TWI693787B - 平板式集光裝置 - Google Patents

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Abstract

一種平板式集光裝置包含第一集光器及第二集光器。第一集光器包括導光板及具有第一集光件的第一集光件單元。該導光板界定出長度方向及寬度方向，且包括第一端部及第二端部。該第一集光件設置在該導光板的第一端部，且具有一弧面。該第二集光器在該長度方向上且設置在該導光板的第二端部，並相對該導光板沿著該寬度方向移動。當光線進入該第一集光件內部並接觸該第一集光件的弧面時，光線會被該弧面反射並進入該導光板，且在該導光板內部反射震盪並聚焦於該導光板的第二端部，再由該第二端部導出而進入該第二集光器。

Description

平板式集光裝置
本發明是有關於一種能量收集裝置，特別是指一種平板式集光裝置。
隨著能源短缺的危機及環保意識的提升，太陽能電池及綠建築獲得了廣泛的重視。在太陽能電池中，為有效地收集大面積太陽光能量，往往需要搭配集光器來使用。在綠建築中，是透過將集光器結合至建築物上來收集太陽光，以利用太陽光線作為室內照明的光源，從而減少照明電能，或，以避免太陽光線照射至室內而造成室內溫度上升，從而達到隔熱效果。
以往的集光器例如平板式集光器或蝶式集光器等等。該平板式集光器包含一個導光板1及一層設置在該導光板1上方的透鏡陣列2。該導光板1包括一個板體11及複數個形成在該板體11內的反射式稜鏡耦合件12。該透鏡陣列2包括複數個間隔設置且位置上分別對應該等反射式稜鏡耦合件的透鏡21。當太陽光線L以面光源形式由該透鏡陣列2進入時，該透鏡陣列2的該等透鏡21會將該 太陽光線L聚焦於該導光板1的該等反射式稜鏡耦合件12上，接著，經由該導光板1的該等反射式稜鏡耦合件12進行全反射，並在該導光板1的板體11內反覆的全反射震盪，最後，由該導光板1的板體11的側面110射出。
雖該平板式集光器能夠達到收集太陽光線L的目的，但為了能收集更多的太陽光線L，必須降低太陽光線L在該導光板1的板體11內部行進時，因碰撞該等反射式稜鏡耦合件12所造成的解耦損失，所以必須盡量縮小該等反射式稜鏡耦合件12的尺寸，同時，使用數值孔徑(numerical aperture，簡稱NA)小的透鏡21，以降低太陽光線L的入射角度分佈。然而，該等反射式稜鏡耦合件12的尺寸變小時，太陽光線L經由該等透鏡21所形成的聚光點的位置需更精準地設計，以落在該等反射式稜鏡耦合件12上，從而存在該等透鏡21分別與該等反射式稜鏡耦合件12的對位上的困難，同時，也會降低該平板式集光器對太陽光線L的入射角度偏差的容忍度，導致當入射角度有偏差時，太陽光線L便無法聚焦於設定的位置上，從而導致集光效率不佳的問題產生。此外，使用數值孔徑小的透鏡21，該平板式集光器的導光板1的板體11的整體厚度需增加，因而導致該板體11的側面110的面積增加，從而使得集光倍率降低。
因此，本發明的第一目的，即在提供一種至少能克服先前技術的一缺點的平板式集光裝置。
於是，本發明平板式集光裝置包含至少一第一集光器及一第二集光器。
該至少一第一集光器包括一導光板及一第一集光件單元。該導光板界定出一長度方向及一垂直於該長度方向的寬度方向，且在該長度方向上包括一第一端部，及一相反於該第一端部的第二端部。該第一集光件單元包括至少一第一集光件。該至少一第一集光件設置在該導光板的第一端部，且沿著該寬度方向延伸並呈弧狀，且具有一弧面。該第二集光器在該長度方向上，且設置在該導光板的第二端部，並相對該導光板沿著該寬度方向移動。其中，當光線進入該至少一第一集光件內部並接觸該至少一第一集光件的弧面時，該光線會被該弧面反射而進入該導光板，且在該導光板內部反射震盪並聚焦於該導光板的第二端部，再由該導光板的第二端部導出而進入該第二集光器。
本發明的第二目的，即在提供一種至少能克服先前技術的一缺點的平板式集光裝置。
