TWM509476U - 太陽能集光裝置安裝結構 - Google Patents

Description

太陽能集光裝置安裝結構

本創作為一種太陽能集光裝置安裝結構，特別是指一種使用反射板作為集光裝置的太陽能發電系統使用的太陽能集光裝置安裝結構。

按，目前太陽能發電技術是以太陽能電池為主流，但目前太陽能電池發電面臨最大的問題，在於太陽能電池的光電轉換效率不佳，造成發電效能不足的問題，以致於傳統的太陽能發電系統必須使用大量的太陽能電池板產生電流，因此造成系統成本高昂。

為解決太陽能電池轉換效率不佳的問題，習知的太陽能發電系統一直設法改進太陽能電池的材料與製程技術以祈提高其轉換效率，然仍難有突破性的進展。採用III、V族材料以多層結構方式雖其轉換效率較高，然因其所需搭配的菲涅爾透鏡(fresnel lens)及雙軸追日系統要求的精度均極高，否則其有效放大倍率將陡降，故而其成本仍是偏高。是以，近來逐漸有以反射板或透鏡等集光裝置搭配追日之方式以提高矽材太陽能電池之光通量使其增效。

除了太陽能電池外，近年來聚光太陽能熱發電(或稱聚焦型太陽能熱發電：Concentrated solar power，縮寫：CSP)亦蓬勃發展中。CSP是一個集熱式的太陽能發電系統。它使用反射鏡或透鏡，利用光學原理將較大面積的陽光匯聚到一個相對細小的集光區中，令太陽能集中，在發電機上的集光區受太陽光照射而升高溫度，由光熱轉換原理將太陽能轉換化為熱能，熱能再通過熱機 (通常是蒸汽渦輪發動機)做功驅動發電機，從而產生的電力。

在上述的太陽能電池發電系統，或聚光太陽能熱發電(CSP)系統中，概分為採用反射板的反射式集光裝置，以及採用菲涅爾透鏡(fresnel lens)的聚光式集光裝置。其中聚光式集光裝置雖然具有體積小，放大倍率高的優點，然而由於其聚光的放大倍數過大，因此使得太陽能的光能轉換單元在單位面積內集中承受了大量的光能，因此造成光能轉換單元熱度集中的問題，因此除非採用III、V族材料製成的太陽能電池板，或者是採用高效率的散熱系統解決熱度集中問題，否則將會造成光能轉換單元過熱，導致光能轉換單元轉換效率下降，甚至於損毀的情形產生。而且聚光式的太陽能集光裝置另一個更嚴重的問題，是在於聚光式的集光裝置的聚光透鏡的光軸必須準確地對準太陽，如果聚光透鏡的光軸稍微偏移太陽角度，將會造成有效放大倍率陡降的情形產生，因此使得該種聚光式太陽能集光裝置必須搭配精密的追日系統並須經精密調校方可達成功效，因此造成了聚光式太陽能集光裝置成本高昂。

而反射式太陽能集光裝置，其是藉由在光能轉換單元周圍架設多個反射板以將太陽光源反射集中在光能轉換單元的受光面上。因此太陽能集光裝置的光能放大倍率和其使用反射板的面積呈正相關，反射板的面積越大，便能夠將更多的太陽光線反射集中在光能轉換單元的受光面上，因此唯有加大反射板的面積與高度，才能提高集光裝置的有效光放大倍率。

如圖1及圖2所示，為一種習用的反射式太陽能集光裝置1的構造，該反射式太陽能集光裝置1包括多個光能轉換單元2，及多組設置於光能轉換單元2周邊的反射板3。其中光能轉換單元2為一矩形的太陽能電池板，於多個光能轉換單元2的周邊設置多個所述反射板3，並且將多個光能轉換單元2連同反射板3設置在一個基板5上，透過反射板3將光線投射於光能轉換單元2的受 光面上。

