TWI850349B - 太陽聚熱收集裝置及太陽光發電系統 - Google Patents

Abstract

在此揭示一種太陽聚熱收集裝置及太陽光發電系統。所述太陽聚熱收集裝置具有碟盤本體、光收集件和聚熱反射裝置。所述碟盤本體用以聚集光能和熱能；聚熱反射裝置架設於碟盤本體上；以及光收集件設於碟盤本體上，且相對於聚熱反射裝置設置，用以接收聚熱反射裝置所傳導的光能。

Description

太陽聚熱收集裝置及太陽光發電系統

本發明是有關於一種太陽聚熱收集裝置及太陽光發電系統，且特別是有關於一種適用於非室外空間使用的太陽光發電系統。

為達到環境永續發展的目的，綠能科技的開拓及運用極為重要，而其中，又以太陽能發電技術為綠能科技產業的主力之一。各國無不致力於推行太陽能發電的種電政策，降低碳排量，產生乾淨的再生能源。然而，在地狹人稠、土地面積有限的國家，太陽能發電模組的設置對於土地利用而言，係為一大負擔。原則上，在充滿著大樓的都市，僅能選擇在建築物的頂樓設置發電模組，進行太陽能發電，但這樣的設置方式，基於面積配置的限制，其產電量有限。再者，若於綠地上大規模的配置太陽能發電模組，對於環境而言亦為一大負擔，綠地被大量的太陽能面板覆蓋，造成土地無法再受到陽光的照射，逐漸變得貧瘠，與原本希望藉由綠能發電維持環境永續發展之初衷背道而馳。

有鑑於此，目前先前技術中的太陽能發電模組無法達到與環境互利共生之目的，反而容易造成環境的破壞，為了改善先前技術的缺陷，本領域亟需一種改良的太陽聚熱收集裝置及發電系統，以改善先前技術的不足。

發明內容旨在提供本揭示內容的簡化摘要，以使閱讀者對本揭示內容具備基本的理解。此發明內容並非本揭示內容的完整概述，且其用意並非在指出本發明實施例的重要/關鍵元件或界定本發明的範圍。

本發明係有關於一種太陽聚熱收集裝置和太陽光發電系統，能夠提升太陽能利用效率，並產生互利共生的再生能源利用環境。

本發明第一態樣是關於一種太陽聚熱收集裝置，其能夠同時收集日照的光能和熱能。在結構上，所述太陽聚熱收集裝置包含一碟盤本體、聚熱反射裝置和光收集件，其中所述碟盤本體用以聚集太陽的光能和熱能；聚熱反射裝置架設於碟盤本體上，用以收集碟盤本體所聚集的太陽的光能和熱能；光收集件設於碟盤本體上，且相對於聚熱反射裝置設置，用以接收所述聚熱反射裝置所反射和/或折射的光能。

依據本發明一實施方式，所述聚熱反射裝置是一凸透鏡。在其他實施方式中，所述聚熱反射裝置是由金屬聚熱器和凸透鏡所組成。

依據本發明一具體的實施方式，所述光收集件在結構上包括一筒狀件、聚焦件和光纖導管，其中聚焦件設於筒狀件的上端，用以接收光能；以及光纖導管設於筒狀件的內部，用以接收並傳遞透過聚焦件所傳送的光能。

再者，在一實施方式中，所述聚焦件是一凸透鏡、平凸透鏡或非球面透鏡。在一具體的實施方式中，所述聚焦件是非球面透鏡且為菲涅爾透鏡。

依據本發明另一實施方式，所述太陽聚熱收集裝置更包含一柱狀件，與碟盤本體耦接，用以支撐碟盤本體。在本發明一實施方式中，所述太陽聚熱收集裝置中的光纖導管從光收集件延伸並穿設柱狀件之至少一部分。

本發明另一態樣是關於一種於非室外空間發電之太陽光發電系統，在結構上包含上述任一實施方式所示之太陽聚熱收集裝置；棚架結構、和至少一第一光電板。具體而言，所述棚架結構與太陽聚熱收集裝置耦接，界定出一個頂面和四個側面，定義出非室外空間；至少一第一光電板設於非室外空間中，用以接收光纖導管所導入的太陽能。在一較佳的實施方式中，所述光纖導管經配置能夠提供非室外空間的日照。