於是，本發明平板式集光裝置包含複數個並排設置的集光器機構。每一個集光器機構包括複數個堆疊設置的第一集光器及 一個第二集光器。每一個第一集光器包括一導光板及一第一集光件單元。該導光板界定出一長度方向及一垂直於該長度方向的寬度方向，且在該長度方向上包括一第一端部，及一相反於該第一端部的第二端部。該第一集光件單元具有至少一第一集光件。該至少一第一集光件設置在該導光板的第一端部，且沿著該寬度方向延伸並呈弧狀，且具有一弧面。其中，該等第一集光器的該等第一集光件在該長度方向上排列。該第二集光器在該長度方向上且設置在每一個第一集光器的導光板的第二端部，並相對每一個第一集光器的導光板沿著該寬度方向移動。其中，當光線進入該等第一集光件內部並接觸該等第一集光件的該等弧面時，該光線會被該弧面反射並進入該等導光板，且在該等導光板內部反射震盪並聚焦於該等導光板的該等第二端部，再由該等導光板的該等第二端部導出而進入該第二集光器。
本發明的功效在於：透過該至少一第一集光件的弧面，使該光線被反射並聚焦於該導光板的第二端部，而不需要以往平板式集光器的反射式稜鏡耦合件，因而也不需要與透鏡進行對位。再者，透過該第二集光器能夠相對該導光板沿著該寬度方向移動，而能夠因應該光線進入該第一集光件的入射角的不同來收集光線，因而能夠有效提高集光倍率。
301:集光器機構
80:延伸件單元
3:第一集光器
8:延伸件
4:導光板
81:第一端部
41:第一端部
82:第二端部
411:第一表面
70:稜鏡單元
412:第二表面
71:第一稜鏡
410:端面
72:第二稜鏡
42:第二端部
L:光線
50:第一集光件單元
L1:光線
5:第一集光件
L2:光線
51:弧面
X:長度方向
40:空間
Y:寬度方向
60:第二集光器
Z:排列方向
6:第二集光件單元
P:聚焦的光點
61:第二集光件
w:寬度
7:稜鏡
本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是以往平板式集光器的一側視示意圖；圖2是本發明平板式集光裝置的第一實施例的一立體示意圖；圖3是該第一實施例的一側視示意圖；圖4是一局部放大圖，說明該第一實施例的一個導光板的第一端部；圖5是一側視示意圖，說明在該第一實施例中光線的行進路徑；圖6是一俯視示意圖，說明在該第一實施例中光線的行進路徑；圖7是一示意圖，說明在該第一實施例中光線的入射角不同時所形成的聚焦的光點的位置；圖8是本發明平板式集光裝置的第二實施例的一立體示意圖；圖9是一局部放大側視示意圖，說明該第二實施例的一個導光板的第一端部；圖10是本發明平板式集光裝置的第三實施例的一立體示意圖；圖11是本發明平板式集光裝置的第四實施例的一立體示意圖；圖12是該第四實施例的一側視示意圖；及圖13是本發明平板式集光裝置的第五實施例的一立體示意圖；及 圖14是本發明平板式集光裝置的第六實施例的一立體示意圖。
在本發明被詳細描述前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖2、圖3及圖4，本發明平板式集光裝置的一第一實施例，包含一個第一集光器3及一個第二集光器60。
該第一集光器3包括一個導光板4及一個第一集光件單元50。該導光板4及該第一集光件單元50的材質例如光可穿透材料。該光可穿透材料例如折射率為1.5的聚甲基丙烯酸甲酯。在該第一實施例中，該導光板4及該第一集光件單元50的材質為折射率為1.5的聚甲基丙烯酸甲酯。
該導光板4界定出一個長度方向X，及一個垂直於該長度方向X的寬度方向Y。該導光板4包括一個在該長度方向X上的第一端部41，及一個相反於該第一端部41且在該長度方向X上的第二端部42。該導光板4的長度是依據讓光線L能夠聚焦於該導光板4的第二端部42(參閱圖6)的目的，或讓聚焦的光點P(參閱圖6)的寬度最小化，或讓第二集光件單元6的寬度為最小化以增加集光倍率，來進行調整。在該第一實施例中，該導光板4的厚度為0.5mm，且長度為88cm。該導光板4的第一端部41包括一個第一表面411、一個 相反於該第一表面411的第二表面412，及一個連接該第一表面411及該第二表面412且傾斜於該第一表面411及該第二表面412的端面410。該端面410與該第一表面411的夾角為銳角，而該端面410與該第二表面412的夾角為鈍角。在該第一實施例中，該導光板4的第一端部41的端面410與該第一表面411的夾角為12度。