由於太陽光線在大氣中是以直線路徑傳遞，因此在光能轉換單元2的受光面和太陽光線垂直狀態下，各個反射板3只有和光能轉換單元2的四個側邊相等寬度的範圍內所反射的光線才能夠投射在光能轉換單元2的受光面上，而超出光能轉換單元2的四個側邊的範圍的反射板所反射的光線將無法直接投射在光能轉換單元2的受光面上，因此使得反射板3的寬度通常設計成和光能轉換單元2的四個側邊等寬的矩形，然後再於每兩個相鄰的反射板之間的間隙中分別設置一平面形反射板狀的輔助反射板4，用以將光能轉換單元2四個尖角處超出反射板3的有效反射範圍以外的光線反射於光能轉換單元2的受光面上，以增加光能轉換單元2總體的進光量。然而，該平面形輔助反射板4之頂端寬度若大於光能轉換單元2之對角線長度時，其兩端超過該對角線長度範圍處之反射光必須藉由其他輔助反射板4或反射板3之再反射才有可能投射於光能轉換單元2的受光面上，如此不惟多損耗能量，甚至於有部份因經多次反射而最後是向上遠離以致無法反射到光能轉換單元2的受光面上，因此造成輔助反射板4所能提供的有效集光量降低。此外，因受限於光能轉換單元2之形狀，其單元形狀只能是成八邊形，無法像正六邊形般做完全緊密排列，仍留有無法利用之空隙。

綜合上述，習用的反射式太陽能集光裝置1藉平面形輔助反射板4以提高進光量，然其放大倍率被限制住。若欲有較大的放大倍率，需有較長之反射板3，其輔助反射板4卻不能隨之增長，如此將浪費反射板間之間隙的空間；若欲輔助反射板4亦隨之增長，則就需面臨進光能量減少而降低集光效率之情況。故，如何藉由改善集光裝置的安裝結構，來提高太陽能集光裝置的集光效率，以克服上述的缺失，已成為該項事業所欲解決的重要課題之一。

本創作主要目的在提供一種能夠解決習用的反射式太陽能集光裝置集光效率不佳問題的太陽能集光裝置安裝結構。

本創作實施例包括：一安裝基板；多個集光單元，每一所述集光單元分別具有一矩形的光能轉換單元，及分別設置於所述光能轉換單元四個側邊的反射板單元，每一所述反射板單元具有和所述光能轉換單元等寬的寬度，且每兩相鄰的所述反射板單元的相鄰兩側邊共同定義出一缺口部；其中多個所述集光單元當中每兩相鄰的所述集光單元的其中之一的反射板單元的末端容設於另一所述集光單元當中的一所述缺口部中，使每一所述集光裝置的所述反射板單元彼此相互交錯。

本創作進一步實施例中，其中設置於所述安裝基板最外側的所述集光單元當中未與其他所述集光單元相鄰的所述缺口部分別設置一輔助集光單元。所述輔助集光單元分別為一弧形反射罩或為一聚光透鏡。

在本創作進一步實施例中，其中每一所述集光單元的所述反射板單元中包括兩長度較長的第一反射板單元，及兩長度較短的第二反射板單元，兩所述第一反射板單元分別設置於所述光能轉換單元相對的兩側邊，兩所述第二反射板單元分別設置於所述光能轉換單元相對的另兩側邊。

本創作進一步實施例中，其中所述集光單元的所述反射板單元具有一反射面，所述反射面為一平面狀反射面、或為一弧形反射面、或為由多個不同傾斜角度的傾斜面組成的多重傾斜反射面。

本創作的有益效果在於能夠提高安裝基板上光能轉換單元的安裝密度，同時能夠提高太陽能發電裝置整體集光效率及發電效率。

為使能更進一步瞭解本創作的特徵及技術內容，請參閱以下有關本創作的詳細說明與附圖，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。

