专利名称：太阳能系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能源系统，特别是涉及一种太阳能系统。
背景技术：
太阳能是一种永不耗尽且无污染的能源，在解决目前石化能源所面临的污染与 短缺的问题时，一直是最受瞩目的焦点。由于太阳能面板(solar panel)具有光伏电池 (photovoltaic cell，PV cell)，使得太阳能面板能直接将光能转换成电能。然而，如何充 分地利用太阳光使其具有较佳的光电转换效率则为目前相当重要的研究课题。
—般来说，以硅基材料作成的太阳能面板，其光电转换效率通常为20 30%。主 要的原因是受限于其通常可吸收并转换的能隙为1. 1电子伏特，亦即是，其吸收的太阳光 的中心波长为小于1100nm，其中当波长越小于1100nm时，其光电转换效率越差。于是，大多 数照射至太阳能面板上的太阳光便形成浪费，此外，由于大多数的太阳光的能量并未转换 成电能，因此，非太阳能面板可转换的光线，便于太阳能面板上形成热的形式，进而提高太 阳能面板的温度，其中以高效率聚光型太阳能面板(high concentration photovoltaic, HCPV)的系统最为严重。因此，通常会设置一冷却装置以维持太阳能面板的温度，避免太阳 能面板的温度过高。如此一来，便会增加制作上的成本。 因此，现有的太阳能系统除了未能有效地转换太阳光的能量以提高整体的光电转 换效率外，更因配置了冷却装置而提高了制作的成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种太阳能系统，其可提供较佳的整体光电转换效率，并具 有较低廉的制作成本。 为达到上述目的，本发明提出一种太阳能系统，其包括一反射单元、一热能吸收器 以及一第一太阳能面板。反射单元具有一第一能隙太阳能电池以及一反射面。反射单元适 于反射或会聚太阳光，并根据第一能隙太阳能电池将波长短于等于x纳米的太阳光转换成
电能。热能吸收器将反射单元所反射的波长长于等于y纳米的太阳光转换成热能。太阳光
可穿透热能吸收器。热能吸收器具有一第一表面、一液体与一第二表面。液体位于第一表 面与第二表面之间。第一表面面向反射面。第二表面背向反射面，并面对于第一太阳能面 板。第一太阳能面板具有一第二能隙太阳能电池，并根据第二能隙太阳能电池适于将穿透
热能吸收器的波长短于等于z纳米的太阳光转换成电能。第一能隙太阳能电池的能隙大于
第二能隙太阳能电池的能隙，且y > z， z > x。 在本发明的一实施例中，太阳能系统更包括一热吸收体。热吸收体配置于热能吸
收器的第一表面上，其中热吸收体适于吸收波长长于等于y纳米的太阳光，并将其转换成热能。 在本发明的一实施例中，太阳能系统更包括一第二太阳能面板。第二太阳能面板
配置于热吸收体上，并具有一第三能隙太阳能电池。第二太阳能面板适于根据第三能隙太阳能电池将通过其中的太阳光转换成电能。 在本发明的一实施例中，太阳能系统更包括一控制装置。控制装置适于根据反射 单元所在位置与时间以控制反射单元面向太阳的一方向。 在本发明的一实施例中，太阳能系统更包括一热致电装置。热致电装置适于将热 能吸收器所产生的热能转换成电能。 在本发明的一实施例中，由于太阳能系统使用反射单元与热能吸收器分别转换部
分波长的太阳光为电能与热能，其中被转换的太阳光波段为非第一太阳能面板主要转换太
阳光为电能的波段，因此，在不影响原太阳能系统的光电转换效率下，更可提高整体的光电
转换效率。除此之外，由于反射单元与热能吸收器已吸收掉大部分的太阳光的能量，因此，
无须使用冷却装置冷却第一太阳能面板，而可节省太阳能系统的制作成本。 为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举多个实施例，并配合附图，