在可任選的實施方式中，所述第一光電板有複數個且可呈任意的方式排列，舉例而言，複數第一光電板呈層狀排列，或沿著非室外空間的頂面和/或四個側面設置。

在其他實施方式中，所述太陽光發電系統更包含至少一第二光電板，設於非室外空間外，且可設於頂面或任一側面，用以接收外界自然光源。

此外，在非限制的實施方式中，所述太陽光發電系統可更包含一蒸氣發電模組與太陽聚熱收集裝置耦接。

在參閱下文實施方式後，本發明所屬技術領域中具有通常知識者當可輕易瞭解本發明之基本精神及其他發明目的，以及本發明所採用之技術手段與實施態樣。

本發明主要符號說明列示如下：

100、200、200A、200B、200C、200D、300、400、600:太陽聚熱收集裝置

110、210、310、410:碟盤本體

111、211、311、411:光收集件

114、214、314、414:聚熱反射裝置

115、215、315、415:支架

116、216、316、416:筒狀件

118、218、318、418:聚焦件

120、220、320、620:柱狀件

125、225、325、625:光纖導管

201:光伏發電模組

212:導熱管

217:凸透鏡

219:金屬聚熱器

230、630、1130:棚架結構

301:蒸汽發電模組

320A:上端

320B:下端

322:螺旋筋

324:樁尖鐵

619:散射裝置

650A、650B、650C、650D、650X 750A、750B、750C、850、950A、950B、1150A、1150B、1150C:第一光電板

660:發電模組

2000、6000、7000:太陽光發電系統

為讓本發明的上述與其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖是依據本發明一實施方式所示之太陽聚熱收集裝置100的結構示意圖；第2圖是依據本發明另一實施方式所示之太陽聚熱收集裝置200的結構示意圖；第3圖是依據本發明一實施方式所示之太陽聚熱收集裝置300的外觀結構示意圖；第4圖是依據本發明另一實施方式所示之太陽聚熱收集裝置300的外觀結構示意圖；第5圖是第4圖所示之太陽聚熱收集裝置的柱狀件320；第6圖為依據本發明其他實施方式所示之太陽聚熱收集裝置400；第7圖為依據本發明又一實施方式所示之太陽光發電系統2000的配置示意圖；第8A圖和第8B圖為依據本發明一實施方式所示之應用於非室外空間的之太陽光發電系統6000；第9A圖和第9B圖為依據本發明不同實施方式所示之光電板750的排列方式；第10圖為依據本發明其他實施方式所示光電板852配置於非室外空間的外表面的外觀示意圖； 第11圖為依據本發明一實施方式所示之側壁948與光電板950A和950B排列的示意圖；第12圖為依據本發明又一實施方式所示之太陽光發電系統7000；以及第13圖為依據本發明一實施方式所示溫室植物栽培空間光電板的配置示意圖。

根據慣常的作業方式，圖中各種特徵與元件並未依比例繪製，其繪製方式是為了以最佳的方式呈現與本發明相關的具體特徵與元件。此外，在不同圖式間，以相同或相似的元件符號來指稱相似的元件/部件。

為了使本揭示內容的敘述更加詳盡與完備，下文針對了本發明的實施態樣與具體實施例提出了說明性的描述；但這並非實施或運用本發明具體實施例的唯一形式。實施方式中涵蓋了多個具體實施例的特徵以及用以建構與操作這些具體實施例的方法步驟與其順序。然而，亦可利用其他具體實施例來達成相同或均等的功能與步驟順序。

雖然用以界定本發明較廣範圍的數值範圍與參數皆是約略的數值，此處已儘可能精確地呈現具體實施例中的相關數值。然而，任何數值本質上不可避免地含有因個別測試方法所致的標準偏差。在此處，「約」通常係指實際數值在一特定數值或範圍的正負10%、5%、1%或0.5%之內。或者是，「約」一詞代表實際數值落在平均值的可接受標準誤差之內，視本發明所屬技術領域中具有通常知識者的考量而定。除了實驗例之外，或除非另有明確的說明，當可理解此處所用的所有範圍、數量、數值與百分比(例如用以描述材料 用量、時間長短、溫度、操作條件、數量比例及其他相似者)均經過「約」的修飾。因此，除非另有相反的說明，本說明書與附隨申請專利範圍所揭示的數值參數皆為約略的數值，且可視需求而更動。至少應將這些數值參數理解為所指出的有效位數與套用一般進位法所得到的數值。

