技术领域

本发明关于一种太阳能电池装置。 背景技术

太阳能本身并无公害问题且取得容易、 永不竭尽， 故太阳能成为重要替代 性能源之一。 较常应用太阳能的太阳能电池模块具有一种光 电转换组件， 其经 由太阳光照射后， 可把光能转换成电能。

太阳能电池模块应用广泛， 例如可应用在大型发电的工厂或是小型发电的 家庭。 图 1是一种习知太阳能电池装置装设在屋顶以接� �太阳光发电的示意图。 如图 1所示， 习知太阳能电池装置 1使用整片式的太阳能电池模块 11来发电。 然而， 整片式的太阳能电池模块 11在不藉助架体的情况下， 而设置在屋顶时， 只能沿着屋顶的斜面设置，故太阳能电池模块 11的受光角度受房屋座向的限制， 而无法依据太阳运行方向来调整。 然而， 若为了获得一较佳受光角度而加设架 体在屋顶表面， 以使太阳能电池模块 11倾斜至较佳受光角度时， 不但会造成材 料成本的支出增加， 且架体的重量也易造成屋顶的负担， 甚至损害房屋的结构。

因此， 如何提供一种太阳能电池装置， 能够容易装设， 且不需使用额外架 体就能调整太阳能电池组件的受光角度， 进而减少成本并提升使用性， 已成为 重要课题之一。 发明内容

鉴于上述课题， 本发明的目的是提供一种太阳能电池装置， 能够容易装设， 且不需使用额外架体就能调整太阳能电池组件 的受光角度。

为达上述目的， 依据本发明的一种太阳能电池装置包括多个太 阳能电池模 块， 这些太阳能电池模块间隔设置并形成一模块面 。 各太阳能电池模块包括一 管体以及一太阳能电池组件。 管体至少部分透光。 太阳能电池组件设置在管体 内， 并具有一受光平面， 其中受光平面的法线方向与模块面的法线方向 在所述 太阳能电池组件形成一角度。

其中， 所述太阳能电池装置还包括一支撑组件， 支撑所述太阳能电池模块。 其中， 所述太阳能电池模块是悬吊设置。 其中， 所述受光平面的法线方向依据所述太阳能电池 装置的装设地区的纬 度而决定。

其中， 所述太阳能电池装置装设在一支撑表面， 所述模块面与所述支撑表 面实质上平行。

其中， 所述支撑表面是水面、 建筑物表面、 或地面。

其中， 所述管体实质上平行间隔排列。

其中， 所述太阳能电池组件是长条型。

其中， 所述模块面是一平面或一曲面。

其中， 所述太阳能电池装置还包括一转动机构， 与所述太阳能电池模块连 结， 并分别以平行于各所述管体长轴方向的一转轴 同歩转动所述太阳能电池模 块。

其中， 所述太阳能电池装置还包括一转动机构， 与所述太阳能电池模块连 结， 并分别以平行于各所述管体长轴方向的一转轴 同歩转动所述太阳能电池组 件。

承上所述， 由于本发明将多个太阳能电池组件分别装设在 多个管体， 且利 用管体容易转动的优点， 使得太阳能电池模块可轻易调整受光角度， 进而得到 更高的光电转换效率。 此外， 只需对管体的两端进行密封， 即能阻隔水气或灰 尘等污染对于这些太阳能电池组件的影响， 能提供较佳密闭性及产品可靠性， 并延长产品寿命。 经调整角度后， 太阳能电池组件的受光平面的法线方向与模 块面在太阳能电池组件的法线方向可形成一角 度。 使用者不需要额外在屋顶上 架设太阳能电池装置的架体， 即可让太阳能电池模块具有较佳的受光角度。 如 此一来， 可节省使用者安装费用及材料成本， 并可避免沉重的架体会压坏屋顶 等问题。 再者， 由于本发明的这些太阳能电池模块间隔设置， 因此风、 雪或是 太阳光线能从太阳能电池模块之间穿过， 进而能避免风压过大、 积雪压损太阳 能模块或者是阻挡太阳光线的问题。 而且， 通过间隔设置太阳能电池模块， 还 能提升整个太阳能电池装置的透光率， 且适合在露台、 顶楼、 屋顶、 大楼外墙 或者是较脆弱的建筑结构上， 甚至可设置在温室的屋顶等。