详细说明如下。
图1A为本发明一实施例的太阳能系统的示意图。图1B为图1A所绘示的太阳能系统的局部放大图。图ic为本发明另一实施例的太阳能系统的示意图。图2A绘示为太阳光的光谱分布图。图2B绘示为一实施例的太阳光穿透热能吸收器后的光谱图。图2C绘示为另一实施例的太阳光穿透热能吸收器后的光谱图。图3绘示为另一实施例的太阳能系统的局部示意图。主要元件符号说明100 :太阳能系统101 :太阳光110 :反射单元110a:反射面112:反射镜114U32 :太阳能电池120 :热能吸收器120a :第一表面120b :第二表面122 :液体130 :第一太阳能面板140 :热吸收体150 :反射体160 :第二太阳能面板170 :控制装置180 :热致电装置182 :热引擎
184:发电机 Egl :第一能隙 Eg2 :第二能隙 E^第三能隙
具体实施例方式
图1A为本发明一实施例的太阳能系统的示意图，图1B为图1A所绘示的太阳能系统的局部放大图。请同时参考图1A与图1B，本实施例的太阳能系统100包括一反射单元110、一热能吸收器120以及一第一太阳能面板130。反射单元110具有一第一能隙Egl的太阳能电池114以及一反射面110a，且反射单元IIO适于反射或会聚太阳光IOI，并根据太阳能电池114的第一能隙Egl适于将波长短于或等于x纳米的太阳光101转换成电能。另外，热能吸收器120适于将反射单元110所反射的波长长于或等于y纳米的太阳光101转换成热能，其中y > x。太阳光101适于穿透热能吸收器120。热能吸收器120具有一第一表面120a、一液体122与一第二表面120b。液体122位于第一表面120a与第二表面120b之间。第一表面120a面向反射面llOa。第二表面120b背向反射面llOa。第一太阳能面板130具有一第二能隙Eg2的太阳能电池132。第一太阳能面板130根据太阳能电池132的第二能隙Eg2适于将穿透热能吸收器120的波长短于等于z纳米的太阳光101转换成电能，其中第一能隙Egl大于第二能隙Eg2，且y > z， z > x。 以下将详细说明太阳能系统100各构件的关系，以及太阳能系统100如何动作。
在本实施例中，反射单元110包括至少一反射镜112以及至少一太阳能电池114，其中太阳能电池114配置于反射镜112上，如图1A所示。详细来说，形成太阳能电池114于反射镜112上的方式可以是使用蒸镀、溅镀、涂布、喷墨、或是其他适当的半导体制造工艺。在一未绘示的实施例中，若太阳能电池114是制作于玻璃(或硬式)基板上，可直接取代反射镜112。 在本实施例中，太阳能电池114例如是使用非晶硅太阳能电池，或是能隙大于等于第一能隙Egl其他适当的太阳能电池。在一实施例中，第一能隙Egl可以等于或大于1. 6电子伏特。由于太阳能电池114的能隙(如上述的第一能隙Ew)等于或大于1.6电子伏特，因此，当太阳光101照射至反射单元110时，光子能量小于1. 6电子伏特的太阳光101便适于被反射镜110所反射，并会聚于热能吸收器120上。另一方面，光子能量等于大于1. 6电子伏特的太阳光101便适于被太阳能电池114所吸收并转换成电能。在一实施例中，可涂布一选择性反射涂料(未绘示)于太阳能电池114上层表面，藉以将波长长于等于x纳米的太阳光101反射或会聚到热能吸收器120上。 换言之，反射单元110是利用太阳能电池114的能隙将波长短于或等于x纳米的太阳光101转换成电能，其中x的数值端视第一能隙Egl的数值而定。举例来说，当第一能隙Egl为1. 6电子伏特，x的数值则为780nm。也就是说，反射单元100适于通过太阳能电池114将大部分波长短于或等于780nm的太阳光101吸收并转换成电能。此外，反射单元110更可通过上述的选择性反射涂料以反射或会聚波长长于或等于780nm的太阳光到热能吸收器120及第一太阳能面板130上，进而提高太阳能系统100的整体光电转换效率。
