立体聚光型太阳能电池系统技术方案

本发明专利技术提供一种不需要追日装置的立体聚光型太阳能电池系统，其中包含多个球状聚光元件与多个光伏电池，由于多个球状聚光元件相依排列成曲面，因此本系统并不需要针对光源，例如太阳，进行追踪，可以提供充足的电力供使用者应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种广角度聚光的光学设计及其对位的方式，特别是有关于一种使用 多个球状聚光元件相依排列成曲面的光电元件，可以应用于聚集太阳光或室内光线并用来 产生电力的立体聚光型太阳能电池系统。
技术介绍
使用太阳能电池来获得能源，相较于其他的能源，例如石化能源、核能、水利等，是 目前认为较环保的方式。尤其是在原油的价格持续飙高的时候，更显得太阳能发电的的许 多优点。再者，原油总有用尽的一天，而太阳能发电，相对于原油而言是取之不尽，用之不竭 的能源。因此目前各国政府，研究单位与许多的私人企业都将许多的研究资源投入在太阳 能产业上。现今，由于太阳能发电的材料成本是高单价的，为了降低成本让太阳能发电可以 商业化并且普及成为民生用品，一种解决方式使用光学的聚光系统以降低使用太阳能发电 的材料。最简单的方式是直接使用大面积的透镜聚光，让大面积的光线可以集中到小块面 积的光伏电池(photovoltaic cell)上以增强发电效果。然而，由于透镜有体积，而且重量 相当的重，这种方式会造成笨重的太阳能发电系统。并且，透镜的像差，色差，焦距等等，一 般在光学上会遇到的问题在这里也会遇到。因此，许多的研究方向转到使用其他的光学聚 光系统以解决上述的问题。一种简单的解决方式，是采用Fresnel透镜来取代传统的透镜。如图1所示， Fresnel透镜10将光线聚焦到一光伏电池(photovoltaic cell) 13上，其中Fresnel透 镜相对于传统的凸透镜可以降低聚光透镜的厚度，因此可以降低传统透镜较大的体积与 重量。另一种方式，是由i^ork与Maeda提供的使用盖赛格林式(Cassegrain)系统作 为聚集光线的太阳能聚光系统。！^ork与Maeda提供的方式，可以参见美国专利公告号 US2006/0231133，主要使用了一主反射镜与一次反射镜(secondary mirror)将光线聚集到 光伏电池上。请参阅图2所示，主反射镜11的底部配置一光伏电池13，而在主反射镜11上 配置一次反射镜12。当光线照射到主反射镜11之后会被反射到次反射镜12上，然后经过 次反射镜12的二次反射到光伏电池13上。上述的两种传统的聚光型太阳电池模组的设计，其限制在于必须搭配准确度很高 的追日系统，将镜面保持与太阳垂直，才能将太阳光集中投射到晶粒上，藉晶粒将太阳光转 换成电力。一般，追日系统的成本约占整个聚光型太阳电池模组成本的五分之一左右。当 聚光元件的倍率愈高，追踪太阳的精密度也愈高，对于误差容忍的范围也愈低。例如，以一 天M小时，地球自转一天计算，太阳相对地球是以每小时15度的速度移动，每分钟0. 25度 或是每分钟15分(这里的分是角度的单位)的速度移动。当聚光元件的倍率在1000倍左 右时，每分钟的精密度约在0. 9秒(这里的秒是角度的单位)左右。因此，对于倍率愈高的聚光元件，愈需要更高精密度的追踪太阳的系统。这会大幅 提高整个聚光型太阳能电池模组的成本，因而使得聚光型太阳电池模组不易商品化。
技术实现思路
鉴于上述的专利技术背景中，为了符合产业利益的需求，本专利技术提供一种不需要复杂 追日机构的立体聚光型太阳能电池系统，主要的特征在于使用多个球状聚光元件相依排列 成曲面。据此，本专利技术揭露一种立体聚光型太阳能电池系统，包含多个球状聚光元件以及 多个光伏电池，其中，多个球状聚光元件相依排列成一曲面，每一个光伏电池用以接收一对 应球状聚光元件所聚集的光源以转换成电力。本专利技术揭露另一种立体聚光型太阳能电池系统，包含多个球状聚光元件以及多个 光伏电池，其中，多个球状聚光元件相依排列成一曲线序列，藉由排列多个曲线序列以形成 一曲面，每一个光伏电池用以接收一对应球状聚光元件所聚集的光源以转换成电力。