在此所述「非室外空間」或「非戶外空間」一詞可交互使用，所述「非室外空間」和「非戶外空間」是指該空間非直接暴露於陽光下，意即所述「非室外空間」和「非戶外空間」至少有一部分設有頂面能夠部分或完全阻隔陽光。在一實施方式中，所述「非室外空間」和「非戶外空間」是由棚架或其他建築構件架設而成，且「非室外空間」和「非戶外空間」可以是完全封閉或部分封閉的空間。

除非本說明書另有定義，此處所用的科學與技術詞彙之含義與本發明所屬技術領域中具有通常知識者所理解與慣用的意義相同。此外，在不和上下文衝突的情形下，本說明書所用的單數名詞涵蓋該名詞的複數型；而所用的複數名詞時亦涵蓋該名詞的單數型。

先前技術所採用的綠能發電技術，尤其是利用太陽能發電，在地狹人稠的地方具有其限制，且大規模的設置太陽能板對於自然環境較不友善。因此，本案發明人首次提出一種互利共生的太陽聚熱收集裝置及發電系統，其能夠聚集太陽的熱能和光能作為經濟活動所需的能源外，同時該些能源可以再次循環使用產生電能。在較佳的實施方式中，本發明的太陽聚熱收集裝置和發電系統適合用在非室外空間，例如，應用在完全封閉或半封閉的非室外或戶外空間，此一優勢使得本發明的系統能夠應用在海水淡化、礦物提煉、溫室栽培的領域，讓人們可以利用本發明裝置或系統所提供的能源從事經濟活動的同時，該些能源能夠再次利用循環進行發電，得到一個互利且永續經營的環境。

為達上述目的，本發明第一態樣是關於一種太陽聚熱收集裝置，用以聚集太陽照射所發散的光能和熱能。請參見第1圖，該圖為依據本發明一實施方式所示之太陽聚熱收集裝置100，其在結構上包含碟盤本體110，聚熱反射裝置114和光收集件111。

具體而言，所述碟盤本體110是用以聚集太陽的熱能和光能，其匯聚太陽能之匯光面是由能夠使光反射和/或折射的材料所構成，例如為金屬材料、玻璃材料或塑膠材料。

所述聚熱反射裝置114是一能夠聚光聚熱的構件，能夠聚集碟盤本體110所收集的光能和熱能。在本實施方式中，聚熱反射裝置114設有一凸透鏡，並透過支架115設於碟盤本體110上。

再者，光收集件111在結構上包含筒狀件116、聚焦件118和光纖導管125。在較佳的實施方式中，所述筒狀件116設於碟盤本體110的中央處，且相對於所述聚熱反射裝置114設置。聚焦件118設於筒狀件116的上端，用以接收所述聚熱反射裝置114所傳導的光線，將光線(圖中虛線處)聚焦於筒狀件116內光纖導管125的端面上，其中光纖導管125穿設於筒狀件116內，用以收集和傳遞光能，以進行後續利用。在可任選的實施方式中，所述聚焦件118可以是一凸透鏡、平凸透鏡或螺旋透鏡。在一較佳的實施方式中，所述聚焦件118是螺旋透鏡，且為菲涅爾透鏡(Fresnel lens)。

此外，在本發明一實施方式中，為了支撐所述碟盤本體110於地面上，可設有一柱狀件120與所述碟盤本體110耦接。所屬技術領域具有通常知識者亦可依據使用需求，加以修改柱狀件120的支撐結構，例如，以固定座的形式存在。