值得注意的是，天气若为阴天，或反射单元110未能有效地反射或会聚太阳光101时，配置于反射单元110的太阳能电池114仍能将部分的太阳光101吸收并转换成电能，使 得太阳能系统100在阴天时仍具有较佳的整体光电转换效率。 在本实施例中，反射镜112可以使用平面镜或抛物镜来反射太阳光101，而其排列 方式可以是阵列排列，如图1A所绘示。详细来说，使用平面镜作为反射单元110的反射镜 112时，若适当地使这些平面镜分别具有一倾角(未绘示)可使入射至反射面上的太阳光 101得以反射至热能吸收器120上，并可会聚反射后的太阳光101，其中是否可会聚该太阳 光或会聚太阳光倍率取决于平面镜排列于反射单元上的方式，上述仅为一举例，但不限于 此。类似地，使用抛物镜作为反射单元110的反射镜112时，也可通过适当的配置方式来达 到上述的目的。 在本实施例中，太阳能电池114的配置可占反射镜112全部面积的100%，如图1A 所绘示。在另一实施形态中，太阳能电池114可以部分地配置于反射镜112上，其中太阳能 电池114的总面积占反射镜112的总面积的比例可以是介于1% 100%之间。在另一实 施例中，如图1C所绘示，太阳能电池114例如是占反射镜112的总面积50%。详细来说，太 阳能电池114的总面积占反射镜112的总面积的比例端视使用者的需求而定，例如制作成 本的考虑或所需要的整体光电转换效率等。因此，图1A及1C仅为说明，但不限于此。
在另一实施例中，反射单元110可以是一反射式薄膜太阳能面板(未绘示)。详细 来说，反射式薄膜太阳能面板除具有类似于上述太阳能电池114的能隙外，更可反射小于 其能隙的太阳光101，以达到上述反射镜112的作用。当然，适当地配置多个反射式薄膜太 阳能面板使其反射的太阳光101皆照射至热能吸收器120上，或将反射式薄膜太阳能面板 的外型作适当的变化(例如是曲面)，同样可达到使反射会聚后的太阳光101至热能吸收 器120上的目的。此外，反射式薄膜太阳能面板的上层表面更可涂布如上述的选择性反射 涂料以将波长长于或等于x纳米的太阳光101反射或会聚到热能吸收器120上。
在本实施例中，配置于热能吸收器120内的液体122例如是水，其中水可吸收穿透 热能吸收器120的太阳光101的红外光波段，而使水的温度上升。也就是说，热能吸收器120 可将穿透其中的波长大于y纳米的太阳光101转换成热能，其中y的数值例如是1100nm。 此外，太阳能系统100更可以包括一热吸收体140。热吸收体140配置于热能吸收器120的 第一表面120a上，如图1A与图1B所示。在本实施例中，热吸收体140适于吸收波长大于 等于y纳米的太阳光101，并将其转换成热能，其中y的数值例如是1100nm。当然，随着热 吸收体130的材料不同，y也可以是其他适当的数值，上述仅为举例说明。
以下以y为1100nm作为实施范例。也就是说，当太阳光101穿透热吸收体140时， 波长大于或等于1100nm的太阳光101将大部分地被热吸收体140吸收并转换成热能，并通 过与第一表面120a良好的热接触而提升热能吸收器120内的水温。需要说明的是，若适 当地调整配置于热能吸收器120内的水量，使其可大部分地吸收穿过其中波长大于或等于 1100纳米的太阳光IOI，进而使太阳光101穿透热能吸收器120后，其波长大于等于1100 纳米的光线可被大幅地降低。如此一来，太阳能系统100可无须配置上述的热吸收体140， 便可以大部分地吸收将波长长于1100nm的光波。换言之，是否使用热吸收体140于热能吸 收器120的第一表面120a上，端视使用者的需求而定，上述为举例说明，但不限于此。