附图说明

图 1是一种现有的太阳能电池装置的示意图；

图 2A至图 2C是本发明优选实施例的一种太阳能电池装置� ��示意图； 图 3是本发明优选实施例的太阳能电池装置装设� �支撑表面的示意图； 图 4A至图 4D依序是本发明优选实施例的太阳能电池装置� ��设在屋顶、 水 面及建筑物外墙的示意图；

图 5A磁承转电及图 5B是本发明优选实施例的太阳能电池装置还包� ��支撑组件的示 铁磁载动

意图；

图 6是本发明优选实施例的多个太阳能池模块间� �设置并形成一曲面的模 块面的示意图；

图 7A至图 7C是本发明优选实施例的太阳能电池模块具有� ��种变化态样的 示意图；

图 8是本发明优选实施例的一种类似百叶窗的太� �能电池装置的示意图； 以及

图 9是本发明优选实施例的太阳能电池组件通过� �力转动的示意图。 主要元件符号说明：

11、 2a、 2b、 2c、 2d、 3、 4： 太阳能电池模块

20、 40： 太阳能电池装置

21、 31、 41： 管体

22、 32、 42： 太阳能电池组件

221： 受光平面

23： 支撑组件

24、 34： 电极

25、 35： 电性连接件

26 导线

28

29 铁

37 体

47 机构

471： 控制杆

472： 绳子

α、 α 1、 α 2、 α 3： 角度

Α、 Β、 A Α ₂ 、 Α ₃ 、 Β:, Β ₂ 、 Β _{3 :} 法线方向

AX: 转轴方向

DL: 支撑表面

L、 L _{i :} 模块面 具体实施方式 以下将参照相关图式， 说明依本发明优选实施例的一种太阳能电池装 置， 其中相同的元件将以相同的元件符号加以说明 。

请参照图 2A所示， 本发明优选实施例的一种太阳能电池装置 20可应用在 任何需要光电转换的情况， 例如可装设在露台、 顶楼、 屋顶、 大楼外墙或者是 较脆弱的建筑结构上， 甚至可设置在温室的屋顶。

太阳能电池装置 20包括多个太阳能电池模块， 在此以太阳能电池装置 20 具有二个太阳能电池模块 2a、 2b为例， 当然太阳能电池装置 20亦可包括其它 数量的太阳能电池模块。 各太阳能电池模块 2a、 2b包括一管体 21以及一太阳 能电池组件 22。 在本实施例中， 太阳能电池模块 2a、 2b不需完全相同， 例如其 管体 21的形状可不同， 或是其太阳能电池组件 22的态样可不同。 当然， 太阳 能电池模块 2a、 2b可完全相同以利大量生产及组装，在此以太� ��能电池模块 2a、 2b完全相同为例。

请同时参考图 2A及图 2B所示， 其中， 图 2B是图 2A的太阳能电池装置的 侧视图。 太阳能电池模块 2a、 2b间隔设置并形成一模块面 L。 在此并不限制太 阳能电池模块 2a、 2b之间的间隔大小， 间隔大小至少可让管体 21转动即可， 或者可依据太阳能电池模块 2a、 2b不会互相遮住太阳光线而决定， 例如大于管 径或大于 80%管径或大于管径的 1. 2倍。 另外， 这些管体 21实质上平行间隔排 列。 模块面 L可想象成太阳能电池模块 2a、 2b所设置的平面 （如图 2A所示）、 或是由相邻太阳能电池模块 2a、 2b的切线组成的虚拟平面、 或是通过太阳能电 池组件 22中心轴的虚拟平面 （如图 2B所示）。