該第一集光件單元50包括一個第一集光件5。該第一集光件5設置在該導光板4的第一端部41的第一表面411上，且部分突出於該導光板4的第一端部41的第一表面411。該第一集光件5沿著該寬度方向Y延伸並呈弧狀。該第一集光件5具有一個突出於該導光板4的第一端部41的第一表面411的弧面51。在該第一實施例中，該第一集光件5的厚度為10mm，且該弧面51為拋物面。
該第二集光器60包括一個第二集光件單元6，及複數個用來改變光的折射角度的稜鏡7。該第二集光件單元6在該長度方向X上，且設置在該導光板4的第二端部42，並相對該第一集光器3的導光板4沿著該寬度方向Y移動。該第二集光件單元6的材質例如光可穿透材料。該光可穿透材料例如折射率為1.5的聚甲基丙烯酸甲酯。在該第一實施例中，該第二集光件單元6的材質為折射率為1.5的聚甲基丙烯酸甲酯。
該第二集光件單元6包括三個間隔並排地設置在該導光板4的第二端部42且寬度不同的第二集光件61。每一個第二集光件 61的寬度及厚度由鄰近該導光板4的第二端部42朝向遠離該第二端部42逐漸變窄及變薄，即，每一個第二集光件61鄰近該導光板4的第二端部42的一端部的寬度及厚度是大於遠離該導光板4的第二端部42的一端部的寬度及厚度，以使遠離該導光板4的第二端部42的該端部的集光面積最小化，從而增加集光倍率。在該第一實施例中，該等第二集光件61的寬度w分別為5.6mm、10.0mm，及15.2mm。該等第二集光件61的寬度w，依據該第一集光器3的導光板4的寬度、或該光線L接觸該第一集光件5的弧面51的入射角的不同而導致形成的聚焦的光點P(參閱圖6)在該導光板4的第二端部42上的位置不同，或聚焦的光點P的尺寸大小，進行調整。在該第一實施例中，寬度為5.6mm的第二集光件61配合該光線L接觸該第一集光件5的弧面51的入射角為0度至7度、寬度為10.0mm的第二集光件61配合該光線L接觸該第一集光件5的弧面51的入射角為7度至14度，而寬度為15.2mm的第二集光件61配合該光線L接觸該第一集光件5的弧面51的入射角為14度至24度。值得說明的是，該等第二集光件61的數目不以三個為限，可以是兩個、四個、五個，或六個等等，依據該光線L接觸該第一集光件5的弧面51的入射角的劃分進行調整。此外，當該入射角較大(例如大於7度)時，該等稜鏡7設置於用於收集較大的入射角的光線L的第二集光件61的內部並靠近該導光板4的第二端部42。在該第一實施例中，一個稜鏡 角度為33度的藍寶石(sapphire)稜鏡7設置在寬度為10.0mm的第二集光件61的內部並接觸該導光板4的第二端部42，而一個稜鏡角度為48度的藍寶石稜鏡7設置在寬度為15.2mm的第二集光件61的內部並接觸該導光板4的第二端部42。
參閱圖5及圖6，在該平板式集光裝置運作狀態下，該光線L(例如太陽光線)進入該第一集光器3的該第一集光件5的內部，並接觸該第一集光件5的弧面51，該弧面51會使該光線L進行全反射，而被反射的光線進入該導光板4且於該導光板4的內部反射震盪，並聚焦於該導光板4的第二端部42形成該聚焦的光點P，接著，經由該導光板4的第二端部42導出，而進入該第二集光件單元6。當該光線L進入該第一集光件5的入射角的不同而導致該聚焦的光點P於該導光板4的第二端部42的位置不同時，該第二集光件單元6因應該聚焦的光點P在該導光板4的第二端部42的位置，而相對該第一集光器3的導光板4沿著該寬度方向Y移動，以接收該聚焦的光點P。參閱圖7，當該光線L，例如光線L1與光線L2，進入該第一集光件5的入射角的不同(此處的入射角為光線在YZ平面上且與Z軸的夾角)，該光線L1所形成的聚焦的光點P與該光線L2所形成的聚焦的光點P在該導光板4的第二端部42的位置也不同，且隨著入射角變大，該聚焦的光點P的位置越偏離該導光板4的第二端部42的中心，且該聚焦的光點P也會彌散開來而導致該聚焦的光點P的尺 寸變大。