1‧‧‧反射式太陽能集光裝置

2‧‧‧光能轉換單元

3‧‧‧反射板

4‧‧‧輔助反射板

5‧‧‧基板

10‧‧‧集光單元

20‧‧‧光能轉換單元

30‧‧‧反射板單元

30A‧‧‧第一反射單元

30B‧‧‧第二反射單元

31‧‧‧反射面

32‧‧‧第一傾斜面

33‧‧‧第二傾斜面

34‧‧‧弧形面

35‧‧‧缺口部

40‧‧‧輔助集光單元

40A‧‧‧輔助集光單元

50‧‧‧安裝基板

圖1為一習用的反射式太陽能集光裝置的立體構造示意圖。

圖2為一習用的反射式太陽能集光裝置，當輔助反射板頂端寬度大於光能轉換單元對角線長度狀態下的俯視構造示意圖。

圖3為本創作第一實施例的太陽能集光裝置安裝結構使用的一集光單元的立體圖。

圖3A為本創作第一實施例的太陽能集光裝置安裝結構使用的一集光單元的俯視圖。

圖4為本創作第一實施例的太陽能集光裝置安裝結構的局部立體組合圖。

圖5為本創作第一實施例的太陽能集光裝置安裝結構的組合俯視圖。

圖6為本創作第二實施例的太陽能集光裝置安裝結構的組合俯視圖。

圖7為本創作第三實施例的太陽能集光裝置安裝結構的組合俯視圖。

圖8A為本創作使用的集光單元的反射板單元第一種實施例的組合側視圖。

圖8B為本創作使用的集光單元的反射板單元第二種實施例的組合側視圖。

圖8C為本創作使用的集光單元的反射板單元第三種實施例的組合側視圖。

圖9為本創作第四實施例的太陽能集光裝置安裝結構的組合俯視圖。

〔第一實施例〕

如圖3至圖5所示，為本創作第一實施例之太陽能集光裝置 安裝結構的第一實施例，本創作的太陽能集光裝置是由多個集光單元10組合設置於一安裝基板50上所組成。其中每一個集光單元10包括一光能轉換單元20，以及排列於光能轉換單元四週的反射板單元30，其中該光能轉換單元20呈矩形，該光能轉換單元20可以採用太陽能電池板，或者是聚光太陽能熱發電(CSP)系統使用的光熱轉換裝置(例如吸熱板)，該光能轉換單元的頂面為一受光面，各個所述反射板單元用以將太陽光線反射照射於該光能轉換單元20的受光面上。

第一實施例中，反射板單元30為一平面狀反射板，其具有一平面狀的反射面31，該反射面31的寬度和光能轉換單元20的寬度相等，且以底端鄰接於光能轉換單元20的邊緣，且上端朝上且朝向遠離光能轉換單元20的方向延伸的方向傾斜地設置於光能轉換單元20的四周。各個所述反射面的高度及傾斜角度係安排成能夠將太陽光源反射後平均地投射於光能轉換單元20的受光面上的角度，因此透過各該反射板單元30，能夠將大於光能轉換單元20的受光面的面積的入光口徑的光線集中投射於光能轉換單元20上，因此達到使得光能轉換單元受光量放大的功效。

如圖4及圖5所示，本創作的每一個集光單元10的特色，係在於其僅由設置在光能轉換單元20的四個側邊，同時和光能轉換單元20的寬度等寬的反射板單元30所組成，而每兩個相鄰的反射板單元30彼此間並未設置有輔助反射板，因此使得每一個集光單元10四個邊角分別形成了四個由每兩相鄰的反射板單元30的邊緣所定義出的缺口部35。

如圖5所示，本創作的太陽能集光裝置安裝結構，每一個集光單元10的安裝方式是以每一個集光單元10的反射板單元30彼此相互交錯地安裝於安裝基板50上，亦即每一個集光單元10的其中一個反射板單元30的末端係置入到另一相鄰的集光單元10的兩相鄰的反射板單元30共同形成的缺口部35中，因此每一個 集光單元10的四周邊角的四個缺口部35中，分別容設了四個和所述集光單元10相鄰接的集光單元10的其中一所述反射板單元30的末端，而使得每一個集光單元10彼此間以十字形交錯的方式安排設置在安裝基板50上。

