TWI572915B - 太陽能集光系統 - Google Patents

Description

太陽能集光系統

本發明涉及一種集光系統，尤其涉及一種太陽能集光系統。

光電轉換元件是利用材料的光電效應，把太陽光的光能直接轉換成電能的元件。當物體被光照射時，物質內部載流子增多的現象，稱為光電效應。對半導體物質而言，當照射光線的能量大於其能級之間的能量差時，就會在其內部產生自由的電子—空穴載子對。但是這些電子—空穴對會很快地再結合或被許多複合中心捕捉而消失。這時，若能施加內部電場，在電場的作用下，就可在電子—空穴載子對消失前迅速地將他們引出，以產生電流。這一內部電場可通過將P型半導體與N型半導體接合形成P-N結，而在其介面處產生。光電轉換元件就是利用內建電場，有效地取出電流而獲取電力的元件。為提高光電轉換元件的輸出電流強度，通常採用一種聚光元件來匯聚光線至光電轉換元件上，惟，僅結合一種聚光元件，電流依然較弱，從而使得具有該光電轉換元件及聚光元件的太陽能集光系統的光電轉換效率較低。

有鑒於此，提供一種具有較高的光電轉換效率的太陽能集光系統實屬必要。

一種太陽能集光系統，其包括分光元件、聚光元件、一個光纖組及一個光電轉換單元組。所述分光元件用於接收太陽光並將接收到的太陽光進行分光。所述聚光元件位於所述分光元件及所述光纖組之間。所述光纖組位於所述聚光元件與所述光電轉換單元組之間。所述光纖組至少包括兩根光纖。所述光電轉換單元組包括至少兩個光電轉換單元。太陽光經所述分光元件後，太陽光中的多束第一光線沿第一方向或者平行於第一方向的方向從所述分光元件出射至所述聚光元件，多束第一光線經所述聚光元件聚合後經一根所述光纖進入一個所述光電轉換單元。太陽光中的多束第二光線沿第二方向或者平行於所述第二方向的方向從所述分光元件出射至所述聚光元件，多束第二光線經所述聚光元件聚合後經另一根所述光纖進入另一個所述光電轉換元件。所述第一光線的波長不同於所述第二光線的波長。所述第一方向不同於所述第二方向。

相較於先前技術，本發明利用分光元件使太陽光透射所述分光元件時，其中的第一光線及第二光線由於波長不同具有不同的繞射角度而分開。分開後的第一光線及第二光線分別沿第一方向或平行於第一方向的方向及第二方向或平行於第二方向的方向傳播，經聚光元件聚合後經一根光纖進入到對應的對該光線具有高光電轉換效率的光電轉換單元，從而使得本發明的所述太陽能集光系統具有較高的光電轉換效率。

10．．．太陽能集光系統

11．．．分光元件

12．．．聚光元件

13．．．光纖組

14．．．光電轉換單元組

131．．．第一光纖

132．．．第二光纖

133．．．第三光纖

141．．．第一光電轉換單元

142．．．第二光電轉換單元

143．．．第三光電轉換單元

111．．．第一入光側

112．．．第一出光側

1311、1321、1331．．．第二入光端

1312、1322、1332．．．第二出光端

121．．．第一匯聚點

122．．．第二匯聚點

123．．．第三匯聚點

1411．．．第一受光面

1421．．．第二受光面

1431．．．第三受光面

15．．．第一方向

16．．．第二方向

17．．．第三方向

151．．．第一光線

161．．．第二光線

171．．．第三光線

圖1是本發明實施例提供的太陽能集光系統的結構示意圖。

以下，列舉具體實施例結合上述附圖詳細地說明本發明的太陽能集光系統的結構。

請參閱圖1，本發明實施例所提供的太陽能集光系統10包括分光元件11、聚光元件12、一個光纖組13及一個光電轉換單元組14。

優選地，本實施例中，所述分光元件11為一分光光柵。所述分光元件11大致呈長條形。所述分光元件11具有一個第一入光側111及與所述第一入光側111相對的第一出光側112。所述分光元件11利用不同波長的光經過所述分光元件11時，會有不同的繞射角度，將沿垂直於所述分光元件11的第一出光側112入射的太陽光分為包括多束沿第一方向15或平行於第一方向15的方向傳播的第一光線151、多束沿第二方向16或平行於第二方向16的方向傳播的第二光線161及多束沿第三方向17或平行於第三方向17的方向傳播的第三光線171等多種沿不同方向傳播的光線。所述第一方向15、第二方向16及第三方向17兩兩各不相同。所述第一光線151、第二光線161及第三光線171兩兩波長各不相同。

