WO2012089068A1 - 聚焦型太阳能导光模块 - Google Patents

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WO2012089068A1
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light guide
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sunlight
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林晖雄
林俊廷
鲍友南
许沁如
蔡祯辉
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators

Definitions

  • the invention relates to a focusing type solar light guiding module, in particular to a light guiding plate having a microstructure design, so that the sunlight is formed into a secondary reflection focusing solar light guiding module through the design of the microstructure.
  • the solar cell can be made of other materials such as cadmium telluride, indium gallium arsenide or gallium arsenide.
  • solar cells made from semiconductor materials can absorb a wide range of solar spectral energies, resulting in the highest photoelectric conversion efficiency of almost 30% to 40%.
  • the technical problem to be solved by the present invention is to provide a focusing type solar light guiding module, which can effectively reduce the power generation cost of the solar battery, and solve the problems existing in the prior art.
  • the present invention provides a focusing type solar light guiding module adapted to direct a sunlight to an energy conversion component.
  • the focusing solar light guiding module comprises an array of lenses and a light guide plate.
  • the lens array includes at least one lens assembly, and each lens assembly has an upper curved surface and a lower bottom surface.
  • the lens array receives and focuses sunlight.
  • the light guide plate has an upper plane and a microstructure bottom surface, and the upper plane is disposed in parallel with the lower bottom surface of the lens array, and the microstructure bottom surface includes at least one recess and a connecting portion. Wherein the connecting portion is parallel to the upper plane of the light guide plate, and the connecting portion is connected between the respective recessed portions.
  • the recessed portion includes a recessed tip, a first inclined surface and a second inclined surface, wherein the first inclined surface and the second inclined surface are respectively located on opposite sides of the concave tip, and are respectively connected between the concave tip and the respective adjacent connecting portions thereof .
  • the second reflection is formed by the concave portion and the connecting portion, and is transmitted by the total reflection in the light guide plate, so that the sunlight passes through at least one side of the light guide plate.
  • An energy conversion component is disposed on the side to receive sunlight that is transmitted from the light guide plate and convert it into a source of electrical power.
  • the present invention also provides a focusing type solar light guiding module adapted to guide a sunlight to an energy conversion component.
  • the focusing solar light guiding module comprises a light guiding plate and an array of lenses.
  • the light guide plate has a microstructure top surface and a lower plane, wherein the microstructure top surface includes at least one recess and a connecting portion.
  • the connecting portion is parallel to the lower plane of the light guide plate, and the connecting portion is connected between the respective recessed portions.
  • the recessed portion includes a recessed tip, a first inclined surface and a second inclined surface, wherein the first inclined surface and the second inclined surface are respectively located on opposite sides of the concave tip, and are respectively connected between the concave tip and the respective adjacent connecting portions thereof .
  • the lens array includes at least one lens assembly, wherein each lens assembly has an upper top surface and a lower curved surface.
  • the upper top surface is arranged in parallel on the lower plane of the light guide plate.
  • the sunlight passes through the light guide plate and is reflected by the lower curved surface of each lens assembly in the lens array to the top surface of the microstructure of the light guide plate, the sunlight successively forms a secondary reflection through the recess portion and the connecting portion, and is in the light guide plate The total reflection is transmitted, so that the sunlight passes through at least one side of the light guide plate.
  • the energy conversion component is disposed on the side to receive sunlight that is transmitted from the light guide plate and convert it into a power source.
  • FIG. 1A is a schematic structural view of a focusing type solar light guiding module according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 1B is a side view of FIG. 1A;
  • Figure 1C is a partial enlarged view of Figure 1B;
  • FIG. 1D is a schematic structural view of a focusing type solar light guiding module according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 2A is a side view showing the structure of a focusing type solar light guiding module according to a third embodiment of the present invention
  • FIG. 3A is a schematic structural view of a focusing type solar light guiding module according to a fifth embodiment of the present invention
  • FIG. 3B is a side view of FIG. 3A;
  • Figure 3C is a partial enlarged view of Figure 3B;
  • FIG. 4A is a schematic structural view of a focusing type solar light guiding module according to a sixth embodiment of the present invention
  • FIG. 4B is a side view of FIG. 4A;
  • Figure 4C is a partial enlarged view of Figure 4B;
  • FIG. 4D is a schematic structural view of a focusing type solar light guiding module according to a seventh embodiment of the present invention
  • FIG. 5A is a schematic structural view of a focusing type solar light guiding module according to an eighth embodiment of the present invention
  • FIG. 5B is a side view of FIG. ;
  • Figure 5C is a partial enlarged view of Figure 5B;
  • FIG. 6A is a schematic perspective view of the structure of FIG. 1D;
  • 6B and 6C are normalized intensity diagrams of the light guiding efficiency of FIG. 6A;
  • Fig. 6D is a schematic view showing the structure in which the lens assembly of Fig. 6A is a movable lens assembly to achieve the seasonal light guiding effect.
  • FIG. 1A is a schematic structural view of a focusing type solar light guiding module according to a first embodiment of the present invention.
  • Fig. 1B is a side view of Fig. 1A.
  • Fig. 1C is a partial enlarged view of Fig. 1B.
  • Figure 1A to Figure 1C please refer to Figure 1A to Figure 1C together.
  • the focus type solar light guiding module 1000 includes a lens array 1100 and a light guide plate 120.
  • the first side surface 12 of the light guide plate 120 is provided with an energy conversion component 140.
  • the energy conversion component 140 can be, but is not limited to, a photoelectric conversion or thermoelectric conversion component.
  • the focusing solar light guiding module 1000 is adapted to direct the sunlight 180 to the energy conversion assembly 140, wherein the sunlight 180 can be regarded as an ideal parallel Light.
  • Lens array 1100 receives and focuses sunlight 180.
  • the lens array 1100 includes at least one lens assembly 110, wherein each lens assembly 110 has an upper curved surface 110a and a lower bottom surface 110b.
  • the lens assembly 110 can be, but is not limited to, a lenticular lens sheet fabricated via a micro-nano roll filming process (Rol l-to Rol l, R2R).
  • the lower bottom surface 110b of the lens assembly 110 is defined as the radial distance between the ends of the upper curved surface 110a, and the lower bottom surface 110b of the single lens assembly 110 has a length W.
  • Each lens assembly 110 has a substantially elongated columnar structure, and each of the upper curved surface 110a and each of the lower bottom surfaces 110b are connected to each other to be juxtaposed into a lens array 1100.
  • the light guide plate 120 has an upper surface 120a and a microstructure bottom surface 120b.
  • the thickness h of the light guide plate 120 is formed between the upper surface 120a and the microstructure bottom surface 120b, and the upper surface 120a is disposed in parallel to the lower bottom surface 110b of the lens array 1100.
  • the upper surface 120a of the light guiding plate 120 is parallel and tightly joined to the lower bottom surface 110b of the lens assembly 110 as the following description.
  • the upper plane 120a of the light guide plate 120 may also have a fixed gap parallel to the lower bottom surface 110b of the lens assembly 110, but the connection relationship between the two is not intended to limit the scope of the present invention.
  • the microstructure bottom surface 120b includes at least one recess 130 and a connecting portion 132, wherein the connecting portion 132 is parallel to the upper plane 120a of the light guide plate 120, and the connecting portion 132 is connected between the respective recess portions 130. That is, according to the focus type solar light guiding module of the first embodiment of the present invention, the respective recessed portions 130 are separated from each other (ie, discontinuously) on the microstructured bottom surface 120b, and are separated by a connecting portion 132 between the two.
  • the light guide plate 120 forms a discontinuous microstructure bottom surface design.
  • Each of the recessed portions 130 corresponds to the upper curved surface 110a of the lens assembly 110.
  • the concave portion 130 is disposed in a strip shape corresponding to the cylindrical structure of the lens assembly 110.
  • a long axis of the columnar structure of the lens assembly 110 is at an angle of 0 degrees (i.e., parallel) to a long axial direction of the strip of the recessed portion 130.
  • the recessed portion 130 includes a recessed tip 130a, a first slope 130b and a second slope 130c, wherein the first slope 130b and the second slope 130c are respectively located on opposite sides of the recessed tip 130a, and are respectively connected Between the recessed tip 130a and its respective adjacent connecting portion 132, wherein the first slope 130b faces the direction of the first side 12.
  • the recessed portion 130 is substantially an inverted V-shaped recessed design having a recessed tip 130a and two inclined surfaces (the first inclined surface 130b and the second inclined surface 130c) formed by the concave tip 130a to form a perpendicular perpendicular to the connecting portion 132.
  • First slope 130b and A first angle is formed between the perpendicular lines.
  • the second inclined surface 130c forms a second angle ⁇ 2 with the vertical line.
  • the vertical line and the adjacent connecting portion 132 respectively have a first radial direction.
