注意者，上述之第一反射鏡101可接收集光點P之發光角60度～75度的光以及第二反射鏡102可接收集光點P之發光角45度～60度的光，可依據設計的調整而有所變化，此僅為舉例說明，並非用以限制本發明。另外，第一反射鏡103之焦點與頂點的距離大於第二反射鏡102之焦點與頂點的距離，因而避免第一反射鏡103接受來自集光點P的光角過小而導致集光裝置的高度過高。

在本實施例中，可藉由增加收光區A之分區而進一步增加收光口面積並降低集光裝置之高度以及提升集光強度。

收光區A可更區分為一第三收光區A3，由第三收光區A3進入之光線係依序經由一第三反射鏡103以及一第四反射鏡104反射至集光點P。

在本實施例中，第三收光區A3為一環形區域。若收光區A為一正圓，則第一收光區A1、第二收光區A2第三收光區A3可具有相同之中心。

在本實施例中，第三反射鏡103之一部分係對應第三收光區A3設置。第三反射鏡103為一拋物面反射鏡，第四反射鏡104為一橢圓反射鏡，且具有拋物全反射面。第三反射鏡103之焦點為第四反射鏡104之一焦點，第四反射鏡104具有兩焦點，其另一焦點為集光點P。藉此，經由第三反射鏡103反射之光線會通過第四反射鏡104之一焦點，因而被第四反射鏡104反射之光線會通過、到達第四反射鏡104之另一焦點，即集光點P。第四反射鏡104可接收集光點P之發光角15度～45度的光。第三反射鏡103係依據集光點P為對稱形狀；或者，集光裝置可具有多個第三反射鏡連結一起。

藉由第三收光區A3可使本發明之集光裝置1之高度下降更多，可較習知使用單一拋物面反射之集光裝置，減少約四分之三的高度。此外，藉由第三收光區A3可更進一步增加收光口面積而提升集光強度。

收光區A更區分為一第四收光區A4，由第四收光區A4進入之光線係經由一折射鏡106折射至集光點P。

在本實施例中，第四收光區A4為一圓形區域。若收光區A為一正圓，則第一收光區A1、第二收光區A2、第三收光區A3與第四收光區A4可具有相同之中心。

在本實施例中，第三反射鏡103之另一部分、第四反射鏡104以及折射鏡106係對應第四收光區A4設置。折射鏡106為一球型折射鏡，並為一凸透鏡。折射鏡106之焦點為集光點P。折射鏡106可接收集光點P之發光角0度到15度的光。折射鏡106分為球面折射面與平面折射面，平行光會先經由球面折射面，再經由平面折射面而做二次折射，進而匯聚於集光點P。折射鏡106係依據集光點P為對稱形狀。

藉由第四收光區A4可進一步增加收光口面積而更提升集光強度。

此外，集光裝置1可更包含一第五反射鏡105，其鄰設於第四反射鏡104，由第三收光區A3進入之光線係經由第五反射鏡105反射至集光點P，並且由第四收光區A4進入之光線係經過第四反射鏡104與第五反射鏡105之間而到達集光點P。

在本實施例中，第五反射鏡105係對應第四收光區A4設置。第五反射鏡105為一橢圓反射鏡，其係與第四反射鏡104依據集光點P而對稱；當然，在製造上可將第四反射鏡104與第五反射鏡105一體成型製成。由第三收光區A3進入之光線係依序經由第三反射鏡103與第五反射鏡105反射至集光點P。藉由本發明之巧妙設計，使得第四收光區A4之光線可經過第四反射鏡104與第五反射鏡105之間而到達集光點，而不會被第四反射鏡104與第五反射鏡105擋住。

另外，集光裝置1可更包含一球型穿透鏡107。由第一收光區A1、第二收光區A2、第三收光區A3或第四收光區A4進入之光線係經由球型穿透鏡107而到達集光點P。球型穿透鏡107係以集光點P為球心。球型穿透鏡107係對應第四收光區A4設置。另外，球型穿透鏡107係與第三反射鏡103連結，且設置於第四反射鏡104與第五反射鏡105之中間處。

另外，集光裝置1可更包含一平面穿透鏡108，其係設置於集光裝置1之一側，並與第二反射鏡102連結。平面穿透鏡108對應第一收光區A1、第二收光區A2與第三收光區A3設置。平面穿透鏡108與入射光垂直，使平行光的入射角等於折射角，進而不產生偏折。藉此可提升收光之光量與集光強度。

