TWI651863B - 太陽能集光裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種太陽能集光裝置，包含有透明層位在發光層上方，複合薄膜層位在發光層及透明層間，用以接合發光層及透明層，當外部光線穿透透明層至複合薄膜層，複合薄膜層可反射部分的外部光線至透明層的頂部再反射，以使部分的外部光線反射在透明層，複合薄膜層並使剩餘的外部光線穿透至發光層轉換成轉換光線，穿透至透明層的頂部再反射，以使轉換光線反射在透明層中。透過本發明的特殊結構提高太陽光線的收集，更進一步提高發電效率。

Description

太陽能集光裝置

本發明係關於一種太陽能發電的集光裝置，特別是一種具有特殊複合薄膜結構的太陽能集光裝置。

太陽能集光器，例如螢光式太陽能集光器，係將發光材料混合或是塗佈在大面積透光材料上，藉由大面積的透光材料吸收更多的太陽光，一般為了提高太陽光的使用效率，有一種方法是結合導光元件模組的太陽能集光器，藉由導光元件引導太陽光，以傳導至太陽能電池或熱傳導元件，以增加太陽光的收集效能，進一步提升太陽能轉換裝置的發電效率。

一般的太陽能轉換裝置係需藉由太陽能集光器，將入射的太陽光聚集，再傳輸至一側匯集，以供太陽能電池或熱傳導元件使用，匯聚光線的設計可能會使太陽能轉換裝置產生巨大的體積，如此大體積的太陽能轉換裝置容易耗費更高的製作成本及材料成本，且較難精密地移動控制太陽光的追蹤，亦需要更龐大面積的設置區域。

先前提出過許多專利，例如中華民國專利公開號200937655所揭露之薄膜太陽能集光器/收集器，利用光學表面具有複數稜鏡特徵以增強環境光的導光能力；中華民國專利公告號M373472所揭露之集光器表面結構改良，以電解拋光在金屬基材結構表面，以有效增加集光器的耐侵蝕耐候性，並保有亮面特性；中華民國專利公告號I540744所揭露之寬頻反射器、集光式太陽能系統及其使用方法，利用紫外反射的多光學薄膜堆疊在一可見/紅外反射的金屬層上，以得到紫外光至紅外光反射的寬頻反射器；中華民國專利公告號I473279所揭露之太陽能集光器，利用光線匯集元件以減少太陽能集光器的材料成本，達到薄型化的優點；中華民國專利公告號I404975所揭露之集光方法、集光系統以及光能轉換裝置，集光系統包含聚光元件及反射區面元件，以使集光系統將大量的入射光收集後，以較密集的較小光區域射出；中華民國專利公告號484702所揭露之穿透式全像太陽能集光器，改良習知的聚焦透鏡，以全像光學元件取代，減少厚透鏡的研磨減輕重量。

有鑑於此，習知太陽能集光器係朝向薄型化，且減少太陽能集光器的材料或生產成本，或是改變集光器的材料特性等，以便於應用，成為當前研發及應用的重要課題，本發明則提出一種更不同於習知太陽能集光器的集光結構，藉此提高收光效率與發電效率。

本發明的主要目的係在提供一種太陽能集光裝置，利用複合的光學薄膜，設置在於如透明玻璃的透明層與發光層間，用以提升集光裝置的收光效率與發電效率，藉此達到更高的太陽能板發電電流。

本發明的另一目的係在提供一種太陽能集光裝置，不同於習知需使用幾何形狀或是特殊角度稜鏡的面鏡或透鏡，可以更進一步節省集光裝置中的額外的反射元件，節省製造成本，並且也具有提高太陽能集光裝置的導光能力。

為了達成上述的目的，本發明提供一種太陽能集光裝置，包含有一發光層、一透明層以及一複合薄膜層，透明層位於發光層上方，複合薄膜層位在發光層及透明層間，接合發光層及透明層，當外部光線穿透透明層至複合薄膜層，複合薄膜層可以反射部分外部光線至透明層的頂部再反射，使部分外部光線反射在透明層中，複合薄膜層並使剩餘的外部光線穿透至發光層轉換成轉換光線，穿透至透明層的頂部再反射，以使轉換光線反射在透明層中。

在本發明中，複合薄膜層還包含有複數高折射率薄膜及複數低折射率薄膜，每一高折射率薄膜與每一低折射率薄膜交錯堆疊。這些高折射率薄膜可分別有五層且厚度皆不相同，這些低折射率薄膜亦分別有五層且厚度也皆不相同。並且，高折射率薄膜係為二氧化鈦薄膜，低折射率薄膜係為二氧化矽薄膜。

