[发明专利]立体聚光型太阳能电池系统

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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Fork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。Fork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24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。

发明内容

鉴于上述的发明背景中，为了符合产业利益的需求，本发明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，本发明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。

本发明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。

本发明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101A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101A可以使球状聚光元件紧密排列成一曲面；

图5显示切削面101B移除透明球体聚光区域所形成的示意图；