TWI490574B - 發電模組及其導光膜 - Google Patents

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TWI490574B
TWI490574B TW102112012A TW102112012A TWI490574B TW I490574 B TWI490574 B TW I490574B TW 102112012 A TW102112012 A TW 102112012A TW 102112012 A TW102112012 A TW 102112012A TW I490574 B TWI490574 B TW I490574B
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江奕興
張德宏
蔡榮烈
范卓涵
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聚森股份有限公司
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators

Description

發電模組及其導光膜
本發明係關於一種發電模組，詳言之，係關於一種具有導光膜之發電模組。
習知太陽能發電模組會在太陽光入射角度變大時降低發電量，由於太陽在一天之中會移動位置，因此習知太陽能發電模組通常裝設於空曠處(例如平放於屋頂)，或是搭配一追日系統。然而，將該太陽能發電模組平放設置需要非常大的空地，在實際實施上有其限制。此外，該追日系統雖然可以隨時維持太陽光在低入射角度射入太陽能發電模組以維持較高之發電量，然而其造價昂貴，連帶提高該太陽能發電模組整體之成本。
因此，有必要提供一種發電模組及其導光膜，以解決上述問題。
本發明之目的在於提供一種導光膜，其包括一薄膜基底及至少一微結構。該薄膜基底具有一第一側面及一第二側面，該第二側面係相對於該第一側面。該微結構位於該薄膜基底之該第一側面或該第二側面上。藉此，複數道入射光束在通過該導光膜後形成複數道輸出光束，該輸出光束及該導光膜間之角度係定義為一輸出角度，當該輸出 光束係向下且平行於該導光膜時，其輸出角度係定義為0度，當該輸出光束係向上且平行於該導光膜時，其輸出角度係定義為180度，其中，該等輸出光束於輸出角度為70度至110度間之總光通量係大於該等輸出光束於輸出角度為0度至180度間之總光通量之40%。因此，大部分該等輸出光束可以正向出光。
本發明之另一目的在於提供一種發電模組，其包括一導光膜及至少一光電轉換元件。該導光膜係與上述導光膜相同。該光電轉換元件係鄰設於該薄膜基底之該第一側面或該第二側面，以接受來自該導光膜之該等輸出光束。藉此，該導光膜可將大部分的光導至輸出角度為70度至110度間而出光，以正向射至該光電轉換元件，而維持相當高之發電效率。因此，該發電模組之發電效率對入射光束之入射角度之相依性相當低。如果該等入射光束係為太陽光光束，該發電模組可以做成立面窗組，而不會影響發電效率，如此可節省放置空間，而且可不必增設習知追日系統，因此，結構簡單，製造成本低。
θ1 ‧‧‧第一夾角
θ2 ‧‧‧第二夾角
θ3 ‧‧‧輸出角度
θ4 ‧‧‧入射角度
1‧‧‧本發明之導光膜之一實施例
4‧‧‧本發明發電模組之一實施例
5‧‧‧本發明發電模組之另一實施例
6‧‧‧測試儀器
11‧‧‧薄膜基底
12‧‧‧微結構
20‧‧‧參考面
30‧‧‧入射光束
31‧‧‧輸出光束
41‧‧‧光電轉換元件
61‧‧‧光源
62‧‧‧光源
63‧‧‧光源
64‧‧‧光源
65‧‧‧光源
66‧‧‧光源
67‧‧‧光源
68‧‧‧光源
69‧‧‧接收器
71‧‧‧曲線
72‧‧‧曲線
111‧‧‧第一側面
112‧‧‧第二側面
121‧‧‧微結構之第一表面
122‧‧‧微結構之第二表面
123‧‧‧弧形倒角
411‧‧‧受光面