其中， 管体 21至少部分透光， 也就是接受太阳光线的部分是透光即可， 在 此管体 21的材质是玻璃， 例如是强化玻璃或低铁玻璃， 其中铁的含量较低可增 加玻璃管体 21的光线穿透率。 当然管体 21亦可由其它材质所构成， 例如石英、 或塑料。 由于玻璃具有良好的耐候性， 可长时间曝晒在日光而不会劣化， 且玻 璃管体常被拿来作灯管， 所以是市场上大量制造的便宜对象。 管体 21的两端可 密封，可例如将管体 21两端加热使玻璃热熔密封、或是另外通过两� ��封止件（图 未显示） 密封在管体 21两端的开口， 其中封止件的材质可例如包括树脂、 塑料 或金属。 在此， 以管体 21两端加热使玻璃热熔密封为例， 来作为封止的手段。 另外， 管体 21可以是一件式、 或由两组件以上组合而成。 管体 21的截面不限 于圆形， 亦可以是半圆形、 椭圆形、 三角形或其它几何图形。 本实施例的管体 21以圆形为例， 管体 21的弧形表面可有效降低入射光线的反射率。 太阳能电池组件 22设置在管体 21内， 并具有一受光平面 （flat surface) 221ο 受光平面 221指非凸面、 凹面或弧面， 而是一平整的面。 另外， 太阳能电 池组件 22不需全部是平面， 而可部分具有受光平面 221。 在此， 太阳能电池组 件 22以平板状为例。 本实施例不限制太阳能电池组件 22的材质， 其可例如包 括硅、 或锗、 或化合物半导体、 或有机材料。 太阳能电池组件 22的材质结构可 以是非晶、 或微晶、 或复晶、 或多晶、 或单晶。 承上， 太阳能电池组件 22可例 如是单晶桂、 或单晶锗 （Ge)、 或多晶桂 (multi-crystalline silicon), 或多 晶锗、 或复晶硅 （poly-silicon) 或非晶硅、 或非晶锗、 或微晶硅、 或化合物 半导体 （例如 III-V族或 II-VI族）、 或有机染敏电池 （Dye-sensitized Solar Cell) 等。 本实施例亦不限制太阳能电池组件 22的形状， 在此以长条形为例， 且太阳能电池组件 22可与封止件配合而嵌合在管体 21内， 以提升太阳能电池 组件 22的组装稳定性。

图 2C是图 2A的太阳能电池装置 20的侧视图。 如图 2C所示， 至少其中一 太阳能电池组件 22的受光平面 221的法线方向 A与模块面 L的法线方向 B在太 阳能电池组件 22形成一角度 a，在此角度 a 不是零，可以是小于 90度的锐角。 由于本发明利用管体 21易于转动的优点， 在安装时或利用追日系统来改变角度 α， 故太阳能电池模块 2a、 2b可轻易调整受光角度， 以得到更高的光电转换效 率。 在调整过程中， 其中一太阳能电池组件 22的受光平面 221的法线方向 A与 模块面 L的法线方向 B在太阳能电池组件 22处， 可形成一角度 ct。 当然， 角度 α 或是受光平面 L的法线方向 Α可依据太阳能电池装置 20的装设地区

(location) 的纬度而决定。 这表示不论模块面 L的角度为何， 太阳能电池组 件 22的受光平面 221的受光方向 （即是法线方向） 可依太阳能电池装置 20所 在地的较佳受光角度来进行调整， 而使得太阳能电池组件 22的受光平面 221的 法线方向 A与模块面 L的法线方向 B在太阳能电池组件 22处， 形成一角度 ct。 与习知技术相比， 现有技术的太阳能装置一旦被装设好了以后， 太阳能电池组 件的受光平面以及模块面 L具有相同的法线方向 （如图 1所示）， 无法在安装太 阳能电池模块适当地调整太阳能电池模块或太 阳能电池组件的角度， 俾使太阳 能电池组件有较佳的受光方向。

