(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
それらの前記微細構造が前記第1の表面から前記導光基板に陥入されて、前記光線が前記第1の表面に達する時、それらの前記微細構造が一部の前記光線を前記少なくとも1つの光電変換素子に案内して、一部の前記光線のエネルギーを電気エネルギーに変換する請求項1に記載の発電モジュール。
前記導光基板が前記第1の表面に近接する第1の端部及び第2の端部を更に備え、前記第1の端部が前記第2の端部と対向し、前記第1の端部に近接する微細構造から前記第2の端部に近接する微細構造へ微細構造の密度が次第に大きくなる請求項1に記載の発電モジュール。
前記導光基板が前記第1の表面に近接する第1の端部及び第2の端部を更に備え、前記第1の端部が前記第2の端部と対向し、前記第1の端部に近接する微細構造から前記第2の端部に近接する微細構造へ微細構造の密度が大小交互に配列される請求項1に記載の発電モジュール。
前記導光基板が前記第1の表面に近接する第1の端部、第2の端部及び中央部を更に備え、前記第1の端部が前記第2の端部と対向し、前記中央部が前記第1の端部と前記第2の端部との間に位置し、前記第1の端部に近接する微細構造の密度と前記第2の端部に近接する微細構造の密度が前記中央部に位置する微細構造の密度より大きい請求項1に記載の発電モジュール。
前記導光基板が前記第1の表面に近接する第1の端部、第2の端部及び中央部を更に備え、前記第1の端部が前記第2の端部と対向し、前記中央部が前記第1の端部と前記第2の端部との間に位置し、前記第1の端部に近接する微細構造の密度と前記第2の端部に近接する微細構造の密度が前記中央部に位置する微細構造の密度より小さい請求項1に記載の発電モジュール。
それらの前記微細構造が、前記第1の表面に入射する光線の一部を前記少なくとも1つの光電変換素子に案内し、前記発電モジュールが、前記導光基板の前記第1の表面及び前記第2の表面に隣接する第5の表面に近接して設置され且つ照明光線を前記導光基板に発射するための少なくとも1つの照明素子を更に含み、それらの前記微細構造が前記照明光線の一部を前記導光基板の前記第2の表面に案内し射出する請求項1に記載の発電モジュール。
それらの前記微細構造が前記第1の表面に入射する光線の一部を前記少なくとも1つの光電変換素子に案内し、前記発電モジュールが、前記導光基板の前記第1の表面及び前記第2の表面に隣接する第5の表面に近接して設置され且つ照明光線を前記導光基板に発射するための少なくとも1つの照明素子を更に含み、それらの前記微細構造が前記照明光線の一部を前記光電変換素子に案内する請求項1に記載の発電モジュール。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【
図1】本発明の発電モジュールの一実施例の立体図である。
【
図2】本発明の発電モジュールの一実施例の正面図である。
【
図3】
図2における線3−3に沿った断面図である。
【
図5】
図2における線5−5に沿った断面図である。
【
図6】本発明の発電モジュールの他の一実施例の立体図である。
【
図7】本発明の発電モジュールの他の一実施例の立体図である。
【
図8】本発明の発電モジュールの他の一実施例の立体図である。
【
図9】本発明の発電モジュールの第1測定を示す図である。
【
図10】
図9の第1測定方法により異なる垂直距離で測定した照度を示す。
【
図11】
図9の第1測定方法により異なる水平距離で測定した照度を示す。
【
図12】本発明の発電モジュールの第2測定を示す図である。
【
図13】
図12の第2測定方法により水平方向において異なる入射角で測定した照度を示す。
【
図14】
図12の第2測定方法により垂直方向において異なる入射角で測定した照度を示す。
【
図15】本発明の発電窓セットの一実施例の側面図である。
【
図16】本発明の発電窓セットの他の実施例の側面図である。
【
図17】本発明の発電窓セットの他の実施例の正面図である。
【
図18】本発明の発電モジュールの他の実施例の立体図である。
【
図20】
図18の発電モジュールの部分光経路を示す図である。
【
図21】本発明の発電モジュールの他の実施例の立体図である。
【
図22】本発明の発電モジュールの他の実施例の断面図である。
【
図23】本発明の発電モジュールの他の実施例の立体図である。
【
図25】
図23の発電モジュールの部分光経路を示す図である。
【
図26】本発明の発電モジュールの他の実施例の立体図である。
【
図27】本発明の発電モジュールの他の実施例の断面図である。
【
図28】測定機器を用いて本発明の集光発電モジュールの使用をシミュレーションする説明図である。
【
図29】異なる態様の透明基板に対して
図28の測定機器を用いてシミュレーションした結果を示す。
【
図30】本発明の発電モジュールの他の実施例の立体図である。
【
図31】本発明の発電モジュールの他の実施例の立体図である。
【
図36】本発明の発電モジュールの他の実施例の正面図である。
【
図37】本発明の発電モジュールの他の実施例の正面図である。
【
図38】本発明の発電モジュールの他の実施例の正面図である。
【
図39】本発明の発電モジュールの他の実施例の正面図である。
【
図40】本発明の発電モジュールの他の実施例の正面図である。
【
図41】本発明の発電モジュールの測定環境を示す図である。
【
