TWI449196B - 偏折元件及使用此偏折元件的日光準直系統 - Google Patents

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    • Y02E10/52—PV systems with concentrators

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Description

偏折元件及使用此偏折元件的日光準直系統
本發明係有關於一種日光準直系統，特別是有關於一種偏折元件及使用此偏折元件的日光準直系統。
目前以一般需要垂直入射光的太陽能系統而言，要供給它們垂直入射的太陽光的方法是加裝太陽追蹤系統，使它們可以全天候正對太陽而取得垂直入射的太陽光。但是，由於傳統的太陽追蹤系統具有感測器或其他複雜的電路結構，因此具有製作困難、價格昂貴、難以保養等缺點，也容易受到下雨或閃電等外在環境因素影響而發生故障。
有鑑於此，實有必要提出一種新式被動元件或系統，用來提供垂直入射的太陽光。
本發明之目的之一係在於提供一種偏折元件及使用此偏折元件之日光準直系統，以解決上述問題。
本發明係揭露一種偏折元件，用以偏折至少一光束，包括：一第一透鏡；以及一第二透鏡；其中，該光束通過該第一透鏡及該第二透鏡之後，向一基準面之一法線方向偏折，而形成一準直光束。
本發明亦揭露一種日光準直系統，用以準直至少一日光光束，包括：一日光接收面；以及一日光準直器，具有一第一透鏡及一第二透鏡；其中，該日光光束通過該第一透鏡及該第二透鏡之後，向該日光接收面之一法線方向偏折，而形成一準直日光光束。
為使本發明之目的、特徵及(或)優點能更為明顯易懂，特舉出較佳實施例，並配合本案所附圖式，詳細說明如後。
在此需先說明的是，儘管在本案說明書全文(包括申請專利範圍)中使用了某些特定詞彙來指稱特定的元件，本案所屬技術領域中具有通常知識者當可理解到，某些製造商可能會以不同的名詞來稱呼同一個元件。因此，在理解本案說明書全文(包括申請專利範圍)時不應以名稱的差異來作為區分元件的方式，而應該以元件在功能上的差異來作為區分的標準。另外，在本案說明書全文(包括申請專利範圍)中所使用的「包括」及「具有」二詞皆為開放式的用語，因此應該被解釋成「包括但不限定於」。此外，在本案說明書全文(包括申請專利範圍)中所使用的「耦接」及「連接」二詞皆指任何直接或間接的連接手段，舉例而言，若文中描述一第一單元耦接於一第二單元，或者描述一第一單元連接於一第二單元，皆應該被解釋成該第一單元可以直接連接於該第二單元，或者該第一單元可以透過其他單元或某種連接手段而間接地連接於該第二單元。
第1圖為本發明的日光準直系統100的結構示意圖。如圖所示，在本發明的一實施例中，日光準直系統100可以用來準直複數個日光光束202而形成複數個準直日光光束204。更進一步而言，日光準直系統100包括日光接收面102及日光準直器104。在本發明的一實施例中，日光準直器104在功能上屬於一種偏折元件，用來偏折複數個日光光束202。更進一步而言，日光準直器104具有複數個第一透鏡106及複數個第二透鏡108。
在本發明的一實施例中，每個第一透鏡106都是外型呈長柱型、材質可為壓克力的負透鏡(亦即發散的二維透鏡)。每個第二 透鏡108都是外型呈長柱型、材質可為壓克力的正透鏡(亦即收斂的二維透鏡)。如第1圖所示，每個第一透鏡106的長軸大體上都位於南北方向，並且，複數個第一透鏡106可藉由一維陣列的方式、沿著東西方向排列而形成第一透鏡組116。每個第二透鏡108的長軸大體上都位於南北方向，並且，複數個第二透鏡108可藉由一維陣列的方式、沿著東西方向排列而形成第二透鏡組118。更且，第一透鏡組116係設置於第二透鏡組118的上方。當複數個日光光束202通過第一透鏡組116的複數個第一透鏡106，以及第二透鏡組118的複數個第二透鏡108之後，會向基準面206的法線方向208偏折，因而大體上會更垂直於基準面206，進而形成複數個準直日光光束204。另外，複數個日光光束202於通過第二透鏡組118的複數個第二透鏡108之後，大體上係彼此平行，換句話說，複數個準直日光光束204大體上係彼此平行。
在實際操作時，可以將日光準直系統100應用在太陽能系統上。更進一步而言，在本發明的一實施例中，日光接收面102可以設置於太陽能電池302。如第1圖所示，日光接收面102係設置於第二透鏡組118的下方。在此實施例中，日光接收面102即為基準面206，且日光接收面102呈水平方向，日光接收面102(亦即基準面206)的法線方向208為鉛垂方向。換句話說，當複數個日光光束202通過第一透鏡組116的複數個第一透鏡106，以及第二透鏡組118的複數個第二透鏡108之後，會向日光接收面102的法線方向208偏折，因而大體上會更垂直於日光接收面102，進而形成複數個準直日光光束204，如此一來，太陽能電池302便可以藉由日光接收面102來接收複數個近乎垂直入射的準直日光光束204，而能有最大的工作效能。並且，在此實施例中，不論太陽的目前位置為何，皆可以將不同時段的太陽所發出的複數個日光光束202準直為複數個準直日光光束204。
在本發明的一實施例中，日光準直系統可將不同時段的太陽 光進行準直，且可以應用於日光照明系統、太陽能電池或其他接收太陽光的系統。更進一步而言，日光準直系統可以將傾斜照射的太陽光往垂直方向做偏折，而達到準直太陽光的效果，如此便能提供給上述系統準直後趨向垂直入射的太陽光，使上述系統在全天候都有工作效益，不致因為太陽偏離正午時段而失去工作效能。
在本發明的一實施例中，日光準直系統是一種可排列式的日光準直系統。更進一步而言，在日光準直系統中，第一透鏡及第二透鏡的外型皆為長柱型，在使用時可以使第一透鏡及第二透鏡的長軸大體上皆位於南北方向，再將第一透鏡及第二透鏡沿著東西方向分別平放並做陣列排列，便可以擴大日光準直系統的應用面積。另外，日光準直系統在二維視點上都能接受太陽全天候的照射，並將太陽光準直給下方的系統使用。
在本發明的一實施例中，與一般耗費電能的太陽追蹤系統相比，日光準直系統的優點是沒有使用任何電子元件，因此具有節能的效果，同時也可以避免於戶外使用時，因為下雨或閃電等外在環境因素所造成的故障。更進一步而言，日光準直系統是一種被動式系統，可以用來取代傳統上使用電能的太陽追蹤系統。
在本發明的一實施例中，日光準直系統的第一透鏡及第二透鏡的材質皆可為壓克力，因此具有加工簡單、保養容易、價格便宜等優點。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，並非用以限定本發明的涵蓋範圍。任何熟習此項技藝者，依據本案說明書全文(包括申請專利範圍)揭露的精神所做的些許變化與修飾，皆應屬於本發明的涵蓋範圍。本發明的有效保護範圍應以申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧日光準直系統
102‧‧‧日光接收面
104‧‧‧日光準直器
106‧‧‧第一透鏡
108‧‧‧第二透鏡
116‧‧‧第一透鏡組
118‧‧‧第二透鏡組
202‧‧‧日光光束
204‧‧‧準直日光光束
206‧‧‧基準面
208‧‧‧法線方向
302‧‧‧太陽能電池
第1圖為本發明的日光準直系統的結構示意圖。
100‧‧‧日光準直系統
102‧‧‧日光接收面
104‧‧‧日光準直器
106‧‧‧第一透鏡
108‧‧‧第二透鏡
116‧‧‧第一透鏡組
118‧‧‧第二透鏡組
202‧‧‧日光光束
204‧‧‧準直日光光束
206‧‧‧基準面
208‧‧‧法線方向
302‧‧‧太陽能電池

