集光装置及其集光方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种集光装置及其集光方法，提供一组装简单，以及使光线以较垂直的角度入射接收元件、增加光线接收元件的吸收效率等作用；包括一具有焦(点)区的聚光器和一组合有光线接收元件的全反射集光器。该集光器定义有一入光孔径和一出光孔径；并且，使该集光器的入光孔径接近或位于该聚光器焦区的位置。以及，该聚光器接收光源的至少一部分光线，使它们通过焦(点)区后，顺向出射到该集光器；并且，经集光器的全反射光学作用将该光线入射接收元件，改善习知结构因光线入射角度太大或不理想，和光学照度不均匀、影响光电转换效能等情形。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术有关于ー种集光系统和集光方法；特别是指一种应用在太阳电池模组(photovoltaic module)或太阳能转换机制的集光系统的组装结构复合设计,使光线在集光装置之间产生更理想的路径配置的手段。
技术介绍
应用光学透镜(例如Fresnel lens)和太阳电池模组或晶片组合，来大量收集入射光的集光系统或集光模块，已为现有技木。现有的集光统包括光学透镜或一次光学元 件(或称聚光器)、二次光学元件、光学盖板、和一底板等部分(或经ー框架设置在底板和光学盖板之间)，将上述组件固定组合的型态。例如，US 7473000B2「SHIELD FOR SOLARRADIATION COLLECTOR」、及 US 2009/0320923 「PHOTOVOLTAIC CONCENTRATING APPARATUS」专利案等，提供了典型的实施例。就像那些熟习此技艺的人所知悉，如果太阳光线的入射或光线路径落在晶片(或电池模组)的中心区域，会使晶片局部区域产生热应カ集中的情形，这会降低晶片的使用寿命和影响光电转换效能；因此，在习知技艺的集光结构设计均倾向于获得较大的可接受角和均光效果，来改善上述的问题。例如，US 6541694B2TN0NIMAGING LIGHT CONCENTRATORWITH UNIFORM IRRADIANCE」专利案，提供了一个可行的实施例。上述的可接受角指在没有误差的理想状况下，太阳光线可100%入射集光系统。但是，当外在因素迫使入射光角度产生偏差，如果集光效率可达到90%时，该入射角度偏差定义为可接受角。ー个有关这类集光装置在应用方面的课题是，它们在获得较大的可接受角和均光效果的作用下，通常也造成了光线入射接收元件或电池模组(或晶片)的角度増加，而损失了光线接收元件的集光效率。具体来说，例如使用TIR组成的聚光装置可以达到高集光倍率和超短焦设计。然而，如果企图以光线接收元件可高效率吸收入射光的条件考量，TIR聚光装置有相当大部分的光以大角度入射该接收元件(或晶片)，而造成接收元件的光电效率无法提高，而这种情形并不是我们所期望的。同样的，卡塞格林(Cassegrain)、RXI短焦式集光装置也存在了所述的情形。代表性的来说，这些參考资料显示了有关光源和光学组件或集光系统配合在应用方面的技艺；它们也反映出这些光学组件或集光装置设计在某些应用的情形中，所存在的一些问题。如果重行设计考量集光模组的组织结构，使其构造不同于现有技术，将可改变它的使用型态，而有别于旧法；实质上，也会増加它的应用范围。因此，它的构造必需考量到下列几个设计课题I.使它的制造组装结构设计在符合一个简单的条件下，包括降低集光装置组装的困难度，以减少制造成本；并且，提高聚光元件和光线接收元件的精确度，以进ー步增加集光装置的转换效能和发电效率的稳定度等作用，来改善习知结构光学照度不均匀，影响光电转换效能等情形。2.在已知的习知技艺中均倾向于针对光线入射接收元件(或晶片)的均匀度(即，均光效果)或増大可接受角提出改良设计，而未讨论光线入射接收元件(或晶片)的角度的课题。例如，在US 7473000B2, US 6541694B2专利案中，提供了一个结构成上宽、下窄型态的均光器(或称集光器)，来増加集光系统的可接受角。