本發明透過該第一集光件5的弧面51，使該光線L被反射並聚焦於該導光板4的第二端部42，而不需要以往平板式集光器的反射式稜鏡耦合件，因而也不需要與透鏡進行對位。再者，利用該第一集光件5使該光線L進行內部全反射的方式來集光，較無色散的困擾，且因為該光線L在內部全反射時，入射光與反射光都在該第一集光件5中，因此無論該第一集光件5的折射率如何改變，反射角永遠等於入射角，而不會有色差產生，從而能夠減少該光線L因色差而降低耦合效率的問題。最後，當本發明平板式集光裝置用於收集太陽光線時，由於太陽的軌跡會隨著季節及時間變換，為能夠提高集光效率，往往集光器會搭配追跡裝置(tracker)，以因應太陽軌跡的變換。該追跡裝置例如單軸式追跡器或雙軸式追跡器。本發明平板式集光裝置因該第二集光件單元6能夠相對該第一集光器3的導光板4沿著該寬度方向Y移動，當太陽仰角隨著季節變換導致該聚焦的光點P在該導光板4的第二端部42的位置產生偏移時，該第二集光件單元6能夠因應該光線L進入該第一集光件5的入射角的不同而導致該聚焦的光點P在該導光板4的第二端部42的位置不同而移動，以接收該光線L，因此，本發明平板式集光裝置能夠與該單軸式追跡器搭配使用，從而減少追跡空間，此外，該第二集光件單元6能夠因應該光線L進入該第一集光件5的入射角的不同來 收集光線L，因而能夠有效提高集光倍率。
本發明平板式集光裝置的使用，以架設於台北北緯25.05度來說明，且該平板式集光裝置的法線方向的傾斜角度是依據該平板式集光裝置的架設的緯度來調整。將本發明平板式集光裝置架設於單軸式追跡器上，且該平板式集光裝置的法線方向傾斜固定在25.05度擺放。於每天太陽東升西落的方位角α變化做追跡，但仰角則無追跡。在春秋分時，該平板式集光裝置的法線方向恰與太陽仰角方向一致，且太陽光入射角(β)為0度。到了離春秋分最遠的冬夏至，太陽仰角最低為66.5度，而太陽光入射角(β)為±23.5°內，因此，在本發明中，該平板式集光裝置的集光範圍在太陽光入射角為±24度內的光線，皆可以平移該第二集光件單元6的方式，達到收集光的功能。
參閱圖8及圖9，本發明平板式集光裝置的一第二實施例是類似於該第一實施例，且與該第一實施例主要不同在於：該導光板4的第一端部41呈階梯狀，且包括三個間隔地沿著一垂直該長度方向X及該寬度方向Y的排列方向Z排列設置的第一表面411，及三個間隔地沿著該長度方向X排列設置且分別將相鄰的兩個第一表面X連接在一起，並傾斜於相鄰的兩個第一表面411的端面410。該第一集光件單元50包括三個間隔並排地分別設置在該導光板4的第一端部41的該等第一表面411的第一集光件5。該等第一集光件5沿著 該長度方向X排列，且每一個第一集光件5的弧面51突出於該導光板4的第一端部41的對應的第一表面411。該等第一集光件5的高度在該長度方向X逐漸遞增。值得說明的是，該等第一集光件5的數目不以三個為限，可以是兩個、四個、五個等等。
相較於該第一實施例，在該第二實施例中，每一個第一集光件5與該導光板4的第一端部41的對應的端面410共同界定出一個空間40，由於該等空間40的存在，能夠避免在該導光板4的內部行進的光線L因解耦而損失，舉例來說，參閱圖9，最左邊的第一集光件5的光線L進入該導光板4後，會因為位於中間的第一集光元件5下方的空間40，而使得光線L得以在該導光板4的內部以全反射行進，因而能夠避免在該導光板4的內部行進的光線L因解耦而逸失，又例如，中間的第一集光件5的光線L進入該導光板4後，會因為位於最右邊的第一集光元件5下方的空間40，而使得光線L得以在該導光板4的內部以全反射行進，因而能夠避免在該導光板4的內部行進的光線L因解耦而逸失。
參閱圖10，本發明平板式集光裝置的一第三實施例是類似於該第二實施例，且與該第二實施例主要不同在於：在該第三實施例中，該平板式集光裝置包含兩個並排地設置的第一集光器3。值得說明的是，該等第一集光器3的數目不以兩個為限，可以是三個、四個、五個等等，依據應用的場地或光線L的入射角進行調整。 該第一集光器3如同該第二實施例的第一集光器3，故不再贅述。每一個第一集光器3的該等第一集光件5沿著該長度方向X排列。該第二集光件單元6在該長度方向X上，且設置於該等第一集光器3的該等導光板4的該等第二端部42，並相對每一個第一集光器3的導光板4移動。
相較於該第二實施例，在該第三實施例中，當該光線L以較大的入射角進入其中一個第一集光器3而導致該聚焦的光點P未位於對應的該導光板4的該第二端部42並產生橫向位移至相鄰的第一集光器3的導光板4時，相鄰的第一集光器3的導光板4能夠承接該聚焦的光點P，以進入該第二集光件單元6內。
