專利名稱：精準(zhǔn)型的微型化光學(xué)裝置及其太陽能板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光學(xué)裝置及其太陽能板，特別涉及一種精準(zhǔn)型的微型化光學(xué)裝置及其太陽能板。
背景技術(shù)：
一種傳統(tǒng)的太陽能板固定在一固定位置及角度的固定架上，因此，其僅能接收固定角度的太陽光，但是，由于地球本身的自轉(zhuǎn)及繞行太陽的公轉(zhuǎn)活動，造成太陽光對于太陽能板的入射角會因緯度、季節(jié)和時間有所不同，使得固定式太陽能發(fā)電模塊無法有效地接收其他入射角度的太陽光，造成太陽能板無法充分發(fā)揮其應(yīng)有效益，換言之，固定式太陽能發(fā)電模塊的效率或總發(fā)電量無法滿足一般用電的規(guī)模。另一種傳統(tǒng)的太陽能板則是安裝于可動的固定架上，其可利用自動導(dǎo)向光源或追光的控制器控制固定架的轉(zhuǎn)動、升降等工作，使太陽能板盡可能的朝向太陽，以使太陽能板接收不同角度的太陽光。例如，追日型太陽能發(fā)電模塊可利用追光控制器的光感測器，并檢測設(shè)置于不同位置的光感測器于受光時產(chǎn)生的電位差，再利用控制晶片的運(yùn)算控制固定架或太陽能板的偏轉(zhuǎn)。然而，上述的追日型太陽能發(fā)電模塊需要非常精密的電控系統(tǒng)及驅(qū)動、 旋轉(zhuǎn)等機(jī)構(gòu)件(例如伺服馬達(dá)減速機(jī)、連接軸、聯(lián)軸器、直角升降電動缸、樞接結(jié)構(gòu)及滑移結(jié)構(gòu)等等)，故其整體成本相當(dāng)高，且由于上述各元件的體積龐大，造成生產(chǎn)端、運(yùn)送過程相當(dāng)大的材料及成本支出，故不利于商業(yè)上的應(yīng)用。因此，傳統(tǒng)的太陽能的光學(xué)元件的尺寸尚未形成小型化，故不論在制造、運(yùn)輸或材料成本考量下均有其改善的空間。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種精準(zhǔn)型的微型化光學(xué)裝置及其太陽能板。當(dāng)本實(shí)用新型的精準(zhǔn)型的微型化光學(xué)裝置應(yīng)用于集光時，其可將不同入射方向的太陽光線經(jīng)全內(nèi)反射后形成平行光束，再通過聚光元件、導(dǎo)光元件等元件將其聚集或?qū)б令A(yù)定的位置，故太陽能板不需隨著太陽的移動而調(diào)整其角度，故可大幅簡化傳統(tǒng)追日型太陽能發(fā)電模塊的構(gòu)件，同時達(dá)到與追日型太陽能發(fā)電模塊相當(dāng)?shù)男省Ａ硗?，通過凸透鏡與全內(nèi)反射單元的排列，使光學(xué)裝置不需大尺寸就可使光線達(dá)到垂直射出的效果。本實(shí)用新型提供一種精準(zhǔn)型的微型化光學(xué)裝置，其中，包含多個全內(nèi)反射單元，其中每一該全內(nèi)反射單元具有一第一光線口及一第二光線口 ；以及多個分別對應(yīng)所述全內(nèi)反射單元的凸透鏡，每一該凸透鏡的上表面還具有多個聚光凸透鏡，其中每一該全內(nèi)反射單元的第一光線口位于其所對應(yīng)的該凸透鏡的聚焦位置。本實(shí)用新型提供一種精準(zhǔn)型的微型化光學(xué)裝置，其中，每一該全內(nèi)反射單元還包括一設(shè)置于該第二光線口的全內(nèi)反射延伸段。本實(shí)用新型提供一種精準(zhǔn)型的微型化光學(xué)裝置，其中，該全內(nèi)反射延伸段還具有一輔助凸透鏡。