在此， 所谓太阳能电池组件在装设所在地的较佳受光 角度 （Optimum Orientation Angle), 例如将太阳能电池组件的受光面法线方向朝向 装设所在 地年平均最佳日照角度。 如此一来， 跟法线方向朝向其它角度的太阳能电池组 件相比， 受光面法线方向朝向年平均最佳日照角度的太 阳能电池组件， 其在一 年内所接受的太阳日照强度 （其单位是 W/m ² )， 会比朝向其它角度的太阳能电池 组件所接受到的日照强度还高。 而接受的日照强度愈大， 光电转换效率也会较 佳。 一般而言， 最佳日照角度的范围， 是此地纬度的正负 10度内， 较佳者是正 负 5度内。 例如， 设置在北纬 23度地区的太阳能电池组件， 其受光面的法线方 向， 应朝向的最佳年日照角度范围是 13度至 33度， 故太阳能电池组件的受光 面， 应具有 13度至 33度的水平仰角， 以将法线方向朝向最佳年日照角度。 当 然， 装设所在地的最佳日照角度亦可以是月平均、 季平均或其它指针的最佳日 照角度， 且各地的最佳日照角度， 也可能随着计算公式的不同而有不同的结果。 例如。 另外要注意的是， 太阳的轨迹虽然是东方升起西方落下， 但位在北半球 的使用者， 看到太阳的轨迹则会偏向南方， 而位在南半球的使用者， 看到太阳 的轨迹则会偏向北方。 故在装设习知技术的太阳能电池装置时， 北半球的使用 者， 均会被建议设置方向要朝向南方， 例如是朝向南方的屋顶或窗户； 而南半 球的使用者， 则会被建议要朝向北方设置。

请参照图 3所示， 太阳能电池装置 20装设在一支撑表面 （supporting surface ) DL。 在此， 管体 21设置在支撑表面 DL上藉以形成模块面 L (此以顶 部相邻的太阳能电池模块 2a、 2b的切线所组成的表面为例）， 也就是模块面 L 与支撑表面 DL实质上平行。 本发明不限制支撑表面 DL的态样， 其可例如是一 水面（例如水库中的蓄水表面）、 一建筑物表面（例如顶楼、 外墙、 屋檐、 屋顶、 或露台） 或地面。

图 4A至图 4D依序显示太阳能电池装置 20装设在屋顶、水面及建筑物外墙。 其中， 图 4A是太阳能电池装置 20设置在北半球的斜屋顶上， 且位在面朝南方 的斜屋顶上， 虽然太阳能电池组件 22的受光面已朝向南方， 惟受设置环境的拘 束 （例如屋顶的斜度）， 太阳能电池装置 20的模块面 L的法线方向， 未必刚好 朝向最佳太阳日照角度， 故在安装时， 可转动各太阳能电池模块 21， 俾使太阳 能电池组件 22其受光面的法线方向 A能指向最佳太阳日照角度， 进而造成太阳 能电池组件 22的受光平面的法线方向 A,与模块面 L的法线方向 B形成一角度。 如此一来， 可不需要装设额外的架体， 来抬高太阳能电池组件 22的受光平面角 度。 接着， 如图 4B所示， 其是装置在北半球的太阳能电池装置 20， 因场地拘束 之故， 只能设置在北边的斜屋顶上时， 其中太阳能电池模块 2a、 2b所形成的模 块面 L的法线方向 B与靠北边的斜屋顶的法线方向实质平行， 而最佳日照角度 例如是此地纬度正负 10度内的范围， 故应将太阳能电池组件 22的受光面朝向 南方， 且具有此地纬度正负 10度范围内的水平仰角。 由图 4B可知， 最佳日照 角度的方向实质上与受光面的法线方向 A平行， 且最佳日照角度的方向与模块 面的法线方向 B实质夹一角度 α。如此一来， 本发明的太阳能电池装置 20能不 受设置环境的拘束， 而能依据装设地点的最佳日照角度来装设太阳 能电池组件 22受光面的角度， 藉此得到较佳的光电转换效率， 且不用购买额外的架体来抬 高太阳能电池装置 20的一侧。