圖1顯示本發明之導光膜之一實施例之立體示意圖；圖2顯示圖1之導光膜之側視圖；圖3顯示圖2之局部放大圖；圖4顯示本發明導光膜之其他型式；圖5顯示利用一測試儀器測試本發明導光膜之示意圖；圖6顯示利用圖5之測試儀器之比較例之示意圖；圖7顯示利用圖5之測試儀器測試本發明導光膜之第三態樣之示意圖；圖8顯示本發明發電模組之一實施例之側視圖；圖9顯示圖8發電模組與比較例發電模組之發電效率比較圖；及圖10顯示本發明發電模組之另一實施例之側視圖。
圖1顯示本發明之導光膜之一實施例之立體示意圖。圖2顯示圖1之導光膜之側視圖。圖3顯示圖2之局部放大圖。該導光膜1包括一薄膜基底11及至少一微結構12。在本實施例中，該導光膜1包括複數個微結構12。該薄膜基底11具有一第一側面111及一第二側面112，且該第二側面112相對於該第一側面111。
該微結構12係位於該薄膜基底11之該第一側面111或該第二側面112上。在本實施例中，該微結構12係位於該薄膜基底11之該第二側面112上，且該微結構12包括一第一表面121及一第二表面122。該第二表面122係位於該第一表面121之上方。一參考面20係定義為一垂直於該薄膜基底11之該第一側面111或該第二側面112之假想面。亦即，當該導光膜1垂直正立時，該參考面20係為一假想水平面。該第一表面121及該參考面20之間具有一第一夾角θ1 。該第二表面122及該參考面20之間具有一第二夾角θ2 。
在本實施例中，該第一夾角θ1 之值係介於25度至60度之間，且該第二夾角θ2 之值係介於0度至15度之間。該第一表面121及該第二表面122間之夾角(亦即，該第一夾角θ1 及該第二夾角θ2 之和)之值係介於25度至75度之間。較佳地，該第一夾角θ1 之值係不同於該第二夾角θ2 之值，其中該第一夾角θ1 之值係介於30度至55度之間，該第二夾角θ2之值係介於5度至10度之間，且該第一表面121及該第二表面122間之夾角(亦即，該第一夾角θ1 及該第二夾角θ2 之和)之值係介於35度至65度之間。在本實施例中，該微結構12之剖面大致呈三角形，且該第一表面121與該第二表面122相交。
該薄膜基底11之材料係與該微結構12之材料相同。該薄膜基底11及該微結構12係以透光材料製成，例如聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl Methacrylate,PMMA)、丙烯酸基高分子(Arcylic-based Polymer)、聚 碳酸酯(Polycarbonate,PC)、聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene Terephthalate,PET)、聚苯乙烯(Polystyrene,PS)或其共聚物(Copolymer)，可以理解的是，該薄膜基底11之材料也可不同於該微結構12之材料。其中，前述透光材料之折射率較佳的係介於1.35至1.65之間，而其光穿透率較佳的係介於0.75~0.95之間。
在實際應用中，複數道入射光束30在通過該導光膜1後形成複數道輸出光束31。在本實施例中，該等入射光束30係為陽光，且該微結構12面對該等入射光束30。在其他實施例中，該微結構12係背對該等入射光束30，亦即該等入射光束30係照射該薄膜基底11之該第一側面111。
如圖2所示，該輸出光束31及該導光膜1間之角度係定義為一輸出角度θ3 。當該輸出光束(亦即，該輸出光束32)係向下且平行於該導光膜1時，該輸出角度θ3 係定義為0度。當該輸出光束(亦即，該輸出光束33)係為水平且平行於該參考面20時，該輸出角度θ3 係定義為90度。當該輸出光束(亦即，該輸出光束34)係向上且平行於該導光膜1時，該輸出角度θ3 係定義為180度。
該入射光束30及該參考面20間之角度係定義為一入射角度θ4 。當該入射光束30係向下時，該入射角度θ4 係定義為正值。當該入射光束(圖中未示)係為水平且平行於該參考面20時，該入射角度θ4 係定義為0度，且當該入射光束(圖中未示)係向上時，該入射角度θ4 係定義為負值。
如圖3所示，該等入射光束30透過折射由該微結構12之第二表面122進入該微結構12，且被該微結構12之第一表面121反射。接著，被反射之該等入射光束30通過該薄膜基底11形成該等輸出光束31。要特別注意的是，由於該第一夾角θ1 及該第二夾角θ2 之特殊設計，該等入射光束30可被該第一表面121反射。此外，該等輸出光束31會集中於 該輸出角度θ3 之一特定範圍，亦即，該輸出角度之特定範圍內之該等輸出光束31之總光通量相較於該輸出角度之其他範圍之其他輸出光束31係為一峰值。