本實(shí)用新型提供一種太陽能板，其中，包含一聚光元件，其具有一入射面及一與該入射面相對的聚光結(jié)構(gòu)面；以及一設(shè)于該聚光元件的該入射面的精準(zhǔn)型的微型化光學(xué)裝置，其包括多個全內(nèi)反射單元，其中每一該全內(nèi)反射單元具有一第一光線口及一第二光線口 ；以及多個分別對應(yīng)所述全內(nèi)反射單元的凸透鏡，每一該凸透鏡的上表面還具有多個聚光凸透鏡，其中每一該全內(nèi)反射單元的第一光線口位于其所對應(yīng)的該凸透鏡的聚焦位置；其中所述全內(nèi)反射單元、所述凸透鏡將不同角度的入射光線垂直于該入射面，再經(jīng)由該聚光元件的該聚光結(jié)構(gòu)面將光線聚集于一預(yù)定位置。本實(shí)用新型提供一種太陽能板，其中，每一該全內(nèi)反射單元還包括一設(shè)置于該第二光線口的全內(nèi)反射延伸段。本實(shí)用新型提供一種太陽能板，其中，該全內(nèi)反射延伸段還具有一輔助凸透鏡。本實(shí)用新型提供一種太陽能板，其中，其還具有一黏膠層，該黏膠層填入該聚光元件的該入射面與該輔助凸透鏡之間所形成的空間。本實(shí)用新型提供一種太陽能板，其中，包含一導(dǎo)光元件，其具有一入射面及一與該入射面相對應(yīng)的導(dǎo)光面；以及一設(shè)于該聚光元件的該入射面的精準(zhǔn)型的微型化光學(xué)裝置，其包括多個全內(nèi)反射單元，其中每一該全內(nèi)反射單元具有一第一光線口及一第二光線口 ；以及多個分別對應(yīng)所述全內(nèi)反射單元的凸透鏡，每一該凸透鏡的上表面還具有多個聚光凸透鏡，其中每一該全內(nèi)反射單元的第一光線口位于其所對應(yīng)的該凸透鏡的聚焦位置；其中所述全內(nèi)反射單元、所述凸透鏡將不同角度的入射光線垂直于該入射面，再經(jīng)由該導(dǎo)光元件的該導(dǎo)光面將光線導(dǎo)引于一預(yù)定位置。本實(shí)用新型提供一種太陽能板，其中，每一該全內(nèi)反射單元還包括一設(shè)置于該第二光線口的全內(nèi)反射延伸段。本實(shí)用新型提供一種太陽能板，其中，該全內(nèi)反射延伸段還具有一輔助凸透鏡。本實(shí)用新型提供一種太陽能板，其中，其還具有一黏膠層，該黏膠層填入該導(dǎo)光元件的該入射面與該輔助凸透鏡之間所形成的空間。綜上所述，本實(shí)用新型相比現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于本實(shí)用新型可利用光學(xué)裝置的全內(nèi)反射單元將不同入射方向的入射光線經(jīng)全反射后形成平行光束，以進(jìn)行集光。因此，當(dāng)本實(shí)用新型的集光裝置應(yīng)用于太陽能板時，該集光的光學(xué)裝置可將各角度的入射太陽光導(dǎo)引成平行光束，以利于后續(xù)的光線聚集與應(yīng)用。當(dāng)本實(shí)用新型的光學(xué)裝置反向運(yùn)用時，即可將平行光轉(zhuǎn)為多角度輸出的光線，以形成不同領(lǐng)域的應(yīng)用。為能更進(jìn)一步了解本實(shí)用新型的特征及技術(shù)內(nèi)容，請參閱以下有關(guān)本實(shí)用新型的詳細(xì)說明與附圖，然而所示附圖僅提供參考與說明用，并非用來對本實(shí)用新型加以限制。

圖1為本實(shí)用新型第一實(shí)施例的精準(zhǔn)型的微型化光學(xué)裝置的示意圖；[0032]圖IA為本實(shí)用新型第二實(shí)施例的精準(zhǔn)型的微型化光學(xué)裝置應(yīng)用于集光的示意圖；圖2為本實(shí)用新型的太陽能板的示意圖；圖3為本實(shí)用新型的另一狀態(tài)的太陽能板的示意圖。主要元件符號說明精準(zhǔn)型的微型化光學(xué)裝置1聚光元件10導(dǎo)光元件10'入射面101聚光結(jié)構(gòu)面102導(dǎo)光面103全內(nèi)反射單元11第一光線口111第二光線口112全內(nèi)反射延伸段113輔助凸透鏡114凸透鏡12聚光凸透鏡121散熱板13太陽能晶片20黏膠層30聚焦位置F