  • the distance is a second radial distance d 2 .
  • the lower bottom surface 110b of the lens assembly 110 has a length W greater than or equal to 2
  • the sum of the first radial distance A and the second radial distance d 2 that is, W ⁇ Z + cQ.
  • the sunlight 180 After the sunlight 180 is focused by the lens array 1100, it is secondarily reflected by the recess 130 and the connecting portion 132, and is totally reflected by the light guide plate 120, so that the sunlight 180 penetrates the first side 12 of the light guide plate 120.
  • the energy conversion component 140 is disposed on the first side 12 to receive the sunlight 180 that is transmitted from the light guide plate 120 and convert it into a power source.
  • a focus generated by the sunlight 180 being focused by the lens array 1100 is located above the first inclined surface 130b.
  • the focus of the focused sunlight 180 falls above the first slope 130b.
  • the focused sunlight 180 is first projected onto the first slope 130b of the recess 130 and is reflected by the first slope 130b (here, forming a first reflection) onto the adjacent connection portion 132.
  • the focus of the lens array 1100 may be located below the first inclined surface 130b or the first inclined surface 130b, and This is limited to this.
  • the sunlight 180 continues to be reflected by the connecting portion 132 (where a second reflection is formed), the light is deflected by a larger angle, and then totally reflected by the upper plane 120a of the light guide plate 120 and the microstructured bottom surface 120b.
  • the sunlight 180 is transmitted between the light guide plates 120 toward the first side surface 12. Therefore, the sunlight 180 eventually penetrates the first side 12 of the light guide plate 120.
  • the energy conversion component 140 disposed on the first side 12 receives the sunlight 180 that is transmitted from the light guide plate 120 and is converted into a power source.
  • the light guide plate 120 has a refractive index nc of the light guide plate.
  • the angle of incidence of the light must be greater than a critical angle between the light guide plate 120 and the air. That is, sin - '1 ), so that the light is sufficient to form total reflection to be reflected back and forth between the light guide plates 120.
  • the thickness h of the light guide plate 120 and the length W of the lower bottom surface 110b of the lens assembly 110 satisfy the relationship: h W .
  • the NXW 50h if the number of lenses The group 1100 includes N lens assemblies 110, and when the length of the lower bottom surface 110b of each lens assembly 110 is W, the NXW 50h.
  • the thickness h of the light guide plate 120 can be approximately 10 cm, and the length W of the lower bottom surface 110b of the lens assembly 110 can be approximately 3000 micrometers.
  • the refractive index of the lens assembly of the lens array 1100 is smaller than the refractive index ⁇ ⁇ of the light guide plate of the light guide plate 120.
  • FIG. 1D is a schematic structural view of a focusing type solar light guiding module according to a second embodiment of the present invention.
  • the focused solar light guiding module comprises a lens array 1100, a light guide plate 120 and a dielectric layer 150.
  • the dielectric layer 150 is disposed between the lens array 1100 (the lens assembly 110 ) and the light guide plate 120 , and ensures that the sunlight 180 travels to the interface between the dielectric layer 150 and the light guide plate 120 , and does not form total reflection, but is completely incident on the guide.
  • the dielectric layer refractive index ni of the dielectric layer 150 is smaller than the light guide plate refractive index ⁇ ⁇ of the light guide plate 120, and the dielectric layer refractive index ni of the dielectric layer 150 is also smaller than the lens assembly refractive index ⁇ of the lens array 1100.
  • FIG. 2A is a side view showing the structure of a focusing type solar light guiding module according to a third embodiment of the present invention.
  • the lens assembly 110' may be a fan-shaped lens, wherein the lens assembly 110' includes an upper curved surface 110a', a lower bottom surface 110b' and a connecting surface 110c.
  • the connecting surface 110c connects the adjacent two upper curved surfaces 110a'.
  • the upper curved surface 110a' faces the direction corresponding to the first side surface 12, so that the sunlight 180 enters the lens assembly 110', and is focused on the light guide plate 120, and the center of the upper curved surface 110a' is biased toward the first side.
  • the incident sunlight 180 can form a larger incident angle through the fan-shaped lens assembly 110', and further increase the intensity of the light reflected by the light guide plate 120.
  • the connecting surface 110c is a vertical surface.
  • the connecting surface 110c may also be a slope, which is not limited thereto.
  • the focus type solar light guiding module includes a collecting lens 160 in addition to the lens array 1100 and the light guide plate 120.
  • the condensing lens 160 is disposed between the first side surface 12 of the light guide plate 120 and the energy conversion component 140 ′.
  • the focus type solar light guiding module of the fourth embodiment of the present invention by providing a collecting lens 160 between the first side surface 12 and the energy conversion component 140', the light is converted into energy.
  • the assembly 140 ′ first passes through the collecting lens 160 to further reduce the concentrating range of the sunlight 180 that is transmitted through the light guide plate 120 , thereby eliminating the use rate and the occupied area of the energy conversion component 140 ′ to achieve a streamlined design.
  • FIG. 3A is a schematic structural view of a focusing type solar light guiding module according to a fifth embodiment of the present invention.
  • Fig. 3B is a side view of Fig. 3A.
  • Fig. 3C is a partial enlarged view of Fig. 3B.
  • Figure 3A to Figure 3C please refer to Figure 3A to Figure 3C.
  • the focus type solar light guiding module 2000 includes a lens array 1100 and a light guide plate 120, wherein the light guide plate 120 has two opposite sides, that is, a first side 12 and a second side 12a, and the first side 12 and the second side 12a Each of the upper configurations has an energy conversion component 140.
  • the focused solar light guiding module 2000 is adapted to direct sunlight 180 to the energy conversion assembly 140, wherein the sunlight 180 can be considered an ideal parallel light.
  • Lens array 1100 receives and focuses sunlight 180.
  • the lens array 1100 includes at least one lens assembly 110.
  • the light guide plate 120 has an upper surface 120a and a microstructure bottom surface 120b.
  • the relative arrangement and microstructure design of the components are the same as the first embodiment of the present invention. Repeat again.
  • a focus generated by the sunlight 180 being focused by the lens array 1100 is located above the concave tip 130a.
  • the focus of the focused sunlight 180 falls above the recessed tip 130a.
  • the focused sunlight 180 will respectively travel toward the inclined surfaces on the opposite sides of the recessed tip 130a, and are projected onto the first slope 130b and the second slope 130c of the recess 130, and through the first slope 130b and The second slope 130c is reflected onto the connection portion 132 adjacent thereto.
  • the focus of the lens array 1100 may also be located below the recessed tip 130a or the recessed tip 130a. limit.
  • the sunlight 180 continues to be reflected by the connecting portion 132, so that the light is deflected by a large angle, and then totally reflected by the upper plane 120a of the light guide plate 120 and the microstructured bottom surface 120b, and the sunlight 180 is between the light guide plates 120.
  • the first side 12 and the second side 12a are transferred. Therefore, the sunlight 180 finally penetrates the first side 12 and the second side 12a of the light guide plate 120 toward the opposite sides of the recessed tip 130a, wherein the first slope 130b faces the first side 12, and the second slope 130c faces the direction of the second side 12a. Therefore, the energy disposed on the first side 12 and the second side 12a is turned
  • the replacement assembly 140 can receive the sunlight 180 that is transmitted from the light guide plate 120 and is thereby converted into a source of electricity.
  • FIG. 4A is a schematic structural view of a focusing type solar light guiding module according to a sixth embodiment of the present invention.
  • Fig. 4B is a side view of Fig. 4A.
  • 4C is a partial enlarged view of Fig. 4B.
  • Figure 4A to Figure 4C please refer to Figure 4A to Figure 4C.
  • the focus type solar light guiding module 3000 includes a light guide plate 210 and a lens array 2200.
  • the first side surface 12 of the light guide plate 210 is provided with an energy conversion component 240.
  • the energy conversion component 240 can be, but is not limited to, a photoelectric conversion or thermoelectric conversion component.
  • the focused solar light directing module 3000 is adapted to direct sunlight 280 to the energy conversion assembly 240, wherein the sunlight 280 can be considered an ideal parallel light.
  • the light guide plate 210 has a microstructure top surface 210a and a lower surface 210b, wherein a thickness h' of the light guide plate 210 is formed between the microstructure top surface 210a and the lower surface 210b.
  • the microstructure top surface 210a includes at least one recess 230 and a connecting portion 232, wherein the connecting portion 232 is parallel to the lower plane 210b of the light guide plate 210, and the connecting portion 232 is connected between the respective recess portions 230.
  • the respective recessed portions 230 are separated from each other (i.e., discontinuously) on the top surface 210a of the microstructure, and are spaced apart from each other by the connecting portion 232.
  • the light guide plate 210 forms a discontinuous microstructure top surface design.
