TWI891069B - 具圖案化透光區域之太陽能發電模組 - Google Patents

Abstract

一種具圖案化透光區域之太陽能發電模組，包含：第一透明基板、膠膜層、太陽能電池模組及第二透明基板，第一透明基板具第一表面與第二表面，第一表面包括不重疊之透光區和發電區；膠膜層設於第一表面上；太陽能電池模組內埋於與發電區相對之膠膜層內；第二透明基板具有彼此相對的一第三表面與第四表面，第三表面設於該膠膜層上。藉此，應用太陽能發電模組圖案化、不重疊之透光區域及非透光區域，兼俱透光與遮光、照明與發電，及明暗分明之特性，使太陽能發電模組提升安全性、節能性及美觀性。

Description

具圖案化透光區域之太陽能發電模組

本創作是關於一種太陽能發電模組，特別是有關於一種具透光區域和發電區域之太陽能發電模組。

太陽能發電模組是利用光伏效應(Photovoltaic Effect)將光能轉化為電能的裝置。這種光伏效應是指在某些材料中，當受到光照時，會產生電流。隨著綠建築浪潮席捲全球，以光電板結合建築材料的光伏建築一體化(Building Integrated Photovoltaics, BIPV)玻璃可見於建築物屋頂、立面外牆、天窗、遮陽板、屋簷雨庇，甚至是窗戶等其他結構承擔傳統建築材料的作用，也開始改變人們對於太陽能板只能設置於屋頂上的刻板印象。

再者，台灣及其他國家的建築法規都規定，在建築玻璃上必須有透光區域及非透光區域。在台灣，建築法規規定，建築玻璃的透光率不得低於50%。在其他國家，例如美國、加拿大、日本等，建築玻璃的透光率也必須達到一定的標準。這些法規的目的，是為了確保建築物有足夠的自然採光，並且避免陽光過度照射，造成室內溫度過高或眩光。此外，在一些特定的情況下，建築物外牆窗戶的透光面積可能會有所限制，例如，在一些高樓建築中，窗戶的透光面積可能會受到限制，以避免造成風壓過大。

然而，在太陽能發電模組作為建築玻璃的應用中，為提高建築玻璃的透光性，目前雖太陽能發電模組可做成透明或半透明太陽能模組，應用於如建築物的窗戶、幕牆、遮陽結構等需要透光性的場所，能兼顧太陽能轉換和透光性，惟，由於目前技術的限制，透明太陽能模組的效能可能相對較低，且因使用了特殊的材料，製造成本較高。

有鑑於此，先前技術確實仍有加以改善之必要。

本創作之目的在於提供一種具圖案化透光區域之太陽能發電模組，以改良先前技術之缺點。

本創作之另一目的在於提供一種具圖案化透光區域之太陽能發電模組，以便即使使用傳統材料之不透明太陽能發電模組，亦能符合法規之建築玻璃(太陽能發電模組)總面積分別和其透光區域和非透光區域之比率。

本創作之另一目的在於提供一種具圖案化透光區域之太陽能發電模組，以在兼顧透光率下，改良發電效率。

本創作之另一目的在於提供一種具圖案化透光區域之太陽能發電模組，以在兼顧透光率下，改良發電效率及散熱性。

為達上述及其他之目的，本創作提供一種具圖案化透光區域之太陽能發電模組，包含：一第一透明基板，具有彼此相對的一第一表面與一第二表面，該第一表面包括圖案化排列之至少一透光區和至少一發電區，該透光區與該發電區不重疊；一膠膜層，設於該第一表面上；一太陽能電池模組，內埋於與該發電區相對之該膠膜層內；及一第二透明基板，具有彼此相對的一第三表面與一第四表面，該第三表面設於該膠膜層上。

在一實施例中，該膠膜層包含一第一膠膜及一第二膠膜，該第一膠膜連接該第一透明基板之該第二表面，該第二膠膜連接該第二透明基板之該第三表面，該第一膠膜與該第二膠膜夾置該太陽能電池模組。

在一實施例中，本創作包括至少一低導熱降輻射材料層，設於對應該發電區之該第一透明基板的該第一表面及/或對應該發電區之該第一透明基板的該第二表面上；及至少一抗紅外線塗層，設於對應該發電區之該第二透明基板的該第三表面及/或對應該發電區之該第二透明基板的該第四表面上。

