TWM464624U

TWM464624U - 太陽能增效模組及其追日系統

Info

Publication number: TWM464624U
Application number: TW102207299U
Authority: TW
Inventors: Yun-Min Wang
Original assignee: Yun-Min Wang
Priority date: 2013-04-22
Filing date: 2013-04-22
Publication date: 2013-11-01
Also published as: US20140311549A1

Description

太陽能增效模組及其追日系統

本創作是有關於一種太陽能增效模組，尤指一種太陽能基板的側邊設有一對第一反射板及一對第二反射板的太陽能增效模組。

太陽能模組在接收太陽能之光能量時，便受限於本身製成之材料、結構組成、技術原理等，造成能量之損失；少部分為單位面積太陽幅射能量過低、或無法直接被轉換成電力使用，其餘則視該太陽能裝置之材料成份以及該裝置之結構性架構而定，此種損失在為被浪費能量中之佔有最大比例。

然而，一般常見的太陽能發電裝置，是將太陽能板設置於戶外，利用陽光的照射產生電能，之後再透過轉換器及蓄電池，將各太陽能板接收外部光能後產生的直流電，經由轉換器將直流電轉換成交流電，該交流電係可儲存於蓄電池之中，或是直接由分電器傳輸至所需的電器設備上進行使用。為克服上述太陽能電池所遭遇之問題，並藉此增加太陽能電池之功率輸出，目前為止，業界已提出若干種增進太陽能電池使用功率之解決方案，至少包括有：如修改太陽光照射角度、擴大太陽能板接收面積、選用不同之太陽能電池原料、修正轉換電力技術等。這些解決方案，雖能達到改善，但如特定材料之取得、裝置之製造等均為高成本，不僅會限制其實際應用，更不符合經濟效益。

本案創作人有鑑於上述缺失，且積累個人從事相關產業開發實務上多年之經驗，精心研究，終於提出一種設計合理且有效改善上述問題之結構。

本創作的主要目的，在於提供一種太陽能增效模組及其追日系統，藉由一對第一反射面及一對第二反射面將較大面積之光線有效反射並且聚集於太陽能板上，來改善聚光的效率和節省設置的成本，以提昇太陽能光電轉換裝置的實用價值。

本創作提供一種太陽能增效模組，其包括：一基板及多個光電轉換單元，多個所述光電轉換單元設置於所述基板上。每一個所述光電轉換單元包括：一太陽能基板、一對第一反射板及一對第二反射板。一對所述第一反射板設置於所述光電轉換單元相對應的兩側，每一個所述第一反射板的正面具有一第一反射面，一對所述第二反射板設置於所述光電轉換單元的另外兩側，每一個所述第二反射板的正面具有一第二反射面。

本創作的另一目的，在於一種具有太陽能增效模組之追日系統，藉由多個致動單元以使得承載單元及多個支撐單元轉動，調整太陽能基板與光線之間的照射角度，以提高聚光效率及太陽能板的輸出功率。

本創作另外提供一種具有太陽能增效模組之追日系統，其包括：至少一太陽能增效模組及一追日系統。至少一所述太陽能增效模組，包括：一基板及多個光電轉換單元，多個所述光電轉換單元設置於所述基板上。每一個所述光電轉換單元包括：一太陽能基板、一對第一反射板及一對第二反射板。一對所述第一反射板設置於所述光電轉換單元相對應的兩側，每一個所述第一反射板的正面具有一第一反射面，一對所述第二反射板設置於所述光電轉換單元的另外兩側，每一個所述第二反射板的正面具有一第二反射面。所述追日系統，包括：一支撐單元、一承載單元及至少一致動單元，所述支撐單元固定於一表面上，所述承載單元設置於所述支撐單元，用以承載所述至少一太陽能增效裝置，至少一所述致動單元設置於所述支撐單元上，使所述承載單元及所述支撐單元轉動。