如圖3A所示，由於本創作每一個集光單元10之中的光能轉換單元20是呈矩形，而每一個排列在光能轉換單元20四側邊的反射板單元30，以及四個邊角的缺口部35也同樣呈矩形，因此若每一個集光單元10都以相同角度排列設置於該安裝基板50上時，每一個集光單元10的反射板單元30的末端便能夠嵌入於另一相鄰的集光單元10的所述缺口部35中，因此使得每一個集光單元10能夠以反射板單元30相互交錯方式安裝於該安裝基板50上。

圖4所示為第一實施例的局部立體組合圖。由於以交錯方式排列，故需配合使用追日系統，以避免所述光能轉換單元20的受光面之入射光線被相鄰的其他反射板單元30遮蔽。

本創作的集光單元10採用上述安裝結構的優點在於：以捨棄於四角設置輔助反射板4，改採將集光單元10以十字交錯排列之方式，使其有限空間能充分利用，亦避免如習用的反射式太陽能集光裝置1於反射過程中造成過多能量損耗，使於相同面積之安裝基板50上之實質有效進光能量得以提高以取得較高之發電量。此於面積有限、土地成本高昂之都會區更形重要。此外，本集光單元10之放大倍率因不會受限於光能轉換單元20之尺寸，因之更可藉放大倍率之提高而減少光能轉換單元20之用量以降低成本。

如圖5所示，本創作在安裝基板50上排列滿了集光單元10後，位於安裝基板50最外圍的每一個集光單元10中位於安裝基板50邊緣位置的缺口部35並不會和相鄰的集光單元10的反射板單元30相交錯，因此本創作為提升本創作的太陽能集光裝置安裝 結構整體的發電量，亦可進一步地在安裝基板50最外圍的每一個集光單元10上未被其他集光單元10的反射板單元30覆蓋的缺口部35設置一輔助集光單元40，該實施例中輔助集光單元40為設置在所述缺口部35，同時連接於每兩相鄰的反射板單元30的兩側邊的弧形反射罩，各該弧形反射罩用以將投射於該些未被其他反射板單元30覆蓋的缺口部35的太陽光源反射到光能轉換單元20的受光面中，將更多光線反射到光能轉換單元20中，以提高其整體發電量。

另必須補充說明，本創作的集光單元10中使用的反射板單元30，其構造亦有多種變化可能，如圖8A所示，該反射板單元30的反射面可為一平面狀的反射面31；而如圖8B所示，該反射板單元30的反射面可為多重傾斜面組合成的多重傾斜反射面，如圖8C所示實施例中該反射面由一第一傾斜面32及第二傾斜面33所組成，該第一傾斜面32及第二傾斜面33具有和光能轉換單元20相等的寬度，同時該第一傾斜面32及第二傾斜面33分別安排成能夠將直射的太陽光源反射於光能轉換單元20的受光面的相同或不同區域中；如圖8C所示，該反射板單元30的反射面亦可為一弧形面34，該弧形面的曲度必須注意避免使太陽光源的光線聚焦於光能轉換單元20的受光面的特定位置上，避免照射光線過度集中的現象產生。

〔第二實施例〕

如圖6所示為本創作第二實施例，該實施例係在於安裝基板50最外圍的每一個集光單元10上未被其他集光單元10的反射板單元30覆蓋的缺口部35設置一輔助集光單元40A，該輔助集光單元40A為設置在所述缺口部35的多個聚光透鏡，各該聚光透鏡分別覆蓋於所述缺口部35上方位置，用以將投射至該缺口部35的光線折射至光能轉換單元20的受光面上。該實施例中，各該輔助集光單元40A為取一個完整的菲涅爾透鏡(fresnel lens)之四 個角落的方式所形成的局部型態的菲涅爾透鏡，每一個輔助集光單元40A分別可將通過所述聚光透鏡的光線投射於光能轉換單元20的受光面上，藉以增加本創作之集光裝置安裝結構整體的進光量與發電量。