请参照图 5Α所示， 太阳能电池装置 20可还包括一支撑组件 23， 其支撑太 阳能电池模块 2a、 2b。 通过支撑组件 23支撑太阳能电池模块 2a、 2b , 可使太 阳能电池模块 2a、 2b形成模块面 L。在此支撑组件 23以包括两横杆为例。 当然 支撑组件 23可通过其它构件来实施， 例如支撑组件 23可包括一框架 （如图 5B 所示）， 且可利用框架作双轴追日的操作， 或是利用绳索将太阳能电池模块 2a、 2b悬吊在空中， 使太阳能电池装置 20像百叶窗。

上述实施例皆以太阳能电池模块所形成的模块 面是平面为例， 另外， 模块 面亦可配合环境的支撑表面而形成曲面。 请参照图 6所示， 多个太阳能池模块 2a、 2b、 2c间隔设置并形成一曲面的模块面 各太阳能池模块 2a、 2b、 2c的 受光平面 221的法线方向 、 A ₂ 、 A ₃ 与模块面1^的法线方向 、 B ₂ 、 B ₃ 在各太阳 能电池组件 22分别形成一角度 a 1、 d 2、 α 3 ο 其中， 由于太阳电池模块 2a、 2b设置在一平面上， 故角度 ct l、 ct 2相等， 而太阳电池模块 2c设置在曲面上， 故角度 α 3不等于角度 α 1、 α 2 ο

本实施例的太阳能电池模块可有多种变化态样 ， 以下请参照图 7Α至图 7C 举例说明。

如图 7Α所示， 太阳能电池模块 2a可还包括两电极 24及两电性连接件 25 电极 24以设置在太阳能电池组件 22的两端为例， 另外其亦可设置在太阳能电 池组件 22的任一位置， 在此并不限制。 电性连接件 25可设置在管体 21的两端 或一端， 并与太阳能电池组件 22电性连接。 电性连接件 25的位置可依照电极 24的位置而设置。 例如在此态样中， 电性连接件 25亦设置在管体 21的两端， 并通过导线 26与电极 24电性连接。 当然， 电性连接件 25亦可通过其它方式与 电极 24电性连接， 例如直接焊接在电极 24而电性连接。

请参照图 7B所示， 其显示另一态样的太阳能电池模块 2d， 其与太阳能电池 模块 2a主要不同在于， 其两个电性连接件 25设置在管体 21的同一端， 而管体 21的另一端是封止状态， 例如可通过烧结管体 21的一端 （其材质以玻璃为例） 而封止、 或是烧结之后加设一封止件。 在本发明中， 电性连接件 25可具有多种的型式来实施， 例如在图 7A及图 7B中， 电性连接件 25是一电性引脚， 由管体 21的两端穿出， 也就是电性引脚 的一部分被封装在管体 21的两端或一端内。 另外， 电性连接件 25亦可像一般 灯管的灯帽态样， 包括一帽体及一或二引脚 （如图 7A及图 7B所示）， 帽体与管 体的一端连接， 引脚由帽体突设。 或者， 电性连接件 25可以是连接器的态样， 以公母配合而连接在其它的太阳能电池模块或 其它电子产品上的连接器。 或者， 电性连接件 25可以是导线的态样， 可通过焊接而连接其它的太阳能电池模块或 其它子装置。 或者， 电性连接件 25可以是卡合结构的态样， 以凹凸配合而连接 其它的太阳能电池模块或其它电子装置。 当然， 上述皆是举例说明， 并未用以 限制本发明。

请参照图 7C所示， 另一态样的太阳能电池模块 3包括一管体 31、 一太阳能 电池组件 32、 两电极 34、 两导线 36以及两电性连接件 35。 与上述实施例的太 阳能电池模块主要不同在于， 太阳能电池模块 3还包括一承载体 37， 承载体 37 设置在管体 31内， 且太阳能电池组件 32设置在承载体 37。

本实施例中并不限制承载体 37的材质、型式或形状，其可例如是一电路板� �� 或一金属片、 或一玻璃基板、 或一树脂性基板等， 其亦可通过射出成型、 压模 成型或挤型制程而制成， 在此以一印刷电路板为例。 并且承载体 37亦可至少部 分透光， 当太阳电池模块 3应用在植物栽培时， 可使得位在太阳电池模块 3下 方的植物得到更多的光线。 在本实施例中， 承载体 37可通过卡合、 或黏合、 或 嵌合等方式连接在管体 31。另外，承载体 37可具有一散热结构，例如散热鳍片。

