TWI554734B

TWI554734B - 太陽光集光系統

Info

Publication number: TWI554734B
Application number: TW103120746A
Authority: TW
Inventors: 鄧敦建; 賴緯哲
Original assignee: 國立臺灣師範大學
Priority date: 2014-03-13
Filing date: 2014-06-16
Publication date: 2016-10-21
Also published as: TW201534851A; US20150263667A1

Description

太陽光集光系統

本發明是有關於一種太陽光集光系統，特別是有關於一種非追日式的太陽光集光系統。

在石化能源即將耗盡的現在，許多研究者與技術人員皆投入尋找穩定的再生能源做為替代。在各種再生能源中，太陽能發電便是最具潛力的一種。隨著工程技術的進步，太陽能發電之成本已越來越低而達到了實用化的階段，然而，進一步提高太陽能發電的效率仍是被期望的。目前提升太陽能發電效率的方式除了直接改變太陽能電池之發電效率外，還有於太陽能發電系統附加集光系統，藉此提高整體太陽能發電系統之空間效率，使入射之太陽光被集中到太陽能電池之有效發電區域上。除此之外，在相同的太陽光入射面積的太陽能發電系統，附加集光系統可使太陽能發電系統所需之太陽能電池材料減少，進而達到降低成本的效果。

除了直接用於太陽能發電外，由於集光系統的功效便是將較大面積內的入射太陽光集中到較小面積發射，故在有太陽時，集光系統也能做為主要或輔助之室內照明使用，近一步達到環保節能之效果。

目前習知之集光系統大多是以機械追跡的方式進行，即一般所知追日式集光系統。也就是說，集光系統中具有機械旋轉功能的裝置，當太陽位置隨時間改變時，便依據太陽位置旋轉集光板或透鏡以保持整體集光系統的效率。而太陽在天空中運行軌跡並不是一直位於同一平面上，例如冬至與夏至時太陽運行軌跡所形成之平面便有所不同，故一般習知集光系統至少須具有能進行二軸旋轉之機械結構。然而，此種機械結構較為複雜，因此可能會使製作或安裝集光系統之成本提高、機械故障的機率增加及集光系統安裝所需的空間增加。

此外，一般集光系統中可能會使用光導來實現光的傳輸與集中，但一般常見光導會因為內含耦合器或缺口而產生解耦損失，對於集光系統來說會希望能減少此種損失來提高效率，但又需要同時能保持光導之光傳輸或集光效果。

有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之目的就是在提供一種非追日式的太陽光集光系統，以解決追日式的太陽光集光系統中之機械結構造成的問題。

根據本發明之一目的，提出一種太陽光集光系統。太陽光集光系統包含用於改變入射太陽光之角度之複數個透鏡；接收穿過複數個透鏡之透鏡之入射太陽光之楔形光導；以及固定透鏡於相對應於楔形光導之一定位置之支架。透鏡之結構、材料與預定位置使穿過透鏡而射入楔形光導之入射太陽光於楔形光導內進行內部全反射(total internal reflection,TIR)傳輸而往楔形光導之一端集中，且太陽光集光系統根據入射太陽光之角度更換複數個透鏡中相對應之透鏡至預定位置使入射太陽光於楔形光導內進行內部全反射傳輸之條件被保持。

較佳者，其中複數個透鏡可藉由具有不同結構而使入射太陽光穿過複數個透鏡時有不同角度改變量。

較佳者，其中複數個透鏡可藉由以不同材料製成而使該入射太陽光穿過該複數個透鏡時有有不同角度改變量。

較佳者，其中複數個透鏡可具有不同之稜鏡陣列或圓柱陣列結構。

較佳者，其中複數個透鏡可為複數個薄膜透鏡。

較佳者，其中複數個透鏡可為可撓式的，並設置於捲帶上或形成捲帶，捲帶設置於支架上，支架為滾輪結構而使太陽光集光系統以捲動方式更換複數個透鏡中相對應於入射太陽光之透鏡。

