一种太阳能集光模块 【技术领域】
本发明涉及一种太阳能集光模块，特别是涉及一种以微结构将太阳光折射至一特定位置而进行集光的太阳能集光模块。
背景技术
在能源短缺的情况下，油价屡创新高，而京都议定书在碳减量上的规定，使得新能源和节能的绿色建筑成为大家注目焦点。在新能源中，目前商业化的首推太阳能发电。由于太阳能模块厂如雨后春笋般地成立，硅晶片供不应求，价格频频高涨，结果不利于太阳能的普及，对太阳能模块厂商也造成经营压力。
美国专利US 7190531揭露一种太阳能集光系统，使用菲涅尔透镜(FresnelLens)将阳光集中于太阳能芯片上，此系统通常需搭配一太阳追踪系统执行，使太阳能芯片永远面对阳光，增加收光效果。但此系统的厚度太大也笨重，应用范围有限。
美国专利US 6971756揭露一种辐射能收集与转换装置，利用反射镜集光，阳光照射到各反射镜后，会反射到太阳能芯片上，随着反射镜和太阳能芯片的位置不同，反射镜的倾斜角度也不同。但是，此系统仍需要光线追踪系统的配合执行，依然有系统笨重应用局限的缺点。
美国专利US 6619282揭露一种太阳能集光装置，利用水作为导光物，并利用结构模块来局限光线角度，将光线导引至侧面，此装置虽然能大幅地减少整体的厚度，但在执行上，需要持续加水以维持功效。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种太阳能集光模块，利用在基板表面上形成微结构，使入射集光模块的阳光折射或全反射至太阳能芯片的比例增加，提高太阳能芯片的使用效率。
本发明的太阳能集光模块的一较佳实施例包括：一导光基板以及至少一个太阳能芯片。导光基板包括一第一表面、一第二表面以及多个侧面，其中该第一表面相向于该第二表面，该侧面邻接于该第一表面与该第二表面，一微结构形成于该第一或第二表面上。该太阳能芯片设置于接近该多个侧面的至少其中之一的位置上，阳光先穿透第一表面，然后到达该第二表面，并由该微结构将阳光折射或全反射至该侧面，而由该太阳能芯片所吸收。
在上述的较佳实施例中，导光基板是以透光性材料制成。
在上述的较佳实施例中，该多个侧面上形成一微结构，增加集光效率。
在上述的较佳实施例中，该第一表面具有抗反射功能的微纳米结构。
在上述的较佳实施例中，该第一表面具有斥水性功能的微纳米结构。
在上述的较佳实施例中，微结构的形状为平行的长条状结构，平行于该等侧面中的至少其中之一，且该长条状结构的剖面为三角形。太阳能芯片设于与长条状结构平行的该侧面上。
在上述的较佳实施例中，微结构为金字塔型的突起或圆形的突起。
在上述的较佳实施例中，该太阳能芯片可由硅或周期表上III或V族的材料制成。
在上述的较佳实施例中，该太阳能芯片与该侧面的距离小于1mm。
在上述的较佳实施例中，微结构也可形成于第一表面上。
根据本发明的一方面，本发明的太阳能集光模块利用在基板表面上形成微结构，使入射集光模块的阳光折射或全反射至太阳能芯片的比例增加，提高太阳能芯片的使用效率。
根据本发明的另一方面，本发明通过使用单层镀膜的微纳米结构，有别于已知结构的多层镀膜，如此可得到较宽的视角以及较低的成本，而且制成温度低，适合于塑料基材，制程不需要真空环境，基材不需要作前处理，结构附着性高并且具有较高的抗污性。
另外，本发明的太阳能集光模块与已知的侧光式的背光模块比较，已知的侧光式的背光模块将设于导光板侧边的光源的光线经由导光板导向导光板的正面，而作为一种面光源，已知的侧光式的背光模块除了导光板之外，还有安装于导光板底部的反射板、以及安装于导光板上方地扩散片、棱镜片等扩散光线的组件，但本发明的太阳能集光模块，光线是由导光基板的正面进入，经由微结构将光线反射至侧边的太阳能芯片，并未安装反射板及扩散板等组件，另外背光模块的微结构为不连续的结构，而本发明为了提高集光效率，微结构为连续的结构。
【附图说明】
为了让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：
图1是本发明的太阳能集光模块的示意图；
图2是本发明的太阳能集光模块的导光基板的示意图；
图3A是图2的导光基板的构造的放大图；
图3B是图3A中的微结构的剖面为三角形的长条状结构中，在剖面的三角形的角度A与B相等的情况下，角度A、B的变化与太阳能芯片收光效率的图；
图4是表示在图3B的角度A＝80度的情况下，角度B的变化与太阳能芯片收光效率的图；