図42】
図36の導光基板の異なる微細構造の密度での測定結果の曲線図である。
【
図43】微細構造の密度は同様に19.5%であるが、分布形態が異なる導光基板の測定結果の曲線図である。
【
図44】異なる入射角の入射光を照射して、異なる微細構造の密度を有する導光基板に対する光学シミュレーション結果を示す曲線図である。
【
図45】本発明の発電モジュールの他の実施例の立体図である。
【
図46】本発明の発電モジュールの他の実施例の正面図である。
【
図47】本発明の発電窓セットの他の実施例の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
図1及び
図2を参照すると、それぞれ本発明の発電モジュールの一実施例の立体図及び正面図を示す。該発電モジュール1が導光基板11及び少なくとも1つの光電変換素子14を含む。前記導光基板11が第1の表面111、第2の表面112、第5の表面113、第6の表面114、第3の表面115、第4の表面116及び複数個の微細構造12を備える。前記導光基板11が例えばガラスまたは光透過性のプラスチックフィルム板のような光透過性材質であることが好ましい。
【0009】
前記第1の表面111が前記第2の表面112に近接または対向する。本実施例において、前記第1の表面111が前記第2の表面112と対向し、且つ前記第5の表面113、前記第6の表面114、前記第3の表面115及び前記第4の表面116に近接する。前記第5の表面113(例えば頂面)が前記第6の表面114(例えば底面)と対向し、前記第3の表面115が前記第4の表面116と対向する。それらの微細構造12が前記導光基板11の第1の表面111に陥入される。即ち、それらの微細構造12が前記第1の表面111から前記導光基板11に陥入される。
【0010】
本実施例において、それらの微細構造12が前記第1の表面111に位置し、前記第1の表面111に開口され、且つ前記第1の表面111から前記第2の表面112に向かって延在する。それらの微細構造12の上から見た面が楕円状であり、且つ例えばレーザー加工により作製されるが、それらの微細構造12の開口形状は楕円状に限られず、その他の製造方法により各種形状、例えば円形、四角形、多角形に形成されてもよい。それらの微細構造12が互いに連結されず、即ちそれらの微細構造12の第1の表面111における開口エッジが互いに連結されず、且つそれらの微細構造12は不連続分布となってもよく、例えば開口幅の大きい微細構造と開口幅の小さい微細構造とが交互に配列されて分布され、または微細構造の配列は開口幅が大きいものから小さいものへ順に配列されて分布されてもよい。その配列の方向も限定されず、前記第3の表面115から前記第4の表面116への方向、または前記第5の表面113から前記第6の表面114への方向に配列され分布されてもよい。また、それらの微細構造12相互間の距離全てが等しいのではなく、即ち、それらの微細構造12の第1の表面111における開口エッジの間隔が等しくない。また、それらの微細構造12の分布密度も全てが同様でなくてもよい。
【0011】
また、それらの各微細構造12が開口幅を有し、それらの開口幅の全てが同様ではない。例を挙げると、
図2に示すように、前記第5の表面113に近接するそれらの各微細構造12が開口幅W
1を有し、前記第6の表面114に近接するそれらの各微細構造12が開口幅W
2を有し、且つ前記開口幅W
1が前記開口幅W
2より大きい。同時に、前記第5の表面113に近接するそれらの微細構造12の間の間隔d
1が前記第6の表面114に近接するそれらの微細構造12の間の間隔d
2より小さい。それらの微細構造12の異なる密度設計により、光源(図示せず)から前記光電変換素子14に案内される光線の明るさを調節することができる。
【0012】
前記光電変換素子14は前記導光基板11に近接して設置されるか、または前記導光基板11に設置される。前記光電変換素子14がソーラーウェハーであることが好ましい。本実施例において、前記光電変換素子14が前記第6の表面114、前記第3の表面115及び前記第4の表面116に直接貼合される。しかし、その他の実施例において、前記光電変換素子14はその他の位置に設置されてもよく、前記光電変換素子14の光線を受ける1面が前記第6の表面114、前記第3の表面115または前記第4の表面116と対向する。
【0013】
実際に使用する場合、光線16(例えば太陽光)が前記導光基板11に入射する時、それらの微細構造12が一部の前記光線を前記光電変換素子14に案内して、一部の前記光線16のエネルギーを電気エネルギーに変換する。本実施例において、前記光線16(例えば太陽光)が前記第1の表面111に達する時、それらの微細構造12が一部の前記光線16を前記光電変換素子14に案内して、一部の前記光線16のエネルギーを電気エネルギーに変換する。同時に、前記光線16の他の部分は前記導光基板11を直接透過する。従って、前記発電モジュール1を実際に窓に使用する場合、視覚阻害を引き起こしにくく且つ前記光線16が前記発電モジュール1を通過し得るので室内の採光に影響しにくい。また、レーザー加工によりそれらの微細構造12を作製することができ、且つ製造工程が簡単である。本発明のそれらの微細構造12は、例えばインプリント(Imprint)、射出(Injection)、フライスプロセス(Milling process)、エッチング(Etching)等のその他の製造方法により形成されてもよいが、上記の製造方法に限定されない。