在本實施例中，該等入射光束30之入射角度θ4 係介於10度至80度之間，且該等輸出光束31於輸出角度為70度至110度間之總光通量係大於該等輸出光束31於輸出角度為0度至180度間之總光通量之40%，較佳地，大於50%、60%或70%。
圖4顯示本發明導光膜之其他型式。該微結構12係可更包括一弧形倒角(curved chamfer)123。該弧形倒角123係位於該第一表面121及該第二表面122之間，且與該第一表面121及該第二表面122鄰接。此外，其它實施例中，該弧形倒角123亦可鄰接兩微結構12之間。
圖5顯示利用一測試儀器測試本發明導光膜之示意圖。該測試儀器6包括8個光源61,62,63,64,65,66,67,68及37個接收器69。該導光膜1係位於該測試儀器6之中心，該等光源61,62,63,64,65,66,67,68係位於該導光膜1之左側，且該等接收器69係位於該導光膜1之右側。該等接收器69圍繞該導光膜1以形成一半圓形，且該等接收器69之間距均等，因此該等接收器69可測量該等輸出光束31自0度至180度之間中每隔5度之光通量(例如，流明(Lumen))。
該光源61係用以產生入射角度為10度之入射光束，該光源62係用以產生入射角度為20度之入射光束，該光源63係用以產生入射角度為30度之入射光束，該光源64係用以產生入射角度為40度之入射光束，該光源65係用以產生入射角度為50度之入射光束，該光源66係用以產生入射角度為60度之入射光束，該光源67係用以產生入射角度為70度之入射光束，且該光源68係用以產生入射角度為80度之入射光束。該等光源61,62,63,64,65,66,67,68係同時開啟。
以下表1顯示該導光膜1之第一態樣之測試結果。在該導光膜1之 第一態樣中，該第一夾角θ1 係為30度，且該第二夾角θ2 係為10度。在表1中，輸出角度θt 為0度至180度間之光通量比(84.23%)代表由該等接收器69所測得之該等輸出光束31於輸出角度為0度至180度間之總光通量相對於由該等光源61,62,63,64,65,66,67,68所提供之總光通量之比例。輸出角度θt 為60度至120度間之光通量比(77.19%)代表由該等接收器69所測得之該等輸出光束31於輸出角度為60度至120度間之總光通量相對於由該等光源61,62,63,64,65,66,67,68所提供之總光通量之比例。輸出角度θt 為70度至110度間之光通量比(63.97%)代表由該等接收器69所測得之該等輸出光束31於輸出角度為70度至110度間之總光通量相對於由該等光源61,62,63,64,65,66,67,68所提供之總光通量之比例。輸出角度θt 為80度至100度間之光通量比(42.72%)代表由該等接收器69所測得之該等輸出光束31於輸出角度為80度至100度間之總光通量相對於由該等光源61,62,63,64,65,66,67,68所提供之總光通量之比例。
輸出角度θt 為70度至110度間/輸出角度θt 為0度至180度間之光通量比(75.95%)代表輸出角度θt 為70度至110度間之光通量比(63.97%)及輸出角度θt 為0度至180度間之光通量比(84.23%)之比例。
如表1所示，因為本發明該第一夾角θ1 (30度)及該第二夾角θ2 (10度)之特殊設計，輸出角度θt 為70度至110度間/輸出角度θt 為0度至180 度間之光通量比係為75.95%，代表75.95%之該等輸出光束31被導向70度至110度間之輸出角度。該介於70度至110度間之輸出角度係為較佳範圍，代表該導光膜1能將該等入射光束30導向垂直該導光膜1而出光，亦即正向出光功能佳。
圖6顯示利用圖5之測試儀器之比較例之示意圖。該比較例與圖5不同的是，該比較例並沒有待測物。此外，圖6之測試條件與圖5之測試條件相同。以下表2顯示該比較例之測試結果。
