TWI620904B - 太陽能光電追日裝置 - Google Patents

Abstract

本發明為太陽能光電追日裝置，其包括有：一基板；至少一電源模組；以及至少一電致伸縮元件。其中電源模組包括：一聚光元件；及二光電模組。電致伸縮元件係與電源模組一對一對應設置，且係依照電源模組之二個光電模組所輸出之電位差進行升或降。本發明中，電源模組中的聚光元件用以將太陽光會集，再藉由光電模組，將光能轉換為電能，用以驅動電致伸縮元件，而使太陽能光電追日裝置朝向太陽的方向。本發明不需外加電力、額外感光元件及其相關電路、或是油壓/氣壓裝置，即可使所會聚之太陽光線正向入射本太陽能追日裝置上之系統。

Description

太陽能光電追日裝置

本發明係關於一種追日裝置，特別是關於一種不需外加電力、額外感光元件及其相關電路、或是油壓/氣壓裝置，即可使所會聚之光線具有判斷太陽方向的太陽能光電追日裝置。

近年來，為了環保、減緩暖化及地球永續生存的迫切需要，煤、石油、天然氣等會產生二氧化碳的化石燃料被認為須大幅減少使用，而改以擴充如太陽能、風能等潔淨的再生能源，取代化石燃料之能源。

在太陽能的使用上，追蹤太陽的追日裝置對整個太陽能發電的系統之好壞，佔有絕對的關鍵。

然而，習知之追日裝置的運作，一般皆採用太陽軌跡程式預測太陽位置；或是以光感測元件結合比較電路，運算出最佳追日方向，再以馬達或電磁閥驅動，使追日裝置轉向太陽，如中華民國專利I304657、M358282、M394445及M450143等皆是這樣的實施方式。

而另一種的追日裝置之實施方式，則是如中華民國 專利M361007等所揭露的，是使用油壓裝置來致動追日裝置，以接收最多太陽光的照射。

所述習知之追日裝置，皆需要外加驅動用的電力、額外的感光元件及其相關電路、或是油壓/氣壓裝置，甚至是驅動馬達。不僅設備的體積及設置成本大量增加，其使用及維護成本以及系統過熱的問題，經常造成供電的不穩定，甚至產生危險等工安問題。

有鑒於此，若能發展出一種太陽能光電追日裝置，不需外加電力、額外感光元件及其相關電路或油壓/氣壓裝置，即可使所會聚之光線具有判斷太陽的方向，並以電致伸縮元件使基板及太陽能光電追日裝置朝向太陽，則可望增進太陽能技術之效能，而有助於及早取代現有的汙染能源，達成綠色能源之目標。

本發明為太陽能光電追日裝置，其包括有：一基板；至少一電源模組；以及至少一電致伸縮元件。其中電源模組包括：一聚光元件；及二光電模組。電致伸縮元件係與電源模組一對一對應設置，且係依照電源模組之二個光電模組所輸出之電位差進行一伸縮距離之升或降。藉由本發明之實施，電源模組中的聚光元件可將太陽光會集，再藉由光電元件，將光能轉換為電能，用以驅動連接設置於基板或電源模組的電致伸縮元件，而使太陽能光電追日裝置朝向太陽的方向。本發明不需外加電力、額外感光元件及其相關電路或油壓/氣壓裝置，即可使所會聚之太陽光線正向入射本太陽能追日裝置上之系統。

本發明提供一種太陽能光電追日裝置，其包括有：一基板，其具有受太陽光照射之第一表面及與第一表面相對之第二表面；至少一電源模組，設置於基板或固設於基板的側面，電源模組包括：一聚光元件，固設於第一表面之邊緣或基板的側面，並用以將太陽光會聚至一聚光區域；及二光電模組，相鄰設置於聚光區域，其中每一光電模組係由至少一光電元件所組成，且該二光電模組所輸出之電位係極性相反；以及至少一電致伸縮元件，連接設置於基板或電源模組，其中電致伸縮元件係與電源模組一對一對應設置且電性連接於相對應之電源模組。

