TWI470176B - 集光發電窗組及其集光發電模組 - Google Patents

Description

集光發電窗組及其集光發電模組

本發明係關於一種集光發電窗組及其集光發電模組，特別是一種具有微結構之集光發電窗組及其集光發電模組。

習知發電玻璃係將複數個太陽能晶片貼附在一玻璃之入光表面或出光表面，以收集太陽光而進行發電。然而，由於太陽能晶片之透光率低，而連帶降低整個發電玻璃的透光率，實際應用於窗戶時會造成視覺阻礙，以及室內採光不佳的缺點。

因此，有必要提供一創新且富進步性的集光發電窗組及其集光發電模組，以解決上述問題。

本發明係提供一種集光發電模組，其包括一導光基板及至少一光電轉換元件。該導光基板具有一基材本體部、一第一表面、一第二表面及複數個凹陷於該基材本體部之微結構，該第一表面係相鄰或對應該第二表面。該至少一光電轉換元件係鄰近設置於該導光基板或設置於該導光基板上，其中當光線到達該第一表面時，該等微結構導引部分該光線至該至少一光電轉換元件，以將部分該光線之能量轉換成電能。同時，該光線之另一部份係直接穿透該導光基板。因此，該集光發電模組實際應用於窗戶時較不易造成視覺阻礙，且部分該光線可通過該集光發電模組而降低影響室內採光的問題。此外，該等微結構可以利用雷射加工而成，且製程簡單。

本發明另提供一種集光發電窗組，其包括一第一透光板、一第二透光板、至少一導光基板及至少一光電轉換元件。該第二透光板係相對該第一透光板。該導光基板係位於第一透光板及該第二透光板之間，且該導光基板具有一基材本體部、一第一表面、一第二表面及複數個凹陷於該基材本體部之微結構，該第一表面係相鄰或對應該第二表面。該光電轉換元件係鄰近設置於該導光基板或設置於該導光基板上，其中當一光線到達該第一表面時，該等微結構導引部分該光線至該至少一光電轉換元件，以將部分該光線之能量轉換成電能。

參考圖1及圖2，分別顯示本發明之集光發電模組之一實施例之立體及正視示意圖。該集光發電模組1包括一導光基板10及至少一光電轉換元件14。該導光基板10具有一基材本體部11、一第一表面111、一第二表面112、一頂面113、一底面114、一第一側面115、一第二側面116及複數個微結構12。較佳地，該基材本體部11係為可透光材質，例如玻璃或可透光之塑膠膜板。

該第一表面111係相鄰或對應該第二表面112。在本實施例中，該第一表面111係對應該第二表面112，且與該頂面113、該底面114、該第一側面115及該第二側面116相鄰。該等微結構12係凹陷於該基材本體部11之第一表面111。

在本實施例中，該等微結構12位於該第一表面111，且從該第一表面111向該第二表面112延伸。該等微結構12之俯視面係為橢圓形，且係利用例如雷射加工而成，而該等微結構12的開口形狀並不侷限橢圓形，亦可以其他製程方式而形成各種形狀，例如：圓形、方形、多角形。該等微結構12係彼此不連接，也就是該等微結構12於第一表面111之開口邊緣係彼此不連接，且該等微結構12係可為不連續分佈，例如：開口寬度大之微結構、開口寬度小之微結構間隔排列分佈，或是微結構之排列係由開口寬度大至小依序排列分佈，其排列之方向亦不侷限，可由該第一側面115至該第二側面116方向，或是由該頂面113至該底面114之方向排列、分佈。且該等微結構12彼此間之距離係不全為相等，亦即，該等微結構12於第一表面111之開口邊緣之間距係不相等。且該等微結構12之分佈密度亦可非全為均一。此外，各該等微結構12具一開口寬度，該些開口寬度係非全為均一。舉例而言，如圖2所示，鄰近該頂面113之各該等微結構12具有一開口寬度W₁ ，鄰近該底面114之各該等微結構12具有一開口寬度W₂ ，且該開口寬度W₁ 大於該開口寬度W₂ 。同時，鄰近該頂面113之該等微結構12間之間距d₁ 係小於鄰近該底面114之該等微結構12間之間距d₂ 。利用該等微結構12之不同密度設計，可調整從光源引導至該光電轉換元件14之光線亮度。