參閱圖11及圖12，本發明平板式集光裝置的一第四實施例，包含六個堆疊設置的第一集光器3及一個第二集光器60。值得說明的是，該等第一集光器3的數目不以六個為限，可以是兩個、三個、四個、五個等等。該第一集光器3如同該第二實施例的第一集光器3，故不再贅述。該等第一集光器3的該等第一集光件5沿著該長度方向X排列。位於上方的第一集光器3的導光板4的第二端部42是突出於下方的第一集光器3的該導光板4的該第二端部42。該第二集光器60包括一個第二集光件單元6、複數個稜鏡單元70，及複數個延伸件單元80。該第二集光件單元6包括五個第二集光件61。該等第二集光件61沿著該寬度方向Y並排地設置，且相對每一 個第一集光器3的該導光板4沿著該寬度方向Y移動。該等第二集光件61的寬度w自中央的第二集光件61起向外逐漸變大，即，中央的第二集光件61的寬度最小，而最外側的兩個第二集光件61的寬度最大。每一個第二集光件61的寬度及厚度由鄰近該導光板4的第二端部42朝向遠離該第二端部42逐漸變窄及變薄，即，每一個第二集光件61鄰近該導光板4的第二端部42的一端部的寬度及厚度是大於遠離該導光板4的第二端部42的一端部的寬度及厚度，以使遠離該導光板4的第二端部42的該端部的集光面積最小化，從而增加集光倍率。每一個延伸件單元80用來將各自的導光板4及該第二集光器60連接。每一個延伸件單元80具有五個在該寬度方向Y並排設置的延伸件8。每一個延伸件8具有一個連接各自第一集光器3的導光板4的第二端部42的第一端部81，及一個相反於該第一端部81且連接該第二集光器60的第二端部82。該等延伸件單元80的長度不同，且該等延伸件單元80的該等延伸件8的該等第二端部82是齊平的。每一個稜鏡單元70設置在各自延伸件單元80的內部且靠近對應的各自第一集光器3的導光板4的第二端部42。每一個稜鏡單元70具有兩個第一稜鏡71及兩個第二稜鏡72。該等第一稜鏡71的位置分別對應該等第二集光件61中位於最外側的兩個第二集光件61。該等第二稜鏡72的位置分別對應位於該等第二集光件61中最外側的兩個第二集光件61與中央的第二集光件61間的兩個第二集 光件61。在該第四實施例中，該等延伸件單元80的排列呈階梯狀。
參閱圖13，本發明平板式集光裝置的一第五實施例是類似於該第四實施例，且與該第四實施例主要不同在於：在該第五實施例中，該平板式集光裝置包含複數個並排設置的集光器機構301。每一個集光器機構301包含六個堆疊設置的第一集光器3及一個第二集光器60。該等集光器機構301的第一集光器3位於同側。該等第一集光器3及該第二集光器60如該第四實施例所述，故不再贅述。
參閱圖14，本發明平板式集光裝置的一第六實施例是類似於該第五實施例，且與該第五實施例主要不同在於：該等集光器機構301呈堆疊設置，且，其中一個集光器機構301的該等第一集光器3與另一個集光器機構301的該等第一集光器3位於不同側。在該第六實施例中，每一個集光器機構301的該等第一集光件5的整體總長度約為該集光器機構301的總長度的一半，且該等集光器機構301呈上下堆疊設置，而讓該等第一集光件5的面積佔比趨近於100%，從而提高空間利用效率。此處所述的空間利用效率指的是集光(或收光)面積與安裝的空地面積的比例。
為了降低介面反射損耗，在該等實施例中，元件間的銜接處在不影響光學特性的情況下可以充填光學膠，以消除在銜接處中存在會導致介面反射損耗的空氣。
綜上所述，透過該第一集光件5的弧面51，使該光線L被反射並聚焦於該導光板4的第二端部42，而不需要以往平板式集光器的反射式稜鏡耦合件，因而也不需要與透鏡進行對位。再者，透過該第二集光件單元6能夠相對該導光板4沿著該寬度方向Y移動，而能夠因應該光線L進入該第一集光件5的入射角的不同來收集光線L，因而能夠有效提高集光倍率，故確實能達成本發明的目的。
惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。
3:第一集光器
51:弧面
4:導光板
60:第二集光器
41:第一端部
6:第二集光件單元
411:第一表面
61:第二集光件
410:端面
7:稜鏡
42:第二端部
X:長度方向
50:第一集光件單元
Y:寬度方向
5:第一集光件
Z:排列方向
40:空間

Claims (14)