【0014】
図3を参照すると、
図2における線3−3に沿った断面図を示す。図に示すように、それらの微細構造12が弧状に陥入される。
【0015】
図4を参照すると、
図3の微細構造のほかの態様を示す。図に示すように、それらの微細構造12aが溝状に陥入される。
【0016】
図5を参照すると、
図2における線5−5に沿った断面図を示す。図に示すように、それらの微細構造12bが柱状に陥入される。
【0017】
図6を参照すると、本発明の発電モジュールのほかの実施例の立体図を示す。本実施例の発電モジュール1aは
図1に示す発電モジュール1とほぼ同じであるが、本実施例において前記発電モジュール1を180度回転したことが異なる。従って、前記発電モジュール1aにおいて、前記導光基板11の第2の表面112が前記光線16と対向し、即ち、前記光線16が前記第1の表面111に達する前にまず前記第2の表面112を通過する。同様に、前記光線16が前記第1の表面111に達する時、それらの微細構造12が一部の前記光線16を前記光電変換素子14に案内して、一部の前記光線16のエネルギーを電気エネルギーに変換する。
【0018】
図7を参照すると、本発明の発電モジュールのほかの実施例の立体図を示す。本実施例の発電モジュール1bは
図1に示す発電モジュール1とほぼ同じであるが、本実施例において前記導光基板11が隅角を備え、その側面視形状が五角形であり、且つ前記第2の表面112と前記第1の表面111が近接することが異なる。
【0019】
図8を参照すると、本発明の発電モジュールのほかの実施例の立体図を示す。本実施例の発電モジュール1cは
図1に示す発電モジュール1とほぼ同じであるが、本実施例において前記導光基板11の側面視形状が三角形であり、且つ前記第2の表面112と前記第1の表面111が近接することが異なる。
【0020】
図9を参照すると、本発明の発電モジュールの第1測定の図を示す。この測定において、
図6に示す発電モジュール1aの前記導光基板11で測定を行い、且つ1つの3.5WのLED20を光源とする。微細構造の導光効果を確保するため、導光基板11の第2の表面112に照射するようにスリーブでLED光源20を覆い、前記導光基板11の前記第6の表面114及び前記第4の表面116にセンサを設置し測定する。前記導光基板11の寸法が長さ30cm、幅30cm、厚さ0.6cmである。測定環境の背景明るさ(Background Illumination)が4ルクス(Lux、ルーメン/平方メートル)未満であり、即ち前記LED20が作動しない時、センサで測定される明るさは4ルクス未満である。
【0021】
前記LED20が作動後、前記導光基板11の第2の表面112の中間より上のほうの位置に照射し、且つその入射角が40度(前記入射角度は入射光線と前記第2の表面112の法線との夾角である)である。前記第4の表面116に位置する垂直方向のセンサが異なる垂直距離で測定した照度は
図10に示したとおりである。前記第6の表面114に位置する水平方向のセンサが異なる水平距離で測定した照度は
図11に示したとおりである。
図10及び
図11からわかるように、前記第4の表面116及び前記第6の表面114の照度は全て前記背景明るさより遥かに高く、それらの微細構造12が効果的に入射光線を前記第4の表面116及び前記第6の表面114に案内し得ることがわかる。注意すべきことは、
図9では前記第4の表面116、前記第6の表面114を測定例としているが、それらの微細構造12が入射光線を前記第4の表面116、前記第6の表面114へのみ案内することができると限定されず、それらの微細構造12は入射光線を前記第3の表面115にも案内することができる。
【0022】
図12を参照すると、本発明の発電モジュールの第2測定の図を示す。本測定条件及び環境は
図9の測定方法とほぼ同じであるが、前記LED20が作動後に前記導光基板11の第2の表面112の真ん中の位置に照射し、且つ入射角度θが変更可能なパラメータ(前記入射角度θは入射光線と前記第2の表面112の法線との夾角である)であることのみ異なる。前記第6の表面114に位置するセンサが異なる入射角度で測定した照度は
図13に示したとおりである。前記第4の表面116に位置するセンサが異なる入射角度で測定した照度は
図14に示したとおりである。注意すべきことは、
図12が前記第4の表面116、前記第6の表面114を測定例としているが、それらの微細構造12が入射光線を前記第4の表面116、前記第6の表面114へのみ案内することができると限定されず、それらの微細構造12は入射光線を前記第3の表面115にも案内することができる。
【0023】
図13及び
図14からわかるように、前記第4の表面116及び前記第6の表面114の照度は全て前記背景明るさより遥かに高く、それらの微細構造12が効果的に入射光線を前記第4の表面116及び前記第6の表面114に案内し得ることがわかる。特に、光線の入射角が40〜60度の間で最も顕著に明るさが上昇することから、本発明の構造は光線の入射角度が増加するに従い導光効果も上昇することがわかる。太陽が前記発電モジュールに照射する時、前記発電モジュールが太陽エネルギーの分布曲線に適い得るので、太陽の時間変化により、光線の入射角度が増えて集光効果が悪くなる課題を解決する。
【0024】