該光電轉換元件14係鄰近設置於該導光基板10或設置於該導光基板10上。較佳地，該光電轉換元件14係為太陽能晶片。在本實施例中，該光電轉換元件14係直接貼合於該底面114、該第一側面115及該第二側面116。然而，在其他實施例中，該光電轉換元件14可設置於其他位置，而該光電轉換元件14用以接收光線之一面係朝向該底面114、該第一側面115或該第二側面116。

在實際使用時，當一光線16(例如陽光)到達該第一表面111時，該等微結構12導引部分該光線16至該光電轉換元件14，以將部分該光線16之能量轉換成電能。同時，該光線16之另一部份係直接穿透該導光基板10。因此，該集光發電模組1實際應用於窗戶時較不易造成視覺阻礙，且該光線16可以通過該集光發電模組1而也較不易室內採光。此外，該等微結構12可以利用雷射加工而成，且製程簡單。本發明之該等微結構12亦可採其他製程方式而形成，例如：壓印(Imprint)、射出(Injection)、铣製(Milling process)、蝕刻(Etching)等方式，但不侷限上述之製程方式。

參考圖3，顯示圖2中沿著線3-3之剖視示意圖。如圖所示，該等微結構12係為弧狀凹入。

參考圖4，顯示圖3之微結構之另一態樣。如圖所示，該等微結構12a係為槽狀凹入。

參考圖5，顯示圖2中沿著線5-5之剖視示意圖。如圖所示，該等微結構12b係為柱狀凹入。

參考圖6，顯示本發明之集光發電模組之另一實施例之立體示意圖。本實施例之集光發電模組1a與圖1所示之集光發電模組1大致相同，其不同處在於，在本實施例中，係將該集光發電模組1轉動180度。因此，在該集光發電模組1a中，該導光基板10之第二表面112係面對該光線16，亦即，該光線16到達該第一表面111前係先經過該第二表面112。同樣地，當該光線16到達該第一表面111時，該等微結構12導引部分該光線16至該光電轉換元件14，以將部分該光線16之能量轉換成電能。

參考圖7，顯示本發明之集光發電模組之另一實施例之立體示意圖。本實施例之集光發電模組1b與圖1所示之集光發電模組1大致相同，其不同處在於，在本實施例中，該基材本體部11具有一尖角，其以側視觀之係為五角形，且該第二表面112與該第一表面111係相鄰。

參考圖8，顯示本發明之集光發電模組之另一實施例之立體示意圖。本實施例之集光發電模組1c與圖1所示之集光發電模組1大致相同，其不同處在於，在本實施例中，側視該基材本體部11係為三角形，且該第二表面112與該第一表面111係相鄰。

參考圖9，顯示本發明之集光發電模組之第一種測試示意圖。在此測試中，係以圖6所示之集光發電模組1a之該導光基板10進行測試，且利用一顆3.5W的LED20作為光源，為了確保微結構導光效果，利用套筒罩住LED光源使其照射於導光基板之第二表面112，而於該導光基板10之該底面114及該第二側面116設置感測器進行量測。該導光基板10之尺寸為長30cm，寬30cm，厚度0.6cm。測試環境之背景亮度(Background Illumination)為低於4勒克司(Lux，流明/平方公尺)，亦即該LED20未開啟時，感測器所測得之亮度係低於4勒克司。

該LED20開啟後，其係照射該導光基板10之第二表面112上中間偏上之位置，且其入射角係為40度(該入射角度係為入射光線與該第二表面112法線之夾角)。位於該第二側面116之垂直方向之感測器在不同垂直距離所測得之照度如圖10所示。位於該底面114之水平方向之感測器在不同水平距離所測得之照度如圖11所示。由圖10及圖11可看出，該第二側面116及該底面114之照度皆遠大於該背景亮度，顯見該等微結構12可有效地將入射光線導引至該第二側面116及該底面114。圖9係以該第二側面116、該底面114當做量測之範例，而非侷限該等微結構12只能將入射光線導引至該第二側面116、該底面114，該等微結構12亦可將入射光線導引至該第一側面115。