〔第三實施例〕

如圖7所示為本創作第三實施例，該實施例中每一集光單元10的反射單元是由兩個較長的第一反射單元30A及兩個長度較短的第二反射單元30B所組成。該兩第一反射單元30A設置於光能轉換單元20相對的兩側邊，而第二反射單元30B和第一反射單元30A相垂直地設置於光能轉換單元20的另外兩側邊。同時以每一個集光單元10的第一反射單元30A相互平行，而每一第二反射單元30B也相互平行的方向安裝於安裝基板50上。同時在每一個安裝在最外圍的集光單元10最外側的缺口部35設置有所述輔助集光單元40，以提高其整體進光量與發電量。

〔第四實施例〕

如圖9所示，為本創作第四實施例，該實施例係在於安裝基板50最外圍的每一個集光單元10上未被其他集光單元10的反射板單元30覆蓋的缺口部35分別設置一光能轉換單元20。每一個設置於缺口部35中的光能轉換單元20雖然無法透過反射板單元30提高其進光量，然而卻能夠增加整體受光面積，以有效利用安裝基板50之安裝空間。

〔實施例的可能功效〕

在同一個安裝基板50上其承受的總進光量是相同，習用的反射式太陽能集光裝置雖其藉由於四角設置輔助反射板4承集部份進光量以減少光能轉換單元20之使用量以求達到降低成本之目的，然實際上輔助反射板4所承集之進光量在反射過程中有部份未能有效的射達光能轉換單元20的受光面上，此將使其實質承受的總進光量降低。

本創作的有益效果在於，能夠以緊密交錯排列方式提高反射式集光式太陽能發電系統的光能轉換單元20的安裝密度，並且將安裝基板50有限的空間全部用以容納集光效率較高的反射板單元30，藉以達到提高整體有效集光效率以提高其發電量的目的。

以上所述僅為本創作的較佳可行實施例，非因此侷限本創作的專利範圍，故舉凡運用本創作說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本創作的保護範圍內。

10‧‧‧集光單元

20‧‧‧光能轉換單元

30‧‧‧反射板單元

31‧‧‧反射面

35‧‧‧缺口部

50‧‧‧安裝基板

Claims (8)

1. 一種太陽能集光裝置安裝結構，包括：一安裝基板；多個集光單元，安裝於所述安裝基板上，每一所述集光單元分別具有一矩形的光能轉換單元，及分別設置於所述光能轉換單元四個側邊的反射板單元，每一所述反射板單元具有和所述光能轉換單元等寬的寬度，且每兩相鄰的所述反射板單元的相鄰兩側邊共同界定出一缺口部；其中多個所述集光單元當中每兩相鄰的所述集光單元的其中之一的反射板單元的末端容設於另一所述集光單元當中的一所述缺口部中，使每一所述集光裝置的所述反射板單元彼此相互交錯。
2. 如請求項1所述的太陽能集光裝置安裝結構，其中每一所述集光單元的所述反射板單元和所述光能轉換單元具有相等寬度。
3. 如請求項2所述的太陽能集光裝置安裝結構，其中設置於所述安裝基板最外側的所述集光單元當中未與其他所述集光單元相鄰的所述缺口部分別設置一輔助集光單元。
4. 如請求項3所述的太陽能集光裝置安裝結構，其中多個所述輔助集光單元分別為一弧形反射罩或為一聚光透鏡。
5. 如請求項3所述的太陽能集光裝置安裝結構，其中多個所述輔助集光單元為局部型態的菲涅爾透鏡。
6. 如請求項2所述的太陽能集光裝置安裝結構，其中設置於所述安裝基板最外側的所述集光單元當中未與其他所述集光單元相鄰的所述缺口部分別設置一所述光能轉換單元。
7. 如請求項1所述的太陽能集光裝置安裝結構，其中每一所述集光單元的所述反射板單元中包括兩長度較長的第一反射板單元，及兩長度較短的第二反射板單元，兩所述第一反射板單元 分別設置於所述光能轉換單元相對的兩側邊，兩所述第二反射板單元分別設置於所述光能轉換單元另兩相對的側邊。
8. 如請求項1所述的太陽能集光裝置安裝結構，其中所述集光單元的所述反射板單元具有一反射面，所述反射面為一平面狀反射面、或為一弧形反射面、或為由多個不同傾斜角度的傾斜面所組成的多重傾斜反射面。