在本發明中，複合薄膜層係由真空鍍膜機蒸鍍製鍍而成。

在本發明中，透明層為光學玻璃；發光層為無機螢光粉層。

在本發明中，還包含有至少一太陽能面板，位在發光層、透明層及複合薄膜層一側，太陽能面板可接收反射後的部分外部光線及轉換光線。

在本發明中，還包含有一抗反射光學薄膜層，位在透明層上，抗反射光學薄膜層可以增加外部光線穿透率。

在本發明中，部分的外部光線係為近紅外線，剩餘的外部光線係為近紫外線及可見光區，轉換光線係為長波可見光。

底下藉由具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

一般太陽光中，可以依照光的波長，區分有可見光、不可見光，本發明可以有效將不同波長的光線進行反射以及轉換後再反射，妥善利用所接收的太陽光線，以提高集光的功效，藉此更進一步提高發電的電流強度。

首先，請參照本發明第一圖所示，一種太陽能集光裝置10包含有一發光層12、一透明層14、一複合薄膜層16及至少一太陽能面板18，透明層14係位於發光層12的上方，複合薄膜層16一面接合發光層12，另一面接合透明層14，複合薄膜層16位在發光層12及透明層14間，太陽能面板18係位於發光層12、透明層14及複合薄膜層16的一側，在本實施例中，發光層12係為無機螢光粉層，其使用膠粉比20%的紅色R630無機螢光粉層，透明層14係為光學玻璃，尺寸係可為長度5 cm、寬度5 cm、厚度5 mm，複合薄膜層16係可藉由真空鍍膜機蒸鍍製鍍而成，太陽能面板18的數量先以一個為例說明，可以選用大小為5 cm乘0.5 cm的矽太陽能板，但本發明不以實施例之說明而限制。

承接上段，本發明中的複合薄膜層16更包含複數高折射率薄膜162及複數低折射率薄膜164，這些高折射率薄膜162與這些低折射率薄膜164交錯堆疊，在本發明中，高折射率薄膜162係為二氧化鈦(TiO2)薄膜，低折射率薄膜164係為二氧化矽(SiO2)薄膜。並請再參照本發明第二圖所示，以詳加說明複合薄膜層16的堆疊結構，複合薄膜層16的高折射率薄膜162係分別為五層高折射率薄膜162a、162b、162c、162d、162e，且每一層厚度皆不相同，例如由上而下的高折射率薄膜之厚度分別為，高折射率薄膜162a係為87.5 nm、高折射率薄膜162b係為98.8 nm、高折射率薄膜162c係為97.4 nm、高折射率薄膜162d係為94.9 nm、高折射率薄膜162e係為107.1 nm；而穿插在這五層高折射率薄膜162a、162b、162c、162d、162e中，也具有五層低折射率薄膜164a、164b、164c、164d、164e，每一層的厚度也皆不相同，例如由上而下的低折射率薄膜之厚度分別為，低折射率薄膜164a係為63.2 nm、低折射率薄膜164b係為151.6 nm、低折射率薄膜164c係為147.6 nm，低折射率薄膜164d係為147.7 nm、低折射率薄膜164e係為160.7 nm，上述的厚度為本發明最佳的厚度設計，但本發明不限制厚度是否應皆不同或是皆相同，可依使用者之設計而定。

說明完本發明的結構後，接續說明本發明太陽能集光裝置的集光方式，並請同時參照第三圖所示。當使用者將太陽能集光裝置10設置在可以接收陽光的位置後，外部光線L會自透明層14頂部進入，並穿透透明層14，當接觸到複合薄膜層16時，部分外部光線L1會被複合薄膜層16反射，以反射在透明層14中，直到此部分外部光線L1接觸透明層14的頂部，經由不同介質的影響而反射，例如自光學玻璃的透明層14頂部與外部的空氣係為不同的光傳播介質，導致部分外部光線L1會反射在透明層14中，遇到複合薄膜層16再反射，接著藉由入射角等於反射角的概念，並藉由複合薄膜層16及透明層14頂部的反射，使部分外部光線L1不斷的反射在透明層14中，直到部分外部光線L1投射至太陽能面板18為止。同時，當外部光線L接觸到複合薄膜層16時，除了部分光線L1先進行反射外，接著剩餘外部光線L2會藉由層層堆疊的複合薄膜層16的過濾，以穿透至發光層12，並藉由發光層12的轉換，將剩餘外部光線L2轉換成轉換光線LT，並從發光層12穿透至透明層14的頂部，再經由透明層14頂部的反射，此時經轉換後的轉換光線LT再反射回複合薄膜層16，藉由複合薄膜層16及透明層14頂部，不斷的反射在透明層14中，一直到轉換光線LT投射至太陽能面板18為止。上述的外部光線L係為陽光，而部分外部光線L1係為陽光中的近紅外線，剩餘外部光線L2則係為陽光中的紫外線及可見光區，經轉換後的轉換光線LT係為波長較長的長波可見光。在第三圖中，先僅以一外部光線L為例說明，在實際運作上，不限制所投射進入的太陽光的光線數量，以及不限制太陽光投射進入太陽能集光裝置10的角度，圖式中僅係為說明的依據，並非限制，而太陽能面板18可吸收這些光線，進行光電轉換，本發明也不限制光電轉換的形式及太陽能面板18的結構，主要是可以透過本發明的太陽能集光裝置10收集及反射更多的光線至太陽能面板18中。