較佳者，其中太陽光集光系統可藉由更換複數透鏡中具有相對應結構之透鏡而使穿過透鏡之入射太陽光進一步集光。

較佳者，其中支架可旋轉透鏡於相對應於入射太陽光之角度而使穿過透鏡之入射太陽光集光。

較佳者，其中支架可實現多軸旋轉而旋轉透鏡。

承上所述，依本發明之太陽光集光系統，其可具有一或多個下述優點：

(1)此太陽光集光系統可藉由根據入射太陽光之角度更換相對應之透鏡，藉此可避免使用複雜的機械式追光裝置及其前述缺點。

(2)此太陽光集光系統可藉由使用楔形光導而使太陽光能於楔形光導內部進行全反射傳輸，藉此可解決一般光導內部解耦損失的問題。

(3)此太陽光集光系統可藉由使用薄膜透鏡與捲帶式結構，藉此可使太陽光集光系統能輕易地小型化而能應用於個人用可攜式裝置。

(4)此太陽光集光系統可藉由捲動裝置與可撓式薄膜透鏡搭配，藉此可使太陽能集光系統能輕易地實行更換透鏡之動作。

(5)此太陽光集光系統可藉由更換特定結構之薄膜透鏡或旋轉透鏡，藉此可使太陽光集光系統具有集光功能，即使於太陽在天空中的運行軌道隨日期或季節變化時太陽光集光系統也能保持高效率的集光效能。

10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g、10h、10i、10j‧‧‧透鏡

11‧‧‧捲帶

20‧‧‧楔形光導

30‧‧‧支架

31a、31b、31c、31d‧‧‧支腳

40‧‧‧太陽光

50‧‧‧基板

X、Y、Z‧‧‧方向

I、II‧‧‧軸

第1A及1B圖係為本發明之太陽光集光系統之第一實施例於不同太陽光入射角度下運作之示意圖。

第2A及2B圖係為本發明之太陽光集光系統之第二實施例於不同太陽光入射角度下運作之示意圖。

第3圖係為本發明之太陽能集光系統之第三實施例運作之示意圖。

第4圖係為本發明之太陽光集光系統之第四實施例之結構示意圖。

第5A及5B圖係為本發明之太陽光集光系統之第五實施例之不同結構之透鏡之俯視結構示意圖。

第6A及6B圖係為本發明之太陽光集光系統之第五實施例之不同結構透鏡之太陽光入射楔形光導情況之俯視示意圖。

第7A及7B圖係為本發明之太陽光集光系統之第五實施例有不同透鏡旋轉角度時之前視結構示意圖。

第8A至8C圖係為本發明之太陽光集光系統之第五實施例有不同透鏡旋轉角度時之側視結構示意圖。

為利貴審查員瞭解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係侷限本發明於實際實施上的專利範圍，合先敘明。

以下將參照相關圖式，說明依本發明之太陽光集光系統之實施例，為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。

請參閱第1A及1B圖係為本發明之第一實施例之太陽光集光系統於不同太陽光入射角度下運作之示意圖。如圖所示，太陽光集光系統包含用於改變入射太陽光40之角度之複數個透鏡10a及10b；接收穿過複數個透鏡之透鏡10a及10b 之入射太陽光40之楔形光導20；以及固定透鏡10a及10b於相對應於楔形光導20之一預定位置之支架30。楔形光導20與透鏡10a及10b之結構與預定位置使穿過透鏡10a及10b而射入楔形光導20之入射太陽光40於楔形光導20內進行內部全反射(total internal reflection,TIR)傳輸而往楔形光導20之一端集中，且太陽光集光系統根據入射太陽光40之角度更換複數個透鏡中相對應之透鏡10a及10b至預定位置使入射太陽光40於楔形光導20內進行內部全反射傳輸之條件被保持。