在本实施例中，太阳能系统100更包括一反射体150。反射体150配置于热能吸收 器120的第二表面120b上，其中反射体150适于反射波长长于或等于y纳米的太阳光。本实施例以y为llOOnm为实施范例，但不限于此。详细来说，若欲使通过热能吸收器120的 太阳光大于或等于llOOnm的波长全转换成热能，或使照射至第一太阳能面板130上的太阳 光101小于llOOnm的波长的光线，可配置上述的反射体150于热能吸收器120的第二表面 120b，藉以反射波长大于或等于llOOnm的太阳光101，进而阻挡波长长于或等于llOOnm的 太阳光101穿透热能吸收器120而照射至第一太阳能面板130。 在本实施例中，第一太阳能面板130是根据第二能隙Eg2适于将穿透热能吸收器 120的波长短于或等于z纳米的太阳光101转换成电能。在一实施例中，第二能隙Eg2大于 或等于1. 1电子伏特。举例来说，第二能隙E-为1. 1电子伏特时，第一太阳能面板130便 适于将光子能量大于或等于第二能隙E^的太阳光101吸收并转换成电能。亦即是，将波长 短于等于llOOnm的太阳光吸收与转换，此时llOOnm为z的数值。换言之，随着第二能隙Eg2 的数值不同，第一太阳能面板130可吸收与转换的太阳光101的波段也会不同，以上为举例 说明，但不限于此。在本实施例中，第一太阳能面板130可以是硅基材料太阳能面板，其可 以是单晶硅太阳能面板，或多晶硅太阳能面板，或是符合上述所描述的太阳能面板。
在本实施例中，太阳能系统IOO更包括一第二太阳能面板160。第二太阳能面 板160配置于热吸收体140上并具有一第三能隙Eg3太阳能电池(未绘示)，如图1A或 1B所示。在本实施例中，第三能隙E^大于第一能隙E^在一实施例中，第三能隙E^例 如是大于等于1. 7电子伏特。第二太阳能面板160适于根据第三能隙Eg3将通过其中的 太阳光101转换成电能。详细来说，第二太阳能面板160例如是采用染料敏化太阳能面板 (Dye-Sensitized Solar Cell panel，DSSC panel)、或有机太阳會g面板(polymer organic ink solar panel)、或是其他操作温度较高，且具有第三能隙Eg3的太阳能面板。上述为举 例说明，非限于此。 在本实施例中，当反射单元110反射太阳光101至第二太阳能面板160时，第二太 阳能面板160适于根据第三能隙Eg3将太阳光101转换成电能，其中第三能隙Eg3以1. 7电 子伏特为实施范例。因此，第二太阳能面板160适于吸收光子能量大于等于1. 7电子伏特 的太阳光101 ，若将光子能量换算为光波长，也就是说，波长短于730nm的太阳光101可被第 二太阳能面板160吸收并转换成电能，以提升太阳能系统100的整体光电转换效率。
为了详述太阳能系统的制动关系，特以图2A 图2C来说明的。图2A绘示为太 阳光的光谱分布图，其中纵轴表示为光强度，而横轴表示为光波长及其所对应的光子能量。 图2B绘示为一实施例的太阳光穿透热能吸收器后的光谱图，而图2C绘示为另一实施形态 的太阳光穿透热能吸收器后的光谱图。请先看图2A，一般来说，太阳光101的波长由380nm 至750nm为可见光的波段，且在此波段内具有较大的光强度，如图2A所示。然而，一般硅基 材料的太阳能面板，其较佳地光电转换效率的波长为750nm 1100nm之间的太阳光。换言 之，照射至硅基材料的太阳能面板的其他波段的太阳光101便无法得到有效利用。此外，若 以集中的太阳光照射至太阳能面板上，虽会提高太阳能面板的光电转换效率，却会造成太 阳能面板的温度升高，而须另外配置冷却装置以降低太阳能面板所升高的温度，进而提升 制作成本。 因此，本发明的太阳能系统100使用反射单元110、热能吸收器120以及第二太阳 能面板160来吸收第一太阳能面板130效率较低的转换的波段，并转换成电能，除可解决上 述温度升高的问题外，更可提高太 阳能系统100的整体光电转换效率。