說明完上述實施例後，接續說明本發明另一實施例，請參照本發明第四圖所示，因本發明不限制透明層14的材質，主要是以光學玻璃為主，倘若使用者所使用的透明層14，吸收光線的功效不佳時，可以在透明層14的上方設置一抗反射光學薄膜層20，其係位於透明層14的頂部表面上，此一抗反射光學薄膜層20係可以增加外部光線L的穿透率，以及可以使得更多外部光線L至透明層14中進行光的反射、轉換及反射，最後在投射至太陽能面板18中，以進行光電轉換的反應，有關本實施例中外部光線L穿透或反射複合薄膜層16，以再轉換反射的方式，相同於上述的實施例，恕本發明不在此贅述。有關抗反射光學薄膜層20，本發明不限制其結構，抗反射光學薄膜層20可以利用層疊的方式製成，也可以是分別為氧化物薄膜、氟化物薄膜或氮化物薄膜的材質，依照使用者設計而定。

本發明主要是增設一複合薄膜層，提高太陽光的吸收率以及反射率，根據本發明所提供的太陽能集光裝置，比起一般沒有複合薄膜的集光裝置而言，本發明在太陽能板的短路電流係為18.3 mA，高於一般沒有複合薄膜之集光裝置的17.3 mA，使得本發明發電效率明顯高於一般的集光裝置。並且，本發明也不用在透明層中或其它位置增設幾何形狀、面鏡或透鏡，可以省去不必要的元件，節省製造成本，並可提高太陽能集光裝置的收光效率、發電效率及導光能力。

以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍。

10‧‧‧太陽能集光裝置

12‧‧‧發光層

14‧‧‧透明層

16‧‧‧複合薄膜層

162‧‧‧高折射率薄膜

162a、162b、162c、162d、162e‧‧‧高折射率薄膜

164‧‧‧低折射率薄膜

164a、164b、164c、164d、164e‧‧‧低折射率薄膜

18‧‧‧太陽能面板

20‧‧‧抗反射光學薄膜層

L、L1、L2‧‧‧外部光線

LT‧‧‧轉換光線

第一圖為本發明第一實施例的結構示意圖。 第二圖為本發明中複合薄膜層的簡易結構示意圖。 第三圖為本發明中外部光線進行反射及轉換的示意圖。 第四圖為本發明第二實施例中外部光線進行反射及轉換的示意圖。

Claims (10)

1. 一種太陽能集光裝置，包含： 一發光層； 一透明層，其係位於該發光層上方；以及 一複合薄膜層，其係位於該發光層及該透明層間，以接合該發光層及該透明層，當外部光線穿透該透明層至該複合薄膜層，該複合薄膜層係可反射部分之該外部光線至該透明層之該頂部再反射，以使該部分之該外部光線反射於該透明層中，該複合薄膜層並使剩餘的該外部光線穿透至該發光層轉換成轉換光線，以穿透至該透明層之該頂部再反射，以使該轉換光線反射於該透明層中。
2. 如請求項1所述之太陽能集光裝置，其中該複合薄膜層更包含複數高折射率薄膜及複數低折射率薄膜，每一該高折射率薄膜係與每一該低折射率薄膜交錯堆疊。
3. 如請求項2所述之太陽能集光裝置，其中該等高折射率薄膜分別為五層且厚度皆不相同，該等低折射率薄膜分別為五層且厚度皆不相同。
4. 如請求項2所述之太陽能集光裝置，其中該高折射率薄膜係為二氧化鈦薄膜，該低折射率薄膜係為二氧化矽薄膜。
5. 如請求項1所述之太陽能集光裝置，其中該複合薄膜層係藉由真空鍍膜機蒸鍍製鍍而成。
6. 如請求項1所述之太陽能集光裝置，其中該透明層係為光學玻璃。
7. 如請求項1所述之太陽能集光裝置，其中該發光層係為無機螢光粉層。
8. 如請求項1所述之太陽能集光裝置，更包含至少一太陽能面板，其係位於該發光層、該透明層及該複合薄膜層之一側，該至少一太陽能面板係可接收反射後的該部分之該外部光線及該轉換光線。
9. 如請求項1所述之太陽能集光裝置，更包含一抗反射光學薄膜層，其係位於該透明層之該頂部上，該抗反射光學薄膜層係可增加該外部光線的穿透率。
10. 如請求項1所述之太陽能集光裝置，其中該部分的該外部光線係為近紅外線，該剩餘的該外部光線係為近紫外線及可見光區，該轉換光線係為長波可見光。