大致上，本發明之太陽光集光系統是利用與楔形光導20之斜角角度搭配之不同透鏡來達到高效率的集光功能。具體而言，設第1A及1B圖之剖面平面為一般三維座標中之X-Z平面，圖式上方為Z軸方向，而太陽光入射角度以球座標系之兩角度(θ,φ)表示，於之後其他圖式中也會以三維系統之X、Y及Z代表圖式方向。第1A圖即為入射太陽光40角度為(30,0)時，此太陽光集光系統之第一實施例之運作情形。請參閱第1A圖，透鏡10a具有與楔形光導20類似的形狀，被支架30固定在楔形光導20上方的預定位置。在太陽光40入射透鏡時，太陽光40於入射與出射透鏡10a時各發生了一次折射而有一定的偏轉角度，而在太陽光40以此偏轉角度入射楔形光導20後，再接觸楔形光導20與外側介面(例如楔形光導20-空氣介面，楔形光導20之外側材料之折射率比楔形光導20之材料之折射率低)時，因對該此反射來說入射角大於臨界角發生全反射而反射回楔形光導20內。根據楔形光導20之結構，太陽光40會反覆的在楔形光導20傳輸而最終地會射入楔形光導20之一端(在第1A圖中為-X方向)，以此達到本發明之太陽光集光系統之集光效果，也就是說，太陽光由透鏡10a上方的向光面被集中到楔形光導20之一端。請參閱第1B圖，當太陽光40之入射角度隨時間經過而改變至(60,0)後，此實施例之太陽光集光系統即藉由支架30固定透鏡10b於第1A圖中透鏡10a之預定位置，透鏡10b之形狀也為楔形，但傾斜角度與透鏡10a不同。太陽光40經過透鏡10b後，將以同樣的角度射入楔形光導20，如此一來，太陽光40就會如第1A圖一樣的在楔形光導20以全反射方式往楔形光導20之一端傳輸。在第1A及1B圖中，楔形光導20、支架30以及固定透鏡10a及10b之預定位置皆不變，唯一針對不同的太陽光入射角度改變之處為使用了不同的透鏡10a及10b。換句話說，在楔形光導20之形狀已可使某角度範圍內之入射太陽光40於楔形光導20內部進行全反射傳輸且楔形光導20位置固定的情形下，主要能控制的變因為太陽光40入射楔形光導20的角度，而變換不同的透鏡即可使太陽光40入射楔形光導20的角度保持能於楔形光導20內部進行全反射傳輸之該角度範圍內，也就是太陽光40能於楔形光導20中傳輸時接觸楔形光導20與外側界面之入射角皆大於臨界角(所有楔形外側接面之材料之折射率皆小於楔形光導20之材料之折射率)的條件。若楔形光導20之外側接觸不同材料而有不同介面臨界角時，楔形光導20之結構須設計為太陽光40於某角度範圍內入射楔形光導20時為能使太陽光在楔形光導20中傳輸時接觸楔形光導20與外側界面之入射角皆大於不同介面臨界角中之最大介面臨界角，而透鏡即能保持太陽光40入射楔形光導20之角度為於預定能於楔形光導20內進行全反射傳輸之角度範圍內。因此，本發明之太陽光集光系統即不需旋轉功能之機械裝置就能針對不同角度入射之太陽光保持高效率的集光功效。

另一方面，本發明使用楔形光導20使光以全反射方式在楔形光導20內進行光傳輸與集中，且楔形光導之光集中之該端便可設置太陽能電池或作為照明之光源，而不需任何耦合器等結構包含於其中。由於理想全反射光傳輸應無損耗，因此也不會擁有先前技術所提到的光導中耦合器或缺口造成之解耦損失，更進一步提高了本發明之太陽光集光系統之效益。

此外，在本實施例中，透鏡10a及10b之材料可為玻璃、聚合物樹脂等透明材料，楔形光導20之材料也可為玻璃、聚合物樹脂等透明材料，透鏡10a及10b與楔形光導20之結構(例如傾斜角度)可由預定接收太陽光之角度、透鏡10a及10b與楔形光導20之材料以及透鏡10a及10b與楔形光導20之相對位置決定。需要敘明的是，雖然本實施例中僅提及兩個透鏡，但透鏡數量可隨實際需求增加，一般而言，使用的透鏡數量越多則越能對入射太陽光之角度做最佳化處理(因為各透鏡分配到的時間變少而導致各透鏡需要容許的誤差下降而能訂出更精確的透鏡需求)，而能有更佳之集光效率。