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型提供一種精準(zhǔn)型的微型化光學(xué)裝置及其太陽能板，該精準(zhǔn)型的微型化光學(xué)裝置可作為一集光裝置，其可利用全內(nèi)反射(total internalreflection, TIR)原理將不同角度的入射光線導(dǎo)引至朝同一方向發(fā)射的平行光，因此，在太陽能發(fā)電的應(yīng)用上可收集各種角度的太陽光，達(dá)到較佳的太陽能發(fā)電的功效與效率。另一方面，該精準(zhǔn)型的微型化光學(xué)裝置可反向應(yīng)用，以達(dá)到將平行光導(dǎo)引成大角度輸出的均勻光，換言之，本實(shí)用新型提供的精準(zhǔn)型的微型化光學(xué)裝置可視實(shí)際應(yīng)用而具有不同的集光或輸出多角度光線的效果。請參考圖1所示，本實(shí)用新型第一實(shí)施例的精準(zhǔn)型的微型化光學(xué)裝置1具有多個全內(nèi)反射單元11及多個對應(yīng)全內(nèi)反射單元11的凸透鏡12，全內(nèi)反射單元11具有第一光線口 111及第二光線口 112，凸透鏡12的上表面還具有多個聚光凸透鏡121，且全內(nèi)反射單元 11的第一光線口 111位于其所對應(yīng)的凸透鏡12的聚焦位置F(如圖IA所示)。具體而言， 全內(nèi)反射單元11及凸透鏡12均可為一塑料所成型，例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，但不以此為限，再以塑料成型方法成型全內(nèi)反射單元11及凸透鏡12，且每一聚光凸透鏡121均為 30度扇形的凸透鏡，但不以此為限。由于全內(nèi)反射單元11的介面(例如一種復(fù)合拋物面結(jié)構(gòu))可形成光線的全內(nèi)反射，故可使由第一光線口 111進(jìn)行全內(nèi)反射單元11的光線經(jīng)多次全反射，并由第二光線口 112垂直射出本實(shí)用新型提供的精準(zhǔn)型的微型化光學(xué)裝置1。因此，在應(yīng)用于集光領(lǐng)域時，各個角度的光線可經(jīng)由凸透鏡12的作用而聚焦于聚焦位置F，并經(jīng)由第一光線口 111進(jìn)入(即第一光線口 111為光線入口)，接著，光線在全內(nèi)反射單元11 內(nèi)部經(jīng)過多次的全反射而形成實(shí)質(zhì)地垂直射出于第二光線口 112的光線，在本具體實(shí)施例中，射出的光線的平行度約在1.5度以內(nèi)，然而前述角度范圍僅為說明之用，并非用于限制本實(shí)用新型，換言之，本實(shí)用新型提供的精準(zhǔn)型的微型化光學(xué)裝置1在不同的應(yīng)用領(lǐng)域中， 射出的光線并不受前述角度的限制。另外，當(dāng)本實(shí)用新型提供的精準(zhǔn)型的微型化光學(xué)裝置1反向運(yùn)用時，平行光由第二光線口 112進(jìn)入全內(nèi)反射單元11，而光線在全內(nèi)反射單元11內(nèi)部經(jīng)過多次的全反射而聚焦于第一光線口 111，聚焦后的光線再經(jīng)過凸透鏡12的作用而形成多角度射出的光線。請參考圖IA所示，本實(shí)用新型提供的全內(nèi)反射單元11還包括一設(shè)置于該第二光線口 112的全內(nèi)反射延伸段113及輔助凸透鏡114，全內(nèi)反射延伸段113可延長全內(nèi)反射單元11的縱向長度，使光線可經(jīng)過更多次的全反射，使光線更為垂直地射出；而輔助凸透鏡 114再次將由第二光線口 112射出的光線進(jìn)行調(diào)整，以獲得較佳的垂直光線。