Claims (17)

  1. 一種偏折元件，用以偏折至少一光束，包括：一第一透鏡，該第一透鏡係一負透鏡；以及一第二透鏡，該第二透鏡係一正透鏡且設置於該第一透鏡下方，該光束從該第一透鏡上方入射，該第一透鏡與該第二透鏡不隨著該光束之入射角度變化而旋轉；其中，該光束通過該第一透鏡及該第二透鏡之後，向一基準面之一法線方向偏折，而形成一準直光束。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之偏折元件，其中，該光束通過該第二透鏡之後，大體上更垂直於該基準面。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之偏折元件，其中，該光束係為一日光光束，該基準面呈水平方向，以及該法線方向係為一鉛垂方向。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之偏折元件，其中，該第一透鏡及該第二透鏡之外型皆為長柱型。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之偏折元件，其中，該第一透鏡及該第二透鏡之材質皆可為壓克力。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之偏折元件，其中，該偏折元件係為一光準直器。
  7. 一種日光準直系統，用以準直至少一日光光束，包括：一日光接收面；以及一日光準直器，具有一第一透鏡及一第二透鏡，該第一透鏡係一負透鏡，該第二透鏡係一正透鏡且設置於該第一透鏡下方，該日光光束從該第一透鏡上方入射，該第一透鏡與該第 二透鏡不隨著該日光光束之入射角度變化而旋轉，該日光接收面係位於該第二透鏡下方；其中，該日光光束通過該第一透鏡及該第二透鏡之後，向該日光接收面之一法線方向偏折，而形成一準直日光光束。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之日光準直系統，其中，該日光光束通過該第二透鏡之後，大體上更垂直於該日光接收面。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之日光準直系統，其中，該第一透鏡及該第二透鏡之外型皆為長柱型。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之日光準直系統，其中，該第一透鏡及該第二透鏡之材質皆可為壓克力。
  11. 如申請專利範圍第7項所述之日光準直系統，其中，該日光接收面係用以接收該準直日光光束。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之日光準直系統，其中，該日光接收面係設置於一太陽能電池。
  13. 如申請專利範圍第7項所述之日光準直系統，其中，該日光準直系統用以準直複數個日光光束，該日光準直器具有複數個第一透鏡及複數個第二透鏡，以及該複數個日光光束通過該複數個第一透鏡及該複數個第二透鏡之後，向該日光接收面之一法線方向偏折，而形成複數個準直日光光束。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之日光準直系統，其中，該複數個日光光束通過該複數個第二透鏡之後，大體上係彼此平行。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之日光準直系統，其中，該複數個第一透鏡係以一維陣列方式排列而形成一第一透鏡組，該複數個第二透鏡係以一維陣列方式排列而形成一第二透鏡組。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之日光準直系統，其中，每一第一透鏡之長軸大體上係位於南北方向，且該複數個第一透鏡係沿著東西方向排列而形成該第一透鏡組，以及每一第二透鏡之長軸大體上係位於南北方向，且該複數個第二透鏡係沿著東西方向排列而形成該第二透鏡組。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之日光準直系統，其中，該日光接收面係設置於該第二透鏡組之下方，以及該第一透鏡組係設置於該第二透鏡組之上方。
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