更進一步，複數個透鏡藉由具有不同結構而使入射太陽光穿過複數個透鏡時有不同角度改變量。

具體而言，上述說明不同的透鏡結構造成不同角度入射太陽光能在出射透鏡後在楔形光導中以全反射傳輸。例如第1A及1B圖中所示，透鏡10a及10b即具有不同之透鏡結構(不同楔形傾斜角度)。

更進一步，複數個透鏡藉由以不同材料製成而使該入射太陽光穿過該複數個透鏡時有不同角度改變量。

具體而言，根據司乃耳定律，想要偏轉光的角度，除了更改入射光與平面的夾角外(例如改變結構)，還能改變折射率(例如改變材料)。然而，一般更改材料所能獲得的折射率變化不大，但依然可以用於製作更高效率之太陽光集光系統並降低成本。同前所述，提高系統效能或達到系統之最佳化能以使用更多的透鏡達成，但如果所有透鏡都具有不同結構，則製造時依製程而定可能需要更多的模具與遮罩。此時可以考慮使用相同結構但不同材料之透鏡，以達到於小角度範圍中偏轉入射太陽光使其能達到楔形光導中全反射傳輸之條件，進而節省製作透鏡時模具或遮罩的使用。

請參閱第2A及2B圖，其係為本發明之太陽光集光系統之第二實施例於不同太陽光入射角度下運作之示意圖。複數個透鏡10c及10d具有不同之稜鏡陣列或圓柱陣列結構。楔形光導20及太陽光40之作用與第1A及1B圖中相同，支架30未顯示以不模糊圖式主題。透鏡10c及10d也能設置於基板50上以避免結構損傷。

具體而言，以楔形作為透鏡之不同結構不論是製作時或更換時都相當不便，例如當透鏡之面積變大時，楔形之一端會過厚而容易損毀或實際上無法製作。因此，透鏡10c及10d能包含稜鏡陣列或圓柱陣列，使大部分入射太陽光40在通過稜鏡或圓柱面時之偏轉角度能使入射楔形光導20後依然保持全反射條件，並使透鏡之厚度能大約保持一定而方便製作或設置。如第2A圖所示，當太陽光40入射角度為(30,0)時，可使透鏡10c之下表面具有較深的稜鏡表面，而在第2B圖中，太陽光40入射角度為(60,0)，此時透鏡10d之下表面之稜鏡表面則較淺。透鏡10c及10d能藉由具有不同的透鏡結構，而使不同角度入射之太陽光皆能達到於楔形光導20中進行全反射傳輸之條件，且透鏡10c及10d之厚度能為相似的。為免稜鏡或圓柱陣列受到外力損傷或製程上需要，稜鏡或圓柱陣列面與外界間還能相隔著基板50，避免外力能直接接觸到稜鏡或圓柱陣列結構而導致稜鏡或圓柱陣列結構損毀而使得集光效率下降，或者是能更方便地製造具有上述結構之透鏡，但此基板50之偏轉光線之效果需要被考慮進整體太陽光集光系統結構設計中。

請參閱第3圖，其係為本發明之太陽能集光系統之第三實施例運作之示意圖。

此外，雖然前述偏轉太陽光40的方式都是經由折射，但實際上反射也能包含太陽光經過透鏡到達楔形光導20的光徑中。例如此實施例中之透鏡10e，如第3圖中所示，入射太陽光40角度為(60,180)，太陽光40在穿過透鏡10e後先由稜鏡陣列中之一稜鏡之一面出射，再被該稜鏡之另一面反射，而使太陽光40穿過透鏡10e下之基板50而入射楔形光導20後能以全反射條件傳輸。包含反射於太陽光40於通過透鏡10e之光徑中能使太陽光偏轉較大角度，如第3圖中太陽光40能偏轉超過90度，從而使整體太陽光集光系統之設計能更有彈性。