藉由本發明之實施，至少可以達到下列進步功效：

一、不須外加驅動模組或電力至追日裝置，亦不須加載複雜的控制電路，使追日裝置及其應用達到簡單、容易實施，並能大幅降低成本。

二、不須以油壓或氣壓推動伸縮裝置，避免系統龐大及產生系統過熱問題。

三、不需外加電能，且無使用油壓裝置，而是直接利用太陽能致動，為獨立且適用戶外之追日裝置。

四、光學元件可微型化，因此裝置體積可縮小，而易與微型太陽能聚光系統或晶片系統結合，實現微型太陽能系統。

五、整體太陽能光電追日裝置的系統架構更為輕薄、成本更為低廉，有利拓展廣大的應用市場。

為使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點，因 此將在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點。

100‧‧‧太陽能光電追日裝置

10‧‧‧基板

11‧‧‧第一表面

12‧‧‧第二表面

13‧‧‧聚光區域

14‧‧‧側面

20‧‧‧電源模組

21‧‧‧聚光元件

22‧‧‧光電模組

221‧‧‧光電元件

30‧‧‧電致伸縮元件

50‧‧‧軸承結構

70‧‧‧光電轉換裝置

80‧‧‧太陽熱能裝置

90‧‧‧收光裝置

D‧‧‧伸縮距離

第1A圖係為本發明實施例之一種太陽能光電追日裝置之剖視示意圖。

第1B圖係為本發明實施例之另一種太陽能光電追日裝置之剖視示意圖。

第1C圖係為本發明實施例之又一種太陽能光電追日裝置之剖視示意圖。

第2圖係為本發明實施例之一種基板與電源模組之組成連接關係圖。

第3圖係為本發明實施例之一種電致伸縮元件以軸承結構設置於基板的第二表面之剖視示意圖。

第4A圖係為本發明實施例之一種太陽光自一方向斜射至太陽能光電追日裝置之示意圖。

第4B圖係為本發明實施例之一種太陽能光電追日裝置追蹤太陽之示意圖。

第5A圖係為本發明實施例之另一種太陽光自一方向斜射至太陽能光電追日裝置之示意圖。

第5B圖係為本發明實施例之另一種太陽能光電追日裝置追蹤太陽之示意圖。

第6A圖係為本發明實施例之一種設置有光電轉換裝置的太陽能光電追日裝置之剖視示意圖。

第6B圖係為本發明實施例之另一種設置有光電轉換裝置的太陽能光電追日裝置之剖視示意圖。

第7A圖係為本發明實施例之一種設置有太陽熱能裝置的太陽能光電追日裝置之剖視示意圖。

第7B圖係為本發明實施例之另一種設置有太陽熱能裝置的太陽能光電追日裝置之剖視示意圖。

第8A圖係為本發明實施例之一種設置有收光裝置的太陽能光電追日裝置之剖視示意圖。

第8B圖係為本發明實施例之另一種設置有收光裝置的太陽能光電追日裝置之剖視示意圖。

請參考如第1A圖所示，為實施例之一種太陽能光電追日裝置100，其包括有：一基板10；至少一電源模組20；以及至少一電致伸縮元件30。

如第1A圖至第1C圖所示，基板10，係具有受太陽光照射之第一表面11及與第一表面11相對之第二表面12。所使用的基板10可以選擇為透明基板而且可以受電源模組20中的光電元件221之吸收波長範圍的太陽光所穿透。

至於基板10之材質，則並沒有特殊的限定，玻璃、玻璃纖維、塑膠、壓克力、透明陶瓷，或是其他堅固又可透過前述波長範圍的太陽光之材質皆可使用。

同樣如第1A圖至第1C圖所示，至少一電源模組20，設置於基板10或固設於基板10的側面14，電源模組20則包 括一聚光元件21及二光電模組22。

如第1A圖至第2圖所示，聚光元件21，可固設於基板10的第一表面11之邊緣，聚光元件21係用以將太陽光會聚至一聚光區域13。而在應用需要時，聚光元件21亦可以固設於與第一表面11相鄰的側面14。