不过如上述的，当光线进入这类上宽、下窄型态的均光器后，通常也造成了光线入射接收元件或电池模组(或晶片)的角度増加，而损失了光线接收元件的光电转换效率。因此，在本专利技术的集光装置设计中，该光线入射接收元件(或晶片)的角度，是特别被加以考量的。 3.请參考图1，光线入射角度和接收元件(或晶片)响应的示意图。当光线以角度0°入射(或定义为垂直入射)晶片时，晶片的效率响应达到100% ;当光线入射晶片的角度超过30°吋，晶片的效率响应低于87%。換言之，必须企图使光线入射晶片的角度尽量被保持在小于30°的范围内，才能降低晶片的效率损失(或提高晶片的吸收效率和光电转换效能)。4.如上述，为了获得降低“晶片的效率损失”的作用，习知的一次光学元件和二次光学元件的组合结构和相关配置设计，应重新被安排和考量；以及，如何安排、设计才能使入射晶片的光线角度被保持在小于30°的范围内，让入射光线(或入射到晶片的太阳光线)的损失，被减到最小。而这些课题在上述的參考资料中均未被教示或具体揭露。
技术实现思路
本专利技术的主要目的即在于提供ー种，提供ー组装简单，以及使光线以较垂直的角度入射接收元件、増加光线接收元件的吸收效率和照度均匀性等作用；包括一具有焦(点)区的聚光器和一组合有光线接收元件的全反射集光器。该集光器定义有一入光孔径和一出光孔径；并且，使该集光器的入光孔径接近或位于该聚光器焦区的位置。以及，该聚光器接收光源的至少一部分光线，使它们通过焦(点)区后，顺向出射到该集光器；并且，经集光器的全反射光学作用将该光线入射接收元件，改善现有结构因光线入射角度太大或不理想，和光学照度不均匀、影响光电转换效能等情形。根据本专利技术的集光装置，该集光器以ー參考轴为基准，形成一(圆)锥状轮廓(断面)的型态。所述集光器的入光孔径接近或位于该聚光器焦区的位置或范围。以及，该接收元件设置在集光器出光孔径的位置上。因此，当该聚光器接收光源的至少一部分光线，使它们通过焦(点)区，顺向出射到该集光器后，经集光器的全反射光学作用，使上述光线入射接收元件的角度，被尽可能的保持在接近垂直(或小于30° )入射接收元件的角度范围内。根据本专利技术的集光装置，该集光器设置在一基部上；该基部形成有一开孔，以组合该集光器。以及，使该基部开孔接近或位于该聚光器焦区的位置上。该基部的开孔以该參考轴为參考方向，定义有一上区和一下区；并且，形成该上区较宽，下区较窄的轮廓(断面)型态。因此，该聚光器焦区接近或位于基部开孔上区的位置；以及，使集光器的(入光)孔径位于该基部开孔上区的位置。可行的是，以该參考轴为參考方向，该基部形成在聚光器的底部。并且，该基部(或底部)开孔形成一锥状轮廓(或梯形断面)的型态；上区的内径大于该下区的内径。以及，该下区的内径约等于该集光器出光孔径的外径；因此，集光器的结构型态特别适于操作者直接对准该聚光器开孔的下区，同时获得垂直方向对位和左、右(或中心)方向对位的作用，使集光器简便组合在该聚光器的底部(或基部)上。较佳的是，该底部开孔或基部开孔包含一(内)表面；并且，该表面镀有ー层反射膜，而形成一反射面。根据本专利技术的集光装置，该底部开孔或基部开孔的下区内径约等于该接收元件的外径或约等于该接收元件的对角线长度。根据本专利技术集光装置的集光方法，使光线的光学设计输入，包括(a)使该聚光器接收光源的至少一部分光(线)；使所述光(线)通过该焦(点)区后，顺向出射到集光器上，而得到第一阶输出光；以及(b)该第一阶输出光到达集光器后,经该集光器的一全反射光学作用，出光为第二阶输出光；所述第二阶输出光在到达该集光器的出光孔径后，入射到该(光线)接收元件。根据本专利技术集光装置的集光方法，包括另ー集光方法；所述的集光方法使光线的光学设计输入包括(a)使该聚光器接收光源的至少一部分光(线)；所述光(线)在偏离该焦(点)区后，顺向出射到基部(或底部)开孔的表面；(b)上述光线经基部(或底部)开本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.