所述聚光元件12位於所述分光元件11及所述光纖組13之間。所述聚光元件12放置於所述第一出光側112。

優選地，所述聚光元件12為一聚光透鏡，例如菲涅爾透鏡、凸透鏡及複合型抛物面鏡等。從所述分光元件11的第一出光側112繞射出來的沿第一方向15或平行於第一方向15的方向傳播的第一光線151經過所述聚光元件12，匯聚於第一匯聚點121；從所述分光元件11的第一出光側112繞射出來的沿第二方向16或平行於第二方向16的方向傳播的第二光線161經過所述聚光元件12後，匯聚於第二匯聚點122；從所述分光元件11的第一出光側112繞射出來的沿第三方向17或平行於第三方向17的方向傳播的第三光線171經過所述聚光元件12後，匯聚於第三匯聚點123。

所述光纖組13位於所述聚光元件12及所述光電轉換單元組14之間。所述光纖組13中各光纖的一端均放置於所述聚光元件12的焦平面。本實施方式中，所述光纖組13包括第一光纖131，第二光纖132及第三光纖133。所述光纖組13中各光纖均具有一個第二入光端及與所述第二入光端相對的第二出光端。具體的，所述第一光纖131具有一個第二入光端1311及與所述第二入光端1311相對應的第二出光端1312；所述第二光纖132具有一個第二入光端1321及與所述第二入光端1321相對應的第二出光端1322；所述第三光纖133具有一個第二入光端1331及與所述第二入光端1331相對應的第二出光端1332。所述光纖組13中各光纖的第二入光端均對應放置於所述三個匯聚點。具體的，所述第二入光端1311放置於所述第一匯聚點121、所述第二入光端1321放置於所述第二匯聚點122，所述第二入光端1331放置於所述第三匯聚點123。

所述光電轉換單元組14中各光電轉換單元均放置於所述光纖組13中各光纖的第二出光端。本實施方式中，所述光電轉換單元組14中的各光電轉換單元均為太陽能電池。當然，所述光電轉換單元組14中的各光電轉換單元也可均為光電二極體。所述光電轉換單元組14包括第一光電轉換單元141，第二光電轉換單元142及第三光電轉換單元143。所述第一光電轉換單元141採用低能隙的鍺（0.6電子伏特）基材製成；所述第二光電轉換單元142採用中能隙的鎵銦砷（1.3電子伏特）基材製成；所述第三光電轉換單元143採用高能隙的鎵銦磷（1.9電子伏特）基材製成。所述光電轉換單元組14中各光電轉換單元均具有一個受光面。即，所述第一光電轉換單元141具有一個第一受光面1411；第二光電轉換單元142具有一個第二受光面1421；第三光電轉換單元143具有一個第三受光面1431。所述三個受光面分別與所述三個第二出光端相對。具體的，所述第二出光端1312與所述第一受光面1411相對；所述第二出光端1322與所述第二受光面1421相對；所述第二出光端1332與所述第三受光面1431相對。

當太陽光沿垂直於所述分光元件11第一出光側112的方向入射到所述分光元件11時，由於不同波長的光經過所述分光元件11時會有不同的繞射角度，經過所述分光元件11後的太陽光被分成了包括多束沿第一方向15或平行於第一方向15的方向傳播的第一光線151、多束沿第二方向16或平行於第二方向16的方向傳播的第二光線161及多束沿第三方向17或平行於第三方向17的方向傳播的第三光線171等多種沿不同方向傳播的光線。第一光線151到達所述聚光元件12，經所述聚光元件12聚焦後匯聚於第一匯聚點121，並通過放置於第一匯聚點121處的第一光纖131的第二入光端1311進入所述第一光纖131，經由所述第一光纖131的傳導，從第一光纖131的第二出光端1312出射到對第一光線151具有高光電轉換效率的所述第一光電轉換單元141的第一受光面1411；第二光線161到達所述聚光元件12，經所述聚光元件12聚焦後匯聚於第二匯聚點122，並通過放置於第二匯聚點122的第二光纖132的第二入光端1321進入所述第二光纖132，經由所述第二光纖132的傳導，從所述第二光纖132的第二出光端1322出射到對第二光線161具有高光電轉換效率的所述第二光電轉換單元142的第二受光面1421；第三光線171到達所述聚光元件12，經所述聚光元件12聚焦後匯聚於第三匯聚點123，並通過放置於所述第三匯聚點123處的第三光纖133的第二入光端1331進入到所述第三光纖133中，經由所述第三光纖133的傳導，從所述第三光纖133的第二出光端1332出射到對第三光線171具有高光電轉換效率的所述第三光電轉換單元143的第三受光面1431。