  • the recessed portion 230 includes a recessed tip 230a, a first slope 230b and a second slope 230c, wherein the first slope 230b and the second slope 230c are respectively located on opposite sides of the recessed tip 230a, and are respectively connected Between the recessed tip 230a and its respective adjacent connecting portion 232, wherein the first slope 230b faces the direction of the first side 12.
  • the recessed portion 230 has a substantially V-shaped recessed design having a recessed tip 230a and two inclined faces (a first inclined surface 230b and a second inclined surface 230c).
  • a vertical line is formed by the recessed tip 230a perpendicular to the connecting portion 232, and a first angle ⁇ is formed between the first inclined surface 230b and the perpendicular line, and a second angle ⁇ is formed between the second inclined surface 230c and the perpendicular line.
  • the vertical line and the adjacent connecting portion 232 respectively have a first radial distance d and a second radial distance d 2 '.
  • the lens array 2200 includes at least one lens assembly 220.
  • the lens array 2200 includes N lens assemblies 220, and the lens assembly 220 can be, but is not limited to, flipping through a micro-nano drum.
  • Each of the lens assemblies 220 has an upper top surface 220a and a lower curved surface 220b, and each of the lower curved surfaces 220b is plated with a reflective layer 281 on the inner side of the upper top surface 220a.
  • the sunlight 280 is reflected back to the light guide plate through the reflective layer 281.
  • the reflective layer 281 is, for example, a highly reflective material such as a metal, a total reflection multilayer film, or a white reflection sheet.
  • the upper top surface 220a of the lens assembly 220 is defined as a radial distance between the two ends of the lower curved surface 220b, and the upper top surface 220a of the single lens assembly 220 has a length ⁇ .
  • Each of the lens assemblies 220 has a substantially columnar structure, and each of the upper top surface 220a and each of the lower curved surfaces 220b are connected to each other to be juxtaposed into a lens array 2200.
  • the upper top surface 220a of the lens assembly 220 is disposed in parallel on the lower plane 210b of the light guide plate 210.
  • the upper top surface 220a of the lens assembly 220 is parallel and tightly joined to the lower plane 210b of the light guide plate 210 as the following description.
  • the upper top surface 220a of the lens assembly 220 may also have a fixed gap parallel to the lower plane 210b of the light guide plate 210, but the connection relationship between the two is not intended to limit the scope of the present invention.
  • the sunlight 280 passes through the light guide plate 210 and is reflected by the lower curved surface 220b to the top surface 210a of the microstructure, the sunlight 280 successively forms a secondary reflection with the connecting portion 232 through the recess portion 230, and is totally reflected by the light guide plate 210.
  • the sunlight 280 is transmitted through the first side 12 of the light guide plate 210.
  • the energy conversion component 240 is disposed on the first side 12 to receive the sunlight 280 penetrating from the light guide plate 210 and convert it into a power source.
  • a focus generated by the sunlight 280 being focused by the lens array 2200 is located below the first slope 230b.
  • the sunlight 280 penetrates the light guide plate 210 into the lens array 2200
  • the sunlight 280 is first reflected by the lower curved surface 220b coated with the reflective layer 281, and is focused below the first inclined surface 230b of the recess 230.
  • the focused sunlight 280 is first projected onto the first slope 230b of the recess 230 and is reflected by the first slope 230b (here, forming a first reflection) onto the adjacent joint 232.
  • the focus of the lens array 2200 is located below the first inclined surface 230b, the focus of the lens array 2200 may be located above the first inclined surface 230b or the first inclined surface 230b, and This is limited to this.
  • the sunlight 280 continues to be reflected by the connecting portion 232 (here, forming a second reflection), The light is deflected by a larger angle, and then totally reflected by the microstructure top surface 210a and the lower plane 210b of the light guide plate 210, and the sunlight 280 is transmitted between the light guide plates 210 to the first side surface 12. Therefore, the sunlight 280 eventually penetrates the first side 12 of the light guide plate 210.
  • the energy conversion component 240 disposed on the first side 12 can receive the sunlight 280 that is transmitted from the light guide plate 210 and is converted into a power source.
  • the light guide plate 210 has a refractive index ⁇ ⁇ of the light guide plate.
  • the angle of incidence of the light must be greater than a critical angle between the light guide plate 210 and the air ( That is, sin- 1 1 ), so that the light is sufficient to form total reflection to be reflected back and forth between the light guide plates 210.
  • the thickness h' of the light guide plate 210 and the upper top surface 220a of the lens assembly 220 have a length W' satisfying the relationship: h'.
  • N X W' 50h' N X W' 50h'.
  • the thickness h' of the light guide plate 210 can be roughly designed to be 10 cm, and the length ⁇ of the upper top surface 220a of the lens assembly 220 can be approximately 3,000 micrometers.
  • the refractive index of the lens assembly of the lens array 2200 is smaller than the refractive index ⁇ ⁇ of the light guide plate of the light guide plate 210.
  • FIG. 4D is a schematic structural view of a focusing type solar light guiding module according to a seventh embodiment of the present invention.
  • a dielectric layer 150 is further disposed between the light guide plate 210 and the lens array 2200 (the lens assembly 220). To ensure that the sunlight 280 travels to the interface between the dielectric layer 150 and the lens array 2200, no total reflection is formed, and the solar light 280 is completely incident on the lens plate 2200.
  • the dielectric layer refractive index ni of the dielectric layer 150 is smaller than the lens assembly refractive index ⁇ of the lens array 2200, and the dielectric layer refractive index of the dielectric layer 150 is also smaller than the light guide plate refractive index ⁇ ⁇ of the light guide plate 210.
  • FIG. 5 is a schematic structural view of a focusing type solar light guiding module according to an eighth embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a side view of Figure 5 ⁇ .
  • Fig. 5C is a partial enlarged view of Fig. 5A.
  • Figure 5 ⁇ please refer to Figure 5C.
  • the focusing solar light guiding module 4000 includes a light guide plate 210 and a lens array 2200, wherein The light guide plate 210 has two opposite sides, that is, a first side 12 and a second side 12a, and each of the first side 12 and the second side 12a is provided with an energy conversion component 240.
  • the focused solar light directing module 4000 is adapted to direct sunlight 280 to the energy conversion assembly 240, wherein the sunlight 280 can be viewed as an ideal parallel light.
  • the lens array 2200 includes at least one lens assembly 220, and the light guide plate 210 has a microstructured top surface
  • a focus generated by the sunlight 280 being focused by the lens array 2200 is located below the concave tip 230a.
  • the focus of the sunlight 280 reflected and focused by the reflective layer 281 falls below the recessed tip 230a.
  • the focused sunlight 280 will respectively travel toward the inclined sides of the concave tip 230a on opposite sides, and then projected onto the first inclined surface 230b and the second inclined surface 230c of the concave portion 230, and through the first inclined surface 230b and the first The two inclined faces 230c are reflected onto the connecting portions 232 adjacent thereto.
  • the focus of the lens array 2200 is located below the recessed tip 230a, the focus of the lens array 2200 may also be located above the recessed tip 230a or the recessed tip 230a. limit.
  • the sunlight 280 continues to be reflected by the connecting portion 232, so that the light is deflected by a larger angle, and then totally reflected by the microstructure top surface 210a and the lower surface 210b of the light guide plate 210, and the sunlight 280 is disposed on the light guide plate 210.
  • the first side 12 and the second side 12a are transferred to each other. Therefore, the sunlight 280 finally penetrates the first side 12 and the second side 12a of the light guide plate 210 toward the opposite sides of the recessed tip 230a, wherein the first slope 230b faces the first side 12, and the second slope 230c faces the direction of the second side 12a. Therefore, the energy conversion component 240 disposed on the first side 12 and the second side 12a can receive the sunlight 280 that is transmitted from the light guide plate 210 and is converted into a power source.
  • the focus type solar light guiding module can replace the lens assembly with the fan lens as shown in FIG. 2A to increase the light guiding intensity, or increase the concentration as shown in FIG. 2B.
  • the optical lens 160 is disposed between the side of the light guide plate and the energy conversion component to further reduce the concentration range and eliminate the use of the solar cell.
  • a person skilled in the art can design the specifications of the solar light guiding module according to the embodiment of the present invention and the intensity and range of the light to be guided. The above embodiments are not intended to limit the scope of the present invention.
  • FIG. 6A is a perspective view of the three-dimensional structure of FIG. 1D, which aligns the cylindrical axial alignment of the lens assembly.
  • 6B and FIG. 6C are the normalized intensity diagrams of the light guiding efficiency of FIG. 6A, wherein the horizontal axis represents the daytime time point and the seasonal angle change, and the vertical axis represents the normalized intensity of the collected sunlight, and the simulation conditions are as follows:
  • the radius of curvature of the lens assembly is 4. 09mm
  • the solar light 180 is normally incident at noon (that is, the incident angle is 0 degrees)
  • the light-guiding efficiency of the focused solar light guiding module of the present invention can be as close as 60%.