在一實施例中，本創作包括至少一低導熱降輻射材料層設於對應該透光區之該第一透明基板的該第一表面及/或對應該透光區之該第一透明基板的該第二表面上；至少一抗紅外線塗層，設於對應該透光區之該第二透明基板的該第三表面及/或對應該透光區之該第二透明基板的該第四表面上。

在一實施例中，本創作包括至少一低導熱降輻射材料層，設於該第一透明基板之該第一表面及/或該第一透明基板之該第二表面上，及至少一抗紅外線塗層設於該第二透明基板之該第三表面及/或該第二透明基板之該第四表面上。

在一實施例中，本創作包括一隔熱層，為透光材質製成，設於該第一透明基板之該第二表面上或設於該第二表面側之該低導熱降輻射材料層上。

在一實施例中，本創作包括一隔熱層，為透光材質製成，設於該膠膜層與該第一透明基板之該第二表面之間或設於該膠膜層與該第二表面側之該低導熱降輻射材料層間。

在一實施例中，本創作包括一隔熱層，為透光材質製成，設於該膠膜層與該第二透明基板之該第三表面之間或設於該膠膜層與該第三表面側之該抗紅外線塗層之間。

在一實施例中，該第一透明基板之該第一表面側為入光面。

在一實施例中，該第二透明基板之該第四表面側為入光面。

(11):第一透明基板

(111):第一表面

(112):第二表面

(1A):透光區

(1B):發電區

(12):膠膜層

(121):第一膠膜

(122):第二膠膜

(13):太陽能電池模組

(14):第二透明基板

(141):第三表面

(142):第四表面

(15):低導熱降輻射材料層

(16):抗紅外線塗層

(17):隔熱層

圖1為本創作具圖案化透光區之太陽能發電模組第一實施例之正剖面圖。

圖2為太陽能電池材料之結晶矽吸收係數折線圖及抗紅外線塗層反射率折線圖。

圖3為本創作具圖案化透光區之太陽能發電模組第二實施例之正剖面圖。

圖4為本創作具圖案化透光區之太陽能發電模組第三實施例之正剖面圖。

圖5為本創作具圖案化透光區之太陽能發電模組第四實施例之正剖面圖。

圖6為本創作具圖案化透光區之太陽能發電模組之各位置設置隔熱板之正剖面示意圖。

圖7A至7F為本創作之各種圖案化透光區型態實施例之俯視圖。

為讓上述及其他目的、功效、特徵更明顯易懂，下文特舉部分較佳實施例，並參照所附圖式，作詳細說明。在不背離創作精神下，本案具有多種實施方式，並不受限於下文實施方式所具體描述的細節，且圖式未必按照實際比例繪製，僅為說明實施例而提供。

圖1為本創作具圖案化透光區之太陽能發電模組第一實施例之正剖面圖。請參考圖1所示之第一實施例，本實施例之具圖案化透光區之太陽能發電模組包含一第一透明基板11、一膠膜層12、一太陽能電池模組13及一第二透明基板14，該第一透明基板11、第二透明基板14的材料可為透明玻璃，該膠膜層12的製成材料包括聚烯烴彈性體(Polyolefin elastomer,POE)、聚乙烯醇縮丁醛(Polyvinyl Butyral,PVB)或乙烯-醋酸乙烯酯共聚合物(ethylene-vinyl acetate,EVA)；該太陽能電池模組13之製成材料包括砷化鎵，非晶矽，高分子有機太陽能電池(Organic Photovoltaics,OPV)，小分子真空蒸鍍，染料敏化太陽能電池(Dye Sensitized Solar Cell,DSSC)及鈣鈦礦)。

該第一透明基板11的一第一表面111與一第二表面112彼此相對，該第二表面112包括圖案化排列之至少一透光區1A和至少一發電區1B，該透光區1A與該發電區1B互不重疊地設置在該第二表面112；該膠膜層12設於該第二表面112上，以黏貼於該第一透明基板11；該太陽能電池模組13內埋於該膠膜層12內之相對應於該發電區1B的區域；該第二透明基板14，具有彼此相對的一第三表面141與一第四表面142，第三表面141設於該膠膜層12上，使該第一透明基板11與該第二透明基板14藉由該膠膜層12貼合在一起，其中，該第一透明基板11之該透光區1A、該膠膜層12之與該透光區1A垂直對應區域、該第二透明基板14之與該透光區1A垂直對應區域，共同構成透光結構區，另，該第一透明基板11之該 發電區1B、該膠膜層12之與該發電區1B垂直對應區域、該太陽能電池模組13、該第二透明基板14之與該發電區1B垂直對應區域區域，共同構成發電結構區。藉由上述圖案化之透光結構區與不透光之發電結構區，可形成具特定比率之透光率且能產生電力，可作為綠建築之建築玻璃材料。