換言之，本實(shí)用新型可選擇性地以全內(nèi)反射延伸段113及輔助凸透鏡114進(jìn)行光線垂直度的調(diào)整。以下將說明本實(shí)用新型提供的精準(zhǔn)型的微型化光學(xué)裝置1應(yīng)用于集光和太陽能板的功效。請參考圖2及圖IA所示，其為上述第一實(shí)施例的精準(zhǔn)型的微型化光學(xué)裝置1應(yīng)用于第一種太陽能板的示意圖，其中，該太陽能板具有一聚光元件10，而精準(zhǔn)型的微型化光學(xué)裝置1設(shè)于聚光元件10上。具體而言，聚光元件10具有一入射面101及一與該入射面 101相對的聚光結(jié)構(gòu)面102，而精準(zhǔn)型的微型化光學(xué)裝置1可利用貼附的方式固定于該聚光元件10的入射面101，例如精準(zhǔn)型的微型化光學(xué)裝置1的所述輔助凸透鏡114與聚光元件 10的入射面101之間所形成的空間可涂布有黏膠層30，以將精準(zhǔn)型的微型化光學(xué)裝置1固定于聚光元件10的入射面101 ；另外，在另一種實(shí)施狀態(tài)中，聚光元件10與精準(zhǔn)型的微型化光學(xué)裝置1也可利用塑料成型方法而一體成型。另外，該聚光元件10可為一種菲涅爾(Fresnel)透鏡，如該聚光元件10的聚光結(jié)構(gòu)面102可形成一組的多個非等寬的同心圓部分透鏡(segmental lenses)的菲涅爾透鏡結(jié)構(gòu)，以達(dá)到聚光的效果。因此，當(dāng)前述的太陽能板應(yīng)用于一太陽能發(fā)電裝置時，各個不同入射角度的光線可經(jīng)過精準(zhǔn)型的微型化光學(xué)裝置1而形成平行光束(請參考前文所述)，以垂直射向聚光元件10的入射面101，而所述平行光束可經(jīng)由聚光結(jié)構(gòu)面102的聚光效果而聚集于一預(yù)定位置，例如光線可匯聚于一太陽能晶片(cell)20上。所以，相較于固定式的太陽能發(fā)電模塊，本實(shí)用新型可利用精準(zhǔn)型的微型化光學(xué)裝置1將不同角度的太陽光導(dǎo)引成可被聚光元件10聚集的平行光束，以大幅提高太陽能的利用率；另外，相較于追日型(solar trackingsystem)的太陽能發(fā)電模塊，本實(shí)用新型不需復(fù)雜的機(jī)械、電子構(gòu)件即可達(dá)到相類似”追蹤光線”的效果，還可大幅拓展太陽能發(fā)電的應(yīng)用領(lǐng)域。另一方面，請參考圖3所示，其為上述第一實(shí)施例的精準(zhǔn)型的微型化光學(xué)裝置1應(yīng)用于第二種太陽能板的示意圖，其中，該太陽能板具有一導(dǎo)光元件10'，而精準(zhǔn)型的微型化光學(xué)裝置1設(shè)于導(dǎo)光元件10'上；具體而言，導(dǎo)光元件10'具有一入射面101及一與該入射面101相對的導(dǎo)光面103，而精準(zhǔn)型的微型化光學(xué)裝置1可利用貼附的方式固定于該導(dǎo)光元件10'的入射面101，例如精準(zhǔn)型的微型化光學(xué)裝置1的所述輔助凸透鏡114與導(dǎo)光元件10'的入射面101之間所形成的空間可涂布有黏膠層30，以將精準(zhǔn)型的微型化光學(xué)裝置 1固定于導(dǎo)光元件10'的入射面101 ；另外，該導(dǎo)光元件10'可包括至少一個導(dǎo)光板(light guide plate)，以提供導(dǎo)引光線與聚光的效果。