  • the relative intensity of the light-guided solar light guiding module according to the embodiment of the present invention is normalized. Still can reach more than 55%. Since the columnar axial direction EW of the lens assembly 110 is parallel to the east-west direction, the change of the incident angle caused by the rise and fall of the sun in one day is less sensitive. Therefore, the focused solar light guiding module according to the present invention can be achieved at noon. Time does not have to match the chase system, still has more than 55% of the relative efficacy of light guide.
  • the focus type solar light guiding module according to the present invention has a seasonal angle variation of ⁇ 1 °. Therefore, if the sensitivity of the angle change of the light guiding module with the season is further reduced, the focusing solar light guiding module according to the present invention can also move the lens array to the north-south direction as shown in FIG. 6D (ie, design)
  • the lens array is a movable lens assembly. Since the change of the season changes the incident angle of the sunlight 180, the lens array is moved to the north-south direction, so that the focused sunlight 180 can also fall on the recess 130 of the light guide plate 120. In the vicinity, to achieve the light guiding effect of the season chasing the sun.
  • the designer can also plate high reflection on the east-west side of the light guide plate 120.
  • Material 121 for example: metal, total reflection multilayer film or white reflector to reduce the leakage of east-west light, thus increasing the tolerance of the east-west angle error.
  • the focused solar light guiding module transmits a lens array of a columnar structure and a light guide plate having a microstructure design, so that incident sunlight can be reflected by the focusing and microstructure design of the lens assembly. And deflected to the direction in which the light guide plate guides light, and finally incident on the energy conversion component placed on at least one side of the light guide plate for power conversion. Therefore, the focused solar light guiding module according to the embodiment of the invention can not only reduce the utilization rate of the solar battery, but also reduce the cost of the module, and can also achieve the high light guiding effect without chasing the sun.
  • the focused solar light guiding module of the present invention designs a structure of a lens array on one side of the light guide plate, and designs a microstructure having a concave portion on the other side thereof to concentrate the sunlight to a plurality of minute areas, and A reflection of the sunlight through the recess causes the sunlight to pass through the light guide. That is, through the lens array of the columnar structure and the light guide plate having the microstructure design, the incident sunlight can be deflected to the direction of the light guide of the light guide plate through the reflection of the focus and microstructure design of the lens assembly, and finally incident to the placement.
  • the energy conversion component on at least one side of the light guide plate performs power conversion.
  • the focused solar light guiding module of the present invention only needs to provide an energy conversion component such as photoelectric or thermoelectricity on the side of the light guiding plate, thereby converting the sunlight outputted from the light guiding plate into a power source, thereby greatly saving the use of the solar battery material.
  • the rate which in turn reduces the cost of the solar cell module, and also achieves a high light guiding effect without the need to pursue the sun.

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Description

聚焦型太阳能导光模块 技术领域
本发明涉及一种聚焦型太阳能导光模块，特别是一种导光板具有微结构的 设计， 令太阳光通过微结构的设计形成二次反射的聚焦型太阳能导光模块。 背景技术
由于工业的快速发展，石化燃料逐渐耗竭与温室效应气体排放的问题日益 受到全球关切，能源的稳定供应俨然成为全球性的重大课题。相较于传统燃煤、 燃气式或核能发电， 太阳能电池 (solar cell)利用光电或热电转换效应， 直接将 太阳能转换为电能， 因而不会伴随产生二氧化碳、氮氧化物以及硫氧化物等温 室效应气体及污染性气体， 并可用以降低对石化燃料的依赖， 而提供安全自主 的电力来源。
