文獻回顧

1.3 文獻回顧

利用集光元件來收集太陽光能量的文獻數量相當的多，多數都是以菲 涅耳透鏡做為集光元件，例如 Johnson[12]在專利中利用菲涅耳透鏡收集太 陽光以加熱水路，同時菲涅耳透鏡具有保護整個系統的功用，如圖 1.12。

Olah[13]讓菲涅耳透鏡做為太陽能集光系統主要的集光元件，其稜鏡設計 為等高，寬度隨著半徑而遞減，如圖 1.13。O’Neill [14]提出一可撓之拱形 菲涅耳透鏡，可太空中展開始用，如圖 1.14。也有文獻採用複合式的集光 元件，如 Northrup[15]使用菲涅耳透鏡搭配一系列能全反射光線的稜鏡，

使太陽光的能量可以完全被利用，如圖 1.15。O’Neill[16]使用拱形的菲涅 耳透鏡搭配圓柱形之聚光透鏡，使太陽光經由兩種不同的匯聚方向而聚焦 於某一點，如圖 1.16。甚至有文獻利用特殊的材料，如 Dempewolf[17]使 用折射率能連續改變之光耦合器，使太陽光逐漸匯聚至所需之位置，如圖 分佈，如圖 1.18 所示。Winston[19]在集光元件之後加入全反射光學元件，

經由集光元件匯聚的光在多次全反射之後，證實可提高能量接受面之能量

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均勻度，如圖 1.19。Habraken[20]在集光元件後加入斜面反光元件，使匯 聚之能量經由反射之後，在接收面上達到均勻的效果，如圖 1.20。

學術文獻方面，Leutz 等[21]提出太陽能電池表面若接受到均勻的輻射 通量分佈(Uniform Flux Distribution)以及均勻的光色分佈(Uniform Color Distribution)，可讓多接面 III-V 電池發揮最佳效率，並且使用了

Kaleidoskope 二次光學元件以達成目標。Ryu 等[22]在小於 50 倍之幾何聚 光率的情況下，以組合式菲涅耳透鏡(Modularly Facet Fresnel Lens)在太陽 能電池表面達到均勻的能量分佈，如圖 1.21。胡[23]將菲涅耳透鏡中心部 分置換成非球面透鏡以解決能量在接受面中心過度集中之現象。葉[24]使 用高分子菲涅耳透鏡搭配二次光學元件，可提升太陽光入射容忍度角至 2 度。

而有關太陽能集光模組的效率方面，Araki 等[25]以幾何聚光率 400 倍 的拱形菲涅耳透鏡搭配勻光器(Homogenizer)，使整個太陽能集光模組的戶 外效率達到 27%，如圖 1.22。O’Neill 等[26]以 3M Color Mixing 菲涅耳透 鏡搭配多接面 III-V 族太陽能電池，使模組戶外效率達到將近 30%，如圖 1.23。

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圖 1.12 專利 US4297521 具有聚焦與保護功用之太陽能聚集設備[12]

圖 1.13 專利 US 6399874 太陽能模組與搭配使用之菲涅耳透鏡[13]

圖 1.14 專利 US6075200 可用於太空之可撓性菲涅耳集光器[14]

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圖 1.15 專利 US4022186 複合透鏡太陽能系統[15]

圖 1.16 專利 US4545366 共焦點太陽能集光器[16]

圖 1.17 專利 US5936777 太陽能集光用之折射率漸變光耦合器[17]

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圖 1.18 專利 US 4799478 菲涅耳透鏡集光器[18]

圖 1.19 專利 US 6541694 具有均勻照度之非成像集光器[19]

圖 1.20 專利 US 6903261 太陽能集光器[20]

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圖 1.21 組合式菲涅耳透鏡[22]

圖 1.22 太陽能集光系統[25]

圖 1.23 太陽能集光系統[26]

19 到的輻射通量的均勻度很敏感，不均勻的輻射通量分佈(Non-Uniform Flux Distribution)將會造成整體效能的降低。太陽能電池表面輻射通量分佈不均 勻的解決方法，大多都是加入二次光學元件，例如拋物面鏡、全反射元件 等，但能量若經過二次光學元件的傳遞，勢必會造成再一次的消耗，且造