TWI722919B - 太陽能發電模組的收光裝置 - Google Patents

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Abstract

一種太陽能發電模組的收光裝置，該太陽能模組的收光裝置包含多個陣列設置於該太陽能發電模組的結構件。每一個結構件包括一具有二寬邊及二長邊的底面、一與該底面間隔一高度的頂點、二第一斜面，及二第二斜面。該等第一斜面是分別銜接於該頂點與該等寬邊間，而該等第二斜面是分別銜接於該頂點與該等長邊間。該等第一斜面分別與該底面的二個夾角間，及該等第二斜面分別與該底面的二個夾角間，有至少其中之一彼此不同，利用每一個結構件的不對稱型態，可因應該太陽能發電模組的所設置的方位角及傾斜角度參數，優化收光效能及發電效率。

Description

太陽能發電模組的收光裝置
本發明是有關於一種太陽能發電設備的輔助裝置，特別是指一種太陽能發電模組的收光裝置。
實務而言，由於太陽光的高度角、方位角在每一天的日照時間中，皆會持續不斷地改變，甚至時間區間還會隨著季節而有差異，若是要配合持續不斷變化的高度角、方位角而改變太陽能板的角度，目前通常採用將太陽能板安裝於一追日模組的方式，預先設定該追日模組的移動模式，藉由該追日模組的作動而配合太陽光的高度角、方位角，使該太陽能板能維持在最佳的收光角度。然而，由於太陽光的高度角、方位角是連續性地變化，因此該追日模組運作時也必須持續執行高精度的移動，才能確實達成良好的追光效果，無論設置或者設備製作維護上，都必須耗費相當高的成本。
除了採用「追日」的方式以外，在不移動太陽能板的情況下，則會採用在太陽能板上設置微結構的方式，藉此增廣高效收光角度。其中，目前較常採用的微結構型態為金字塔型結構，而所述金字塔型結構的角度、高度、尺寸等等參數，將直接影響到增廣收光角度以及提高發電效率的實質效果。況且，目前為了節省用地並增廣設置面積而提高發電量，大多將太陽能發電模組設置於屋頂上，若是所設置的屋頂具有傾角，也必須將所述傾角納入考量，才能有效調整參數而達到相對較佳的效果。
因此，本發明之目的，即在提供一種藉由微結構幾何參數的最佳化以優化收光效果之太陽能發電模組的收光裝置。
於是，本發明太陽能發電模組的收光裝置，該太陽能發電模組適用於安裝在一相對水平面呈一小於60度之傾角的安裝面，該太陽能模組的收光裝置包含多個陣列設置於該太陽能發電模組的結構件。
每一個結構件包括一與該太陽能發電模組呈平行的底面、一與該底面間隔一高度的頂點、二第一斜面，及二第二斜面。該底面具有二彼此間隔而沿平行一第一軸線之方向延伸的寬邊，及二彼此間隔而沿平行一第二軸線之方向延伸且分別銜接於該等寬邊之相反兩端的長邊。該等第一斜面是分別銜接於該頂點與該等寬邊之間，而該等第二斜面是分別銜接於該頂點與該等長邊之間。
該等第一斜面分別與該底面的二個夾角之間，及該等第二斜面分別與該底面的二個夾角之間，有至少其中之一彼此不同。
本發明之功效在於：配合該太陽能發電模組所安裝之具有傾角的安裝面，藉由使該等第一斜面及/或該等第二斜面呈現非對稱的該等結構件，經實際日照測試確實可優化收光效果，並且提高該太陽能發電模組的發電效率。
參閱圖1與圖2，為本發明太陽能發電模組的收光裝置之一實施例，該太陽能發電模組11的表面是以玻璃製成，玻璃材質的折射率為1.52。該太陽能發電模組11適用於安裝在一相對水平面呈8度之傾角的安裝面10上，具體而言所述的安裝面10即為屋頂。本實施例包含多個陣列設置於該太陽能發電模組11的結構件2。其中，該等結構件2是以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)所製成，就材料特性而言，其透光度為92%，而折射率則為1.49。
參閱圖3並配合圖1，每一個結構件2包括一與該太陽能發電模組11呈平行的底面21、一與該底面21間隔一高度的頂點22、二自該頂點22往相反兩側延伸的第一斜面23，及二自該頂點22往相反兩側延伸且銜接於該等第一斜面23相反兩側的第二斜面24。該底面21具有二彼此間隔而沿平行一第一軸線X之方向延伸的寬邊211，及二彼此間隔而沿平行一第二軸線Y之方向延伸且分別銜接於該等寬邊211之相反兩端的長邊212。該等第一斜面23是分別銜接於該頂點22與該等寬邊211之間，而該等第二斜面24是分別銜接於該頂點22與該等長邊212之間。
定義該長邊212與該寬邊211之長度的差值為參數C，且該頂點22與該底面21間隔的該高度為參數D，而該頂點22投影至該底面21時，在該第一軸線X上的位置是以該寬邊211的百分比值A來表示，在該第二軸線Y上的位置是以該長邊212的百分比值B來表示。
[表一]
參數 單位 水準
-1 0 1
百分比值A % 25 50 75
百分比值B % 25 50 75
參數C mm -0.375 0 0.375
參數D mm 0.5 0.75 1
依據上述之百分比值A、百分比值B、參數C、參數D，可具體表示出一個呈金字塔型之該結構件2的型態。然而，以參數最佳化的角度而言，上述各種參數有無數種的排列組合，在本實施例中是採用反應曲面法(Reponse Surface Methodology , RSM)求解最佳化的結構參數。參閱如上[表一]，本實施例是以參數D(高度)為0.75mm，而該底面21之該長邊212及該寬邊211皆是0.5mm為基本尺寸，再藉由百分比的方式來呈現該長邊212及該寬邊211相對於基本尺寸的比例。