再请参照图 5B所示， 本实施例的太阳能电池装置亦可通过一转动机 构 （例 如马达、 炼条、 皮带等） 来同歩转动这些太阳能电池模块或直接转动模 块内的 太阳能电池组件， 以达到追日目的。 并且由于管体 21是长型的缘故， 本发明仅 需单轴追日进而降低太阳能电池模块追日的复 杂度， 并减少追日成本。

请参照图 8所示， 其显示一种类似百叶窗的太阳能电池装置 40， 太阳能电 池装置 40包括多个太阳能电池模块 4， 各太阳能电池模块 4相互间隔设置并形 成一模块面 （图未显示）， 由于本实施例的太阳能电池模块 4垂直悬吊设置， 故 模块面可是与各太阳能电池模块相切的平面， 在此是一垂直面。 各太阳能电池 模块 4包括一管体 41及一太阳能电池组件 42。由于太阳能电池模块 4的技术特 征已在前述实施态样中叙述， 故在此不再赘述。

太阳能电池装置 40还包括一转动机构 47，其与这些太阳能电池模块 4连结。 转动机构 47包括一控制杆 471及多根绳子 472 (或长杆）， 其中绳子 472连结在 管体 41的两端且对称设置， 通过转动控制杆 471， 可控制绳子上下移动而带动 太阳能电池模块 4分别以各管体 41长轴方向作为转轴方向 AX, 进行同歩转动。 如此可调整太阳能电池组件受光平面的法线方 向与模块面的法线方向所形成的 角度。 转动机构 47可更通过齿轮、 或马达、 或皮带或其它致动组件来转动管体 41及其内的太阳能电池组件 42。

在本实施例中， 除了可同时转动管体与太阳能电池组件之外， 亦可仅转动 太阳能电池组件。 请参照图 9所示， 其显示太阳能电池模块 2a的太阳能电池组 件 22通过磁力而转动。 其实施方式可在太阳能电池组件 22的左右两侧或其中 一侧设置磁铁， 再利用管体内的一电磁铁产生磁力来控制太阳 能电池组件 22转 动而达到调整角度 α 的目的。 如图 9所示， 太阳能电池模块 2a还包括一磁铁 28， 其 S极朝太阳能电池组件 22， 太阳能电池模块 2a还包括一电磁铁 29， 其 产生磁力时， N极朝太阳能电池组件 22，故能使太阳能电池组件 22顺时针旋转。

综上所述， 由于本发明将多个太阳能电池组件分别装设在 多个管体， 且利 用管体容易转动的优点， 使得太阳能电池模块可轻易调整受光角度， 进而得到 更高的光电转换效率。 此外， 只需对管体的两端进行密封， 即能阻隔水气或灰 尘等污染对于这些太阳能电池组件的影响， 能提供较佳密闭性及产品可靠性， 并延长产品寿命。 经调整角度后， 太阳能电池组件的受光平面的法线方向与模 块面在太阳能电池组件的法线方向可形成一角 度。 使用者不需要额外在屋顶上 架设太阳能电池装置的架体， 即可让太阳能电池模块具有较佳的受光角度。 如 此一来， 可节省使用者安装费用及材料成本， 并可避免沉重的架体会压坏屋顶 等问题。 再者， 由于本发明的这些太阳能电池模块间隔设置， 因此风、 雪或是 太阳光线能从太阳能电池模块之间穿过， 进而能避免风压过大、 积雪压损太阳 能模块或者是阻挡太阳光线的问题。 而且， 通过间隔设置太阳能电池模块， 还 能提升整个太阳能电池装置的透光率， 且适合在露台、 顶楼、 屋顶、 大楼外墙 或者是较脆弱的建筑结构上， 甚至可设置在温室的屋顶等。

以上所述仅是举例性， 而非限制性。 任何未脱离本发明的精神与范畴， 而 对其进行的等效修改或变更， 均应包括在权利要求所限定的范围内。