TWI505489B - 集光模組以及太陽能裝置 - Google Patents

Description

集光模組以及太陽能裝置

本發明是有關於一種集光模組，且特別是有關於一種薄型化的集光模組以及具有此集光模組的太陽能裝置。

太陽能是一種具有永不耗盡且無污染的能源，在解決目前石化能源所面臨的污染與短缺的問題時，一直是最受矚目的焦點。其中，又以太陽能電池可直接將太陽能轉換為電能，而成為目前相當重要的研究課題。

在目前常見的技術中，為了提高光照的強度，已有設計將太陽能電池配置於導光板側璧上。在這樣的配置下，光線可以透過導光板的導引而更為集中地照射於太陽能電池，藉以提高太陽能電池的光電轉換效率。

不過，將太陽能電池配置於導光板側璧的方式意味著導光板厚度至少須等於太陽能電池受光區域的寬度。因此，這樣的裝置無法符合薄型化的需求，而不利於產品體積的精緻化。

本發明提供一種集光模組，有助於提高太陽能接收元件接收到光線的能量。

本發明提供一種太陽能集光裝置，具有理想的光電轉換效率。

本發明提出一種集光模組，包括一導光材以及至少一太陽能接收元件。導光材具有相對的一第一表面以及一第二表面，且導光材包括至少一第一導光結構以及至少一第二導光結構。第一導光結構設置於第一表面並在導光材中定義出一第一區。第一導光結構包括彼此連接的一第一導光面以及一第一輔助面，第一導光面與第一輔助面相交一第一夾角，且第一夾角的尖端指向導光材內部。第二導光結構設置於第一表面並在導光材中定義出一第二區，第一區與第二區交替排列。第二導光結構包括彼此連接的一第二導光面以及一第二輔助面。第二導光面與第二輔助面相交一第二夾角，第二夾角的尖端指向導光材內部，並且第一導光面與第二導光面的傾斜方向相反。太陽能接收元件配置於導光材的第一表面以及第二表面至少一者上，其中太陽能接收元件位在第一區以及第二區之外的一第三區中。

本發明另提出一種太陽能裝置，包括一基板以及如前所述的集光模組，其中導光材貼附於基板上。

基於上述，本發明在導光板的不同區中設置傾斜方向不同的導光面，而將光線大部分地限制於導光板中。因此，導光板表面上所配置的太陽能接收元件可以接收到大部分的光線。並且，太陽能接收元件不須設置在導光板的側壁上，因此導光板的厚度不需受限於太陽能接收元件的寬度而有助於體積的薄型化。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1繪示為本發明一實施例的集光模組的剖面示意圖。請參照圖1，集光模組100包括一導光材110以及至少一太陽能接收元件120。導光材110具有相對的一第一表面S1以及一第二表面S2，且導光材110包括至少一第一導光結構112以及至少一第二導光結構114。具體而言，第一導光結構112設置於第一表面S1並在導光材110中定義出一第一區I。第二導光結構114設置於第一表面S1並在導光材110中定義出一第二區II。太陽能接收元件120配置於導光材110的第一表面S1上，其中太陽能接收元件120位在第一區I以及第二區II之外的一第三區III中。

以本實施例而言，第一區I以及第二區II的數量為一，不過在其他實施例中，第一區I以及第二區II的數量可以各自為多個且第一區I與第二區II交替排列。並且第三區III實質上位在導光材110的邊緣。當光線L由第二表面S2進入導光材110後可在導光材110內傳遞而照射於太陽能接收元件120。在本實施例中，太陽能接收元件120設置於第一表面S1，而非側表面S3。所以，導光材110的厚度不會受到太陽能接收元件120的寬度而限制，而可以小於1 mm。換言之，集光模組100具有薄化的體積而有助於應用在薄型化的電子裝置中。

具體而言，第一導光結構112包括彼此連接的一第一導光面112A以及一第一輔助面112B，且第一導光面112A與第一輔助面112B相交一第一夾角112C，其中第一夾角112C的尖端指向導光材110內部且第一夾角112C是介於60度至89度之間。第二導光結構114包括彼此連接的一第二導光面114A以及一第二輔助面114B。第二導光面114A與第二輔助面114B相交一第二夾角114C，其中第二夾角114C的尖端指向導光材110內部且第二夾角114C是介於60度至89度之間。第一導光面112A的寬度可以大於第一輔助面112B的寬度且第二導光面114A的寬度可以大於第二輔助面114B的寬度。在本實施例中，第一導光面112A與第二導光面114A可以是光滑平面或是粗糙表面。此外，第一導光面112A與第二導光面114A的傾斜方向彼此相反。