第2圖為依據本發明另一實施方式所示之太陽聚熱收集裝置200，在結構上包含碟盤本體210、聚熱反射裝置214、光收集件211、柱狀件220和導熱管212。

具體而言，所述聚熱反射裝置214同樣透過支架215架設於碟盤本體210上。再者，聚熱反射裝置214在結構上由金屬聚熱器219和凸透鏡217所組成，能夠同時聚集和傳導光能和熱能。在一具體的實施方式中，所述金屬聚熱器219是銅聚熱器。如圖所示，在結構上所述聚熱反射裝置214中的的凸透鏡217設於金屬聚熱器219的下方。在可任選的實施方式中，所述聚熱反射裝置214為一體成型的構件，該凸透鏡217可以直接成型於金屬聚熱器219下方，或者是另外加裝凸透鏡217於聚熱反射裝置214之下方。

導熱管212的一端與聚熱反射裝置214耦接，用以傳導聚熱反射裝置214所收集的熱能，以利後續利用。再者，導熱管212數量的配置可依據使用需求加以調整，並不限於此。光收集件211的配置方式與第1圖所示相同，同樣是利用筒狀件216加以固定於碟盤本體210的中央處，筒狀件216的上端設有聚焦件218，以及內部設有光纖導管225。

在實際運作的過程，當陽光照射於碟盤本體210上，經由反射和/或折射將光能和熱能聚集於聚熱反射裝置214，再透過聚熱反射裝置214將所聚集的太陽光反射，經過聚焦件218將光線(圖中虛線處)聚焦於光纖導管225中光纖的端面上，再經由光纖傳送至發電模組(圖中未繪示)，同時聚熱反射裝置214透過導熱管212將熱能傳送至蓄熱模組(圖中未繪示)，以利後續應用。

此外，為了固定所述碟盤本體210於地面上，在結構上更設有柱狀件220，其上端與該碟盤本體210的下端耦接，用以支撐該碟盤本體210。本 發明所屬技術領域具有通常知識者應當可以理解，該些構件的結合可利用習知工程所採用的工法(如焊接或螺接)加以穩固接合。

第3圖和第4圖為依據本發明一實施方式之太陽聚熱收集裝置的結構示意圖。

如圖所示，所述太陽能聚熱收集300裝置的構件設有碟盤本體310、聚熱反射裝置314、光收集件311和柱狀件320。所述太陽能聚熱裝置300的結構與第1圖的類似，相同的技術特徵在此不另贅述。如圖所示，聚熱反射裝置314透過支架315設於碟盤本體310上，而光收集件311設於碟盤本體310的中央處，且相對於聚熱反射裝置314設置。光收集件311的聚焦件318、筒狀件316和光纖導管325的配置方式與第1圖所示相同，在此不另贅述，但其中不同的是所述光纖導管325從筒狀件316並加以延伸至柱狀件320內之至少一部分，以將收集到的光能進一步傳輸進行後續的利用。

請同時參見第5圖，該圖為依據本發明一實施方式所示之柱狀件320結構的示意圖，所述柱狀件320整體為圓柱狀上端320A為平面狀，下端320B為尖錐狀，以利入植入地面。此外，所述柱狀件320的內部設螺旋筋322，且於下端320B尖錐部設有樁尖鐵324。

第6圖為依據本發明另一實施方式所示之太陽聚熱收集裝置400。所述聚熱收集裝置400的結構原則上與第1圖相同，相同的技術特徵在此不另贅述。在本實施方式中，所述太陽能聚熱收集裝置400包括碟盤本體410、聚熱反射裝置414和光收集件411。

所述聚熱反射裝置414透過支架415架設於碟盤本體410上，聚焦件418設於筒狀件416的前端，與第5圖所示之碟盤本體410不同之處在於所述光 收集件411之筒狀件416的高度較低，僅略高於所述碟盤本體410的聚光面。由此可見，所述光收集件411的配置可隨著實際需求加以調整，其相對於碟盤本體410的高度。

第7圖為依據本發明一實施方式所示之太陽光發電系統2000，所述系統包括如第2圖所示之太陽聚熱收集裝置200、光伏發電模組201和蒸汽發電模組301。所述太陽聚熱收集裝置200能夠同時收集光能和熱能，為了進一步利用該些能源，所述太陽聚熱收集裝置200可透過導光管與光伏發電模組201耦接，以及透過導熱管以蒸汽發電模組301耦接或其他集熱設備(如，集熱儲存槽)耦接。在一較佳的實施方式中，所述太陽光發電系統2000適合應用在非室外空間，不僅能夠提供非室外空間的日照，亦可透過室內光電板的設置，進行電能轉換，二度利用能源以進行發電。