现今已知有许多太阳能电池的技术，利用太阳辐射光透过太阳能电池材料 的转换后， 成为可利用的电力来源。 以硅晶圆太阳能电池为例， 其具有 12% 至 20%的光电转换效率，而其中不同的晶体材料所设计出的太阳能电池，其光 电特性亦会有所不同。一般而言， 单晶硅与多晶硅太阳能电池的转换效率可接 近 14%~16%， 使用年限也较长， 但因为发电成本昂贵， 因此多需要政府的补 助， 并仅用于发电厂或交通照明号志等场所。
其次，太阳能电池除了可以选用前述的硅材料之外， 还可以采用其它的材 料， 例如： 碲化镉、 砷化镓铟、 砷化镓等化合物半导体的材料来制作。 不同于 硅晶圆太阳能技术， 利用半导体材料制作的太阳能电池， 可吸收较宽广的太阳 光谱能量， 因而具有最高的光电转换效率， 几乎可达 30%至 40%以上。
然而，利用半导体材料制作的太阳能电池，其制作成本与价格也是最高的， 因此， 为了降低太阳能电池的使用率与发电成本， 遂有搭配太阳能集光器以降 低吸光面积的做法。然而， 集光器需要大范围区域的安装才敷成本， 于此造成 应用上的不便， 亦使得太阳能电池的应用受限。 因此， 如何有效降低太阳能电 池的发电成本， 成为相关技术领域目前迫切需要解决的问题之一。 发明公开 本发明所要解决的技术问题是提供一种聚焦型太阳能导光模块，可有效降 低太阳能电池的发电成本， 以解决现有技术所存在的问题。
为了实现上述目的， 本发明提供了一种聚焦型太阳能导光模块， 适于将一 太阳光导光至一能量转换组件。
聚焦型太阳能导光模块包括一透镜数组与一导光板。透镜数组包括至少一 透镜组件， 且各个透镜组件具有一上曲面与一下底面。透镜数组接收并聚焦太 阳光。
导光板具有一上平面与一微结构底面，上平面平行配置于透镜数组的下底 面， 微结构底面包括至少一凹陷部与一连接部。其中连接部平行于导光板的上 平面， 且连接部连接于各个凹陷部之间。
凹陷部包括一凹陷尖端、一第一斜面与一第二斜面， 其中第一斜面与第二 斜面分别位于凹陷尖端的相异二侧，并各自连接于凹陷尖端与其各自相邻的连 接部之间。
太阳光经由透镜数组聚焦后， 相继通过凹陷部与连接部形成二次反射， 并 于导光板中以全反射传递， 使太阳光穿透出导光板的至少一侧面。
能量转换组件配置于该侧面， 以接收自导光板穿透出的太阳光， 并将其转 换为一电力来源。
为了更好地实现上述目的， 本发明还提供了一种聚焦型太阳能导光模块， 适于将一太阳光导光至一能量转换组件。
聚焦型太阳能导光模块包括一导光板与一透镜数组。导光板具有一微结构 顶面与一下平面， 其中微结构顶面包括至少一凹陷部与一连接部。连接部平行 于导光板的下平面， 且连接部连接于各个凹陷部之间。
凹陷部包括一凹陷尖端、一第一斜面与一第二斜面， 其中第一斜面与第二 斜面分别位于凹陷尖端的相异二侧，并各自连接于凹陷尖端与其各自相邻的连 接部之间。
透镜数组包括至少一透镜组件， 其中各透镜组件具有一上顶面与一下曲 面。 上顶面平行配置于导光板的下平面。
当太阳光穿透导光板并通过透镜数组中每一透镜组件的下曲面反射至导 光板的微结构顶面时，太阳光相继通过凹陷部与连接部形成二次反射， 并于导 光板中以全反射传递， 使太阳光穿透出导光板的至少一侧面。 能量转换组件配置于该侧面， 以接收自导光板穿透出的太阳光， 并将其转 换为一电力来源。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的 限定。 附图简要说明
图 1A为根据本发明第一实施例的聚焦型太阳能导光模块的结构示意图； 图 1B为图 1A的侧视图；
图 1C为图 1B的局部放大图；
图 1D为根据本发明第二实施例的聚焦型太阳能导光模块的结构示意图； 图 2A为根据本发明第三实施例的聚焦型太阳能导光模块的结构侧视图； 图 2B为根据本发明第四实施例的聚焦型太阳能导光模块的结构示意图； 图 3A为根据本发明第五实施例的聚焦型太阳能导光模块的结构示意图； 图 3B为图 3A的侧视图；
图 3C为图 3B的局部放大图；
图 4A为根据本发明第六实施例的聚焦型太阳能导光模块的结构示意图； 图 4B为图 4A的侧视图；
图 4C为图 4B的局部放大图；
图 4D为根据本发明第七实施例的聚焦型太阳能导光模块的结构示意图； 图 5A为根据本发明第八实施例的聚焦型太阳能导光模块的结构示意图； 图 5B为图 5A的侧视图；
图 5C为图 5B的局部放大图；
图 6A为图 1D的立体结构示意图；
图 6B与图 6C为图 6A的导光效率标准化强度图；
图 6D为图 6A设计透镜组件为可动透镜组件以达到季节追日导光效果的结 构示意图。
其中， 附图标记
12 第一侧面 12a 第二侧面
110 透镜组件 110 ' 透镜组件
110a 上曲面 110a， 上曲面 110b 下底面 110b ' 下底面
110c 连接面 120 导光板
120a 上平面 120b 微结构底面
121 高反射材质 130 凹陷部
130a 凹陷尖端 130b 第一斜面
130c 第二斜面 132
140 能量转换组 140， 能量转换组件
150 介质层 160
180 太阳光 210 导光板
210a 微结构顶面 210b 下平面
220 透镜组件 220a 上顶面
220b 下曲面 230 凹陷部
230a 凹陷尖端 230b
230c 第二斜面 232
240 能量转换组 280 太阳光
281 反射层 1000 聚焦型太阳能导光模块
1100 2000 聚焦型太阳能导光模块
2200 3000 聚焦型太阳能导光模块
4000 聚焦型太阳能导光模块 实现本发明的最佳方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
图 1A为根据本发明第一实施例的聚焦型太阳能导光模块的结构示意图。 图 1B为图 1A的侧视图。 图 1C为图 1B的局部放大图。 以下的说明， 请一并参 阅图 1A至图 1C。
第一实施例：
聚焦型太阳能导光模块 1000包括一透镜数组 1100与一导光板 120， 导光 板 120的第一侧面 12上配置有一能量转换组件 140。其中， 能量转换组件 140 可以是但不限于光电转换或热电转换组件。 聚焦型太阳能导光模块 1000适于 将太阳光 180导光至能量转换组件 140， 其中太阳光 180可视为一理想的平行 光。
透镜数组 1100接收并聚焦太阳光 180。透镜数组 1100包括至少一透镜组 件 110， 其中各个透镜组件 110均具有一上曲面 110a与一下底面 110b。 举例 而言， 透镜组件 110可以是但不限于经由微奈米滚筒翻膜工艺（Rol l-to Rol l , R2R)所制作的柱状透镜膜片。 其中， 透镜组件 110的下底面 110b定义为上曲 面 110a两端点间的径向距离，且单一透镜组件 110的下底面 110b的长度为 W。 各个透镜组件 110大致呈长条的柱状结构， 且各上曲面 110a与各下底面 110b 之间均相互连接， 以并列成为一透镜数组 1100。
导光板 120具有一上平面 120a与一微结构底面 120b， 其中上平面 120a 与微结构底面 120b之间形成导光板 120的厚度 h， 且上平面 120a平行配置于 透镜数组 1100的下底面 110b。根据本发明第一实施例的聚焦型太阳能导光模 块， 以导光板 120 的上平面 120a平行并紧密接合于透镜组件 110 的下底面 110b , 作为以下的说明。然而， 导光板 120的上平面 120a亦可以一固定间隙， 平行相距于透镜组件 110的下底面 110b , 但二者的连接关系并非用以限定本 发明的范畴。
微结构底面 120b包括至少一凹陷部 130与一连接部 132，其中连接部 132 平行于导光板 120的上平面 120a， 且连接部 132连接于各个凹陷部 130之间。 也就是说， 根据本发明第一实施例的聚焦型太阳能导光模块， 各个凹陷部 130 相互分离（即非连续）设置于微结构底面 120b上， 并且两两之间以连接部 132 相间隔， 于此， 导光板 120形成一不连续的微结构底面设计。 其中， 各个凹陷 部 130—对一地对应于透镜组件 110的上曲面 110a, 在本实施例中， 对应于 透镜组件 110为长条的柱状结构， 凹陷部 130呈条状设置。详细来说， 透镜组 件 110的柱状结构的一长轴向与凹陷部 130的条状的一长轴向夹角为 0度（即 平行） 。
请参阅图 1C， 凹陷部 130包括一凹陷尖端 130a、一第一斜面 130b与一第 二斜面 130c， 其中第一斜面 130b与第二斜面 130c分别位于凹陷尖端 130a的 相异二侧， 并且各自连接于凹陷尖端 130a与其各自相邻的连接部 132之间， 其中， 第一斜面 130b面向第一侧面 12的方向。于此， 凹陷部 130大致呈一倒 V型的凹陷设计， 其具有凹陷尖端 130a与二斜面 (第一斜面 130b与第二斜面 130c) 由凹陷尖端 130a形成一垂线垂直于连接部 132， 则第一斜面 130b与 该垂线之间形成一第一夹角 Θ 第二斜面 130c与该垂线之间形成一第二夹角 θ 2， 该垂线与相邻的连接部 132之间分别具有一第一径向距离 与一第二径 向距离 d2。
根据本发明的第一实施例， 其中第一夹角 9 i与第二夹角 θ 2均介于 15度 至 60度之间，且透镜组件 110的下底面 110b具有一长度 W大于或等于 2倍的 第一径向距离 A与第二径向距离 d2的和， 即 W^Z +cQ。