參考圖12，顯示本發明之集光發電模組之第二種測試示意圖。本測試條件與環境與圖9之側視方式大致相同，所不同的僅在於該LED20開啟後係照射該導光基板10之第二表面112上正中間之位置，且入射角度係為一可改變之參數(該入射角度係為入射光線與該第二表面112法線之夾角)。位於該底面114之感測器在不同入射角度所測得之照度如圖13所示。位於該第二側面116之感測器在不同入射角度所測得之照度如圖14所示。圖12係以該第二側面116、該底面114當做量測之範例，而非侷限該等微結構12只能將入射光線導引至該第二側面116、該底面114，該等微結構12亦可將入射光線導引至該第一側面115。

由圖13及圖14可看出，該第二側面116及該底面114之照度皆遠大於該背景亮度，顯見該等微結構12可有效地將入射光線導引至該第二側面116及該底面114，尤以光線之入射角40到60度間有最顯著之亮度提升，由此可得知，本發明結構隨著光線之入射角度增加而導光效果也跟著有所提升。當太陽照射於該集光發電模組時，該集光發電模組可符合太陽能量之分佈曲線，以解決太陽隨著時間改變，因光線之入射角度增加而造成集光效果不好之問題。

參考圖15，顯示本發明之集光發電窗組之一實施例之側視示意圖。該集光發電窗組2包括一第一透光板21、一第二透光板22、至少一導光基板10及至少一光電轉換元件14。該第二透光板22係相對該第一透光板21，且該至少一導光基板10係位於該第二透光板22及該第一透光板21之間。該至少一導光基板10及該至少一光電轉換元件14係與上述該導光基板10及該光電轉換元件14(圖1及圖6)相同。該第一透光板21及該第二透光板22係可做為該導光基板10支撐之用，且可保護該導光基板10。

參考圖16，顯示本發明之集光發電窗組之另一實施例之側視示意圖。本實施例之集光發電窗組2a與圖15所示之集光發電窗組2大致相同，其不同處在於，在本實施例中，該集光發電窗組2a包括二個導光基板10，且該等導光基板10係平行疊置。較佳地，該等導光基板10上之微結構之圖案係不相同，或者其圖案係相同但是微結構凹陷的方向不同。

參考圖17，顯示本發明之集光發電窗組之另一實施例之正視示意圖。本實施例之集光發電窗組2b與圖15所示之集光發電窗組2大致相同，其不同處在於，在本實施例中，該集光發電窗組2a包括一個窗框23及四個導光基板10。該窗框23係為田字形，且該等導光基板10分別位於該窗框23所定義之四個容置空間內而位於同一平面。

上述實施例僅為說明本發明之原理及其功效，並非限制本發明，因此習於此技術之人士對上述實施例進行修改及變化仍不脫本發明之精神。本發明之權利範圍應如後述之申請專利範圍所列。