図15を参照すると、本発明の発電窓セットの一実施例の側面図を示す。前記発電窓セット2が、第1の透光板21、第2の透光板22及び発電モジュール1を含む。前記第2の透光板22が前記第1の透光板21と対向する。前記発電モジュール1が上記発電モジュール1(
図1及び
図2)と同様に、前記導光基板11及び前記光電変換素子14を含む。前記導光基板11が前記第1の透光板21または前記第2の透光板22に近接し、本実施例において前記導光基板11が前記第2の透光板22と前記第1の透光板21の間に位置する。前記第1の透光板21及び前記第2の透光板22が前記導光基板11を支持するために用いられ、且つ前記導光基板11を保護することができる。
【0025】
図16を参照すると、本発明の発電窓セットのほかの実施例の側面図を示す。本実施例の発電窓セット2aが
図15に示す発電窓セット2とほぼ同じであるが、本実施例において前記発電窓セット2aが2つの導光基板11を含み、且つそれらの導光基板11が平行に重なっていることが異なる。それらの導光基板11の微細構造のパターンが異なるか、またはそのパターンは同じであるが微細構造の陥入方向が異なることが好ましい。
【0026】
図17を参照すると、本発明の発電窓セットのほかの実施例の正面図を示す。本実施例の発電窓セット2bが
図15に示す発電窓セット2とほぼ同じであるが、本実施例において前記発電窓セット2aが1つの窓枠23及び4個の導光基板11を含むことが異なる。前記窓枠23が田の字状であり、且つそれらの導光基板11は前記窓枠23に画定された4つの収容空間内にそれぞれ位置し、また同一平面に位置する。
【0027】
図18を参照すると、本発明の発電モジュールのほかの実施例の立体図を示す。前記発電モジュール1dが導光基板11及び少なくとも1つの光電変換素子14を含む。前記導光基板11が例えばガラスまたは透明なプラスチックフィルム板のような透明基板であり、第1の表面111、第2の表面112、第5の表面113、第6の表面114、第3の表面115、第4の表面116及び複数個の微細構造3を備える。前記第1の表面111が前記第2の表面112と対向し、且つ前記第5の表面113、前記第6の表面114、前記第3の表面115及び前記第4の表面116と近接する。前記第5の表面113が前記第1の表面111、前記第2の表面112及び前記第3の表面115に近接する。前記第5の表面113(例えば頂面)が前記第6の表面114(例えば底面)と対向し、前記第3の表面115が前記第4の表面116と対向する。本実施例において、前記第1の表面111が光入射面で、光源10からの光線16を受けるように前記光源10と対向する。前記光源10が太陽であることが好ましい。
【0028】
それらの微細構造3が前記導光基板11の内部に位置し、且つ前記第1の表面111と前記第2の表面112の間に位置する。本実施例において、それらの微細構造3が互いに連通しないかまたは接触しない。言い換えれば、微細構造3相互間が実質的に平行で距離を隔てている。それらの微細構造3が前記導光基板11を貫通してそれぞれ前記第3の表面115及び前記第4の表面116に開口されている。
【0029】
本実施例において、それらの各微細構造3の断面が三角形であるが、その他の実施例において、それらの各微細構造3の断面が円状、半円状、楕円状、扇状、矩形、三角形、多角形またはその他の形状であってもよい。また、それらの微細構造3内にいかなる材料も別途に充填されず、即ちそれらの微細構造3内が空気であり、その屈折率と前記導光基板11の屈折率との差が0.3より大きい。
【0030】
前記光電変換素子14が前記導光基板11に近接して設置されるか、または前記導光基板11に設置される。前記光電変換素子14がソーラーウェハーであることが好ましい。本実施例において、前記光電変換素子14が前記導光基板11の前記第6の表面114に直接貼合され、且つ前記光電変換素子14の面積が前記第6の表面114の面積と等しいかまたはやや小さくてもよい。しかし、その他の実施例において、前記光電変換素子14が前記導光基板11の前記第5の表面113、前記第3の表面115または前記第4の表面116に設置されてもよい。
【0031】
実際に使用する場合、それらの微細構造3の寸法がumまで小さくしてもよく、その他の実施例においてnm、cm等であってもよいが、これに限定されない。前記光線16(例えば太陽光)が前記第1の表面111から前記導光基板11に入射する時、それらの微細構造3が一部の前記光線16を前記光電変換素子14に案内して、一部の前記光線16のエネルギーを電気エネルギーに変換する。同時に、前記光線16の他の部分が前記導光基板11を透過する。従って、前記発電モジュール1dを実際に窓に使用する場合、視覚阻害を引き起こしにくく、且つ一部の前記光線16が前記発電モジュール1dを通過し得るので室内の採光に影響しにくい。
【0032】
図19を参照すると、
図18の発電モジュールの断面部分拡大図を示す。図に示すように、前記微細構造3が第1の側面31、第2の側面32、第3の側面33、第1の角34及び第3の角35を備える。前記第1の側面31と前記第2の側面32が前記第1の角34を形成し、且つ前記第1の側面31と前記第3の側面33が前記第3の角35を形成する。前記第1の角34が前記第5の表面113(
図18)に対向し、且つ前記第1の側面31が前記第1の表面111と実質的に平行である。前記第2の側面32が前記第1の側面31と前記第2の表面112の間に位置する。前記第1の角34の角度θ