太阳光 180经由透镜数组 1100聚焦后，相继通过凹陷部 130与连接部 132 形成二次反射， 并于导光板 120中以全反射传递， 使太阳光 180穿透出导光板 120的第一侧面 12， 能量转换组件 140配置于第一侧面 12， 以接收自导光板 120穿透出的太阳光 180， 并将其转换为一电力来源。 详细而言， 请一并参阅 图 1B与图 1C， 太阳光 180经透镜数组 1100聚焦所产生的一焦点位于第一斜 面 130b的上方。 当太阳光 180穿透透镜数组 1100， 并且经由透镜数组 1100 的聚焦后， 其聚焦后的太阳光 180的焦点落于第一斜面 130b的上方。 接着， 被聚焦的太阳光 180首先投射至凹陷部 130的第一斜面 130b上， 并且被第一 斜面 130b所反射 (于此， 形成第一次反射)至相邻的连接部 132上。 要注意的 是，在本实施例中虽列举透镜数组 1100的焦点位于第一斜面 130b的上方，但 是，透镜数组 1100的焦点也可位于第一斜面 130b或是第一斜面 130b的下方， 并不以此为限。
尔后， 太阳光 180继续被连接部 132所反射 (于此， 形成第二次反射）， 使 光线偏转更大的角度， 接着再通过导光板 120 的上平面 120a 与微结构底面 120b进行全反射，太阳光 180即于导光板 120间朝向第一侧面 12传递。是以， 太阳光 180最终穿透出导光板 120的第一侧面 12。配置于第一侧面 12上的能 量转换组件 140即可接收自导光板 120穿透出的太阳光 180， 并据以转换为电 力来源。 其中， 导光板 120具有一导光板折射率 nc， 当太阳光 180入射于连 接部 132， 以形成第二次反射时， 该光线入射的角度必需大于导光板 120与空 气之间的临界角（意即 sin -'1 )， 令该光线足够形成全反射， 以来回反射于导 光板 120之间。
根据本发明第一实施例的聚焦型太阳能导光模块，其中导光板 120的厚度 h、 透镜组件 110的下底面 110b的长度 W满足关系式： h W。 其次， 若透镜数 组 1100包括 N个透镜组件 110， 且各透镜组件 110的下底面 110b的长度为 W 时， 则 N X W 50h。 一般而言， 导光板 120的厚度 h大致可设计为 10厘米， 且透镜组件 110的下底面 110b的长度 W大致可为 3000微米（micro-meter)。
为了确保太阳光 180行进至透镜数组 1100与导光板 120的界面时， 不致 形成全反射， 而会完全入射至导光板 120中。 因此， 透镜数组 1100的透镜组 件折射率 小于导光板 120的导光板折射率 ηε。
第二实施例：
图 1D为根据本发明第二实施例的聚焦型太阳能导光模块的结构示意图。 其中聚焦型太阳能导光模块包括透镜数组 1100、 导光板 120与一介质层 150。 介质层 150配置于透镜数组 1100 (透镜组件 110 )与导光板 120之间， 且为确 保太阳光 180行进至介质层 150与导光板 120的界面时， 不致形成全反射， 而 会完全入射于导光板 120中， 因此， 介质层 150的介质层折射率 ni小于导光 板 120的导光板折射率 ηε， 且介质层 150的介质层折射率 ni亦小于透镜数组 1100的透镜组件折射率 ηι。
第三实施例：
其次， 为增加反射光的强度， 图 2A为根据本发明第三实施例的聚焦型太 阳能导光模块的结构侧视图。 其中透镜组件 110 ' 可为扇形的透镜， 其中透镜 组件 110 ' 包括上曲面 110a' 、 下底面 110b ' 与连接面 110c。 连接面 110c 连接相邻的两上曲面 110a' 。 在本实施例中， 上曲面 110a' 面向相对应于第 一侧面 12的方向， 使太阳光 180进入透镜组件 110 ' 时会聚焦在导光板 120 上， 且对应上曲面 110a' 中心偏向第一侧面 12的方向， 于此， 入射的太阳光 180即可通过扇形的透镜组件 110 ' 而形成较大的入射角度， 并进而增加导光 板 120反射光的强度。需说明的是， 在本实施例中， 连接面 110c为一垂直面， 然而在其它实施例中， 连接面 110c也可以为一斜面， 并不以此为限。
第四实施例：
图 2B为根据本发明第四实施例的聚焦型太阳能导光模块的结构示意图。 其中聚焦型太阳能导光模块除了透镜数组 1100与导光板 120以外， 还包括一 聚光透镜 160。 聚光透镜 160配置于导光板 120的第一侧面 12与能量转换组 件 140 ' 之间。 根据本发明第四实施例的聚焦型太阳能导光模块， 通过在第一 侧面 12与能量转换组件 140 '之间设置聚光透镜 160， 使光线在进入能量转换 组件 140 ' 前先经过聚光透镜 160， 以进一歩缩小自导光板 120穿透出的太阳 光 180的聚光范围， 因而省却能量转换组件 140 ' 的使用率与所占面积， 以达 到精简的设计。
第五实施例：
图 3A为根据本发明第五实施例的聚焦型太阳能导光模块的结构示意图。 图 3B为图 3A的侧视图。 图 3C为图 3B的局部放大图。 以下的说明， 请一并参 阅图 3A至图 3C。
聚焦型太阳能导光模块 2000包括一透镜数组 1100与一导光板 120， 其中 导光板 120具有两相异侧面， 意即第一侧面 12与第二侧面 12a， 且第一侧面 12与第二侧面 12a上各配置有一能量转换组件 140。 聚焦型太阳能导光模块 2000适于将太阳光 180导光至能量转换组件 140，其中太阳光 180可视为一理 想的平行光。
透镜数组 1100接收并聚焦太阳光 180。透镜数组 1100包括至少一透镜组 件 110、 导光板 120具有一上平面 120a与一微结构底面 120b， 其中各组件的 相对配置与微结构设计， 同于本发明的第一实施例， 故在此不再重述。 唯根据 本发明第五实施例的聚焦型太阳能导光模块， 如图 3C所示， 太阳光 180经透 镜数组 1100聚焦所产生的一焦点位于凹陷尖端 130a的上方。详细来说，太阳 光 180经由该透镜数组 1100聚焦后， 其聚焦后的太阳光 180的焦点落于凹陷 尖端 130a的上方。 因此， 被聚焦后的太阳光 180即会分别朝向凹陷尖端 130a 相异两侧的斜面行进， 于此投射至凹陷部 130 的第一斜面 130b 与第二斜面 130c上， 并且通过第一斜面 130b与第二斜面 130c反射至与其各自相邻的连 接部 132上。 要注意的是， 在本实施例中虽列举透镜数组 1100的焦点位于凹 陷尖端 130a的上方， 但是， 透镜数组 1100的焦点也可位于凹陷尖端 130a或 是凹陷尖端 130a的下方， 并不以此为限。
尔后， 太阳光 180继续被连接部 132所反射， 使得光线偏转还大的角度， 接着再通过导光板 120的上平面 120a与微结构底面 120b进行全反射，太阳光 180即于导光板 120间向第一侧面 12与第二侧面 12a传递。是以， 太阳光 180 最终朝向凹陷尖端 130a的相异两侧穿透出导光板 120的第一侧面 12与第二侧 面 12a， 其中， 第一斜面 130b面向第一侧面 12的方向， 第二斜面 130c面向 第二侧面 12a的方向。 因此， 配置于第一侧面 12与第二侧面 12a上的能量转 换组件 140即可接收自导光板 120穿透出的太阳光 180， 并据以转换为电力来 源。
第六实施例：
图 4A为根据本发明第六实施例的聚焦型太阳能导光模块的结构示意图。 图 4B为图 4A的侧视图。 4C图为图 4B的局部放大图。 以下的说明， 请一并参 阅图 4A至图 4C。
聚焦型太阳能导光模块 3000包括一导光板 210与一透镜数组 2200， 导光 板 210的第一侧面 12上配置有一能量转换组件 240。其中， 能量转换组件 240 可以是但不限于光电转换或热电转换组件。 聚焦型太阳能导光模块 3000适于 将太阳光 280导光至能量转换组件 240， 其中太阳光 280可视为一理想的平行 光。
导光板 210具有一微结构顶面 210a与一下平面 210b， 其中微结构顶面 210a与下平面 210b之间形成导光板 210的厚度 h' 。微结构顶面 210a包括至 少一凹陷部 230与一连接部 232， 其中连接部 232平行于导光板 210的下平面 210b , 并且连接部 232连接于各个凹陷部 230之间。 也就是说， 根据本发明第 六实施例的聚焦型太阳能导光模块， 各个凹陷部 230相互分离（即非连续）设 置于微结构顶面 210a上， 并且两两之间以连接部 232相间隔， 于此， 导光板 210形成一不连续的微结构顶面设计。
请参阅图 4C， 凹陷部 230包括一凹陷尖端 230a、一第一斜面 230b与一第 二斜面 230c， 其中第一斜面 230b与第二斜面 230c分别位于凹陷尖端 230a的 相异二侧， 并且各自连接于凹陷尖端 230a与其各自相邻的连接部 232之间， 其中， 第一斜面 230b面向第一侧面 12的方向。 于此， 凹陷部 230大致呈一 V 型的凹陷设计， 其具有凹陷尖端 230a 与二斜面 (第一斜面 230b 与第二斜面 230c)。 由凹陷尖端 230a形成一垂线垂直于连接部 232， 则第一斜面 230b与 该垂线之间形成一第一夹角 Θ ， 第二斜面 230c与该垂线之间形成一第二夹 角 θ 2 ' ， 该垂线与相邻的连接部 232之间分别具有一第一径向距离 d 与一 第二径向距离 d2 ' 。
