TWM561365U - 聚光式光能接收裝置 - Google Patents

Abstract

本創作係揭露一種聚光式光能接收裝置，包括錐形導光元件、光能利用元件和菲涅爾透鏡。錐形導光元件的一端開口較大而另一端開口較小，該光能利用元件設置於錐形導光元件開口較小的一端，用於對接收到的光能進行能量轉換或利用。該菲涅爾透鏡安裝在錐形導光元件開口較大的一端，用於聚集光能，增加光能的收集能力。本創作將錐形導光元件和菲涅爾透鏡結合在一起，可提高裝置的聚光效率，同時無需配合跟日系統即可實現光能的收集和利用。

Description

聚光式光能接收裝置

本創作有關於清潔能源技術領域，特別是有關於一種聚光式光能接收裝置。

隨著對環境保護的日益重視，太陽能系統得到了越來越廣泛的應用。目前，習知的太陽能系統可分為聚光型和不聚光型兩大類。

不聚光型的太陽能系統主要依靠光伏板，為了提高收集太陽光的能力，其需要用到很多的光伏板，而且更需要佔用大面積的土地，整個系統成本高，土地的使用效率低。

聚光型的太陽能系統一般通過透鏡將太陽光聚焦在光能利用元件，例如光伏板上，使得較小面積的光能利用元件能夠得到來自較大面積的透鏡所會聚的太陽光，光能收集能力好，但聚光型的太陽能系統需要與跟日系統(Solar tracking system)聯合使用，才能達到應有的效果，造成整個系統的成本增加。

本創作提供一種新型的聚光式光能接收裝置，其包括錐形導光元件、光能利用元件和菲涅爾透鏡。其中，錐形導光元件的一端開口較大而另一端開口較小，且內部具有能夠反射光能的鏡面；光能利用元件設置於錐形導光元件開口較小的一端，其受光面朝向錐形導光元件開口較大的一端，用於對接收到的光能進行能量轉換或利用。菲涅爾透鏡安裝在錐形導光元件開口較大的一端，用於聚集光能。

本創作的有益效果是：

本創作的聚光式光能接收裝置包括錐形導光元件、光能利用元件和菲涅爾透鏡。該錐形導光元件的一端開口較大而另一端開口較小，該光能利用元件設置於錐形導光元件開口較小的一端，用於對接收到的光能進行能量轉換或利用。該菲涅爾透鏡安裝在錐形導光元件開口較大的一端，用於聚集光能，增加光能的收集能力。本創作將錐形導光元件和菲涅爾透鏡結合在一起，可提高裝置的聚光效率，同時無需跟日系統的配合即可實現光能的收集和利用。

下面通過具體實施方式結合圖式對本創作作進一步詳細說明。本創作可以以多種不同的形式來實現，並不限於本實施例所描述的實施方式。提供以下具體實施方式的目的是便於對本創作公開內容更清楚透徹的理解，其中上、下、左、右等指示方位的字詞僅是針對所示結構在對應圖式中位置而言。

然而，本領域的通常知識者可能會意識到其中的一個或多個的具體細節描述可以被省略，或者更可以採用其他的方法、組件或材料。在一些例子中，一些實施方式並沒有描述或沒有詳細的描述。

此外，本創作中記載的技術特徵、技術方案更可以在一個或多個實施例中以任意合適的方式組合。對於本領域的通常知識者來說，易於理解與本創作提供的實施例有關的方法的步驟或操作順序更可以改變。因此，圖式和實施例中的任何順序僅僅用於說明用途，並不暗示要求按照一定的順序，除非明確說明要求按照某一順序。

本創作中為部件所編序號本身，例如“第一”、“第二”等，僅用於區分所描述的對象，不具有任何順序或技術含義。而本創作所說“連接”、“聯接”，如無特別說明，均包括直接和間接連接（聯接）。

實施例一：

本實施例提供一種聚光式光能接收裝置。

請參考第1圖和第2圖，該聚光式光能接收裝置包括錐形導光元件100、光能利用元件200和菲涅爾透鏡300。

該錐形導光元件100的一端開口較大而另一端開口較小，且內部具有能夠反射光能的鏡面。該光能利用元件200設置於錐形導光元件100開口較小的一端，其受光面朝向錐形導光元件100開口較大的一端，用於對接收到的光能進行能量轉換或利用。

該菲涅爾透鏡300安裝在錐形導光元件100開口較大的一端，用於聚集光能，增加光能的收集能力。

光能經過菲涅爾透鏡300和錐形導光元件100聚光作用，彙集到光能利用元件200上。該光能利用元件200是一類可收集光能並加以轉換或利用的裝置，例如可以是光伏板、光熱利用裝置、熱電轉換裝置和熱能存儲裝置中的至少一種。