本創作的有益效果可以在於，提供一種太陽能增效模組，其可透過“第一反射面的表面及第二反射面的表面設有反射面反射聚集光線”的設計，提高光電轉換單元上的光通量，亦即將較大面積的光量匯集到較小面積的光電轉換單元上。藉此，達到降低設置太陽能板的成本，進一步提昇太陽能裝置的應用價值的目的。

為使能更進一步瞭解本創作之特徵及技術內容，請參閱以下有關本創作之詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本創作加以限制者。

Z‧‧‧太陽能增效模組

M‧‧‧光電轉換單元

1‧‧‧基板

10‧‧‧溝槽

2‧‧‧太陽能基板

20‧‧‧正極輸出接腳

22‧‧‧負極輸出接腳

3‧‧‧第一反射板

30‧‧‧第一反射面

32‧‧‧第一背光面

34‧‧‧第一支撐架

36‧‧‧第一小反射板

4‧‧‧第二反射板

40‧‧‧第二反射面

42‧‧‧第二背光面

44‧‧‧第二支撐架

46‧‧‧第二小反射板

5‧‧‧光線

50‧‧‧聚光區

52‧‧‧間隙

6‧‧‧追日系統

60‧‧‧支撐單元

62‧‧‧承載單元

64‧‧‧致動單元

7‧‧‧壓條

8‧‧‧透光罩

θ‧‧‧夾角

圖1 為本創作第一實施例的立體示意圖。

圖2 為本創作第一實施例的反射板的示意圖。

圖3 為本創作第一實施例的分解圖。

圖4A為本創作第一實施例的第一光學示意圖。

圖4B為本創作第一實施例的第二光學示意圖。

圖5 為本創作第一實施例的基板與光電轉換單元的示意圖。

圖6 為本創作第一實施例的另一實施態樣的示意圖。

圖7 為本創作第一實施例的反射板的示意圖。

圖8 為本創作第二實施例的追日系統的示意圖。

〔第一實施例〕

請參考圖1所示，圖1為本創作第一實施例的立體示意圖。由上述圖中可知，本創作第一實施例提供一種太陽能增效模組Z，其包括：一基板1及多個光電轉換單元M。每一個光電轉換單元M，包括：一太陽能基板2、一對第一反射板3及一對第二反射板4。其中，太陽能基板2設置於基板1上，一對第一反射板3設置於太陽能基板2相對應的兩側旁，並且位於基板1上。每一個第一反射板3的正面(受光面)具有一第一反射面30，該第一支撐架34用以提供支撐第一反射板3的重量。另外，一對第二反射板4設置於太陽能基板2相對應的另外兩側旁，同樣地設置於基板1上，每一個第二反射板4的正面具有一第二反射面40，每一個第二反射板4的背面具有一第二支撐架44，該第二支撐架44用以提供支撐第二反射板4的重量。必須要說明的是，圍繞一太陽能基板2的一對第一反射板3及一對第二反射板4，更可為一成組單元，其中該成組單元(一對第一反射板3及一對第二反射板4)可藉由支撐架、螺絲或插梢達到固定成形。

請參考圖1至圖3，每一個第一反射板3的正面具有一第一反射面30及每一個第二反射板4的正面具有第二反射面40。每一個第一反射面30及每一個第二反射面40可為光滑的平面、曲面、或曲面及平面的組合所構成，其中以凹狀曲面的聚光效果最佳。再者，在每一個第一反射板3及每一個第二反射板4的背面分別具有第一背光面32及第二背光面42，上述每一個第一背光面32及每一個第二背光面42皆為不透光的材質製成，且每一個第一背光面32及第二背光面42與相對應的第一支撐架34及第二支撐架44相連接，第一支撐架34與第二支撐架44係提供支撐整體第一反射板3及第二反射板4的功能。

必須說明的是，在本實施例中，第一反射板3及第二反射板4的材質可為塑膠、合成纖維、玻璃或金屬等。然而，第一反射板3及第二反射板4的材質不以上述為限，並且第一反射板3及第二反射板4可為一模造物件。換言之，第一反射板3及第二反射板4為一體成型的單一構件，然而，當第一反射板3及第二反射板4為單一構件時，太陽能增效模組Z周圍(外圍)的第一反射板3的背面及第二反射板4的背面、以及太陽能增效模組Z內圍(外圍以外)部分的第一反射板3的背面及部分的第二反射板4的背面，可藉由設置第一支撐架34、第二支撐架44、螺絲或插梢等緊固單元，將第一反射板3及第二反射板4固定成形。