图5为在本发明的导光基板的第一表面上所形成的微纳米结构的示意图；
图6是表示微结构形成于第一表面上，在角度A＝80度的情况下，角度B的变化与太阳能芯片收光效率的图。
【主要组件符号说明】
10～导光基板
12～第一表面
14～第二表面
15～纳米结构层
152～三维结构
16～侧面
17～金属层
18～微结构
20～太阳能芯片
100～太阳能集光模块
【具体实施方式】
图1为本发明的太阳能集光模块的一实施例的示意图。
太阳能集光模块100包括一导光基板10以及至少一个太阳能芯片20。
图2表示导光基板10的一实施例的示意图。导光基板10包括一第一表面12、一第二表面14以及四个侧面16。第一表面12与第二表面14相向设置，而四个侧面16相邻于第一表面12与第二表面14。太阳能芯片20是设置于靠近四个侧面16的其中一个侧面，如图1所示。
导光基板10是使用透光性的材料制成，阳光穿透第一表面12，然后到达第二表面14，如图2所示，在第二表面14上形成一连续式的微结构18，到达第二表面14的阳光由微结构18折射及全反射后，由太阳能芯片20所吸收。要说明的是，在本实施例中，该连续式的微结构18是形成在第二表面14上，然而，该连续式的微结构18也可以形成在第一表面12上，同样也能将阳光折射或全反射至该侧面16，使用者可以依不同的需求将该微结构18形成在第一表面12或第二表面14上，在此并不以本实施例为限。
为了增加阳光入射导光基板10的光量，在本实施例中，可以在第一表面12上形成具有抗反射功能的微纳米结构。此外，由于本发明的导光基板10可以应用于窗户或百叶窗上，为了避免雨水附着在第一表面12上，因此也可以在第一表面12上形成斥水性的微纳米结构；或是在第一表面12上涂布斥水性材料，例如是聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride)、聚砜(polysulfone)、含聚合无水物的反应改质剂(reactivity modifying agent)、聚硅氧橡胶、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene，ABS)，聚四氟乙烯(PTFE)，以达到斥水性的功能。
在第二表面14的微结构18可以是如图2所示连续式的多条长条状结构，而其剖面为三角形，如此一来，部分的阳光会被反射至平行于该长条状结构的侧面16，而太阳能芯片20则设置于靠近与该长条状结构平行的侧面16，如此可增加被太阳能芯片20吸收的阳光。当然，在此结构下，太阳能芯片20可设置于与该长条状结构平行的两相向的侧面16上，并不限于只设置于一侧面16。同理，形成在第二表面14的多条长条状结构，剖面为三角形的微结构18也可以形成在第一表面12上，其中该长条状结构平行于侧面16，而太阳能芯片20则设于与该长条状结构平行的两相向的侧面16上，其作用如上，在此不予赘述。
图3A为图2的导光基板的构造的放大图。图3B表示图3A中剖面为三角形的长条状结构中，在剖面的三角形中，以三角形顶点作垂直线延伸，划分为角度A与角度B，在角度A与B相等的情况下，角度A、B的变化与太阳能芯片收光效率(％)的图。要注意的是，此处所指的收光效率，乃是将阳光入射至导光基板10的光量视为100％，经过微结构18的折射或全反射集光至该侧面16的光量百分比。在本实施例中，所使用的导光基板尺寸为240×180×3mm，太阳能芯片为240×3mm。另外该长条状微结构高度为25μm。从图3B可看出，在角度A与B相等的情况下，角度A与B皆为80度时可得到较佳的收光效率。
图4是表示在角度A＝80度的情况下，角度B的变化与太阳能芯片收光效率(％)的图。从图4可以看出，当角度B为40度或70度时，可得到很好的收光效率。
另外，微结构的形状并不限于平行的长条状结构，也可以是金字塔型的突起，如此阳光可以平均地向四个侧面16照射，而可在四个侧面16上安装太阳能芯片20。
微结构除了可以形成于第二表面14之外，也可以形成于第一表面12，当阳光照射至第一表面12时，微结构使阳光产生大角度的折射，因此，折射后的阳光照射至第二表面14时，容易产生全反射，增加太阳能芯片20的收光效率。此外，当微结构形成于第一表面12时，就不需要在第一表面12上形成抗反射或斥水性的微纳米结构，而是可以在第一表面12上涂布斥水性材料，以达到斥水性的功能。