為了能更好地接收導光元件所彙聚的光線，光能利用元件200的受光面的法線優選地與錐形導光元件100的中心軸線一致或平行。

本實施例中，光伏板泛指所有直接將光能轉換為電能的光電轉換裝置， 包括多晶矽、單晶矽、CdTe光伏板，（砷化鎵或CIGS）光伏薄膜、鈣鈦光伏板、量子點光伏板等等。在其它的實施方式例，光能利用元件200可包括光熱利用裝置、熱電轉換裝置、熱能存儲裝置，或以上光能利用元件200的組合。

請參考第2圖，在光伏板的下方更設置有散熱板400，其作用是用來降低光伏板的溫度。在其它的實施例裡，散熱板400可用熱水器或熱能利用裝置取代。

本創作將錐形導光元件100和菲涅爾透鏡300結合在一起，可提高裝置的聚光效率，同時無需跟日系統的配合即可實現光能的收集和利用。

本實施例的菲涅爾透鏡300為簡單菲涅爾透鏡（第1圖中顯示為透明，因此未示出，但在第2圖中已示出）。在其它的實施方式裡，菲涅爾透鏡300可以為多單元的複合菲涅爾透鏡。所謂複合菲涅爾透鏡，是指多個簡單菲涅爾透鏡單元的拼接。各菲涅爾透鏡單元的焦距可以一樣，也可以不一樣，可根據需要來調整。

如第2圖所示，本實施例的菲涅爾透鏡300的宏觀曲面為平面，但在其它的實施方式裡，菲涅爾透鏡300的宏觀曲面可以為旋轉對稱面、柱面或折面。

請繼續參考第1圖和第2圖，在本實施例中，該錐形導光元件100為對稱四邊錐形，即其橫截面為對稱四邊形，所稱橫截面是指垂直於導光元件的中心軸線的截面。在其他實施方式中，橫截面的形狀也可以是圓形、橢圓形、多邊形（例如四邊形、六邊形或八邊形）等。

由於橫截面的形狀通常與兩端的開口形狀一致，因此可以根據開口的形狀將錐形導光元件分為圓錐形導光元件、橢圓錐形導光元件或多邊錐形導光元件等。

然而無論導光元件的橫截面採用何種形狀，為了將射入其開口較大的一端的光線SS（通常可視為平行光）盡可能多地引導到開口較小的一端（從而能照射到光能利用元件200上），錐形導光元件100的鏡面在每一個曲率連續點處的法線Lm與光能利用元件200的受光面的法線Lr的夾角θ優選地大於45度且小於90度。所稱曲率連續點是指，在該點處鏡面的曲率是連續的。對於光滑曲面而言，每一處均為曲率連續點，對於折面而言，除了折線處以外，其他位置均為曲率連續點。

另外，該錐形導光元件100的四個錐面中至少一個具有能夠進光的進光部。該進光部能夠增加整個裝置的進光角度，即使太陽處於偏斜的位置，也可以從進光部射入到錐形導光元件100內。

該進光部包括能夠透光的透光面和/或能夠進光的進光口。請參考第1圖和第2圖，在本實施例中，該進光部設計為一種進光口150，陽光可直接從該進光口150射入到錐形導光元件100內。

作為一種優選的實施方式，進光部形成在錐形導光元件100一對相對設置的錐面上。例如，在本實施例中，該錐形導光元件100的四個錐面分別為第一錐面110、第二錐面120、第三錐面130和第四錐面140，第一錐面110和第二錐面120相對設置，而第三錐面130和第四錐面140連接於第一錐面110和第二錐面120之間，且也相對設置。將進光口150分別設置在第一錐面110和第二錐面120上。在使用本聚光式光能接收裝置時，將第一錐面110和第二錐面120沿東西向擺放，第三錐面130和第四錐面140沿南北向擺放。

南北向的第三錐面130和第四錐面140為完整的鏡面，東西向的第一錐面110和第二錐面120則具有進光口150。更可進一步選擇地將進光部位於錐面的上部，即第一錐面110和第二錐面120的上部具有進光口150，下半部分為鏡面。由於太陽在東西方向的偏轉可以達到75度，因此，東西向設置的第一錐面110和第二錐面120的進光口150有利用提高太陽能的收光效率。如第2圖中A、B所示為陽光從兩個方向的射入錐形導光元件100中的示意。

本實施例的四邊錐形導光元件100為非封閉的，這有利降低成本和系統的折疊。

為了清除灰塵，在錐形導光元件100開口較小的一端與光能利用元件200之間設置有清理口160。請參考第1圖和第2圖，本實施例的清理口160設置在第一錐面110和第二錐面120的底部，便於清理落入四邊錐形導光元件100的灰塵等異物。