另外，第一反射板3及第二反射板4也可為數片小反射板所組成(請參考圖7所示)，換言之，第一反射板3及第二反射板4是由數片第一小反射板36及數片第二小反射板46所組成。具體而言，使用者可以依照不同反射率的需求將第一反射板3及第二反射板4進行拆卸或組裝等方式達成。當第一反射板3及第二反射板4為數片小板構件所組成時，第一反射板3的背面及第二反射板4的背面，皆需設置第一支撐架34、第二支撐架44、螺絲或插梢等緊固單元，將第一反射板3及第二反射板4固定成形。然而，本創作緊固單元不以此為限。

該第一反射板3及第二反射板4係經由表面處理的製程以形成光滑的表面，達到充分反光的效果，其中該表面處理係可為電鍍、表面塗佈、研磨、拋光、化學氣相沉積、貼合高反射率材質或物理氣相沉積等製程，以使第一反射板3及第二反射板4形成平滑光亮的表面。更近一步來說，可在第一反射板3及第二反射板4的第一反射面30及第二反射面40上塗抹具有防塵及防水保護層，可使第一反射面30及第二反射面40不易黏附灰塵或水滴，保持反射面的表面為光滑的狀態，以確保反射的效率。

再者，每一個光電轉換單元M亦可於一對第一反射板3及相對於一對第一反射板3的第二反射板4上方，設置一具有良好透光性的透光罩8(請參考圖4A所示)以防止灰塵、水氣等雜質黏附於反射板上，以利反射板的清潔及維護。另外，基板1上更可設置溝槽10，當該太陽能增效裝置M放置於戶外時，可透過所設置的溝槽10，將基板1及太陽能基板2上的積水排去，因此不容易產生積水。

請參考圖1、圖4A及圖4B，本創作的第一反射板3及第二反射板4分別與該基板1之間形成一夾角θ，該夾角θ可視不同需求改變夾角θ的大小，該夾角θ的範圍為小於90度。當光線5入射到第一反射面30及第二反射面40上，經由第一反射面30及第二反射面40的反射將該些光線5投射到太陽能基板2上，因第一反射面30及第二反射面40的表面為凹狀的曲面，具有收斂反射光線5的效果，於是在太陽能基板2上可形成聚光區50。必須說明的是，第一反射板3及第二反射板4曲面的曲率，使用者可依照不同需求，設計不同的曲率，例如：平面、曲面、或平面及曲面組合所構成，其中以凹狀曲面的聚光效果最佳。

更詳細地說，請參考圖1及圖4A，當第一反射板3與基板1、第二反射板4與基板1之間的角度θ較大時，第一反射面30及第二反射面40的傾斜角度也較大。光線5入射到第一反射面30及第二反射面40，透過該反射面產生反射，反射後所形成的聚光區50將較為集中，主要是因為光線5在第一反射面30及第二反射面40的法線入射角較大，故經反射板一次反射的光線5反射至對面反射板的高度較低，因此，太陽能基板2上單位面積所聚集的光能也較大(放大倍率高)。

請參考圖1及圖4B，當第一反射板3與基板1、第二反射板4與基板1之間的角度θ較小時，第一反射面30及第二反射面40的傾斜角度也較小。光線5入射到第一反射面30及第二反射面40，透過該反射面產生反射，反射後所形成的聚光區50其範圍較大，主要是因為光線5在第一反射面30及第二反射面40的法線入射角較小，故經反射板一次反射的光線5反射至對面反射板的高度較高，因此，太陽能基板2上單位面積所聚集的光能也將降低(放大倍率低)。