在第一表面12形成的微结构可以是如图2所示连续式剖面为三角形的多条长条状结构。请参考图6，图6是表示微结构形成在第一表面12时，在角度A＝80度的情况下，角度B的变化与太阳能芯片收光效率(％)的图。当然，在本实施例中，所使用的导光基板尺寸为240×180×3mm，该长条状微结构高度为25μm，皆与图3与图4所使用的尺寸相同。从图6可以看出，当角度B为20度或30度时，可得到很好的收光效率。
将阳光入射至导光基板10的光量视为100％，如未进行任何集光作用(即导光基板上直接装设等面积的太阳能芯片)，则单位面积太阳能芯片的收光效率为100÷(240×180)；而图6的实施例中，当B＝20度时，太阳能芯片收光效率为8.81％，则单位面积的太阳能芯片收光效率为8.81÷(240×3)，试比较二者可得知本实施所使用的太阳能集光模块可使单位面积太阳能芯片收光效率有效增加为5.28倍，说明了本案所提出的太阳能集光模块可以有效的集光并导入至侧面，使位于侧面的太阳能芯片能有良好单位面积太阳能芯片收光效率。
在图6中，微结构是形成于第一表面12上，此时，第二表面14为一平面，并未形成微结构。当然，微结构也可以同时形成于第一表面12与第二表面14上，以达成良好的集光效果。详细的说，除了在第一表面12上有形成微结构外，在第二表面14上也会形成另一微结构，当阳光先穿透第一表面12，然后到达第二表面14，会由位于第一表面12与第二表面14上的该些微结构将阳光折射或反射至该侧面16上，而被太阳能芯片20所吸收。
微结构的形状并不限定于本实施例的形状，只要可有效地将光线反射或折射而增加太阳能芯片的收光效率者皆可，例如在第二表面14形成金字塔型的突起或圆形的突起，而太阳能芯片设置的位置也可配合微结构的形状，例如在本实施例中，由于微结构是剖面为三角形的长条状结构，会有较多的光线会被导引至与长条形结构平行的面上，因此可将太阳能芯片设置于该等面上(两个面)，会有较佳的收光效率。若使用圆形突起，则在每个方向上的集光效率是大致相等的，因此太阳能芯片就可同时设置于四个侧面上。
此外，关于可以在第一表面12上所形成的抗反射或斥水性的微纳米结构是以单层膜形成，其结构如图5所示，在导光基板10上形成纳米结构层15，在纳米结构层15的上方形成一金属层17。纳米结构层15为截面积呈上小下大的三维结构152连续分布而形成，三维结构152的周期为100～600nm(周期的定义为此一三维结构152最高点至下一个三维结构152最高点的距离)，高度为100～750nm。金属层17的材质为金、银、铝、镍、铜、铬、氧化锡或氧化铟锡，其厚度小于150nm。
微纳米结构层15的制作方法可如下：利用半导体微影蚀刻技术将三维结构152形成于一滚筒外缘，作为模仁。另外再提供一具有透光性的高分子塑料基材，并在其表面涂布UV胶，使该透光性的高分子塑料基材与前述模仁紧密贴合，并于紧密贴合部位照射UV光，使UV胶硬化成形，最后脱模，就形成了具有三维结构152的一微纳米结构层15。由于微纳米结构层15的三维结构152之间具有许多空隙，仅有小面积接触到水滴，附着力较小，加上水滴会因自己的内聚力而聚集，而使得微纳米结构层15具有斥水性的功能。如欲要有抗反射功能，则可以在微纳米米结构层15上再行镀上一金属层17以提升光穿透率并降低内面反射率。此外，金属层17表面可再加镀硬膜(hard coating)保护层(图5未示出)。
本发明的微纳米结构使用单层镀膜，有别于已知结构的多层镀膜，如此可得到较宽的视角以及较低的成本，而且制成温度低，适合于塑料基材，制程不需要真空环境，基材不需要作前处理，结构附着性高并且具有较高的抗污性。
另外，本发明的太阳能集光模块与已知的侧光式的背光模块比较，已知的侧光式的背光模块将设于导光板侧边的光源的光线经由导光板导向导光板的正面，而作为一种面光源，已知的侧光式的背光模块除了导光板之外，还有安装于导光板底部的反射板、以及安装于导光板上方的扩散片、棱镜片等扩散光线的组件，但本发明的太阳能集光模块，光线是由导光基板的正面进入，经由微结构将光线反射至侧边的太阳能芯片，并未安装反射板及扩散板等组件，另外背光模块的微结构为不连续的结构，而本发明为了提高集光效率，微结构为连续的结构。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定的范围为准。