[表二]
  百分比值A 百分比值B 參數C 參數D 光通量提升率
1 25 75 0.38 0.5 11.376
2 0 50 0 0.75 10.248
3 50 0 0 0.75 7.431
4 100 50 0 0.75 8.729
5 75 25 0.38 1 13.827
6 25 75 -0.38 0.5 10.290
7 75 75 -0.38 0.5 11.664
8 50 50 0 0.75 12.610
9 25 75 -0.38 1 12.115
10 50 50 0 0.75 12.610
11 25 25 -0.38 0.5 10.413
12 50 50 0 0.75 12.610
13 75 25 -0.38 1 12.953
14 50 50 0 0.25 9.635
15 75 25 0.38 0.5 12.860
16 25 75 0.38 1 12.128
17 25 25 0.38 0.5 11.354
18 50 50 0.75 0.75 12.665
19 75 75 0.38 0.5 12.831
20 25 25 0.38 1 12.096
21 50 50 -0.75 0.75 12.194
22 50 100 0 0.75 7.361
23 25 25 -0.38 1 12.042
24 75 75 -0.38 1 13.311
25 75 25 -0.38 0.5 11.685
26 50 50 0 1.25 13.854
27 50 50 0 0.75 12.610
28 75 75 0.38 1 13.884
29 50 50 0 0.75 12.610
30 50 50 0 0.75 12.610
依據如上操作，藉由反應曲面法以百分比值A、百分比值B、參數C、參數D求解最佳化，如[表二]所呈現地實際帶入TracePro軟體執行光通量提升率的模擬。經過分析與歸納後，可得百分比值A、百分比值B、參數C、參數D與該太陽能發電模組11之光通量提升率R的反應曲面方程式為： R= 12.86 + 0.5868A – 0.0322B + 0.7677C +0.8698D – 0.5680A 2– 0.9912B 2
參閱圖4與圖5，藉由上述經驗公式，可知在該底面21為「對稱」之矩形的情況下，將每一個結構件設計為「非對稱」的型態時，也就是該等第一斜面23分別與該底面21的二個夾角之間，及該等第二斜面24分別與該底面21的二個夾角之間，有至少其中之一彼此不同，相較於完全沒有設置該等結構件2而言，可預期有7~14%的光通量提升。
參閱圖6並配合圖2，依照反應曲面法歸納出最佳化參數而實際製作，並將該等結構件2安裝於太陽能發電模組11上而實際於單日的日照時間(6:00~18:00)執行收光。為了呈現出本實施例之功效，同時亦與未安裝本實施例的相同發電模組比較，藉此以實際數據差異凸顯本實施例之優化收光的效果。由圖6所呈現之比較曲線，曲線A代表原始的輻射照度，而曲線B為未安裝本實施例的對照組，曲線C則為安裝有本實施例的實驗組，可知安裝有本實施例的發電效能在各時段的表現都明顯優於未安裝的對照組，故可見本實施例不僅是經由模擬有可預期的效能提升，實際實施而以發電數據測量比較下，也確實有實質之發電效率的提升。
值得特別說明的是，考量到太陽能矽晶板在溫度過高時可能會讓轉換電能的效率變差，因此溫度參數也是其中一個需考量的要點。經實際測試，發現即便在一個月的日照最高值1046W/m 2的情況下，不僅相較於未安裝本實施例之對照組的發電提升效能可維持在9.33%的提升，安裝本實施例與否的實驗組及對照組的溫度最高分別為54.27℃及53.30℃，僅有約1℃之不會明顯影響發電效能的差異，此現象除了反應安裝本實施例的實驗組確實因收光效果較高而溫度略有升高，也顯示實驗組不至於因溫度過度提升而影響到優化的發電效能。
綜上所述，本發明太陽能發電模組的收光裝置，將每一個結構件2的幾何結構以特定參數表示，經由反應曲面法求解最佳化而歸納出經驗公式後，確實可據此製造特定尺寸的該等結構件2，並在安裝於太陽能發電模組11後優化收光效果，進而提高發電性能。因此，確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
10:安裝面 11:太陽能發電模組 2:結構件 21:底面 211:寬邊 212:長邊 22:頂點 23:第一斜面 24:第二斜面 X:第一軸線 Y:第二軸線
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一側視分解圖，說明本發明太陽能發電模組的收光裝置之一實施例； 圖2是一局部放大圖，配合圖1說明該實施例的多個結構件； 圖3是一俯視的示意圖，說明該等結構件的其中之一，以及用於採用反應曲面法來求解最佳化的參數； 圖4與圖5是不同角度的側視圖，說明該等結構件的型態；及 圖6是一折線圖，呈現未安裝本實施例的數據與安裝本實施例的數據，藉以說明本實施例的實際功效。
2:結構件
21:底面
211:寬邊
212:長邊
22:頂點
23:第一斜面
24:第二斜面
X:第一軸線
Y:第二軸線