第8A圖和第8B圖為依據本發明一實施方式所示之應用於非室外空間的之太陽光發電系統6000。本發明的太陽光發電系統6000包含太陽聚熱收集裝置600、棚架結構630和至少四片第一光電板(650A、650B、650C、650D)和發電模組660。

所述太陽聚熱收集裝置600結構上與第1圖所示之太陽聚熱收集裝置100相同，因此，在此不再詳細說明太陽聚熱收集裝置600的結構。請參見第8A圖，所述太陽聚熱收集裝置600的柱狀件620可搭配棚架結構630配置，架設出非室外空間的建築骨架結構，界定出一個頂片和四個側面，其中柱狀件620可作為建築骨架結構中的一根柱子。在可任選的實施方式中，所述頂面和側面結構可利用習知的建築材料加以遮蔽，形成屋底和/或牆面。

請參見第8B圖，該圖為非室外空間內部配置示意圖。為了提供非室外空間的日照，所述太陽聚熱收集裝置600中可透過光纖導管625的延伸配置，將光能導引至特定位置，並藉由複數個散射裝置619將光能提供至所述非室外空間內。所述複數片第一光電板(650A、650B、650C、650D)設於非室外空間內且沿著側壁環繞設置，用以接受太陽聚熱收集裝置600傳導至該空間內的光線，以進行電能轉換，並將能源傳送至發電模組660(第8A圖)。

在非限制的實施方式中，所述光纖導管625的直徑約為0.1mm以上。原則上，本發明的太陽聚熱收集裝置600只要搭配單一光纖導管，即可將光能提供至非室外空間內所需的日照，但並不限於此。

再者，在本發明太陽光發電系統6000中，第一光電板(650A、650B、650C、650D)的配置不需直接面對陽光，且配置不限於特定角度，只要在能夠接收到本發明太陽聚熱收集裝置600所傳送至非室外空間的光能，即可進行發電作業。此外，為增加產電量亦可在非室外空間內的屋頂內面設有複數第一光電板650X，同樣透過接收本發明太陽聚熱收集裝置600所導入的陽光進行發電。

需要注意的是所述發電模組660可依據所屬技術領域中具有通常知識者實際使用的狀況加以選擇及搭配太陽光發電模組的設備，例如，蓄電池、變頻器、逆變器或電網等，在此不另贅述。

綜上，本發明所提出的太陽光發電系統6000能夠提供非室外空間的日照，並可同步收集太陽能進行能源再利用。因此，適合本發明太陽光發電系統6000的空間可以是溫室、養殖場、大樓、住宅、貨櫃、非市太陽直射之所在地。在第13圖中，所述非室外空間為利用棚架結構1130所搭設的農業用溫 室，因本發明的太陽光發電系統能夠直接提供日照，且第一光電板1150A、1150B、1150C的排列可設於溫室本體的周圍，並不影響作物的栽種及培養，使得使用者能夠在從事經濟生產活動的同時，透過利用太陽能同步發電產生再生能源，達到與環境互利共生的功效。

第9A圖和第9B圖為依據本發明不同實施方式所示之第一光電板750排列的示意圖。在第9A圖中，所述第一光電板750可以是複數片且為層狀排列，各光電板間的縫能讓光能通過，以此方式能夠增加發電面積，提升電能產量的效率。在第9B圖中，所述第一光電板750A、750B和750C呈三角形排列。然而，所述第一光電板的排列方式並不限於此，本發明所述技術領域具有通常知識者可依據實際使用需求和場地的實際狀況，加以配置第一單面或雙面光電板的位置和數量。

第10圖為依據本發明一實施方式所示之非室外空間的外觀示意圖。如圖所示，本發明的優勢在於除了透過太陽能聚集裝置將光能和熱能收集進行於室內進行發電和再利用外，亦可於非室外空間的外表面設有複數片第二光電板852，使得本發明太陽光發電系統的光電板為戶內外之雙層結構能夠同時收集室內和室外的太陽能進行高效率的發電，有效利用天然資源。