1が5〜30度であり、且つ前記第3の角35の角度θ
2が50〜90度であることが好ましい。
【0033】
図20を参照すると、
図18の発電モジュールの部分光経路図を示す。本図では3本の光線16a、16b、16cのみ例として挙げられているが、実際の光線がこの3本に限らないことについて理解できる。また、注意すべきことは、光線が境界面を通過する時、全反射または屈折及び反射が発生するが、本図に示す光経路は光線の最も主要な部分の経路である。即ち、前記光線の大部分が屈折して一部が反射する場合、屈折経路のみを示し、前記光線の大部分が反射して一部が屈折する場合、反射経路のみを示す。図に示すように、前記光ビーム16aが前記第1の表面111から前記導光基板11に進入し、更に前記第1の側面31から前記微細構造3に進入し、更に前記第2の側面32を介して前記微細構造3から射出され、最後に前記第2の表面112から射出される。前記光ビーム16bが前記第1の表面111から前記導光基板11に進入し、更に前記第1の側面31から前記微細構造3に進入し、更に前記第3の側面33を介して前記微細構造3から射出された後、前記第2の表面112で全反射され、更に前記第1の表面111で全反射され、前記光電変換素子14に達する。前記光ビーム16cが前記第1の表面111から前記導光基板11に進入し、更に前記第1の側面31から前記微細構造3に進入し、更に前記第3の側面33を介して前記微細構造3から射出された後、下部の微細構造の第2の側面で全反射され、最後に前記第2の表面112から射出される。
【0034】
図21を参照すると、本発明の発電モジュールのほかの実施例の立体図を示す。本実施例の発電モジュール1eは
図18に示す発電モジュール1dとほぼ同じであるが、本実施例において前記発電モジュール1eのそれらの微細構造3が前記導光基板11を貫通せず、前記導光基板11の前記第3の表面115または前記第4の表面116に近接することが異なる。
【0035】
図22を参照すると、本発明の発電モジュールのほかの実施例の断面図を示す。本実施例の発電モジュール1eは
図18及び
図19に示す発電モジュール1dとほぼ同じであるが、本実施例において前記発電モジュール1eが更に内部材37を含み、前記微細構造3が画定する空間内に位置し、前記内部材37の屈折率と前記導光基板11の屈折率の差が0.3より大きい。前記内部材37の材質が液体、コロイド、ガラス、金属またはプラスチックであってもよい。
【0036】
図23を参照すると、本発明の発電モジュールのほかの実施例の立体図を示す。本実施例の発電モジュール1fは
図18に示す発電モジュール1dとほぼ同じであるが、本実施例において前記発電モジュール1fのそれらの微細構造3aが逆三角形であることが異なる。
【0037】
図24を参照すると、
図23の発電モジュールの断面部分拡大図を示す。図に示すように、前記微細構造3aが第1の側面31、第2の側面32、第3の側面33及び第1の角34を備える。前記第1の側面31と前記第2の側面32が前記第1の角34を形成する。該第1の角34が前記第6の表面114(
図23)と対向し、且つ前記第3の側面33が前記第5の表面113(
図23)と実質的に平行である。前記微細構造3aが更に仮想平面36を含むことが好ましく、該仮想平面36が前記第1の表面111と平行であり、且つ前記第1の角34が第1の夾角θ
3と第2の夾角θ
4に分け、前記第1の側面31と前記仮想平面36が前記第1の夾角θ
3を形成し、前記第2の側面32と前記仮想平面36が前記第2の夾角θ
4を形成し、前記第1の夾角θ
3が0〜20度で、且つ前記第2の夾角θ
4が0〜20度であり、前記第1の夾角θ
3と前記第2の夾角θ
4が等しいかまたは等しくなく、前記第1の夾角θ
3と前記第2の夾角θ
4が同時に0度にはならない。
【0038】
図25を参照すると、
図23の発電モジュールの部分光経路図を示す。本図では3本の光線16d、16e、16fのみ例として挙げられているが、実際の光線がこの3本に限らないことについて理解できる。また、注意すべきことは、光線が境界面を通過する時、全反射または屈折及び反射を起こすが、本図に示す光経路は光線の最も主要な部分の経路である。即ち、前記光線の大部分が屈折して一部が反射する場合、屈折経路のみを示し、前記光線の大部分が反射して一部が屈折する場合、反射経路のみを示す。図に示すように、前記光線16dが前記第1の表面111から前記導光基板11に進入した後、前記第3の側面33で全反射され、最後に前記第2の表面112から射出される。前記光線16eが前記第1の表面111から前記導光基板11に進入した後、前記第1の側面31で全反射され、前記第1の表面111で全反射され、前記第2の表面112で全反射され、下部の微細構造の第2の側面で全反射され、前記第2の表面112で全反射され、最後に前記第1の表面111で更に全反射されて、前記光電変換素子14に達する。前記光線16fが前記第1の表面111から前記導光基板11に進入した後、前記第1の側面31で全反射され、前記第1の表面111で全反射され、前記第2の表面112で全反射され、下部の微細構造の第2の側面で全反射され、前記第2の表面112で全反射された後、下部の微細構造の第3の側面から下部の微細構造に進入し、更に第1の側面を介して前記下部の微細構造から射出され、最後に前記第1の表面111から射出される。
【0039】