當然，清理口160可以設置在四個錐面的任意一個及一個以上的錐面上。

如果我們把圓形、橢圓形錐面人為地分割稱四個面，則以上關於四個錐面的實施方法，同樣適用於圓形和橢圓形錐面。

實施例二：

本實施例提供了另一種聚光式光能接收裝置。

請參考第3及4圖，該聚光式光能接收裝置也包括錐形導光元件100、光能利用元件200和菲涅爾透鏡300。

本聚光式光能接收裝置與實施例一的區別之一在於：本實施例的菲涅爾透鏡300為複合菲涅爾透鏡。

所謂複合菲涅爾透鏡，是指多個簡單菲涅爾透鏡單元的拼接。各菲涅爾透鏡單元的焦距可以一樣，也可以不一樣，可根據需要來調整。

本實施例的四邊錐形導光元件100為不對稱四邊錐形，第一錐面110和第二錐面120以及第三錐面130和第四錐面140的結構和尺寸都不對稱。、

除此之外，本實施例的錐形導光元件100、光能利用元件200以及菲涅爾透鏡300形成封閉的空間。

當光能利用元件200採用光伏板時，將錐形導光元件100的兩個開口封閉能夠降低對光伏板的封裝要求，而光伏板的表面封裝一直是制約光伏板壽命的一個重要因素。

請繼續參考第3及4圖，本實施例中錐形導光元件100的第三錐面130和第四錐面140為完整的鏡面，而第一錐面110和第二錐面120上的進光部採用的是透光面170，以配合密封性的要求。

同樣，可以進一步選擇將該透光面170設置在第一錐面110和第二錐面120的上部，第一錐面110和第二錐面120的下部為反射鏡面，這樣有利於陽光的採集。

本實施例將錐形導光元件100、光能利用元件200和菲涅爾透鏡300構成一個封閉的容器，能夠使得裝置內部的防塵能力大大加強，裝置也更容易清洗。

以上內容是結合實施方式對本創作所作的進一步詳細說明，不能認定本創作的具體實施只侷限於這些說明。對於本創作所屬技術領域的通常知識者來說，在不脫離本創作構思的前提下，更可以做出若干簡單推演或替換。

100‧‧‧錐形導光元件
110‧‧‧第一錐面
120‧‧‧第二錐面
130‧‧‧第三錐面
140‧‧‧第四錐面
150‧‧‧進光口
160‧‧‧清理口
170‧‧‧透光面
200‧‧‧光能利用元件
300‧‧‧菲涅爾透鏡
400‧‧‧散熱板

第1圖為實施例一的光能接收裝置的結構示意圖。 第2圖為實施例一的光能接收裝置的剖視圖。 第3圖為實施例二的光能接收裝置的結構示意圖。 第4圖為實施例二的光能接收裝置的剖視圖。

Claims (11)

1. 一種聚光式光能接收裝置，其包括： 錐形導光元件，其一端開口較大而另一端開口較小，且內部具有能夠反射光能的鏡面； 光能利用元件，設置於該錐形導光元件開口較小的一端，其受光面朝向該錐形導光元件開口較大的一端，用於對接收到的光能進行能量轉換或利用；以及 菲涅爾透鏡，該菲涅爾透鏡安裝在該錐形導光元件開口較大的一端，用於聚集光能。
2. 如申請專利範圍第1項所述之聚光式光能接收裝置，其中該菲涅爾透鏡的宏觀曲面為旋轉對稱面、柱面、平面或折面。
3. 如申請專利範圍第2項所述之聚光式光能接收裝置，其中該菲涅爾透鏡為複合菲涅爾透鏡。
4. 如申請專利範圍第1至3項中之任一項所述之聚光式光能接收裝置，其中該錐形導光元件包括至少一個具有能夠進光的進光部。
5. 如申請專利範圍第4項所述之聚光式光能接收裝置，其中該錐形導光元件為四邊錐形。
6. 如申請專利範圍第5項所述之聚光式光能接收裝置，其中該進光部形成在錐形導光元件一對相對設置的錐面上。
7. 如申請專利範圍第6項所述之聚光式光能接收裝置，其中該進光部位於錐面的上部。
8. 如申請專利範圍第4項所述之聚光式光能接收裝置，其中該進光部包括能夠透光的透光面和/或能夠進光的進光口。
9. 如申請專利範圍第4項所述之聚光式光能接收裝置，其中該錐形導光元件開口較小的一端與該光能利用元件之間設置有清理口。
10. 如申請專利範圍第4項所述之聚光式光能接收裝置，其中該錐形導光元件、光能利用元件以及菲涅爾透鏡形成封閉的空間。
11. 如申請專利範圍第4項所述之聚光式光能接收裝置，其中該光能利用元件為光伏板、光熱利用裝置、熱電轉換裝置和熱能存儲裝置中的至少一種。