1．．．本發明之集光發電模組之一實施例

1a．．．本發明之集光發電模組之另一實施例

1b．．．本發明之集光發電模組之另一實施例

1c．．．本發明之集光發電模組之另一實施例

2．．．本發明之集光發電窗組之一實施例

2a．．．本發明之集光發電窗組之另一實施例

2b．．．本發明之集光發電窗組之另一實施例

10．．．導光基板

11．．．基材本體部

12．．．微結構

12a．．．微結構

12b．．．微結構

14．．．光電轉換元件

16．．．光線

20．．．LED

21．．．第一透光板

22．．．第二透光板

23．．．窗框

111．．．第一表面

112．．．第二表面

113．．．頂面

114．．．底面

115．．．第一側面

116．．．第二側面

圖1顯示本發明之集光發電模組之一實施例之立體示意圖；

圖2顯示本發明之集光發電模組之一實施例之正視示意圖；

圖3顯示圖2中沿著線3-3之剖視示意圖；

圖4顯示圖3之微結構之另一態樣；

圖5顯示圖2中沿著線5-5之剖視示意圖；

圖6顯示本發明之集光發電模組之另一實施例之立體示意圖；

圖7顯示本發明之集光發電模組之另一實施例之立體示意圖；

圖8顯示本發明之集光發電模組之另一實施例之立體示意圖；

圖9顯示本發明之集光發電模組之第一種測試示意圖；

圖10顯示圖9之第一種測試方式在不同垂直距離所測得之照度；

圖11顯示圖9之第一種測試方式在不同水平距離所測得之照度；

圖12顯示本發明之集光發電模組之第二種測試示意圖；

圖13顯示圖12之第二種測試方式在水平方向於不同入射角度所測得之照度；

圖14顯示圖12之第二種測試方式在垂直方向於不同入射角度所測得之照度；

圖15顯示本發明之集光發電窗組之一實施例之側視示意圖；

圖16顯示本發明之集光發電窗組之另一實施例之側視示意圖；及

圖17顯示本發明之集光發電窗組之另一實施例之正視示意圖。

1．．．本發明之集光發電模組之一實施例

10．．．導光基板

11．．．基材本體部

12．．．微結構

14．．．光電轉換元件

16．．．光線

111．．．第一表面

112．．．第二表面

113．．．頂面

114．．．底面

115．．．第一側面

116．．．第二側面

Claims (17)

1. 一種集光發電模組，包括：一導光基板，具有一基材本體部、一第一表面、一第二表面及複數個凹陷於該基材本體部之微結構，該第一表面係相鄰或對應該第二表面，該等微結構間之距離係不全為相等；及至少一光電轉換元件，鄰近設置於該導光基板或設置於該導光基板上，其中當一光線到達該第一表面時，該等微結構導引部分該光線至該至少一光電轉換元件，以將部分該光線之能量轉換成電能。
2. 如請求項1之集光發電模組，其中該光線到達該第一表面前係先經過該第二表面。
3. 如請求項1之集光發電模組，其中該等微結構係彼此不連接。
4. 如請求項1之集光發電模組，其中該等微結構之分佈密度係非全為均一。
5. 如請求項1之集光發電模組，其中該等微結構係為弧狀凹入、槽狀凹入、或柱狀凹入。
6. 如請求項5之集光發電模組，其中該等微結構之俯視面係為橢圓形。
7. 如請求項1之集光發電模組，其中各該微結構具一開口寬度，該些開口寬度係非全為均一。
8. 如請求項1之集光發電模組，其中該至少一光電轉換元件係為太陽能晶片。
9. 一種集光發電窗組，包括：一第一透光板；一第二透光板，係相對該第一透光板；至少一導光基板，係位於第一透光板及該第二透光板之間，該至少一導光基板具有一基材本體部、一第一表面、一第二表面及複數個凹陷於該基材本體部之微結構，該第一表面係相鄰或對應該第二表面；及至少一光電轉換元件，鄰近設置於該導光基板或設置於該導光基板上，其中當一光線到達該第一表面時，該等微結構導引部分該光線至該至少一光電轉換元件，以將部分該光線之能量轉換成電能。
10. 如請求項9之集光發電窗組，其中該光線到達該第一表面前係先經過該第二表面。
11. 如請求項9之集光發電窗組，其中該等微結構係彼此不連接。
12. 如請求項9之集光發電窗組，其中該等微結構間之距離係不全為相等。
13. 如請求項9之集光發電窗組，其中該等微結構之分佈密度係非全為均一。
14. 如請求項9之集光發電窗組，其中該等微結構係為弧狀凹入、槽狀凹入、或柱狀凹入。
15. 如請求項14之集光發電窗組，其中該等微結構之俯視面係為橢圓形。
16. 如請求項9之集光發電窗組，其中各該等凹陷之結構具 一開口寬度，該些開口寬度係非全為均一。
17. 如請求項9之集光發電窗組，其中該等光電轉換元件係為太陽能晶片。