另外，亦可改變第一反射板3及第二反射板4的高度來改變聚光區50的大小，第一反射板3及第二反射板4的高度較高時將可產生較為集中的聚光區50。反之，第一反射板3及第二反射板4的高度較低時所產生的聚光區50其範圍較大。換言之，每一對第一反射板3的高度可以是大於、小於或等於第二反射板4的高度，換言之，反射板的高度可以依照系統採單軸追日、雙軸追日或因不同的放大倍率而將第一反射板3與第二反射板4設計為不等高的高度。

本實施例中(請參考圖5所示)太陽能增效模組Z，其包括：一基板1及四個光電轉換單元M所組成。每一個光電轉換單元M，包含：一太陽能基板2、一對第一反射板3及一對第二反射板4所組成，且第一反射板3及第二反射板4成對設置於基板1上。必須說明的是，每一個第一反射板3與每一個第二反射板4為平面且交錯排列地圍繞太陽能基板2，其中，第一反射板3與第二反射板4之間的側邊相連接。

請參考圖6所示，本實施例另一態樣，與上述實施例(請參考圖5所示)最大的差別在於，圍繞一太陽能基板2的一對第一反射板3及一對第二反射板4可因不同的需求而設計不同的放大倍率。換言之，每一個第一反射板3及每一個第二反射板4的板面可為不同的曲率，所以相鄰的第一反射板3及第二反射板4之間具有一間隙52。當然，在其他實施態樣中，相鄰的第一反射板3及第二反射板4之間亦可沒有間隙(緊密相連)。

更詳細地說，同一側的太陽能基板2且彼此相鄰的反射板可透過相對應的壓條7達成彼此連接，該壓條7設置於第一支撐架34及第二支撐架44的底部，壓條7連接並固定兩個彼此相鄰且同側的支撐架，並以此方式可連接多個第一反射板3及多個第二反射板4，在其相對應的位置上設置多個相對應的第一反射面30及第二反射面40，以排列出陣列式的反射面，之後再將多個排列完成的第一反射板3及第二反射板4固定於基板1上，該固定的方式可使用黏膠固定、焊接固定、螺鎖固定、卡固或是嵌夾等方式，反射板的固定方式不以上述為限。本創作壓條7可為一塑膠本體、一合成纖維本體、一合成橡膠本體及一金屬本體之中的其中一種，然而本創作不以此為限。

本創作的太陽能增效模組Z可以為固定式的聚光裝置，依據各地區的需求，將太陽能增效模組Z的長邊沿著太陽運行的方向進行擺設，並可依太陽的投射角度，將基板1與地平面之間傾斜特定角度，使太陽能增效裝置M能獲得最大的照射能量。值得注意的是，因為第一反射板3與第二反射板4具有聚光的功能，故太陽能基板2所設置的面積就不必太大，於本實施例中太陽能基板2面積大約只佔基板1的百分之五十左右即可，如此一來便能夠減少設置太陽能基板2之成本。再者，太陽能基板2可以陣列方式設於基板1上，並以串聯、併聯或串併聯結合型式，達到提昇其更高之輸出功率。亦可將多個太陽能增效模組Z以電線連接成串聯型式，以符合使用者需求電壓及電流，並達需求之最佳功率輸出，或是採併聯、串併聯型式，同樣能達到更高且最佳輸出功率之功效，且利於維修。

在本實施例中，太陽能基板2可為N型半導體與P型半導體。N型半導體與P型半導體的材料例如是IV族(如單晶矽(single crystal)、多晶矽、非晶矽(amorphous silicon)、矽化鍺(SiGe))、III-V族(如氮化鎵(GaN)、砷化鎵(GaAs)、磷化鎵(GaP)、磷化銦(InP)、磷化鎵銦(InGaP)等)或II-VI族(如碲化鎘(CdTe)、銦銅硒(CuInSe 2)、銅銦鎵硒CuInGaSe)等)。此外，也可選擇有機-染料敏化太陽能電池(DSSC)或有機高分子(Organic polymer)半導體太陽能電池等。另外，在太陽能增效模組Z可以更包含有蓄電單元(圖未示)，例如充電電池，電性連接於多個光電轉換單元M，用以儲存每一個太陽能基板2所產生的電力。為了防止蓄電單元中所儲存的電力反饋至每一個太陽能基板2，在太陽能基板2和蓄電單元(圖未示)之間可更包含有單向導通單元，如二極體、其他具有單向導通功能的半導體元件或電路，以確保電力不會由蓄電單元反饋至太陽能基板2而導致線路毀損。