此外，本實施例之集光裝置1更包含多個連結元件，以將集光裝置1之上述元件連結一起。其中，一第一連結元件C1係連結第一反射鏡101與平面穿透鏡108。一第二連結元件C2係連結第一反射鏡101與第三反射鏡103。一第三連結元件C3係連結平面穿透鏡108、球型穿透鏡107與第四、第五反射鏡104、105。第三連結元件C3例如呈一柱狀。本實施例不特別限制上述連結元件之形狀與材質，其可例如由反射材質或非反射材質所製成。

圖2為本發明較佳實施例之另一種太陽能電池之集光裝置1a的示意圖。與上述實施例主要不同在於，集光裝置1a之球型穿透鏡107a為半球型，藉此可增加置放於球型穿透鏡107a內之太陽能電池的尺寸，進而得到更佳的發電效能。另外，本實施例之集光裝置1a更包含一第四連結元件C4，其係連結球型穿透鏡107a與第三反射鏡103。

綜上所述，本發明之集光裝置係將收光區由外而內，至少區分為一第一收光區及一第二收光區，各收光區分別使用至少一反射鏡來將光線反射至集光點。藉此，本發明之集光裝置較習知使用單一拋物面反射之集光裝置，可至少減少至少約二分之一的高度。此外，將收光區分為第一收光區與第二收光區，亦可增口收光口面積而提升集光強度，本發明之集光強度已經過驗證，較習知之集光裝置之提升可例如達到0～4495700 W/m。

此外，本發明之集光裝置之收光區更可區分為一第三收光區以及一第四收光區，藉此可使本發明之集光裝置之高度減少更多，可較習知使用單一拋物面反射之集光裝置，減少約四分之三的高度。此外，藉由多個收光區可進一步增加收光口面積而更提升本發明之集光強度。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

1、1a．．．集光裝置

101．．．第一反射鏡

102．．．第二反射鏡

103．．．第三反射鏡

104．．．第四反射鏡

105．．．第五反射鏡

106．．．折射鏡

107、107a．．．球型穿透鏡

108．．．平面穿透鏡

A．．．收光區

A1．．．第一收光區

A2．．．第二收光區

A3．．．第三收光區

A4．．．第四收光區

C1．．．第一連結元件

C2．．．第二連結元件

C3．．．第三連結元件

C4．．．第四連結元件

P．．．集光點

圖1為本發明較佳實施例之一種太陽能電池之集光裝置的示意圖；以及

圖2為本發明較佳實施例之另一種太陽能電池之集光裝置的示意圖。

1．．．集光裝置

101．．．第一反射鏡

102．．．第二反射鏡

103．．．第三反射鏡

104．．．第四反射鏡

105．．．第五反射鏡

106．．．折射鏡

107．．．球型穿透鏡

108．．．平面穿透鏡

A．．．收光區

A1．．．第一收光區

A2．．．第二收光區

A3．．．第三收光區

A4．．．第四收光區

C1．．．第一連結元件

C2．．．第二連結元件

C3．．．第三連結元件

P．．．集光點

Claims (9)

1. 一種太陽能電池之集光裝置，包含：一收光區，該收光區由外向內又至少區分為一第一收光區、一第二收光區及一第三收光區，由該第一收光區進入之光線係經由一第一反射鏡反射至一集光點，由該第二收光區進入之光線係經由一第二反射鏡反射至該集光點，由該第三收光區進入之光線係依序經由一第三反射鏡以及一第四反射鏡反射至該集光點。
2. 如申請專利範圍第1項所述之集光裝置，其中該第一反射鏡與該第二反射鏡分別為一拋物面反射鏡。
3. 如申請專利範圍第1項所述之集光裝置，其中該第三反射鏡為一拋物面反射鏡，該第四反射鏡為一橢圓反射鏡。
4. 如申請專利範圍第1項所述之集光裝置，其中該收光區更區分為一第四收光區，由該第四收光區進入之光線係經由一折射鏡折射至該集光點。
5. 如申請專利範圍第4項所述之集光裝置，其中該折射鏡為一球型折射鏡。
6. 如申請專利範圍第4項所述之集光裝置，更包含：一第五反射鏡，鄰設於該第四反射鏡，由該第三收光區進入之光線係經由該第五反射鏡反射至該集光點，並且由該第四收光區進入之光線係經過該第四反射鏡與該第五反射鏡之間而到達該集光點。
7. 如申請專利範圍第6項所述之集光裝置，其中該第五反射鏡為一橢圓反射鏡。
8. 如申請專利範圍第1項至第7項之任一項所述之集光裝置，更包含：一球型穿透鏡，由該第一收光區、第二收光區、第三收光區或第四收光區進入之光線係經由該球型穿透鏡而到達該集光點。
9. 如申請專利範圍第1項至第7項之任一項所述之集光裝置，其中該第一反射鏡、該第二反射鏡、該第三反射鏡或該折射鏡係分別依據該集光點為對稱形狀。