  1. 一種平板式集光裝置，包含：至少一第一集光器，包括一導光板，界定出一長度方向及一垂直於該長度方向的寬度方向，且在該長度方向上包括一第一端部，及一相反於該第一端部的第二端部，及一第一集光件單元，具有至少一第一集光件，設置在該導光板的第一端部，且沿著該寬度方向延伸並呈弧狀，且具有一弧面；及一第二集光器，在該長度方向上且設置在該導光板的第二端部，並相對該導光板沿著該寬度方向移動；其中，當光線進入該至少一第一集光件內部並接觸該至少一第一集光件的弧面時，該光線會被該弧面反射並進入該導光板，且在該導光板內部反射震盪並聚焦於該導光板的第二端部，再由該導光板的第二端部導出而進入該第二集光器。
  2. 如請求項1所述的平板式集光裝置，其中，該導光板的第一端部包括一個供該第一集光件單元設置的第一表面、一個相反於該第一表面的第二表面，及一個連接該第一表面及該第二表面且傾斜於該第一表面及該第二表面的端面。
  3. 如請求項2所述的平板式集光裝置，其中，該第一集光件單元包括一個第一集光件。
  4. 如請求項3所述的平板式集光裝置，其中，該第一集光件的弧面突出於該導光板的第一端部的第一表面。
  5. 如請求項1所述的平板式集光裝置，其中，該導光板的第一端部呈階梯狀且包括複數個間隔地沿著一垂直該長度方向及該寬度方向的排列方向排列設置的第一表面，及複數個間隔地沿著該長度方向排列設置且分別將相鄰的兩個第一表面連接一起，並傾斜於相鄰的兩個第一表面的端面；該第一集光件單元包括複數個在該長度方向間隔並排地分別設置在該導光板的第一端部的該等第一表面的第一集光件。
  6. 如請求項5所述的平板式集光裝置，其中，該第一集光件單元的該等第一集光件的該等弧面分別突出於該導光板的第一端部的該等第一表面。
  7. 如請求項6所述的平板式集光裝置，其中，該等第一集光件的高度在該長度方向逐漸遞增。
  8. 如請求項1至7中任一項所述的平板式集光裝置，其中，該第二集光器包括一個第二集光件單元，而該第二集光件單元包括複數個並排地設置且位於該導光板的第二端部且寬度不同的第二集光件。
  9. 如請求項8所述的平板式集光裝置，其中，該第二集光器還包括複數個對應地設置在該等第二集光件的內部且鄰近該導光板的第二端部的稜鏡。
  10. 如請求項1所述的平板式集光裝置，包含複數個並排設置的第一集光器，且該第二集光器相對每一個第一集光器的 導光板沿著該寬度方向移動。
  11. 如請求項1所述的平板式集光裝置，包含複數個堆疊設置的第一集光器，該等第一集光器的該等第一集光件在該長度方向上排列；該第二集光器包括一個與該等第一集光器的該等導光板的該等第二端部間隔設置的第二集光件單元，及複數個延伸件單元；每一個延伸件單元包括複數個延伸件，且每一個延伸件具有一個連接各自第一集光器的導光板的第二端部的第一端部，及一個相反於該第一端部且連接該第二集光件單元的第二端部，其中，該等延伸件的該等第二端部是齊平的。
  12. 如請求項11所述的平板式集光裝置，該第二集光器還包括複數個分別地設置在該等延伸件單元的內部且鄰近各自導光板的第二端部的稜鏡單元。
  13. 如請求項12所述的平板式集光裝置，其中，該第二集光件單元包括複數個並排地設置且寬度不同的第二集光件。
  14. 一種平板式集光裝置，包含：複數個並排設置的集光器機構，每一個集光器機構包括複數個堆疊設置的第一集光器，每一個第一集光器包括一導光板，界定出一長度方向及一垂直於該長度方向的寬度方向，且在該長度方向上包括一第一端部，及一相反於該第一端部的第二端部，及 一第一集光件單元，具有至少一第一集光件，設置在該導光板的第一端部，且沿著該寬度方向延伸並呈弧狀，且具有一弧面，其中，每一個第一集光器單元的該等第一集光器的該等第一集光件在該長度方向上排列；一個第二集光器，在該長度方向上且設置在每一個第一集光器的導光板的第二端部，並相對每一個第一集光器的導光板沿著該寬度方向移動；其中，當光線進入該等第一集光件內部並接觸該等第一集光件的該等弧面時，該光線會被該等弧面反射而進入該等導光板，且在該等導光板內部反射震盪並聚焦於該等導光板的該等第二端部，再由該等導光板的該等第二端部導出並進入該第二集光器。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102403391A (zh) * 2011-08-30 2012-04-04 香港应用科技研究院有限公司 聚光及能量转换系统