如第1A圖至第2圖所示之聚光元件21，係可以為一柱狀透鏡，或者是一個透鏡陣列，將太陽光會聚至聚光區域13。而且，為了製造之簡單化或提高製造良率，聚光元件21也可以與基板10一體成型。

如第1A圖至第2圖所示，二光電模組22，則是相鄰設置於聚光區域13，且其中每一光電模組22係由至少一光電元件221所組成，其中光電元件221可以為高效能的三五族元素所形成之太陽能電池，其中二光電模組22所輸出之電位極性可為相反。

請再參考如第1A圖至第1C圖所示，至少一電致伸縮元件30，與基板10或電源模組20連接設置。其中，電致伸縮元件30係與電源模組20一對一對應設置，且電致伸縮元件30係電性連接於相對應之電源模組20，由電源模組20控制電致伸縮元件30的升或降(伸或縮)，連帶使基板10或電源模組20自與電致伸縮元件30連接設置之處進行升或降。而所使用的電致伸縮元件30係可以為一電動伸縮桿、一壓電元件或其他電致形變元件。

又如第3圖所示，為了連接及升或降(伸或縮)活動之穩定，電致伸縮元件30係可以以軸承結構50設置於基板10的第二表面12。

如第4A圖至第5B圖所示，電源模組20控制電致伸縮元件30的升或降(伸或縮)之方式，係可以以電源模組20的二光電模組22間所產生之電位差的極性來控制電致伸縮元件30進行升或降。而至於電致伸縮元件30的升或降(伸或縮)之伸縮距離D，則可以與二光電模組22所產生之電位差的數值大小成正相關之倍數或函數比例。

如第4A圖及第4B圖所示，當太陽光自一方向斜射太陽能光電追日裝置100時，相鄰設置的二光電模組22所產生之電壓即產生差異而具有相對的電位差，依照這個電位差的極性和數值大小，電致伸縮元件30即產生一個伸縮距離D的升或降。

如第4A圖及第4B圖所示，當基板10相對兩邊分別設置有電致伸縮元件30時，可以使控制相對的電致伸縮元件30之升或降的電壓極性相反。太陽光自左邊方向斜射進來，則圖式右方的電致伸縮元件30依照二光電模組22所產生之電位差上升一個伸縮距離D，而圖式左方的電致伸縮元件30因為接收電源模組20之相反極性的電位差而產生相反的伸縮形變，便下降一個同樣的伸縮距離D，如此即可使基板10及整個太陽能光電追日裝置100朝向太陽光射入的方向。

所述相反極性的電位差，係由二光電模組22產生電壓(voltage)之差值而定，例如受太陽光照射使一光電模組22產生A電壓，另一光電模組22產生B電壓；在B電壓不等於A電壓時，A電壓減B電壓與B電壓減A電壓的結果即為二個數值相等而極性相反的電位差。將此二個相反極性的電位差分別提供給二個電致伸縮元件30，即可使這二個電致伸縮元件30分別進行伸與 縮(升與降)一個相同的伸縮距離D。

同樣的，如第5A圖及第5B圖所示，太陽光自右邊方向斜射近來，則圖式左方的電致伸縮元件30依照二光電模組22所產生之電位差上升一個伸縮距離D，而圖式右方的電致伸縮元件30因為接收電源模組20之電位差的極性相反，便下降一個同樣的伸縮距離D，如此即同樣可使基板10及整個太陽能光電追日裝置100朝向太陽光射入的方向。

再者，如第6A圖及第6B圖所示，於實際應用時，基板10的第一表面11上除了聚光元件21以外之區域，或是基板10的第二表面12上不與光電模組22或電致伸縮元件30接觸之區域，可以設置至少一光電轉換裝置70，用以接收太陽光能並輸出電能。如此，太陽能光電追日裝置100即為一個可以自動追日的太陽能發電系統。

而如第7A圖及第7B圖所示，基板10的第一表面11上除了聚光元件21以外之區域，或是基板10的第二表面12上不與光電模組22或電致伸縮元件30接觸之區域，也可以設置至少一太陽熱能裝置80，用以接收太陽光之熱能並輸出電能或熱能。