請參考圖5至圖6所示，本創作的太陽能基板2所產生電力的正極輸出接腳20和負極輸出接腳22可以是設置於基板1相對應的兩側。如此設置的好處在於，若要連接多個太陽能增效模組Z，無論是串聯或是並聯都能夠以很直接並且方便的方式進行多個太陽能增效模組Z的連接，而提昇太陽能增效模組Z的實用性與設置方便性。

例如，若使用者需要串聯多個太陽能增效模組Z，只需要用跳線將第一個太陽能增效模組Z的正極輸出接腳20連接於第二個太陽能增效模組Z的負極輸出接腳22。然後再將第二個太陽能增效模組Z的正極輸出接腳20連接於第三個太陽能增效模組Z的負極輸出接腳22，如此一直連接下去即可達到太陽能增效模組Z的串聯。又例如，若使用者需要並聯多個太陽能增效模組Z，只要並排多個太陽能增效模組Z，將多個太陽能增效模組Z的正極輸出接腳20相接，並將多個太陽能增效模組Z的負極輸出接腳22相接，就能夠以直接的方式進行並聯的操作。

〔第二實施例〕

請參考圖8所示，圖8為本創作第二實施例之追日系統6的示意圖。由上述圖中可知，本創作第二實施例提供一種具有太陽能增效模組Z之追日系統6，其包括：至少一太陽能增效模組Z及一太陽能追日系統6。至少一太陽能增效裝置M，包括：一基板1及多個光電轉換單元M，多個光電轉換單元M設置於基板1上。每一個光電轉換單元，包括：一太陽能基板2、一對第一反射板3及一對第二反射板4。太陽能追日系統6，包括：一支撐單元60、一承載單元62及至少一致動單元64。

其中，太陽能增效模組Z可參考前述第一實施例，故在此不再贅述，本創作第二實施例與第一實施例最大的差別在於：在第二實施例中，太陽能追日系統6，其包括：一支撐單元60、一承載單元62及至少一致動單元64。支撐單元60用以固定於一表面上，承載單元62設置於支撐單元60上，用以承載至少一太陽能增效裝置M，至少一致動單元64其設置於支撐單元60上，其主要的目的是使承載單元62及致動單元64轉動，讓使用者可調整太陽能基板2與光線5之間的照射角度，減低入射光線5與反射板之間的斜角，以提高聚光效率(放大倍率)及太陽能板的光電轉換效率。

在本實施例中，太陽能追日系統6設有兩個致動單元64，可進行雙軸向的追日(雙軸追日)，致動單元64分別設置於支撐單元60的兩端，以使得承載單元62及支撐單元60可以轉動。然而，由於太陽能雙軸追日系統的設置成本較高，本實施例中，亦可僅設置一個致動單元64，進行單軸向的追日(單軸追日)，其中，致動單元64可為樞軸、導輪桿或傳動軸等。當然，在其他實施態樣中，致動單元64也可為手動式，使用者只要固定時間去調整致動單元64至適當位置，此設計適合因太陽能追日系統6建置成本過高不願裝設或不便設置的地方使用，皆在本創作保護範疇之內。

〔實施例的可能功效〕

本創作的有益效果可以在於，提供一種太陽能增效裝置，其可透過“第一反射面的表面及第二反射面的表面設有反射面反射聚集光線”的設計，提高太陽能基板上的光通量，亦即將較大面積的光量匯集到較小面積的太陽能基板上。藉此，達到降低設置太陽能板的成本，進一步提昇太陽能裝置的應用價值的目的。

以上所述僅為本創作之較佳可行實施例，非因此侷限本創作之專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為之等效技術變化，均包含於本創作之範圍內。