如表2所示，因為該比較例不具有導光膜，因而不具有導光效果，使得僅有25.00%之該等輸出光束31位於70度至110度間之輸出角度。
以下表3顯示該導光膜1之第二態樣之測試結果。在該導光膜1之第二態樣中，該第一夾角θ1 係為30度，且該第二夾角θ2 係為5度。其他測試條件與第一態樣之測試條件相同。
如表3所示，因為本發明該第一夾角θ1 (30度)及該第二夾角θ2 (5度)之特殊設計，輸出角度θt 為70度至110度間/輸出角度θt 為0度至180度間之光通量比係為83.61%，代表83.61%之該等輸出光束31被導向70度至110度間之輸出角度。該介於70度至110度間之輸出角度係為較佳範圍，代表該導光膜1能將該等入射光束30導向垂直該導光膜1而出光，亦即正向出光功能佳。
圖7顯示利用圖5之測試儀器測試本發明導光膜之第三態樣之示意圖。在該導光膜1之第三態樣中，該第一夾角θ1 係為35度，且該第二夾角θ2 係為10度。此外，該微結構12係背對該等光源61,62,63,64,65,66,67,68，亦即該等光源61,62,63,64,65,66,67,68係照射該薄膜基底11之該第一側面111。其他測試條件與第一態樣之測試條件相同。以下表4顯示該導光膜1之第三態樣之測試結果。
如表4所示，輸出角度θt 為70度至110度間/輸出角度θt 為0度至180度間之光通量比係為57.75%，代表57.75%之該等輸出光束31被導向70度至110度間之輸出角度。因此，該導光膜1之第三態樣正向出光功能仍佳。
以下表5顯示該導光膜1之第四態樣之測試結果。在該導光膜1之第四態樣中，該第一夾角θ1 係為55度，且該第二夾角θ2 係為10度。其他測試條件與第三態樣之測試條件相同。
如表5所示，輸出角度θt 為70度至110度間/輸出角度θt 為0度至180度間之光通量比係為58.82%，代表58.82%之該等輸出光束31被導向70度至110度間之輸出角度。因此，該導光膜1之第四態樣正向出光功能仍佳。
圖8顯示本發明發電模組之一實施例之側視圖。該發電模組4包括一導光膜1及至少一光電轉換元件41。該導光膜1係與圖1至圖4所示之該導光膜1相同或近似，其包括一薄膜基底11及至少一微結構12。該光電轉換元件41鄰設於該薄膜基底11之該第一側面111或該第二側面112，以接受來自該導光膜1之該等輸出光束31。該光電轉換元件41具有一受光面411，用以接受光線，且該受光面411係大致平行於該薄膜基底11。在本實施例中，該導光膜1係為上述之第二態樣，亦即，該第一夾角θ1 係為30度，且該第二夾角θ2 係為5度。然而，可以理解的是，該導光膜1係可以上述之第一態樣之導光膜1取代。在本實施例中，導光膜1係利用其第一側面111貼附至該光電轉換元件41，使得該微結構12面對該等入射光束30。較佳地，該等入射光束30係為太陽光光束，且該光電轉換元件41係用以將陽光轉換成電能。
圖9顯示圖8發電模組與比較例發電模組之發電效率比較圖，其中該比較例發電模組係為上述不具有微結構12之薄膜基底11直接貼附至該光電轉換元件41。圖中曲線71代表圖8發電模組4在不同入射光束 之入射角度之發電效率，且曲線72代表比較例發電模組在不同入射光束之入射角度之發電效率。由曲線72可看出，比較例發電模組在入射光束之入射角度為0度時有最大之發電效率，隨著入射光束之入射角度變大，其發電效率快速遞減。反觀圖8發電模組4，由曲線71可看出，其發電效率在入射光束之入射角度為10度至80度時，皆可維持相當高之發電效率。這是由於該導光膜1具有正向出光之功能，亦即在入射光束之入射角度為10度至80度之間(較佳為30度至80度之間)，該導光膜1可將其大部分的光導至輸出角度為70度至110度間而出光，以正向射至該光電轉換元件41，而維持相當高之發電效率。而當該等入射光束30係為太陽光光束，並將該發電模組4做成立面窗組，由於本發明導光膜1之特殊設計，將可維持相當高之發電效率，如此一來，該立面窗組可節省放置空間，而且可不必增設習知追日系統，因此，結構簡單，製造成本低。