請繼續參考如第8A圖及第8B圖所示，基板10的第一表面11上除了聚光元件21以外之區域，或是基板10的第二表面12上不與光電模組22或電致伸縮元件30接觸之區域，亦可以設置至少一收光裝置90，用以接收太陽光並輸出光線。此即為以太陽光直接轉換輸出，作為照明之應用。

總而言之，具有電源模組20及電致伸縮元件30的太陽能光電追日裝置100，不須外加驅動模組或電力至追日裝置， 亦不須加載複雜的控制電路，使追日裝置及其應用達到簡單、容易實施，並能大幅降低成本；不須以油壓或氣壓推動伸縮裝置，避免系統龐大及產生系統過熱問題。為一種不需外加電能，且無使用油壓裝置，而是直接利用太陽能致動，為獨立且適用戶外之追日裝置，可以使整體太陽能光電追日裝置的系統架構更為輕薄、成本更為低廉，有利拓展廣大的應用市場。

更有甚者，將光學元件微型化，更可以使裝置體積縮小，而易於與微型太陽能聚光系統或晶片系統結合，具體實現微型太陽能系統之應用。

惟上述各實施例係用以說明本發明之特點，其目的在使熟習該技術者能瞭解本發明之內容並據以實施，而非限定本發明之專利範圍，故凡其他未脫離本發明所揭示之精神而完成之等效修飾或修改，仍應包含在以下所述之申請專利範圍中。

Claims (13)

1. 一種太陽能光電追日裝置，其包括有：一基板，其具有受太陽光照射之一第一表面及與該第一表面相對之一第二表面；至少一電源模組，設置於該基板或該基板的側面，該電源模組包括：一聚光元件，固設於該第一表面之邊緣或該基板之一側面，用以將太陽光會聚至一聚光區域；及二光電模組，相鄰設置於該聚光區域，其中每一該光電模組係由至少一光電元件所組成；以及至少一電致伸縮元件，與該基板或該電源模組連接設置，其中該電致伸縮元件係與該電源模組一對一對應設置且電性連接於相對應之該電源模組。
2. 如請求項1所述之太陽能光電追日裝置，其中該電致伸縮元件係依照該二光電模組所輸出之電位的電位差及極性進行升或降一伸縮距離D。
3. 如請求項1所述之太陽能光電追日裝置，其中該二光電模組所輸出之電位係極性相反。
4. 如請求項1所述之太陽能光電追日裝置，該電致伸縮元件係接收該電源模組之相反極性的電能，產生相反的伸縮形變。
5. 如請求項1所述之太陽能光電追日裝置，其中該基板為透明基板，可受該光電元件之吸收波長範圍的太陽光穿透。
6. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能光電追日裝置，其中該聚光元件為一柱狀透鏡或透鏡陣列。
7. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能光電追日裝置，其中該聚光元件係與該基板一體成型。
8. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能光電追日裝置，其中該電致伸縮元件係以一軸承結構設置於該第二表面。
9. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能光電追日裝置，其中該光電元件為三五族元素所形成之太陽能電池。
10. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能光電追日裝置，其中該電致伸縮元件為一電動伸縮桿或一壓電元件。
11. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能光電追日裝置，其中該第一表面上除了該聚光元件以外之區域，或該第二表面上不與該光電模組或電致伸縮元件接觸之區域，係設置有至少一光電轉換裝置，用以接收太陽光能並輸出電能。
12. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能光電追日裝置，其中該第一表面上除了該聚光元件以外之區域，或該第二表面上不與該光電模組或電致伸縮元件接觸之區域，係設置有至少一太陽熱能裝置，用以接收太陽光之熱能並輸出電能或熱能。
13. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能光電追日裝置，其中該第一表面上除了該聚光元件以外之區域，或該第二表面上不與該光電模組或電致伸縮元件接觸之區域，係設置有至少一收光裝置，用以接收太陽光並輸出光線。