根据本发明的第六实施例， 其中第一夹角 Θ 与第二夹角 θ 2 ' 均介于 15 度至 60度之间， 且透镜组件 220的上顶面 220a具有一长度 W' 大于或等于 2 倍的第一径向距离 d 与第二径向距离 d2， 的和， 即 W' ^2 (d +d2 ' ：)。 请一并参阅图 4A与图 4B，透镜数组 2200包括至少一透镜组件 220，举例 而言， 透镜数组 2200包括 N个透镜组件 220， 且透镜组件 220可以是但不限 于经由微奈米滚筒翻膜工艺 (Rol l-to Roll , R2R)所制作的柱状透镜膜片。 其 中， 各个透镜组件 220均具有一上顶面 220a与一下曲面 220b， 且各个下曲面 220b于其朝向上顶面 220a的内侧均镀有一反射层 281， 太阳光 280通过反射 层 281反射回导光板 210， 其中反射层 281例如是： 金属、 全反射多层膜或白 反射片等高反射材质。
其中，透镜组件 220的上顶面 220a定义为下曲面 220b两端点间的径向距 离， 且单一透镜组件 220的上顶面 220a的长度为 Ψ 。 各个透镜组件 220大 致呈长条的柱状结构， 且各上顶面 220a与各下曲面 220b之间均相互连接， 以 并列成为一透镜数组 2200。
透镜组件 220的上顶面 220a平行配置于导光板 210的下平面 210b。根据 本发明第六实施例的聚焦型太阳能导光模块， 以透镜组件 220的上顶面 220a 平行并紧密接合于导光板 210的下平面 210b， 作为以下的说明。 然而， 透镜 组件 220的上顶面 220a亦可以一固定间隙， 平行相距于导光板 210的下平面 210b, 但二者的连接关系并非用以限定本发明的范畴。
太阳光 280穿透导光板 210并通过下曲面 220b反射至微结构顶面 210a 时，太阳光 280相继通过凹陷部 230与连接部 232形成二次反射， 并于导光板 210中以全反射传递， 使太阳光 280穿透出导光板 210的第一侧面 12， 能量转 换组件 240配置于第一侧面 12， 以接收自导光板 210穿透出的太阳光 280， 并 将其转换为一电力来源。 详细而言， 请一并参阅图 4B与图 4C， 太阳光 280经 透镜数组 2200聚焦所产生的一焦点位于第一斜面 230b的下方。 当太阳光 280 穿透导光板 210进入透镜数组 2200后， 太阳光 280首先被镀有反射层 281的 下曲面 220b所反射， 并被聚焦至凹陷部 230的第一斜面 230b下方。接着， 被 聚焦的太阳光 280首先投射至凹陷部 230的第一斜面 230b上， 并且被第一斜 面 230b所反射（于此， 形成第一次反射）至相邻的连接部 232上。要注意的是， 在本实施例中虽列举透镜数组 2200的焦点位于第一斜面 230b的下方， 但是， 透镜数组 2200的焦点也可位于第一斜面 230b或是第一斜面 230b的上方， 并 不以此为限。
尔后， 太阳光 280继续被连接部 232所反射 (于此， 形成第二次反射）， 使 光线偏转更大的角度， 接着再通过导光板 210 的微结构顶面 210a 与下平面 210b进行全反射，太阳光 280即于导光板 210之间向第一侧面 12传递。是以， 太阳光 280最终穿透出导光板 210的第一侧面 12。配置于第一侧面 12上的能 量转换组件 240即可接收自导光板 210穿透出的太阳光 280， 并据以转换为电 力来源。其中， 导光板 210具有一导光板折射率 ηε， 当太阳光 280入射于连接 部 232， 以形成第二次反射时， 该光线入射的角度必需大于导光板 210与空气 之间的临界角（意即 sin-1 1 )， 令该光线足够形成全反射， 以来回反射于导光 板 210之间。
根据本发明第六实施例的聚焦型太阳能导光模块，其中导光板 210的厚度 h' 、 透镜组件 220的上顶面 220a具有一长度 W' 满足关系式： h' 。 其 次，当透镜数组 2200包括 Ν个透镜组件 220，且各透镜组件 220的上顶面 220a 的长度为 W' 时， 则 N X W' 50h' 。 一般而言， 导光板 210的厚度 h' 大致 可设计为 10厘米， 且透镜组件 220的上顶面 220a的长度 Ψ 大致可为 3000 微米 (micro-meter)。
其次，为了确保太阳光 280行进至导光板 210与透镜数组 2200的接口时， 不致形成全反射， 而会完全入射至导光板 210中。 因此， 透镜数组 2200的透 镜组件折射率 小于导光板 210的导光板折射率 ηε。
第七实施例：
图 4D为根据本发明第七实施例的聚焦型太阳能导光模块的结构示意图。 其中导光板 210与透镜数组 2200 (透镜组件 220) 之间还具有一介质层 150， 为确保太阳光 280行进至介质层 150与透镜数组 2200的接口时， 不致形成全 反射， 而会完全入射于透镜数组 2200中， 因此， 介质层 150的介质层折射率 ni小于透镜数组 2200的透镜组件折射率 ηι， 且介质层 150的介质层折射率 亦小于导光板 210的导光板折射率 ηε。
第八实施例：
图 5Α为根据本发明第八实施例的聚焦型太阳能导光模块的结构示意图。 图 5Β为图 5Α的侧视图。 图 5C为图 5Β的局部放大图。 以下的说明， 请一并参 阅图 5Α至图 5C。
聚焦型太阳能导光模块 4000包括一导光板 210与一透镜数组 2200， 其中 导光板 210具有两相异侧面， 意即第一侧面 12与第二侧面 12a， 且第一侧面 12与第二侧面 12a上各配置有一能量转换组件 240。 聚焦型太阳能导光模块 4000适于将太阳光 280导光至能量转换组件 240，其中太阳光 280可视为一理 想的平行光。
透镜数组 2200包括至少一透镜组件 220、 导光板 210具有一微结构顶面
210a与一下平面 210b， 其中各组件的相对配置与微结构设计， 同于本发明的 第六实施例， 故在此不再重述。唯根据本发明第八实施例的聚焦型太阳能导光 模块， 如图 5C所示， 太阳光 280经透镜数组 2200聚焦所产生的一焦点位于凹 陷尖端 230a的下方。 经反射层 281反射并聚焦后的太阳光 280的焦点落于凹 陷尖端 230a的下方。 因此， 被聚焦后的太阳光 280会分别朝向凹陷尖端 230a 相异两侧的斜面行进， 于此投射至凹陷部 230 的第一斜面 230b 与第二斜面 230c上， 并且通过第一斜面 230b与第二斜面 230c反射至与其各自相邻的连 接部 232上。 要注意的是， 在本实施例中虽列举透镜数组 2200的焦点位于凹 陷尖端 230a的下方， 但是， 透镜数组 2200的焦点也可位于凹陷尖端 230a或 是凹陷尖端 230a的上方， 并不以此为限。
尔后， 太阳光 280继续被连接部 232所反射， 使得光线偏转更大的角度， 接着再通过导光板 210的微结构顶面 210a与下平面 210b进行全反射，太阳光 280即于导光板 210之间向第一侧面 12与第二侧面 12a传递。 是以， 太阳光 280最终朝向凹陷尖端 230a的相异两侧穿透出导光板 210的第一侧面 12与第 二侧面 12a， 其中， 第一斜面 230b面向第一侧面 12的方向， 第二斜面 230c 面向第二侧面 12a的方向。 因此， 配置于第一侧面 12与第二侧面 12a上的能 量转换组件 240即可接收自导光板 210穿透出的太阳光 280， 并据以转换为电 力来源。
综上所述， 根据本发明任一实施例的聚焦型太阳能导光模块， 均可将其透 镜组件替换为， 如图 2A中的扇形透镜， 以增加导光强度， 或是如图 2B增设聚 光透镜 160于导光板的侧面与能量转换组件之间， 以进一歩缩小聚光范围， 并 省却太阳能电池的使用率。本领域技术人员可根据本发明的任一实施例与其欲 导光的强度与范围， 而自行设计太阳能导光模块的规格， 以上的实施方式并非 用以限定本发明的范围。
其次， 图 6A为图 1D的立体结构示意图， 其将透镜组件的柱状轴向对准太 阳升起落下的东西方向，其中透镜组件 110的柱状轴向 EW定义为透镜组件 110 的长轴向。 图 6B与图 6C为图 6A的导光效率标准化强度图， 其横轴分别为白 天时间点与季节性角度变化， 纵轴为所集到的太阳光标准化强度，模拟条件分 别如：
透镜组件的曲率半径为 4. 09mm
Πι=1. 56
ni=l. 00
nc=l. 49
h=10mm
W=3. 46mm
N X W=210mm
Θ 1=40。
Θ 2=20°
d!=0. 302mm
d2=0. 131mm
考虑中午时太阳光 180垂直入射 (意即入射角度为 0度）时，由模拟结果得 知， 本发明提出的聚焦型太阳能导光模块， 其导光效率可接近 60%。
至于太阳光 180入射角度为 ± 30度时（意即白天时间点上午 10时至下午 2 时之间）， 根据本发明实施例的聚焦型太阳能导光模块， 其导光效率标准化后 的相对强度仍可达到 55%以上。 由于透镜组件 110的柱状轴向 EW平行东西向， 一天内太阳的升起和落下所造成入射角度的变化较不敏感， 因此， 根据本发明 提出的聚焦型太阳能导光模块， 可达到在接近中午时分不必搭配追日系统， 仍 具有 55%以上的导光相对功效。