図26を参照すると、本発明の発電モジュールのほかの実施例の立体図を示す。本実施例の発電モジュール1gは
図23に示す発電モジュール1fとほぼ同じであるが、本実施例において前記発電モジュール1gのそれらの微細構造3aが前記導光基板11を貫通せず、前記導光基板11の前記第3の表面115または前記第4の表面116に近接することが異なる。
【0040】
図27を参照すると、本発明の発電モジュールのほかの実施例の断面図を示す。本実施例の発電モジュール1hは
図23及び
図24に示す発電モジュール1fとほぼ同じであるが、本実施例において前記発電モジュール1hが更に内部材37を含み、前記微細構造3aが画定する空間内に位置し、前記内部材37の屈折率と前記導光基板11の屈折率の差が0.3より大きい。前記内部材37の材質は液体、コロイド、ガラス、金属またはプラスチックであってもよい。
【0041】
図28を参照すると、測定機器を用いて本発明の発電モジュールの使用をシミュレーションする説明図を示す。該測定機器6が少なくとも光源61とレシーバ621を含む。前記発電モジュール1d(
図18及び
図19)が前記測定機器6の中心に位置し、前記光源61が前記導光基板11の右側に位置し、且つ前記レシーバ621が前記導光基板11の下側に位置する。
【0042】
前記光源61は入射角度がθ度である入射ビームを発生するために用いられ、θが10〜80である。シミュレーション・パラメータは以下のとおりである。前記導光基板11の屈折率が1.51で、且つその寸法が240ミリメートル(mm)×180ミリメートル(mm)で、厚さが6ミリメートル(mm)である。前記光源61が前記導光基板11に投射される面積が216ミリメートル(mm)×162ミリメートル(mm)である。前記レシーバ621の寸法が240ミリメートル(mm)×6ミリメートル(mm)である。前記光源61と前記導光基板11との間隔が1000ミリメートル(mm)である。前記レシーバ621と前記導光基板11との間隔が0.1ミリメートル(mm)である。
【0043】
本シミュレーションにおいて、以下のとおり3つの異なる態様の導光基板11を測定した。第1の態様は
図18及び
図19の発電モジュール1dの導光基板11であり、前記第1の角34の角度θ
1が10度で、且つ前記第3の角35の角度θ
2が70度である。第2の態様は
図23及び
図24の発電モジュール1fの導光基板11であり、前記第1の夾角θ
3が5度で、且つ前記第2の夾角θ
4が5度である。第3の態様は
図23及び
図24の発電モジュール1fの導光基板11であり、前記第1の夾角θ
3が10度で、且つ前記第2の夾角θ
4が0度である。
【0044】
図29を参照すると、異なる態様の導光基板に対して
図28の測定機器を用いてシミュレーションした結果を示し、曲線71が上記第1の態様の導光基板の場合を表し、曲線72が上記第2の態様の導光基板の場合を表し、曲線73が上記第3の態様の導光基板の場合を表す。図において、横座標は前記光源61から発出した入射ビームの入射角θであり、縦座標の効率(%)はレシーバ621が測定された光束/前記光源61が発出する入射ビームの光束を表し、即ち、前記レシーバ621の光束が前記入射ビームの全光束に占める割合である。
【0045】
以下、表1に上記シミュレーション結果を示す。表1において、左側から右側へ順に第1の態様、第2の態様及び第3の態様である。
【0047】
表1において、最も左側の第1の態様を例とすると、40度〜80度入射角度が台湾の夏の午前8時〜午後4時の時間帯の太陽光の平均入射角度である。シミュレーションの結果、かかる入射角度の場合、約6.3%の入射光が前記導光基板11の第6の表面114(即ち前記光電変換素子14の位置)に案内されることを示す。同様に、30度〜70度入射角度が台湾の春または秋の午前8時〜午後4時の時間帯の太陽光の平均入射角度である。シミュレーションの結果、かかる入射角度の場合、約5.7%の入射光が前記導光基板11の第6の表面114(即ち前記光電変換素子14の位置)に案内されることを示す。
【0048】
したがって、前記導光基板11は透過性を保つことができるだけでなく、同時に太陽光発電機能も兼ね備えることができる。また、
図29及び表1からわかるように、異なる態様の微細構造の導光基板11は異なる入射角で異なる光学的性質を有するため、使用者は実際の太陽光の入射角によって必要な微細構造の態様の導光基板11を選ぶことができる。
【0049】
図30を参照すると、本発明の発電モジュールのほかの実施例の立体図を示す。本実施例の発電モジュール1iは
図18に示す発電モジュール1dとほぼ同じであるが、本実施例において前記発電モジュール1iのそれらの微細構造3bが円柱状の形状であることが異なる。
【0050】
図31及び
図32を参照すると、それぞれ本発明の発電モジュールのほかの実施例の立体図及び正面図を示す。本実施例の発電モジュール1jは
図1及び
図2に示す発電モジュール1とほぼ同じであるが、本実施例において前記発電モジュール1jのそれらの各微細構造12が開口幅Wを有し、且つそれらの開口幅Wが全て等しい。また、前記導光基板11が第1の表面111、第2の表面112、第1の端部114(即ち第6の表面114)、第2の端部113(即ち第5の表面113)、第3の端部115(即ち第3の表面115)、第4の端部116(即ち第4の表面116)を備える。
【0051】