圖10顯示本發明發電模組之另一實施例之側視圖。該發電模組5包括一導光膜1及至少一光電轉換元件41。該導光膜1係與圖1至圖4所示之該導光膜1相同，其包括一薄膜基底11及至少一微結構12。該光電轉換元件41用以接受來自該導光膜1之該等輸出光束31。該光電轉換元件41具有一受光面411，用以接受光線，且該受光面411係大致平行於該薄膜基底11。在本實施例中，該導光膜1係為上述之第三態樣，亦即，該第一夾角θ1 係為35度，且該第二夾角θ2 係為10度。然而，可以理解的是，該導光膜1係可以上述之第四態樣之導光膜1取代。在本實施例中，導光膜1係利用其第二側面112貼附至該光電轉換元件41，使得該第一側面111面對該等入射光束30。較佳地，該等入射光束30係為太陽光光束，且該光電轉換元件41係用以將陽光轉換成電能。
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‧‧‧本發明之導光膜之一實施例
4‧‧‧本發明發電模組之一實施例
11‧‧‧薄膜基底
12‧‧‧微結構
30‧‧‧入射光束
41‧‧‧光電轉換元件
111‧‧‧第一側面
112‧‧‧第二側面
121‧‧‧微結構之第一表面
122‧‧‧微結構之第二表面
411‧‧‧受光面

Claims (9)

  1. 一種導光膜，包括：一薄膜基底，具有一第一側面及一第二側面，該第二側面係相對於該第一側面；及至少一微結構，位於該薄膜基底之該第一側面或該第二側面上，其中該微結構包括一第一表面及一第二表面，該第二表面係位於該第一表面之上方，該第一表面及一參考面之間具有一第一夾角，該參考面係垂直於該薄膜基底，該第二表面及該參考面之間具有一第二夾角，且該第一夾角之值係介於25度至60度之間，且該第二夾角之值係介於0度至15度之間；藉此，複數道入射光束在通過該導光膜後形成複數道輸出光束，該輸出光束及該導光膜間之角度係定義為一輸出角度，當該輸出光束係向下且平行於該導光膜時，其輸出角度係定義為0度，當該輸出光束係向上且平行於該導光膜時，其輸出角度係定義為180度，其中，該等輸出光束於輸出角度為70度至110度間之總光通量係大於該等輸出光束於輸出角度為0度至180度間之總光通量之40%。
  2. 如請求項1之導光膜，其中該微結構之剖面大致呈三角形。
  3. 如請求項1之導光膜，其中該入射光束及一參考面間之角度係定義為一入射角度，該參考面係垂直於該薄膜基底，當該入射光束係向下時，該入射角度係定義為正值，該等入射光束之入射角度係介於10度至80度之間。
  4. 如請求項1之導光膜，其中該第一表面及該第二表面間之夾角之值係介於25度至75度之間。
  5. 如請求項1之導光膜，其中該微結構係面對該等入射光束。
  6. 如請求項1之導光膜，其中該導光膜係為一透光材料，該透光材料之折射率係介於1.35~1.65之間，且該透光材料之光穿透率係介於0.75~0.95之間。
  7. 一種發電模組，包括：一導光膜，包括：一薄膜基底，具有一第一側面及一第二側面，該第二側面係相對於該第一側面；及至少一微結構，位於該薄膜基底之該第一側面或該第二側面上，其中該微結構包括一第一表面及一第二表面，該第二表面係位於該第一表面之上方，該第一表面及一參考面之間具有一第一夾角，該參考面係垂直於該薄膜基底，該第二表面及該參考面之間具有一第二夾角，且該第一夾角之值係介於25度至60度之間，且該第二夾角之值係介於0度至15度之間；其中，複數道入射光束在通過該導光膜後形成複數道輸出光束，該輸出光束及該導光膜間之角度係定義為一輸出角度，當該輸出光束係向下且平行於該導光膜時，其輸出角度係定義為0度，當該輸出光束係向上且平行於該導光膜時，其輸出角度係定義為180度，其中，該等輸出光束於輸出角度為70度至110度間之總光通量係大於該等輸出光束於輸出角度為0度至180度間之總光通量之40%；及至少一光電轉換元件，鄰設於該薄膜基底之該第一側面或該第二側面，以接受來自該導光膜之該等輸出光束。
  8. 如請求項7之發電模組，其中該光電轉換元件具有一受光面，且該受光面係大致平行於該薄膜基底。
  9. 如請求項7之發電模組，其中該等入射光束係為太陽光光束。
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