更進一步，太陽光集光系統中之複數個透鏡為複數個薄膜透鏡。

由於近年來半導體及奈米製程技術的快速發展，本發明之太陽光集光系統中的透鏡即可利用半導體或奈米製程中製造薄膜(thin-film)結構的技術進行製作，而成薄膜透鏡。由於其製造過程是使用現今成熟之技術，因此可望進一步降低成本並能大量製造。此外，以薄膜透鏡做為本發明之透鏡也可使本發明之太陽光集光系統能輕易地小型化，可望與其他結構或系統配合(如能偵測太陽光入射角度之系統)而使用於較小型的裝置如個人行動裝置上。此時複數個透鏡之材料可為例如紫外光固化樹脂(UV膠)或聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate,PMMA)，而楔形光導之材料可與其對應，例如也以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)製成。

請參閱第4圖，其係為本發明之太陽光集光系統之第四實施例之結構示意圖。如圖所示，太陽光集光系統之複數個透鏡10f、10g及10h為可撓式的，並設置於捲帶11上或形成捲帶11，捲帶11設置於支架30上，支架為滾輪結構而使太陽光集光系統以捲動方式更換複數個透鏡10f、10g及10h中相對應於入射太陽光之透鏡到預定位置。

具體而言，本實施例說明如何輕易地達到根據太陽光入射角度更換相對應之透鏡之動作。如第5圖所示，複數個透鏡10f、10g及10h為可撓的，而設置於捲帶11上。支架30實質上為兩個滾輪結構，當太陽光入射角度改變時，就轉動滾輪而將相對應之透鏡由捲帶11形成的捲軸中移動到如第5圖中之中間透鏡10f之位置並成展開狀態，以使入射之太陽光能穿過該透鏡而於入射位於該透鏡下方之楔形光導20後於楔形光導中進行前述之全反射傳輸。需注意的是，雖然第5圖中僅顯示了三個透鏡10f、10g及10h設置於捲帶上，但實際上捲帶能有更多數量之透鏡設置於其上，或複數個透鏡實質上能為連續結構而自身形成捲帶。本實施例之太陽光聚光系統可再附加驅動構件於支架30上，並配合能太陽光角度偵測之系統，進一步達到自動化根據入射太陽光角度更換相對應之透鏡之功能。

更進一步，太陽光集光系統可藉由更換複數透鏡中具有相對應結構之透鏡而使穿過透鏡之入射太陽光進一步集光。

大致上，太陽於天空中運行的軌跡會因日期或季節的不同而有所差異，例如夏至與冬至時太陽運行的軌跡便有明顯差異，這也是一般習知集光系統需要具有二軸旋轉之機械結構之理由。然而，本發明之更換透鏡之效能可實質上取代習知集光系統中二軸旋轉功能，故可避免複雜機械結構所造成之設置不便、較低可靠性與較高成本。太陽光集光之實施例將於以下詳述。

請參閱第5A圖、第5B圖、第6A及6B圖，其係分別為為本發明之太陽光集光系統之第五實施例之不同結構之透鏡10i及10j之俯視結構示意圖以及太陽光40穿過不同結構之透鏡10i及10j後入射楔形光導20情況之俯視示意圖。需要注意的是，其為俯視示意圖，故圖式之方向與前述側視圖之圖式有所不同，且雖然第5A圖與第5B圖中透鏡10j之結構似乎僅為透鏡10i之旋轉結構，但實質上透鏡10j在X-Z平面之稜鏡角度與透鏡10i之稜鏡角度可不同。