因此，當(dāng)前述的太陽能板應(yīng)用于一太陽能發(fā)電裝置時，各個不同入射角度的光線可經(jīng)過精準(zhǔn)型的微型化光學(xué)裝置1而形成平行光束(請參考前文所述)，以垂直射向?qū)Ч庠?0'的入射面101，而所述平行光束可經(jīng)由導(dǎo)光面103的多次折射而被導(dǎo)引、聚集于一預(yù)定位置，例如光線可側(cè)向地匯聚于一位于散熱板13上的太陽能晶片(cell) 20上，以達(dá)到太陽能發(fā)電的效果。綜上所述，本實(shí)用新型提供的精準(zhǔn)型的微型化光學(xué)裝置1可用于集光，以收集各種角度入射的太陽光，以提高太陽能發(fā)電的效率；再者，由于全內(nèi)反射單元11與凸透鏡12 的配合，使本實(shí)用新型提供的精準(zhǔn)型的微型化光學(xué)裝置的尺寸相當(dāng)輕薄，故可適用于平板式或未來可卷曲式的太陽能發(fā)電領(lǐng)域，如硅晶、薄膜、CIGS、染料敏化等等的太陽能技術(shù)。 除此之外，上述用于集光的精準(zhǔn)型的微型化光學(xué)裝置1也可用于照明，如LED照明的集光， 并調(diào)整光線輸出角度，或是取代車燈的二次光學(xué)集光器；或是用于裝潢，如可將屋外光線引入，具有不透明性的窗戶應(yīng)用、溫室屋頂應(yīng)用，以全天收光給予植物均勻的光線、建筑物透明屋頂或天井應(yīng)用，以全天收光給予室內(nèi)均勻的光線等等。另一方面，由于光的可逆性，本實(shí)用新型的精準(zhǔn)型的微型化光學(xué)裝置1可反向運(yùn)用，即將第二光線口 112為光線入口，以將平行光轉(zhuǎn)為多角度輸出光線的應(yīng)用。綜上所述，本實(shí)用新型相較現(xiàn)有技術(shù)，至少具有下列諸項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)1、本實(shí)用新型提供的光學(xué)裝置可利用全內(nèi)反射單元的全內(nèi)反射效果，將不同入射方向的太陽光線經(jīng)多次全反射而形成平行光束(應(yīng)用于集光)，而平行光束可通過聚光元件、導(dǎo)光元件所聚集，故可使各種入射角度的太陽光線的能量均可被應(yīng)用于發(fā)電裝置。因此，本實(shí)用新型提供的集光裝置可應(yīng)用于目前現(xiàn)有的太陽能發(fā)電裝置，例如將其貼附于聚光元件、導(dǎo)光元件或其他光學(xué)元件上，即可大幅提升太陽能發(fā)電的效率。而且由于本實(shí)用新型利用全內(nèi)反射單元與凸透鏡的配合，使光學(xué)裝置的整體尺寸達(dá)成小型化，更符合平板型或撓曲形態(tài)的太陽能應(yīng)用。2、相較于傳統(tǒng)的固定式太陽能發(fā)電模塊僅能利用單一入射方向的太陽光線，本實(shí)用新型所提供的太陽能板可有效率的”擷取”、接收不同入射方向的太陽光線，以提高太陽能發(fā)電的效率。3、相較于傳統(tǒng)的追日型太陽能發(fā)電模塊，本實(shí)用新型不需利用復(fù)雜的傳動機(jī)構(gòu)、 電控系統(tǒng)等元件，故可有效解決制作成本、運(yùn)輸與維修等問題，并可縮小太陽能發(fā)電模塊的整體體積。4、反向于集光應(yīng)用，本實(shí)用新型提供的光學(xué)裝置可將平行光轉(zhuǎn)為多角度輸出的光線。以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳可行實(shí)施例，非因此局限本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，故凡運(yùn)用本實(shí)用新型所作的等效技術(shù)變化，均包含于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種精準(zhǔn)型的微型化光學(xué)裝置，其特征在于，包含多個全內(nèi)反射單元，每一該全內(nèi)反射單元具有一第一光線口及一第二光線口 ；以及多個分別對應(yīng)所述全內(nèi)反射單元的凸透鏡，每一該凸透鏡的上表面還具有多個聚光凸透鏡，每一該全內(nèi)反射單元的第一光線口位于其所對應(yīng)的該凸透鏡的聚焦位置。