本実施例において、前記第2の端部113に近接するそれらの微細構造12同士の間隔d
1が前記第1の端部114に近接するそれらの微細構造12同士の間隔d
2より小さい。即ち、前記第1の端部114に近接する微細構造12から前記第2の端部113に近接する微細構造12へその密度が次第に大きくなる。それらの微細構造12の異なる密度設計により、前記光電変換素子14に案内される光線の明るさを調節することができる。
【0052】
図33を参照すると、
図32における線33−33に沿った断面図を示す。図に示すように、それらの微細構造12が弧状に陥入し、それらの各微細構造12が前記第1の表面111に投影され、投影面積Aを形成する。本実施例において、それらの微細構造12の投影面積Aの合計が前記第1の表面111の表面積の15%〜50%であり、即ちそれらの微細構造12の密度が、それらの微細構造12の投影面積Aの合計と前記第1の表面111の表面積との比で定義される。本実施例において、それらの微細構造12の投影面積Aの合計が前記第1の表面111の表面積の15%〜50%であり、好ましくは20%〜40%である。
【0053】
図34を参照すると、
図33の微細構造のほかの態様を示す。図に示すように、それらの微細構造12cが前記第1の表面111から突出される。同様に、それらの各微細構造12cが前記第1の表面111に投影され、投影面積Aを形成する。
【0054】
図35を参照すると、
図33の微細構造のほかの態様を示す。図に示すように、それらの微細構造12dが前記導光基板11の内部に位置し、且つ前記第1の表面111または前記第2の表面112まで連通しない。同様に、それらの各微細構造12dが前記第1の表面111に投影され、投影面積Aを形成する。
【0055】
図36を参照すると、本発明の発電モジュールのほかの実施例の正面図を示す。本実施例の発電モジュール1kは
図32に示す発電モジュール1jとほぼ同じであるが、本実施例において、それらの微細構造12同士の間隔が全て等しいことが異なる。
【0056】
図37を参照すると、本発明の発電モジュールのほかの実施例の正面図を示す。本実施例の発電モジュール1mは
図32に示す発電モジュール1jとほぼ同じであるが、本実施例において、前記第2の端部113に近接するそれらの微細構造12同士の間隔d
1が前記第1の端部114に近接するそれらの微細構造12同士の間隔d
2より大きいことが異なる。即ち、前記第1の端部114に近接する微細構造12から前記第2の端部113に近接する微細構造12へその密度が次第に小さくなる。
【0057】
図38を参照すると、本発明の発電モジュールのほかの実施例の正面図を示す。本実施例の発電モジュール1nは
図32に示す発電モジュール1jとほぼ同じであるが、本実施例において、前記導光基板11が更に中央部17を備え、該中央部17が前記第1の端部114と前記第2の端部113の間に位置することが異なる。前記第1の端部114に近接する微細構造12の密度と前記第2の端部113に近接する微細構造の密度が等しく、且つ前記中央部17に位置する微細構造12の密度より大きい。
【0058】
図39を参照すると、本発明の発電モジュールのほかの実施例の正面図を示す。本実施例の発電モジュール1pは
図32に示す発電モジュール1jとほぼ同じであるが、本実施例において、前記導光基板11が更に中央部17を備え、前記中央部17が前記第1の端部114と前記第2の端部113の間に位置することが異なる。前記第1の端部114に近接する微細構造12の密度と前記第2の端部113に近接する微細構造の密度が等しく、且つ前記中央部17に位置する微細構造12の密度より小さい。
【0059】
図40を参照すると、本発明の発電モジュールのほかの実施例の正面図を示す。本実施例の発電モジュール1qは
図32に示す発電モジュール1jとほぼ同じであるが、本実施例において、前記第1の端部114に近接する微細構造12から前記第2の端部113に近接する微細構造12へその密度が大小交互に配列されることが異なる。
【0060】
本発明の上記微細構造12の形状、寸法、間隔または密度等は、上述した様態に限定されず、微細構造の様々な異なる形状、寸法、間隔及び/または密度等を全て互いに組み合わせることができる。例えば、第1の表面111に様々な形状の微細構造を備えるか、または第1の表面111に異なる形状と寸法の微細構造を互いに組み合わせて備える。
【0061】
図41を参照すると、本発明の発電モジュールのほかの測定環境図を示す。本実施例の測定環境は
図12の測定環境とほぼ同じであるが、本実施例の測定環境において前記光源20が前記導光基板11の第1の表面111に照射し、前記導光基板11の前記第1の端部114、前記第3の端部115及び前記第4の端部116にセンサを設置して測定することが異なる。
【0062】
図42を参照すると、
図36の導光基板の異なる微細構造の密度における測定結果の曲線図を示す。その中に、◆は微細構造の密度が78%である導光基板に異なる入射角度の入射光を照射する際に、それらセンサにより測定された電流値を表し、黒い四角形は微細構造の密度が39%である導光基板に異なる入射角度の入射光を照射する際に、それらセンサにより測定された電流値を表し、黒い三角形は微細構造の密度が19.5%である導光基板に異なる入射角度の入射光を照射する際に、それらセンサにより測定された電流値を表す。図から、微細構造の密度を19.5%に小さくしても、入射角が大きい時、むしろそれらセンサにより大きい電流値が測定され、微細構造の密度が高いほどより好ましいといえないことがわかる。