其次， 由图 6C中亦可见， 根据本发明的聚焦型太阳能导光模块， 其季节 性角度变化可达 ± 1 ° 。 因此， 若欲再降低导光模块随着季节变化的角度变化 敏感性， 则根据本发明的聚焦型太阳能导光模块， 如图 6D所示， 亦可将透镜 数组往南北向移动 (意即设计透镜数组为可动透镜组件），因为季节的变化会改 变太阳光 180 的入射角度， 将透镜数组往南北向移动， 可使聚焦后的太阳光 180同样也可以落在导光板 120的凹陷部 130的附近， 以达到季节追日的导光 效果。 除此之外， 承前所述， 当透镜组件 110的柱状轴向 EW对准东西向时， 如 图 6A所示， 设计者亦可通过在导光板 120上朝向东西向的一面上镀上高反射 材质 121 (例如： 金属、 全反射多层膜或白反射片）， 以降低东西向光线漏光的 问题， 于此， 增加东西向角度误差的容忍度。
综上所述， 根据本发明提出的聚焦型太阳能导光模块，透过柱状结构的透 镜数组与具有微结构设计的导光板，令入射的太阳光可通过透镜组件的聚焦与 微结构设计的反射， 而偏转至导光板导光的方向， 并且最后入射至放置于导光 板至少一侧面的能量转换组件进行电力转换。是以， 根据本发明实施例的聚焦 型太阳能导光模块， 不仅可降低太阳能电池的使用率， 进而降低模块的成本， 还可达到无需追日的高导光功效。
当然， 本发明还可有其它多种实施例， 在不背离本发明精神及其实质的情 况下， 熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但 这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。 工业应用性
本发明的聚焦型太阳能导光模块，透过在导光板的一面设计透镜数组的结 构， 并于其另一面设计具有凹陷部的微结构， 以将太阳光汇聚到多个微小的区 域， 且进一歩通过凹陷部的反射与偏转， 使得太阳光在导光板中传递。 即透过 柱状结构的透镜数组与具有微结构设计的导光板，令入射的太阳光可通过透镜 组件的聚焦与微结构设计的反射， 而偏转至导光板导光的方向， 并且最后入射 至放置于导光板至少一侧面的能量转换组件进行电力转换。故本发明的聚焦型 太阳能导光模块， 只需要在导光板的侧面设置光电或热电等能量转换组件， 即 可将自导光板输出的太阳光转换为电力来源，以大幅节省太阳能电池材料的使 用率，进而降低太阳能电池模块的成本，并且还可达到无需追日的高导光功效。

Claims

权利要求书
1. 一种聚焦型太阳能导光模块，适于将一太阳光导光至一能量转换组件， 其特征在于， 该聚焦型太阳能导光模块包括：
一透镜数组，包括至少一透镜组件， 其中各该透镜组件具有一上曲面与一 下底面， 该透镜数组接收并聚焦该太阳光； 以及
一导光板， 具有一上平面与一微结构底面， 该上平面平行配置于该透镜数 组的该下底面， 该微结构底面包括至少一凹陷部与一连接部， 其中该连接部平 行于该导光板的该上平面， 且该连接部连接于各该凹陷部之间， 该凹陷部包括 一凹陷尖端、一第一斜面与一第二斜面， 其中该第一斜面与该第二斜面分别位 于该凹陷尖端的相异二侧，并各自连接于该凹陷尖端与其各自相邻的该连接部 之间， 该太阳光经由该透镜数组聚焦后， 相继通过该凹陷部与该连接部形成二 次反射， 并于该导光板中以全反射传递， 使该太阳光穿透出该导光板的至少一 侧面， 该能量转换组件配置于该侧面， 以接收自该导光板穿透出的该太阳光， 并将其转换为一电力来源。
2. 如权利要求 1所述的聚焦型太阳能导光模块， 其特征在于， 该太阳光 经该透镜数组聚焦所产生的一焦点位于该第一斜面、该第一斜面的上方或该第 一斜面的下方， 且该第一斜面面向该侧面的方向。
3. 如权利要求 1所述的聚焦型太阳能导光模块， 其特征在于， 该太阳光 经该透镜数组聚焦所产生的一焦点位于该凹陷尖端、该凹陷尖端的上方或该凹 陷尖端的下方。
4. 如权利要求 1所述的聚焦型太阳能导光模块， 其特征在于， 该导光板 的该微结构底面的该凹陷尖端形成一垂线垂直于该连接部，则该第一斜面与该 垂线之间形成一第一夹角 Θ！, 该第二斜面与该垂线之间形成一第二夹角 Θ 2， 该第一夹角 9 1与该第二夹角 Θ 2的范围介于 15度至 60度之间。
5. 如权利要求 1所述的聚焦型太阳能导光模块， 其特征在于， 该导光板 的该微结构底面的该凹陷尖端形成一垂线垂直于该连接部，该垂线与相邻的该 连接部之间分别具有一第一径向距离 与一第二径向距离 d2， 其中各该透镜 组件的该下底面具有一长度 W， 其中 W^S d^^
6. 如权利要求 1所述的聚焦型太阳能导光模块， 其特征在于， 该透镜数 组包括 N个该透镜组件， 各该透镜组件的该下底面具有一长度 W， 该导光板 具有一厚度 h， 其中 h W， 且 NX W 50h。
7. 如权利要求 1所述的聚焦型太阳能导光模块， 其特征在于， 该透镜数 组的一透镜组件折射率小于该导光板的一导光板折射率。
8. 如权利要求 1所述的聚焦型太阳能导光模块， 其特征在于， 还包括一 介质层， 配置于该透镜数组与该导光板之间， 其中该介质层的一介质层折射率 小于该导光板的一导光板折射率，且该介质层折射率亦小于该透镜数组的一透 镜组件折射率。
9. 如权利要求 1所述的聚焦型太阳能导光模块， 其特征在于， 还包括一 聚光透镜， 该聚光透镜配置于该侧面与该能量转换组件之间， 以缩小自该导光 板穿透出的该太阳光的聚光范围。
10.如权利要求 1所述的聚焦型太阳能导光模块， 其特征在于， 该透镜组 件还包含一连接面， 该连接面连接相邻的两该上曲面， 且该上曲面面向相对应 于该侧面的方向。
11.如权利要求 1所述的聚焦型太阳能导光模块， 其特征在于， 该透镜数 组的该透镜组件的一柱状轴向对准东西方向。
12.如权利要求 11所述的聚焦型太阳能导光模块， 其特征在于， 该透镜数 组为可往南北向移动的可动组件，使聚焦后的该太阳光落在该导光板的该凹陷 部的附近。
13.如权利要求 11所述的聚焦型太阳能导光模块， 其特征在于， 该导光板 朝向东西向的一面上还镀有一高反射材质。
14.一种聚焦型太阳能导光模块，适于将一太阳光导光至一能量转换组件， 其特征在于， 该聚焦型太阳能导光模块包括：
一导光板， 具有一微结构顶面与一下平面， 该微结构顶面包括至少一凹陷 部与一连接部， 其中该连接部平行于该导光板的该下平面， 且该连接部连接于 各该凹陷部之间， 该凹陷部包括一凹陷尖端、 一第一斜面与一第二斜面， 其中 该第一斜面与该第二斜面分别位于该凹陷尖端的相异二侧，并各自连接于该凹 陷尖端与其各自相邻的该连接部之间； 以及
一透镜数组，包括至少一透镜组件， 其中各该透镜组件具有一上顶面与一 下曲面， 该上顶面平行配置于该导光板的该下平面， 当该太阳光穿透该导光板 并通过该下曲面反射至该微结构顶面时，该太阳光相继通过该凹陷部与该连接 部形成二次反射， 并于该导光板中以全反射传递， 使该太阳光穿透出该导光板 的至少一侧面， 该能量转换组件配置于该侧面， 以接收自该导光板穿透出的该 太阳光， 并将其转换为一电力来源。
15.如权利要求 14所述的聚焦型太阳能导光模块， 其特征在于， 该太阳光 经该透镜数组聚焦所产生的一焦点位于该第一斜面、该第一斜面的上方或该第 一斜面的下方， 且该第一斜面面向该侧面的方向。
16.如权利要求 14所述的聚焦型太阳能导光模块， 其特征在于， 该太阳光 经该透镜数组聚焦所产生的一焦点位于该凹陷尖端、该凹陷尖端的上方或该凹 陷尖端的下方。
17.如权利要求 14所述的聚焦型太阳能导光模块， 其特征在于， 该导光板 的该微结构顶面的该凹陷尖端形成一垂线垂直于该连接部，则该第一斜面与该 垂线之间形成一第一夹角 ， 该第二斜面与该垂线之间形成一第二夹角 Θ
2 ， 该第一夹角 9 与该第二夹角 Θ 2' 的范围介于 15度至 60度之间。
18.如权利要求 14所述的聚焦型太阳能导光模块， 其特征在于， 该导光板 的该微结构顶面的该凹陷尖端形成一垂线垂直于该连接部，该垂线与相邻的该 连接部之间分别具有一第一径向距离 （ 与一第二径向距离 d2' ， 其中各该 透镜组件的该上顶面具有一长度 w， ， 其中 w，
Figure imgf000019_0001
+d2' )。
19.如权利要求 14所述的聚焦型太阳能导光模块， 该透镜数组包括 N个 该透镜组件， 各该透镜组件的该上顶面具有一长度 W' ， 该导光板具有一厚 度 h， ， 其中 h， X, ， 且 NX W， 50h， 。
20.如权利要求 14所述的聚焦型太阳能导光模块， 其特征在于， 各该透镜 组件的该下曲面镀有一反射层， 该太阳光通过该反射层反射回该导光板。
21.如权利要求 14所述的聚焦型太阳能导光模块， 其特征在于， 该透镜数 组的一透镜组件折射率小于该导光板的一导光板折射率。
22.如权利要求 14所述的聚焦型太阳能导光模块， 其特征在于， 还包括一 介质层， 配置于该导光板与该透镜数组之间， 其中该介质层的一介质层折射率 小于该导光板的一导光板折射率，且该介质层折射率亦小于该透镜数组的一透 镜组件折射率。
23.如权利要求 14所述的聚焦型太阳能导光模块， 其特征在于， 还包括一 聚光透镜， 该聚光透镜配置于该侧面与该能量转换组件之间， 以缩小自该导光 板穿透出的该太阳光的聚光范围。
24.如权利要求 14所述的聚焦型太阳能导光模块， 其特征在于， 该透镜数 组的该透镜组件的一柱状轴向对准东西方向。
25.如权利要求 24所述的聚焦型太阳能导光模块， 其特征在于， 该透镜数 组为可往南北向移动的可动组件，使聚焦后的该太阳光落在该导光板的该凹陷 部的附近。
26.如权利要求 24所述的聚焦型太阳能导光模块， 其特征在于， 该导光板 朝向东西向的面上还镀有一高反射材质。
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