TW201608818A (zh) * 2014-08-22 2016-03-01 友達光電股份有限公司 光電轉換模組支架
TW201608817A (zh) * 2014-08-22 2016-03-01 新日光能源科技股份有限公司 太陽能電池及其太陽能電池模組
CN206364765U (zh) * 2016-03-10 2017-07-28 南京熊猫电子股份有限公司 一种基于太阳光聚光转为线性光源的装置
US20180145626A1 (en) * 2016-11-18 2018-05-24 Lg Electronics Inc. Solar cell module
US20180323327A1 (en) * 2015-10-30 2018-11-08 Tropiglas Technologies Ltd Panel structure for receiving light and generating electricity

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080202500A1 (en) * 2004-12-17 2008-08-28 Hodges Alastair Mcindoe Electromagnetic Radiation Collector
CN101681949B (zh) * 2007-05-01 2013-03-27 摩根阳光公司 光导太阳能电池板及其制备方法
US7672549B2 (en) * 2007-09-10 2010-03-02 Banyan Energy, Inc. Solar energy concentrator
CN102216695B (zh) * 2008-09-19 2013-12-25 加利福尼亚大学董事会 用于太阳能采集的系统和方法及相关的制造方法
US20120006382A1 (en) * 2010-06-07 2012-01-12 Hypersolar, Inc. Thin and flat solar collector-concentrator
US9575298B2 (en) * 2015-04-07 2017-02-21 National Taiwan Normal University Light collector
US10304983B2 (en) * 2015-10-27 2019-05-28 Glint Photonics, Inc. Sunlight collection system with lightguide having solid and fluid components

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102403391A (zh) * 2011-08-30 2012-04-04 香港应用科技研究院有限公司 聚光及能量转换系统
TW201608818A (zh) * 2014-08-22 2016-03-01 友達光電股份有限公司 光電轉換模組支架
TW201608817A (zh) * 2014-08-22 2016-03-01 新日光能源科技股份有限公司 太陽能電池及其太陽能電池模組
US20180323327A1 (en) * 2015-10-30 2018-11-08 Tropiglas Technologies Ltd Panel structure for receiving light and generating electricity
CN206364765U (zh) * 2016-03-10 2017-07-28 南京熊猫电子股份有限公司 一种基于太阳光聚光转为线性光源的装置
US20180145626A1 (en) * 2016-11-18 2018-05-24 Lg Electronics Inc. Solar cell module

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