請參閱第5A圖，其即為太陽光40於(30,0)角度射入時能使太陽光40於楔形光導20中保持全反射傳遞之透鏡10i 於展開狀況下之示意圖。第5A圖之圖面即為上述所稱薄膜面，其單一稜鏡延伸方向與Y軸平行，稜鏡之排列方向與Y軸垂直，而薄膜面之法向量與Z軸平行。第6A圖則顯示太陽光40改由極坐標系中之(30,60)角度射入透鏡10i後，再射入楔形光導20中傳輸的情形，圖中可見在太陽光40到達楔形光導20之-X方向端前，其會在Y方向反射五次。由於楔形光導20結構設計主要是讓光線於Z方向進行全反射傳輸，故太陽光40於楔形光導20中Y方向之反射可能會造成能量損失。請參閱第5B圖，其係為具有不同稜鏡陣列結構之透鏡10j，而第6B圖則顯示太陽光40改由極坐標系中之(30,60)角度射入透鏡10j後，再射入楔形光導20中傳輸的情形，圖中可見在太陽光40到達楔形光導20之-X方向端前，其會在Y方向反射兩次，相較第6A圖次數上明顯降低，此現象可稱為太陽光對傳輸方向(-X方向)之集光(也就是說，此處所稱的集光是使太陽光之傳播方向盡量平行於預定方向)，且使用透鏡10j時太陽光40可仍保持於Z方向進行全反射傳輸之條件。因此在本發明之太陽光集光系統增加不同旋轉結構之透鏡後，即使太陽在天空運行之軌跡因日期或季節有所改變，本發明之太陽光集光系統也能降低太陽光於楔形光導20中非預定全反射條件之方向之反射次數從而保持高效率之集光效能。

請參閱第7A及7B圖，其係為本發明之太陽光集光系統之第五實施例有不同透鏡旋轉角度時之前視結構示意圖。第7A圖為捲帶11相對楔型光導20平置的情況，而第7B圖為捲帶11相對楔型光導20有一旋轉角度之情況。圖中支架30具有支腳31a及31b。

同前所述，本發明可藉由附加旋轉功能來對應不同日期或季節時太陽光有不同入射角度之情形，而使太陽光能達到預定的集光效果，而此實施例即為如何於本發明之太陽光集光系統附加旋轉功能之範例。在此實施例中，支架30除了前述之捲動功能外，還能使其支腳31a及31b以及與其同側的支腳伸長或縮短(以下說明僅描述單側，另一側的支腳則對應改變長度)，以達到轉動捲帶11進而轉動相對應透鏡之功能。例如在第6A圖中，支腳31a及31b為相等長度，此時捲帶11相對於楔型光導20為平置的。而在第6B圖中，支腳31a縮短而支腳31b伸長，此時捲帶11對楔型光導20有一旋轉角度，因此設置於捲帶11上於預訂位置之透鏡也會對楔型光導20有一旋轉角度，從而達到前述使入射太陽光針對傳輸方向之集光之功能。支架30中例如與支腳31a及31b與滾輪部分連接處可能會有相對應之細部結構存在，但其非本發明之主旨，故不在此贅述以免模糊主題。

請參閱第8A至8C圖，其係為本發明之太陽光集光系統之第五實施例有不同透鏡旋轉角度時之側視結構示意圖。第8A至8C圖中支架30具有四支支腳31a、31b、31c與31d，其可分別獨立地被控制而改變長度或傾斜一角度，從而使支架30實現多軸旋轉而旋轉透鏡。第8A圖為透鏡未旋轉前而使透鏡平置時之側視結構示意圖，第8B圖為支架使透鏡沿第8A圖中之軸I旋轉之側視結構示意圖，而第8C圖為支架使透鏡沿第8A圖中之軸II旋轉之側視結構示意圖。

更進一步，支架30除了能像第7A與第7B圖所述，以單軸旋轉外，還能依支腳31a、31b、31c與31d的設計而實現多軸旋轉。舉例來說，在第8A圖中的太陽能集光系統的結構事實上與第4圖中的太陽能集光系統的結構相同，此時位於預定位置之透鏡10f為平置狀態。在第8B圖中，支架30的支腳31a與31b縮短並略微內傾，支架30的支腳31c與31d伸長並略為內傾，因此，透鏡10f能沿第8A與第8B圖中的軸I旋轉一角度。在第8C圖中，支架30的支腳31b與31c長度與角度大致上不變，支架30的支腳31a伸長並略為內傾，支架30的支腳31d縮短並略為內傾，因此，透鏡10f能沿第8A與第8C圖中的軸II旋轉一角度。需注意的是，雖然第8A至8C圖僅顯示沿兩軸旋轉的效果，但實際上第7A與7B圖之旋轉效果也可同時被包含於相同結構中。更進一步，本實施例之太陽能集光系統之支架30之支腳31a、31b、31c與31d能獨立地改變長度或傾斜一角度，故能使透鏡沿任意之多軸旋轉而實現多軸旋轉之功能。