值得一提的是，如圖1所示，該膠膜層12可包含一第一膠膜121及一第二膠膜122，該第一膠膜121連接於該第一透明基板11之該第二表面112，該第二膠膜122連接於該第二透明基板14之該第三表面141，該第一膠膜121與該第二膠膜122共同夾置該太陽能電池模組13，使該太陽能電池模組13封裝於該第一透明基板11與該第二透明基板14之間之膠膜層12內，提高該太陽能發電模組之性能與可靠度。

圖2為太陽能電池材料之結晶矽吸收係數折線圖及抗紅外線塗層反射率折線圖。圖3為本創作具圖案化透光區之太陽能發電模組第二實施例之正剖面圖。請參考圖2及圖3所示之第二實施例，太陽光的波長分佈於300到2700奈米(nm)，一般結晶矽材料製成之太陽能電池只能吸收300到1100奈米的光，1200奈米以上的波段皆無法利用，有些被反射到環境當中，有些則是轉換成熱能，如圖2上圖所示，太陽能電池對於超出1000奈米波長(圖2之虛線標示)之太陽光之吸收係數已大幅減低，其發電效率低又容易使太陽能電池不當升溫，據此，如圖3所示，本實施例在該第一實施例的基礎下，於該發電結構區增加低導熱降輻射材料層15及抗紅外線塗層16，具體而言，該低導熱降輻射材料層15設置於對應發電結構區之該第一透明基板11的雙面(第一表面111及第二表面112)上，再與該膠膜層12形成疊合；該抗紅外線塗層16設置於該發電結構區之該第二透明基板14的雙面(第三表面141及第四表面142)上，再與該膠膜層12形成疊合。

藉此，當太陽光由該第二透明基板14的第四表面142進入本實施例時，該第二透明基板14為相對為外玻璃，該第一透明基板11為相對為內玻璃，利用外玻璃設置之該抗紅外線塗層16，可令發電效率高的太陽光進入該發電結構區內的太陽能電池模組13進行發電，同時能濾除發電效率低且易導致太陽能電池模組13不當升溫之太陽光(如圖2下圖虛線標示之大於1000波長區域之曲線)，也能藉由內玻璃之該低導熱降輻射材料層15之設置，降低由外玻璃至內玻璃間的熱傳導及熱輻射，抑制內玻璃內部之升溫。

值得一提的是，除上述實施例之該低導熱降輻射材料層15設置於對應發電結構區之該第一透明基板11的雙面之外，本實施例之該低導熱降輻射材料層15也可只設置在該第一透明基板11的單面(即該第一表面111或該第二表面112)。同樣地，除上述實施例之該抗紅外線塗層16設置於對應發電結構區之該第二透明基板14的雙面之外，本實例之該抗紅外線塗層16也可只設置在該第二透明基板14的單面(第三表面141或第四表面142)。

圖4為本創作具圖案化透光區之太陽能發電模組第三實施例之正剖面圖。如圖4所示之第三實施例，相對於該太陽能發電模組第二實施例之將該低導熱降輻射材料層15設置於對應發電結構區之該第一透明基板11的雙面及該抗紅外線塗層16設置於對應發電結構區之該第二透明基板14的雙面，本實施例係將該低導熱降輻射材料層15設置於對應透光結構區之該第一透明基板11的雙面及該抗紅外線塗層16設置於對應透光結構區之該第二透明基板14的雙面。藉由利用外玻璃設置之該抗紅外線塗層16，可濾除進入外玻璃之紅外線，減少透光結構區之升溫，也能藉由內玻璃之該低導熱降輻射材料層15之設置，降低由外玻璃至內玻璃間的熱傳導及熱輻射，抑制內玻璃內部之升溫。

另，本實施例之該低導熱降輻射材料層15也可只設置在該第一透明基板11的單面(即該第一表面111或該第二表面112)，及該抗紅外線塗層16也可只設置在該第二透明基板14的單面(第三表面141或第四表面142)。