具體而言，所述光電板的雙層結構可透過貼附於建築本體的牆面或屋頂的內表面和外表面上達成。如第11圖所示，所述第一光電板950A和950B設於牆面948的兩側，能夠同時利用內部和外部的太陽能進行發電。

在其他實施方式中，第一光電板(950A和950B)是軟性光電板亦可沿著非室外空間的頂面和側面設置，直接成為非室外空間的牆面和屋頂，進而降低建築成本及避免資源的浪費。

由此可見，在上述任一實施方式所示之第一光電板和第二光電板的配置，可依據實際使用需求調整，所述第一光電板和/或第二光電板可以是單面或雙面的結構。在一實施方式中，所述第一光電板和/或第二光電板是雙面的軟性光電板。

第12圖為依據本發明一實施方式所示之太陽光發電系統7000。在此實施方式中，本太陽光發電系統7000設有第2圖所示之四個太陽聚熱收集裝置200A、200B、200C、200D，其中各該太陽聚熱收集裝置200A、200B、200C、200D的柱狀件可作為整體建築結構的主要支柱，再搭配複數個橫向支架之棚架結構230，即可形成建築骨架結構，定義出所述非室外空間。

雖然上文實施方式中揭露了本發明的具體實施例，然其並非用以限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不悖離本發明之原理與精神的情形下，當可對其進行各種更動與修飾，因此本發明之保護範圍當以附隨申請專利範圍所界定者為準。

100:太陽聚熱收集裝置

110:碟盤本體

111:光收集件

114:聚熱反射裝置

115:支架

116:筒狀件

118:聚焦件

125:光纖導管

Claims (12)

1. 一種太陽聚熱收集裝置，用以收集太陽的光能和熱能，包含：一碟盤本體，用以聚集光能和熱能；一聚熱反射裝置，由一金屬聚熱器和一凸透鏡所組成，其中該聚熱反射裝置架設於碟盤本體上，用以收集該碟盤本體所聚集的光能和熱能；以及一光收集件，設於碟盤本體上，相對於聚熱反射裝置設置，用以接收該聚熱反射裝置所反射和折射的光能。
2. 如請求項1所述之太陽聚熱收集裝置，其中該光收集件包含：一筒狀件；一聚焦件，設於筒狀件的上端，用以接收光能；以及一光纖導管，設於該筒狀件的內部，用以傳遞光能。
3. 如請求項2所述之太陽聚熱收集裝置，其中該聚焦件是透鏡、平凸透鏡或非球面透鏡。
4. 如請求項3所述之太陽聚熱收集裝置，其中該非球面透鏡是一菲涅爾透鏡(Fresnel lens)。
5. 如請求項2所述之太陽聚熱收集裝置，更包含一柱狀件，與該碟盤本體耦接，並用以支撐該碟盤本體。
6. 如請求項5所述之太陽聚熱收集裝置，其中該光纖導管自該光收集件延伸並穿設該柱狀件之至少一部分。
7. 一種於非室外空間發電之太陽光發電系統，包含：至少一如請求項6所述之太陽聚熱收集裝置； 一棚架結構，與該太陽聚熱收集裝置耦接，界定出一個頂面和四個側面，定義出該非室外空間；至少一第一光電板設於該非室外空間中，用以接收該光纖導管所導入的光能。
8. 如請求項7所述之太陽光發電系統，其中該第一光電板有複數個，且呈層狀排列。
9. 如請求項7所述之太陽光發電系統，其中該第一光電板有複數片，且沿著該頂面和/或四個側面設置。
10. 如請求項9所述之太陽光發電系統，更包含至少一第二光電板，其設於該非室外空間外，且可設於該頂面或任一側面，用以接收自然光源。
11. 如請求項7所述之太陽光發電系統，其中該光纖導管經配置能夠提供該非室外空間的日照。
12. 如請求項7-11任一所述之太陽光發電系統，更包含一蒸氣發電模組與該太陽聚熱收集裝置耦接。

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