導光材110的材質例如是壓克力(PMMA)等透明高分子材料，光線L進入導光材110例如會因導光材110與空氣之折射率差異而沿光路P1前進。根據物質折射率的特性，沿光路P1前進的光線L照射於第一導光面112A時，只要入射角θ1大於全反射臨界角，光線L會繼續留在導光材110中並且進一步地沿著光路P2行進。相似地，沿光路P2前進的光線L照射於第二表面S2時，只要入射角θ2大於全反射臨界角，光線L會被全反射並且沿著光路P3前進，其中光路P3較光路P1更為接近於水平方向。因此，光線L若多次經過第一導光面112A的全反射作用，將會實質上沿水平方向或是以接近於水平方向的路徑射出導光材110。在這樣的情形下，太陽能接收元件120無法有效率的接收到光線L。

第二導光結構114中的第二導光面114A所呈現的傾斜方向與第一導光面112A所呈現的傾斜方向相反。因此，以光路P3行進的光線L照射於第二導光面114A時，只要入射角θ3大於全反射臨界角，光線L會被全反射並且沿著光路P4前進。在此，光路P4相較於光路P3偏離於水平方向。

因此，由第二表面S2入射光線L先後經過第一導光結構112與第二導光結構114的全反射作用後，可以偏離於水平方向被傳遞著。如此一來，光線L可以大部分地照射於太陽能吸收元件120。當太陽能吸收元件120為太陽能電池時，本實施例的設計將可有效提升太陽能電池的光電轉換效率。在相同強度的光線L照射下，本實施例的太陽能吸收元件120因為導光材110的設計而可以接收到更多太陽能。不過，本發明並不限定光線L須由第二表面S2入射於導光材110。在其他實施例中，由第一表面S1入射於導光材110的光線L’在第一導光結構112與第二導光結構114所提供的全反射作用下也可以有效率地照射至太陽接收元件120。

此外，圖2與圖3繪示為本發明兩種實施例的導光材的示意圖。由圖2可知，導光材210的第一導光結構212與第二導光結構214例如為直條狀的結構圖案。由圖3可知，導光材310的第一導光結構312與第二導光結構314可為彎曲條狀的圖案設計。也就是說，第一導光結構312與第二導光結構314由上視圖觀看時可以是具有波浪狀或是折曲狀的圖案。無論上視圖中這些導光結構的圖案為何，只要這些導光圖案分別具有不同傾斜方向的導光面就可以符合本發明之精神而有助於提高集光模組的光能接收效率。

圖4繪示為本發明另一實施例的集光模組的剖面示意圖。請參照圖4，集光模組400包括了導光材110、太陽能接收元件120以及一光學膠430，其中光學膠430用以接合導光材110以及太陽能接收元件120。在本實施例中導光材110以及太陽能接收元件120的結構設計、材質與特性等接與第一實施例中所描述的導光材110以及太陽能接收元件120相同。不過，本實施例與前述實施例的主要差異在於本實施例的太陽能接收元件120配置於導光材110的第二表面S2且太陽能接收元件120透過光學膠430黏貼於導光材110上。

另外，本發明不特別地限制太陽能接收元件120需配置於第一表面S1或是第二表面S2。圖5繪示為本發明又一實施例的集光模組的剖面示意圖。由圖5可知，集光模組500可包括有兩個太陽能接收元件120，其分別配置於導光材110的第一表面S1與第二表面S2。換言之，太陽能接收元件120可選擇性地配置於導光材110的第一表面S1與第二表面S2至少其中一者上。

圖6繪示為本發明再一實施例的集光模組的剖面示意圖。請參照圖6，集光模組600除了包括有圖1的導光材110以及太陽能接收元件120外更包括一反射層640以及一塗層650。反射層640配置於導光材110的側表面S3，且側表面S3是指連接於第一表面S1與該第二表面S2之間的部份。另外，塗層650配置於導光材110的第一表面S1上並覆蓋住第一導光結構112以及第二導光結構114。