【0063】
図43を参照すると、微細構造の密度は同様に19.5%であるが、分布形態の異なる導光基板の測定結果の曲線図を示す。その中に、黒い三角形は微細構造が均一に分布した導光基板11(
図36)に異なる入射角度の入射光を照射する際に、それらセンサにより測定された電流値(この曲線は
図42と同じである)を表し、◆は微細構造の分布形態が
図32のような導光基板11(前記第1の端部114に近接する微細構造12から前記第2の端部113に近接する微細構造12へその密度が次第に大きくなる)に異なる入射角度の入射光を照射する際に、それらセンサにより測定された電流値を表し、黒い四角形は微細構造の分布形態が
図39のような導光基板11(前記第1の端部114に近接する微細構造12の密度と前記第2の端部113に近接する微細構造の密度が等しく、且つ前記中央部17に位置する微細構造12の密度より小さい)に異なる入射角度の入射光を照射する際に、それらセンサにより測定された電流値を表し、●は微細構造の分布形態が
図38のような導光基板11(前記第1の端部114に近接する微細構造12の密度と前記第2の端部113に近接する微細構造の密度が等しく、且つ前記中央部17に位置する微細構造12の密度より大きい)に異なる入射角の入射光を照射する際に、それらセンサにより測定された電流値を表す。図からわかるように、微細構造の密度は同様に19.5%であるが、微細構造の分布形態が異なる導光基板ではそれらセンサにより測定された電流値にあまり差がない。微細構造の分布形態が前記導光基板11の導光効果に及ぼす影響は小さいことがわかる。
【0064】
図44を参照すると、異なる入射角度の入射光を照射して、異なる微細構造の密度を有する導光基板に対して光学シミュレーションを行った結果の曲線図を示す。その中に、●は入射光の入射角度θが80度である場合を表し、黒い四角形は入射光の入射角度θが70度である場合を表し、黒い三角形は入射光の入射角度θが60度である場合を表し、×は入射光の入射角度θが50度である場合を表し、*は入射光の入射角度θが40度である場合を表す。また、縦座標の導光効率は入射光エネルギーとそれらセンサにより測定されたエネルギーの比を表す。図から、微細構造の密度が導光効率に影響を及ぼし、且つ微細構造の密度が15%〜50%(好ましくは20%〜40%)である場合、特に大きい入射角度(例えば70度または80度)に対しても優れた導光効率を有することが分かる。
【0065】
図45及び
図46を参照すると、それぞれ本発明の発電モジュールのほかの実施例の立体図及び正面図を示す。本実施例の発電モジュール1rは
図31及び
図32に示す発電モジュール1jとほぼ同じであるが、本実施例において前記発電モジュール1rが少なくとも1つの照明素子18を更に含むことが異なる。前記照明素子18が前記導光基板11の前記第5の表面113に近接して設置される。前記照明素子18が例えば発光ダイオード(LED)のような固体光源であることが好ましい。本実施例において、前記照明素子18が前記第5の表面113に直接貼合される。
【0066】
前記光電変換素子14が導光基板11の前記第6の表面114に近接して設置される。前記光電変換素子14が前記第6の表面114、前記第3の表面115及び前記第4の表面116に直接貼合されることが好ましい。
【0067】
実際に使用する場合、前記光線16(例えば太陽光)が前記第1の表面111に入射する時、一部の前記光線16のエネルギーを電気エネルギーに変換するように、それらの微細構造12が前記光線16の一部を前記光電変換素子14に案内する。同時に、前記光線16の他の部分は前記導光基板11を直接透過する。
【0068】
また、照射する前記光線16がない時(例えば夜間)、前記照明素子18が作動されて、照明光線(図示せず)を発射し、前記第5の表面113から前記導光基板11に達する時、それらの微細構造12が前記照明光線の一部を前記導光基板11の前記第2の表面112に案内し射出するため、前記第2の表面112が発光面となる。その場合は、一部の前記照明光線が前記導光基板11の前記第1の表面111から射出されるか、または、それらの微細構造12により前記照明光線の一部が前記導光基板11の前記光電変換素子14に案内されて電気エネルギーに変換されることがわかる。従って、前記発電モジュール1rは発電機能だけでなく、同時に照明機能も有する。
【0069】
また、上記
図31及び
図32の発電モジュール1j、
図36の発電モジュール1k、
図37の発電モジュール1m、
図38の発電モジュール1n、
図39の発電モジュール1p、
図40の発電モジュール1qの全てが前記照明素子18を更に含み、前記導光基板11の前記第5の表面113に設置し得ることについて理解できる。
【0070】
図47を参照すると、本発明の発電窓セットのほかの実施例の側面図を示す。本実施例の発電窓セット2cは
図15に示す発電窓セット2とほぼ同じであるが、本実施例において前記発電窓セット2cが前記発電モジュール1rを含むことが異なる。
【0071】
上記の実施例は本発明の原理およびその効果を説明するためのものであり、本発明を限定するものではない。したがって、当業者が上記の実施例に対して行う修正及び変更も本発明の構想から離脱するものではない。本発明の権利の範囲は後述する特許請求の範囲に記載されたとおりである。