ー种集光装置，其特征在于，包括 ー聚光器，具有一焦区； 一透光实心体型态的集光器，形成上部窄、下部宽的结构型态，配置在接近该聚光器焦区的位置上； 该集光器包含有一入光孔径和一出光孔径；以及 一光线接收元件，设置在邻近该集光器出光孔径的位置； 并且，接收至少一部分光线；所述一部分光线经过该集光器至少一次全反射光学作用。2.如权利要求I所述的集光装置，其特征在于，该集光器以ー參考轴为基准，形成锥状轮廓的型态。3.如权利要求I所述的集光装置，其特征在于，该集光器的入光孔径设在接近该聚光器焦区的位置。4.如权利要求I所述的集光装置，其特征在于，该集光器包覆在该光线接收元件上。5.如权利要求I所述的集光装置，其特征在于，该集光器入光孔径的宽度小于该出光孔径的宽度。6.如权利要求I所述的集光装置，其特征在于，该集光器设置在一基部上；实质上，所述基部包括有一开孔，收容该集光器；以及 该开孔位于接近聚光器焦区的位置，定义有一上区和一下区；并且，形成开孔上区宽、下区窄的结构型态。7.如权利要求6所述的集光装置，其特征在干，该开孔上区的宽度大于该开孔下区的览度。8.如权利要求6所述的集光装置，其特征在干，该开孔上区位于接近该聚光器焦区的位置；以及 该集光器的入光孔径位于接近该开孔上区的位置。9.如权利要求6所述的集光装置，其特征在于，该基部的开孔包含一内表面；该内表面镀有ー层反射膜，而形成一反射面。10.如权利要求6所述的集光装置，其特征在于，该基部开孔下区的内径等于该集光器出光孔径的外径。11.如权利要求6所述的集光装置，其特征在于，该基部开孔下区的内径大于该集光器出光孔径的外径。12.如权利要求I所述的集光装置，其特征在于，该部分光线入射光线接收元件的角度范围为0° 40°。13.如权利要求I所述的集光装置，其特征在于，该聚光器是一形成几何型轮廓型态的反射式光学元件；包括 一入光孔径、一反射面、一底部、和一形成在底部上的开孔； 该开孔位于该入光孔径的相对边； 该集光器设置在该开孔的区域内；以及 所述开孔位于接近聚光器焦区的位置，定义有一上区和一下区；并且，形成开孔上区宽、下区窄的结构型态。14.如权利要求13所述的集光装置，其特征在干，该开孔上区的宽度大于该开孔下区的宽度。15.如权利要求13所述的集光装置，其特征在干，该开孔上区位于接近该聚光器焦区的位置；以及 该集光器的入光孔径位于接近该开孔上区的位置。16.如权利要求13所述的集光装置,其特征在于,该开孔包含一内表面；该内表面镀有ー层反射膜，而形成一反射面。17.如权利要求13所述的集光装置，其特征在于，该集光器的高度等于该底部的厚度。18.如权利要求13所述的集光装置，其特征在于，该聚光器形成一抛物线轮廓的型态。19.如权利要求13所述的集光装置，其特征在干，该开孔下区的内径等于该集光器出光孔径的外径。20.如权利要求13所述的集光装置，其特征在干，该开孔下区的内径大于该集光器出光孔径的外径。21.如权利要求6或13所述的集光装置，其特征在干，该开孔下区的内径等于该光线接收元件的外径。22.如权利要求6或13所述的集光装置，其特征在干，该开孔下区的内径大于该光线接收元件的外径。23.如权利要求6或13所述的集光装置，其特征在干，该开孔下区的内径等于该光线接收元件的对角线长度。24.如权利要求6或13所述的集光装置，其特征在干，该开孔下区的内径大于该光线接收元件的对角线长度。25.如权利要求I所述的集光装置，其特征在于，该集光器出光孔径的内径等于该光线接收元件的外径。26.如权利要求I所述的集光装置，其特征在于，该集光器出光孔径的内径等于该光线接收元件的对角线长度。27.如权利要求I所述的集光装置，其特征在于，该集光器入光孔径上形成一弯曲面的型态。28.如权利要求13所述的集光装置，其特征在于，该...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹渊翔，
申请(专利权)人：聚阳光能股份有限公司，
类型：发明
国别省市：