本专利技术揭露又一种立体聚光型太阳能电池系统，包含多个球状聚光元件以及多个 光伏电池，其中，多个球状聚光元件相依排列成一直线序列，藉由并排多个直线序列以形成 一圆柱面的至少局部表面，每一个光伏电池用以接收一对应球状聚光元件所聚集的光源以 转换成电力。附图说明图1显示一种传统的聚光型太阳电池的截面结构示意图；图2显示另一种传统的聚光型太阳电池的截面结构示意图；图3显示光源移动幅度较大时，对应球状聚光元件的光伏电池的受光面积减少示 意图；图4A显示切削面IOlA移除透明球体非聚光的周围区域所形成的示意图；图4B显示藉由切削面IOlA可以使球状聚光元件紧密排列成一曲面；图5显示切削面IOlB移除透明球体聚光区域所形成的示意图；图6A显示使用具有4个切削面的透明球体排列成曲面的示意图；图6B显示使用具有6个切削面的透明球体排列成曲面的示意图；图7根据本专利技术的第一实施例，显示多个球状聚光元件相依排列成不同曲面示意 图(a)圆柱面，(b)圆锥面，(c)球形面，(d)椭球形面，与(e)圆环面；图8A根据本专利技术的第一实施例，显示立体聚光型太阳能电池系统更包含设置一 球形壳体以使得多个球状聚光元件设置于球形壳体的内表面上的示意图；图8B根据本专利技术的第一实施例，显示多个球状聚光元件位于球形壳体的上半球 内，球形壳体的下半球充填载重物的示意图；图9A根据本专利技术的第一实施例，显示立体聚光型太阳能电池系统更包含设置一 圆环形壳体以使得多个球状聚光元件设置于圆环形壳体的内表面上的示意图；图9B根据本专利技术的第一实施例，显示多个球状聚光元件位于圆环形壳体的上半 部内，球形壳体的下半部充填载重物的示意图；图IOA根据本专利技术的第一实施例，显示立体聚光型太阳能电池系统更包含设置一 圆柱形壳体以使得多个球状聚光元件设置于圆柱形壳体的内表面上的示意图；图IOB根据本专利技术的第一实施例，显示多个球状聚光元件位于圆柱形壳体的上半部内，圆柱形壳体的下半部充填载重物的示意图；图11根据本专利技术的第二实施例，显示先排列多个球状聚光元件成一曲线序列，然 后藉由排列多个曲线序列以形成不同曲面(a)椭球形面，(b)圆环面，与(c)圆柱面；图12根据本专利技术的第二实施例，显示光伏电池130位于条状基材140与曲线序列 101-1之间的示意图；图13A根据本专利技术的第三实施例，显示先排列多个球状聚光元件成一直线序列 101-2，然后藉由并排多个直线序列101-2以形成一圆柱面的至少局部表面；图13B根据本专利技术的第三实施例，显示光伏电池130位于条状基材140与直线序 列101-2之间的示意图；图14A根据本专利技术的第三实施例，显示光伏电池的长轴方向P与直线序列的长轴 方向Q垂直的示意图；以及图14B根据本专利技术的第三实施例，显示光伏电池的长轴方向P与直线序列的长轴 方向Q平行的示意图。具体实施例方式本专利技术在此所探讨的方向为一种不需要复杂追日机构的立体聚光型太阳能电池 系统。为了能彻底地了解本专利技术，将在下列的描述中提出详尽的步骤及其组成。显然地，本 专利技术的施行并未限定于聚光型太阳电池系统的技艺者所熟习的特殊细节。另一方面，众所 周知的组成或步骤并未描述于细节中，以避免造成本专利技术不必要的限制。本专利技术的较佳实 施例会详细描述如下，然而除了这些详细描述之外，本专利技术还可以广泛地施行在其他的实 施例中，且本专利技术的范围不受限定，其以之后的专利范围为准。本专利技术使用球状聚光元件的优点为，当光源与球状聚光元件之间的相对方位改变本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种立体聚光型太阳能电池系统，包含：多个球状聚光元件，其中，多个该球状聚光元件相依排列成一曲面；以及多个光伏电池，每一个该光伏电池用以接收一对应球状聚光元件所聚集的光源以转换成电力。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘台徽，
申请(专利权)人：太聚能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]