在反射層640的設置下，光線進入導光材110後不會由側表面S3射出，而有助於提高光線照射至太陽能接收元件120的機率。亦即，反射層640的設置可進一步提高太陽能接收元件120接收到的太陽能。此外，塗層650的材質為抗刮耐磨的材質時，塗層650可視為一硬塗層。在塗層650的保護下，第一導光結構112以及第二導光結構114可避免被磨損。塗層650的材質為反射材質時，塗層650例如是一反射塗層，而集光模組600可以應用於不透光的裝置中，且反射塗層有助於提高導光材110匯集光線的效率。

具體來說，圖7繪示為本發明一實施例的太陽能裝置。請參照圖7，太陽能裝置700包括有集光模組710、基板720、裝飾層730以及光學膠740。集光模組710例如選自於前述實施例所描述的多種集光模組100、400、500、600中其中一者。集光模組710例如包括導光材712以及太陽能接收元件714。導光材712可以藉由光學膠740貼附於基板720上，且光學膠740的折射率介於基板720與導光材712之間。

在本實施例中，導光材712可以是薄膜狀的導光元件，而基板720可以為玻璃或是高分子基板。因此，導光材712例如具有可捲曲的特性而可藉由貼附的方式配置於基板720上。舉例而言，基板720可以是建築物或是車體上所設置的窗玻璃、瓷磚等。基板720也可以是電子裝置中的顯示面板或是觸控面板或是觸控顯示面板的支撐基板。也就是說，集光模組710可以應用於建築物中、應用於電子產品中、應用於車體等各種領域中。

此外，當集光模組710應用於電子產品時，基板720上例如可選擇性地配置有裝飾層730。裝飾層730包括有裝飾圖案732以及透光層734，其中裝飾圖案732的分布位置例如可對應於太陽能接收元件714所在位置，且裝飾圖案732的材質可以是類鑽碳、油墨等。當電子產品為顯示面板時，裝飾圖案732的分布位置可以遮蔽住不透光的元件以維持整體的美觀。換言之，電子產品為顯示面板時，太陽能接收元件714會設置於非顯示區的位置而不會影響電子裝置的顯示面積。如此一來，電子產品雖設置有集光模組710，仍可具有理想的顯示面積。此外，根據上述實施例的說明，集光模組710所具備的薄型化特點不會造成電子裝置的體積大幅增加。

圖8繪示為本發明另一實施例的太陽能裝置的示意圖。請參照圖8，太陽能裝置800所具有的構件實質上相同於太陽能裝置700所具有的構件，其包括集光模組710、基板720、裝飾層730以及光學膠740。不過，在本實施例中，裝飾層730與基板720分別地配置於集光模組710的相對兩側。因此，本發明不特別地限定裝飾層730的配置位置。

圖9繪示為本發明一實施例的手持電子裝置的示意圖。請參照圖9，手持電子裝置900包括一觸控面板910、一顯示面板920、前述的集光模組710與前述的裝飾層730。集光模組710與裝飾層730可以參照前述的說明，而不另作贅述，而觸控面板910設置於集光模組710與顯示面板920之間。此外，本實施例可以利用光學膠930將集光模組710與觸控面板910貼合在一起。在其他的實施例中，觸控面板910與顯示面板920可以整合在一起，或是彼此以貼合的方式組裝在一起。

圖10繪示為本發明另一實施例的手持電子裝置的示意圖。請參照圖10，手持電子裝置1000包括一顯示面板1010、前述的集光模組710與前述的裝飾層730。集光模組710與裝飾層730可以參照前述的說明，而不另作贅述。此外，本實施例可以將集光模組710的太陽能接收元件714設置於顯示面板1010上，以達到薄型化的設計。

綜上所述，本發明在導光材中設置傾斜方向相反的不同導光結構。光線在導光材中行進時可以偏離於水平方向。因此，本發明一實施例不需將太陽能接收元件配置於導光材的側表面，即可有效率地接收光能。此外，大部分的光線進入導光材後都可以照射於太陽能接收元件上，所以本發明的集光模組以及太陽能裝置可以具有理想的光電轉換效能。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100、400、500、600、710．．．集光模組