Claims (5)

  1. 一種太陽能發電模組的收光裝置，該太陽能發電模組適用於安裝在一相對水平面呈一小於60度之傾角的安裝面，該太陽能模組的收光裝置包含多個陣列設置於該太陽能發電模組的結構件，每一個結構件包括：一底面，與該太陽能發電模組呈平行，並具有二彼此間隔而沿平行一第一軸線之方向延伸的寬邊，及二彼此間隔而沿平行一第二軸線之方向延伸且分別銜接於該等寬邊之相反兩端的長邊，每一個寬邊的長度與每一個長邊的長度不同；一頂點，與該底面間隔一高度；二第一斜面，分別銜接於該頂點與該等寬邊之間；及二第二斜面，分別銜接於該頂點與該等長邊之間；該等第一斜面分別與該底面的二個夾角之間，及該等第二斜面分別與該底面的二個夾角之間，有至少其中之一彼此不同。
  2. 如請求項1所述太陽能發電模組的收光裝置，該傾角為8度，定義該長邊與該寬邊之長度的差值為參數C，且該頂點與該底面間隔的該高度為參數D，而該頂點投影至該底面時，在該第一軸線上的位置是以該寬邊的百分比值A來表示，在該第二軸線上的位置是以該長邊的百分比值B來表示，其中，以百分比值A、百分比值B、參數C、參數D歸納與該太陽能發電模組之光通量提升率R的反應曲面 方程式為：R=12.86+0.5868A-0.0322B+0.7677C+0.8698D-0.5680A2-0.9912B2。
  3. 如請求項1所述太陽能發電模組的收光裝置，其中，該等結構件的材料折射率介於1.4至1.5之間。
  4. 如請求項1所述太陽能發電模組的收光裝置，其中，該等結構件的材料透光率為90%至95%。
  5. 如請求項1至4任一項所述太陽能發電模組的收光裝置，其中，該等結構件是以聚甲基丙烯酸甲酯所製成。
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