雖然此種多軸旋轉功能與先前技術之太陽能集光系統所使用的機制相似，但由於在透鏡旋轉後仍可以更換透鏡，故此處所使用的多軸旋轉功能事實上能與透鏡的更換形成互補的效果。也就是說，本發明之太陽能集光系統可藉由透鏡的更換，使旋轉透鏡的頻率降低，另一方面，本發明的太陽能集光系統也可藉由旋轉透鏡，而使得所使用的透鏡數量降低。舉例來說，本發明的太陽能集光系統即使是設置在緯度較高的地區，其可能僅需每月或每季使用透鏡旋轉功能調整透鏡的角度使太陽光於預定期間集光，而每天根據太陽在天空運行所需要的集光效果則由更換對應的透鏡提供。如此一來，本發明之太陽能集光系統便不需要如先前技術之太陽能集光系統一樣，需要每天近乎不間斷的旋轉透鏡或其他集光結構，從而達到降低故障率與提高可靠度的效果。同理，此種多軸旋轉功能也使本發明的太陽能集光系統之設置更有彈性，使其即使是在設置地點對角度有特殊要求時，也能不需更改結構的設計即可藉由旋轉透鏡來達到相同或近似的集光效果。

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。

10c‧‧‧透鏡

20‧‧‧楔形光導

40‧‧‧太陽光

50‧‧‧基板

X、z‧‧‧方向

Claims

一種太陽光集光系統，其包含：複數個透鏡，係用於改變一入射太陽光之角度；一楔形光導，係接收穿過該複數個透鏡之一透鏡之該入射太陽光；以及一支架，係固定該透鏡於相對應於該楔形光導之一預定位置；其中該楔形光導與該透鏡之結構及材料與該預定位置使穿過該透鏡而射入該楔形光導之該入射太陽光於該楔形光導內進行內部全反射(total internal reflection,TIR)傳輸而往該楔形光導之一端集中，且該太陽光集光系統根據該入射太陽光之角度更換該複數個透鏡中相對應之該透鏡至該預定位置使該入射太陽光於該楔形光導內進行內部全反射傳輸之條件被保持；其中該複數個透鏡為複數個薄膜透鏡，且該複數個透鏡為可撓式的，並形成一捲帶，該捲帶設置於該支架上，該支架為滾輪結構而使該太陽光集光系統以捲動方式更換該複數個透鏡中相對應於該入射太陽光之該透鏡。
如申請專利範圍第1項所述之太陽光集光系統，其中該複數個透鏡藉由具有不同結構而使該入射太陽光穿過該複數個透鏡時有不同角度改變量。
如申請專利範圍第1項或第2項所述之太陽光集光系統，其中該複數個透鏡藉由以不同材料製成而使該入射太陽光穿過該複數個透鏡時有不同角度改變量。
如申請專利範圍第2項所述之太陽光集光系統，其中該複數個透鏡具有不同之稜鏡陣列或圓柱陣列結構。
如申請專利範圍第4項所述之太陽光集光系統，其中該太陽光集光系統藉由更換該複數透鏡中具有相對應結構之該透鏡而使穿過該透鏡之該入射太陽光進一步集光。
如申請專利範圍第4項所述之太陽光集光系統，其中該支架旋轉該透鏡於相對應於該入射太陽光之一角度而使穿過該透鏡之該入射太陽光集光。
如申請專利範圍第6項所述之太陽光集光系統，其中該支架實現多軸旋轉而旋轉該透鏡。