圖5為本創作具圖案化透光區之太陽能發電模組第四實施例之正剖面圖。如圖5所示之第四實施例，本實施例在該第一實施例的基礎下，於該發電結構區及透光結構區增加低導熱降輻射材料層15及抗紅外線塗層16，即本實施例將該低導熱降輻射材料層15設置於該第一透明基板11的雙面，以及該抗紅外線塗層16設置於該第二透明基板14的雙面。藉由利用外玻璃設置之該抗紅外線塗層16，可濾除進入外玻璃之紅外線，減少透光結構區及發電結構區之升溫，也能藉由內玻璃之該低導熱降輻射材料層15之設置，降低由外玻璃至內玻璃間的熱傳導及熱輻射，抑制內玻璃內部之升溫。

另，同樣地，本實施例之該低導熱降輻射材料層15也可只設置在該第一透明基板11的單面(即該第一表面111或該第二表面112)，及該抗紅外線塗層16也可只設置在該第二透明基板14的單面(第三表面141或第四表面142)。

較佳地，本創作內外二側皆可為入光面，以從入光面接受陽光照射，進行採光及發電。舉例說明：該第一透明基板11之該第二表面112側與該第二透明基板14之該第三表面141側皆可為入光面，或是，本創作外側為入光面，例如，該第一透明基板11之該第一表面111側為入光面、該第二透明基板14之該第四表面142側為出光面，再或者是，該第一透明基板11之該第一表面111側為出光面、該第二透明基板14之該第四表面142側為入光面。

圖6為本創作具圖案化透光區之太陽能發電模組之各位置設置隔熱板之正剖面示意圖。如圖6所示，本實施例更包括一透光材質製成之隔熱層17， 該隔熱層17可設於該第一透明基板11之該第一表面111上，或設於該第一表面111側之該低導熱降輻射材料層15上，換言之，該隔熱層17可設於該第一透明基板11(或帶有低導熱降輻射材料層15之該第一透明基板11)之上。

或者是，如圖6所示，該隔熱層17可設於該膠膜層12與該第一透明基板11之該第二表面112之間，或是設於該膠膜層12與該第二表面112側之該低導熱降輻射材料層15之間，換言之，該隔熱層17可設於該膠膜層12與該第一透明基板11(或帶有該低導熱降輻射材料層15之該第一透明基板11)之間。

又者是，如圖6所示，該隔熱層17可設於該膠膜層12與該第二透明基板14之該第三表面141之間或設於該膠膜層12與該第三表面141側之該抗紅外線塗層16之間，換言之，該隔熱層17可設於該膠膜層12與外玻璃(或帶有該抗紅外線塗層16之外玻璃)之間。

前述該低導熱降輻射材料層15之製成材質包括矽利康，該隔熱層17之製成材質包括工程塑料聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)。

圖7A至7F為本創作之各種圖案化透光區型態實施例之俯視圖。各實施例藉由不同比例之透光結構區與發電結構區的組合，可展現不同比率之透光性。如圖7A所示，由本創作之太陽能發電模組入光面觀之，該透光區1A與該發電區1B構成圖案化之透光結構區與發電結構區互呈回字形排列，該透光區1A設於中央，該發電區1B環繞於該透光區1A之外圍。

如圖7B所示，由本創作之太陽能發電模組入光面觀之，該透光區1A與該發電區1B構成圖案化之透光結構區與發電結構區互呈田字形排列，該透光區1A位於左上及右下，該發電區1B位於左下及右上。

如圖7C所示，由本創作之太陽能發電模組入光面觀之，該透光區1A與該發電區1B構成圖案化之透光結構區與發電結構區互呈回字形排列，該發電區1B設於中央，該透光區1A環繞於該發電區1B之外圍。

如圖7D所示，由本創作之太陽能發電模組入光面觀之，該透光區1A與該發電區1B構成圖案化之透光結構區與發電結構區互呈西洋棋盤花紋排列，該透光區1A與該發電區1B分別位於交錯排列之黑格與白格位置。