110、210、310、712．．．導光材

112、212、312．．．第一導光結構

112A．．．第一導光面

112B．．．第一輔助面

112C．．．第一夾角

114、214、314．．．第二導光結構

114A．．．第二導光面

114B．．．第二輔助面

114C．．．第二夾角

120、714．．．太陽能接收元件

430、740、930．．．光學膠

640．．．反射層

650．．．塗層

700、800．．．太陽能裝置

720．．．基板

730．．．裝飾層

732．．．裝飾圖案

734．．．透光層

900、1000．．．手持電子裝置

910．．．觸控面板

920、1010．．．顯示面板

L、L’．．．光線

P1~P4．．．光路

I．．．第一區

II．．．第二區

III．．．第三區

S1．．．第一表面

S2．．．第二表面

S3．．．側表面

θ1~θ3．．．入射角

圖1繪示為本發明一實施例的集光模組的剖面示意圖。

圖2與圖3繪示為本發明兩種實施例的導光材的示意圖。

圖4繪示為本發明另一實施例的集光模組的剖面示意圖。

圖5繪示為本發明又一實施例的集光模組的剖面示意圖。

圖6繪示為本發明再一實施例的集光模組的剖面示意圖。

圖7繪示為本發明一實施例的太陽能裝置。

圖8繪示為本發明另一實施例的太陽能裝置的示意圖。

圖9繪示為本發明一實施例的手持電子裝置的示意圖。

圖10繪示為本發明另一實施例的手持電子裝置的示意圖。

100．．．集光模組

110．．．導光材

112．．．第一導光結構

112A．．．第一導光面

112B．．．第一輔助面

112C．．．第一夾角

114．．．第二導光結構

114A．．．第二導光面

114B．．．第二輔助面

114C．．．第二夾角

120．．．太陽能接收元件

L、L’．．．光線

P1~P4．．．光路

I．．．第一區

II．．．第二區

III．．．第三區

S1．．．第一表面

S2．．．第二表面

S3．．．側表面

θ1~θ3．．．入射角

Claims (10)

1. 一種集光模組，包括：一導光材，具有相對的一第一表面以及一第二表面，且該導光材包括：至少一第一導光結構，設置於該第一表面並在該導光材中定義出一第一區，該第一導光結構包括彼此連接的一第一導光面以及一第一輔助面，該第一導光面與該第一輔助面相交一第一夾角，該第一夾角的尖端指向該導光材內部，且該第一導光面與該第一輔助面係呈不對稱；至少一第二導光結構，設置於該第一表面並在該導光材中定義出一第二區，該第一區與該第二區交替排列，該第二導光結構包括彼此連接的一第二導光面以及一第二輔助面，該第二導光面與該第二輔助面相交一第二夾角，該第二夾角的尖端指向該導光材內部，其中該第二導光面與該第二輔助面係呈不對稱，並且該第一導光面與該第二導光面的傾斜方向相反；以及至少一太陽能接收元件，配置於該導光材的該第一表面以及該第二表面至少一者上，其中該太陽能接收元件位在該第一區以及該第二區之外的一第三區中，該第三區實質上位在該導光材的邊緣，且該第一區與該第二區位於該第三區的同一側，其中該第一區配置用以沿一光路傳遞一光線，且該光路相較於一相應的入射路徑接近於該第二表面，該第二區配置用以沿另一光路傳遞該光線，該另一光路相較於另一 相應的入射路徑偏離於該第二表面。
2. 如申請專利範圍第1項所述之集光模組，更包括一反射層，配置於該導光材的一側表面，且該側表面連接於該第一表面與該第二表面之間。
3. 如申請專利範圍第1項所述之集光模組，更包括一光學膠，配置於該導光材與該太陽能接收元件之間以將兩者接合在一起，且該光學膠的折射率介於該基板與該導光材之間。
4. 如申請專利範圍第1項所述之集光模組，更包括一硬塗層，配置於該導光材的該第一表面上並覆蓋住該第一導光結構以及該第二導光結構。
5. 如申請專利範圍第1項所述之集光模組，其中該第一導光結構與該第二導光結構為直條狀或是彎曲條狀。
6. 如申請專利範圍第1項所述之集光模組，其中該第一夾角以及該第二夾角是介於60度至89度之間。
7. 如申請專利範圍第1項所述之集光模組，更包括一反射塗層，塗佈於該第一表面上並覆蓋住該第一導光結構與該第二導光結構。
8. 一種太陽能裝置，包括：一基板；以及如申請專利範圍第1項至第7項中任一項所述的集光模組，其中該導光材貼附於該基板上。
9. 如申請專利範圍第8項所述之太陽能裝置，其中該基板為玻璃或是高分子基板。
10. 如申請專利範圍第8項所述之太陽能裝置，更包括一裝飾圖案，配置於該基板或該導光材上，且該太陽能接收元件對應於該裝飾圖案。