可以理解的是，本發明所述太陽能集光系統不限於本實施例所描述的結構，只要其能實現將不同波段的光引導到相應的對該波段的光具有高光電轉換效率的光電轉換單元，從而提高光電轉換效率即可。

本發明利用分光元件使太陽光透射所述分光元件時，其中的第一光線、第二光線及第三光線由於波長不同具有不同的繞射角度而分開。分開後的第一光線、第二光線及第三光線分別沿第一方向或平行於第一方向的方向、第二方向或平行於第二方向的方向及第三方向或平行於第三方向的方向傳播，經聚光元件聚合後經一根光纖進入到對應的對該光線具有高光電轉換效率的光電轉換單元，從而使得本發明的所述太陽光集光系統具有較高的光電轉換效率。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士爰依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

10．．．太陽能集光系統

11．．．分光元件

12．．．聚光元件

13．．．光纖組

14．．．光電轉換單元組

131．．．第一光纖

132．．．第二光纖

133．．．第三光纖

141．．．第一光電轉換單元

142．．．第二光電轉換單元

143．．．第三光電轉換單元

111．．．第一入光側

112．．．第一出光側

1311、1321、1331．．．第二入光端

1312、1322、1332．．．第二出光端

121．．．第一匯聚點

122．．．第二匯聚點

123．．．第三匯聚點

1411．．．第一受光面

1421．．．第二受光面

1431．．．第三受光面

15．．．第一方向

16．．．第二方向

17．．．第三方向

151．．．第一光線

161．．．第二光線

171．．．第三光線

Claims (8)

1. 一種太陽能集光系統，其包括分光元件、聚光元件、一個光纖組及一個光電轉換單元組，所述分光元件用於接收太陽光並將接收到的太陽光進行分光，所述聚光元件位於所述分光元件及所述光纖組之間，所述光纖組位於所述聚光元件與所述光電轉換單元組之間，所述光纖組包括至少兩根光纖，所述光電轉換單元組包括至少兩個光電轉換單元，太陽光經所述分光元件後，太陽光中的多束第一光線沿第一方向或者平行於第一方向的方向從所述分光元件出射至所述聚光元件，多束第一光線經所述聚光元件聚合後經一根所述光纖進入一個所述光電轉換單元，太陽光中的多束第二光線沿第二方向或者平行於所述第二方向的方向從所述分光元件出射至所述聚光元件，多束第二光線經所述聚光元件聚合後經另一根所述光纖進入另一個所述光電轉換元件，所述第一光線的波長不同於所述第二光線的波長，所述第一方向不同於所述第二方向。
2. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能集光系統，其中，所述分光元件為分光光柵。
3. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能集光系統，其中，所述聚光元件為聚光透鏡。
4. 如申請專利範圍第3項所述的太陽能集光系統，其中，所述聚光元件為菲涅爾聚光透鏡。
5. 如申請專利範圍第3項所述的太陽能集光系統，其中，所述聚光元件為凸透鏡。
6. 如申請專利範圍第3項所述的太陽能集光系統，其中，所述聚光元件為複合型抛物面鏡。
7. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能集光系統，其中，所述光電轉換單元組中每個光電轉換單元均具有一個受光面，每一所述受光面均用於接收從相應的光纖出射的光線。
8. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能集光系統，其中，所述光電轉換單元組中的每個光電轉換單元均為太陽能電池或者發光二極體。