2.如權(quán)利要求1所述的精準(zhǔn)型的微型化光學(xué)裝置，其特征在于，每一該全內(nèi)反射單元還包括一設(shè)置于該第二光線口的全內(nèi)反射延伸段。
3.如權(quán)利要求2所述的精準(zhǔn)型的微型化光學(xué)裝置，其特征在于，該全內(nèi)反射延伸段還具有一輔助凸透鏡。
4.一種太陽能板，其特征在于，包含一聚光元件，其具有一入射面及一與該入射面相對的聚光結(jié)構(gòu)面；以及一設(shè)于該聚光元件的該入射面的精準(zhǔn)型的微型化光學(xué)裝置，其包括 多個全內(nèi)反射單元，每一該全內(nèi)反射單元具有一第一光線口及一第二光線口 ；以及多個分別對應(yīng)所述全內(nèi)反射單元的凸透鏡，每一該凸透鏡的上表面還具有多個聚光凸透鏡，每一該全內(nèi)反射單元的第一光線口位于其所對應(yīng)的該凸透鏡的聚焦位置；所述全內(nèi)反射單元、所述凸透鏡將不同角度的入射光線垂直于該入射面，再經(jīng)由該聚光元件的該聚光結(jié)構(gòu)面將光線聚集于一預(yù)定位置。
5.如權(quán)利要求4所述的太陽能板，其特征在于，每一該全內(nèi)反射單元還包括一設(shè)置于該第二光線口的全內(nèi)反射延伸段。
6.如權(quán)利要求5所述的太陽能板，其特征在于，該全內(nèi)反射延伸段還具有一輔助凸透^Mi ο
7.如權(quán)利要求6所述的太陽能板，其特征在于，其還具有一黏膠層，該黏膠層填入該聚光元件的該入射面與該輔助凸透鏡之間所形成的空間。
8.一種太陽能板，其特征在于，包含一導(dǎo)光元件，其具有一入射面及一與該入射面相對應(yīng)的導(dǎo)光面；以及一設(shè)于該聚光元件的該入射面的精準(zhǔn)型的微型化光學(xué)裝置，其包括 多個全內(nèi)反射單元，每一該全內(nèi)反射單元具有一第一光線口及一第二光線口 ；以及多個分別對應(yīng)所述全內(nèi)反射單元的凸透鏡，每一該凸透鏡的上表面還具有多個聚光凸透鏡，每一該全內(nèi)反射單元的第一光線口位于其所對應(yīng)的該凸透鏡的聚焦位置；所述全內(nèi)反射單元、所述凸透鏡將不同角度的入射光線垂直于該入射面，再經(jīng)由該導(dǎo)光元件的該導(dǎo)光面將光線導(dǎo)引于一預(yù)定位置。
9.如權(quán)利要求8所述的太陽能板，其特征在于，每一該全內(nèi)反射單元還包括一設(shè)置于該第二光線口的全內(nèi)反射延伸段。
10.如權(quán)利要求9所述的太陽能板，其特征在于，該全內(nèi)反射延伸段還具有一輔助凸透^Mi O
11.如權(quán)利要求10所述的太陽能板，其特征在于，其還具有一黏膠層，該黏膠層填入該導(dǎo)光元件的該入射面與該輔助凸透鏡之間所形成的空間。
專利摘要一種精準(zhǔn)型的微型化光學(xué)裝置，其包含多個全內(nèi)反射單元，每一該全內(nèi)反射單元具有一第一光線口及一第二光線口；以及多個分別對應(yīng)所述全內(nèi)反射單元的凸透鏡，每一該凸透鏡的上表面還具有多個聚光凸透鏡，每一該全內(nèi)反射單元的第一光線口位于其所對應(yīng)的該凸透鏡的聚焦位置。
文檔編號G02B19/00GK201993518SQ20112004544
公開日2011年9月28日 申請日期2011年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月18日
發(fā)明者董宗翰 申請人:芯波光能科技股份有限公司, 董宗翰