如圖7E所示，由本創作之太陽能發電模組入光面觀之，該透光區1A與該發電區1B構成圖案化之透光結構區與發電結構區互呈各半排列。

如圖7F所示，由本創作之太陽能發電模組入光面觀之，該透光區1A與該發電區1B構成圖案化之透光結構區與發電結構區互呈四排條狀交錯排列。

綜上所述，本創作作為建築玻璃使用之太陽能發電模組，在其透光區及發電區對應形成透光結構區及發電結構區中，該透光結構區可讓人們看到太陽能發電模組外面景象，讓戶外光線可以穿入太陽能發電模組到室內，而該發電結構區可形成非透光區域，保護人們免受紫外線和其他有害物質的傷害，具安全性。進一步地，透光結構區可讓陽光照射進來，也能讓建築看起來更明亮，增加建築的層次感，具美觀性，非透光區域可以阻擋陽光照射，並進行發電，從而節省室內空調能源，具節能發電性。另，本創作可應用透明之抗紅外線隔熱塗料設置在太陽能發電模組上，過濾進入太陽能發電模組特定波長之光線，例如保留高效率發電波長之光線，濾除造成高熱且低效率發電波長之光線。更可應用低導熱降輻射材料層設置太陽能發電模組上，降低太陽能電池模組之受熱，以維持 發電效能。也可應用隔熱層設置在太陽能發電模組上，通過反射和吸收光線來阻擋熱量進入室內，防止太陽光轉化為熱量，從而降低室內溫度。

本創作已利用上述較佳實施例揭示，惟其並非用以限定本創作。本創作所屬技術領域中具有通常知識者，可清楚了解本創作並不受限於上述說明性實施方式的細節。實施方式僅為說明本創作，而非限制本創作，本創作以申請專利範圍為依據，而非以上述說明為依據。申請專利範圍之文義及其均等範圍均屬本創作之專利權範圍。

(11):第一透明基板 (1A):透光區 (1B):發電區 (12):膠膜層 (121):第一膠膜 (122):第二膠膜 (13):太陽能電池模組 (14):第二透明基板 (15):抗紅外線塗層 (16):低熱傳導係數材料層 (17):隔熱層

Claims (7)

1. 一種具圖案化透光區域之太陽能發電模組，包含：一第一透明基板(11)，具有彼此相對的一第一表面(111)與一第二表面(112)，該第一表面(111)包括圖案化排列之至少一透光區(1A)和至少一發電區(1B)，該透光區(1A)與該發電區(1B)不重疊；一膠膜層(12)，設於 該第二表面(112)上；一太陽能電池模組(13)，內埋於與該發電區(1B)相對之該膠膜層(12)內；一第二透明基板(14)，具有彼此相對之一第三表面(141)與一第四表面(142)，該第三表面(141)設於該膠膜層(12)上；至少一低導熱降輻射材料層(15)，設於該第一透明基板(11)的該第一表面(111)及/或該第一透明基板(11)的該第二表面(112)上；及至少一抗紅外線塗層(16)，設於該第二透明基板(14)的該第三表面(141)及/或該第二透明基板(14)的該第四表面(142)上。
2. 如請求項1所述之具圖案化透光區域之太陽能發電模組，其中，該膠膜層(12)包含一第一膠膜(121)及一第二膠膜(122)，該第一膠膜(121)連接該第一透明基板(11)之該第二表面(112)，該第二膠膜(122)連接該第二透明基板(14)之該第三表面(141)，該第一膠膜(121)與該第二膠膜(122)夾置該太陽能電池模組(13)。
3. 如請求項1所述之具圖案化透光區域之太陽能發電模組，更包括一隔熱層(17)，為透光材質製成，設於該第一透明基板(11)之該第二表面(112)上或設於該第二表面(112)側之該低導熱降輻射材料層(15)上。
4. 如請求項1所述之具圖案化透光區域之太陽能發電模組，更包括一隔熱層(17)，為透光材質製成，設於該膠膜層(12)與該第一透明基板(11)之該第二表面(112)之間或設於該膠膜層(12)與該第二表面(112)側之該低導熱降輻射材料層(15)之間。
5. 如請求項1所述之具圖案化透光區域之太陽能發電模組，更包括一隔熱層(17)，為透光材質製成，設於該膠膜層(12)與該第二透明基板(14)之該第三表面(141)之間或設於該膠膜層(12)與該第三表面(141)側之該抗紅外線塗層(16)之間。
6. 如請求項1所述之具圖案化透光區域之太陽能發電模組，其中，該第一透明基板(11)之該第一表面(111)側為入光面。
7. 如請求項1所述之具圖案化透光區域之太陽能發電模組，其中，該第二透明基板(14)之該第四表面(142)側為入光面。