详细来说，请同时参考图1A与参考图2B，图2B绘示为太阳光101被反射单元110反射，而反射的太阳光101并穿透第二太阳能面板160以及热能吸收器120后的光谱图。由于反射单元110可吸收第一能隙Ea的光波长并将其转换成电能，而第二太阳能面板可吸收第三能隙E-的光波长，且热能吸收器120可将吸收波长长于或等于y纳米的太阳光101，并将其转换成热能。在本实施例中，第一能隙Egl例如是1. 6电子伏特，而第三能隙Eg3例如是1. 7电子伏特，且y的数值例如是1100nm。因此，穿透热能吸收器120的太阳光101的光谱强度便大多数集中于770nm 1100nm，如图2B所绘示。如此一来，照射至第一太阳能面板130的太阳光的光谱分布便如图2B所示的光谱，因此，采用上述的配置方式可使得第一太阳能面板130除具有较佳的光电转换效率外，更可具有较佳的工作温度而无须搭配冷却装置的使用，进而节省太阳能系统100的制作成本。 需要说明的是，太阳能系统100使用反射单元110、热能吸收器120以及第二太阳能面板160除可达到上述的优点外，更可提高整体的光电转换效率的表现。例如是反射单元110与第二太阳能面板160可直接地将部分其他波段的太阳光转换成电能，而热能吸收器120虽然仅将波长大于等于1100nm的光波吸收并转换成热能，然而若搭配热引擎以及发电机便可再将热能转换成电能，进而再提升太阳能系统的整体光电转换效率。
在另一实施形态中，若太阳能系统IOO未配置有第二太阳能面板160，则太阳光101穿透热能吸收器120后，其光谱分布则如图2C所绘示。详细来说，图2C绘示为太阳光101被反射单元110反射，而反射的太阳光101穿透热能吸收器120后的光谱图。由于反射单元110适于吸收第一能隙Ea的光波长并将其转换成电能，且热能吸收器120适于将吸收波长大于等于y纳米的太阳光101，并将其转换成热能。在本实施例中，第一能隙Ea例如是1. 6电子伏特，且y的数值例如是1100nm。因此，穿透热能吸收器120的太阳光101的光谱强度便大多数集中于380nm 1100nm，如图2C所绘示。如此一来，照射至第一太阳能面板130的太阳光的光谱分布便如图2C所示的光谱。分别比较图2A与图2C可知，虽然仍有部分的可见光的波长照射至第一太阳能面板130，然而，此部分的光强度已大大地被反射单元110与热能吸收器120所吸收跟利用。换言之，上述的配置方式仍可使得太阳能面板130具有较佳的光电转换效率以及较佳的工作温度而无须搭配冷却装置的使用，从而节省太阳能系统100的制作成本。 需要说明的是，是否配置第二太阳能面板160于太阳能系统100中，端视使用者的需求而定，例如是整体光电转换效率、热能吸收效率跟制作成本上之间的考虑。
在本实施例中，太阳能系统更可以具有一控制装置170，如图1A所示。控制装置170适于根据反射单元110所在位置与时间以控制反射单元110面向太阳的方向。详细来说，随着所在的位置与时间不同，太阳相对反射单元的高度与方向也不同，因此，控制单元170适于根据当时的时间与位置而调整反射单元110面向太阳的方向，使得反射单元110可有效地反射或集中太阳光101至热能吸收器120及第一太阳能面板130上，如图1A所示。
另外，图3绘示为另一实施形态的太阳能系统的局部示意图。请参考图3，上述的太阳能系统100更可包括一热致电装置180，其中热致电装置180与热能吸收器120连接，如图3所示。热致电装置180适于将热能吸收器120所产生的热能转换成电能。在本实施例中，热致电装置180例如是由一热引擎182与一发电机184所构成，其中热引擎182与发电机184机械连接，如图3所示。详细来说，热引擎182适于吸收热能吸收器120内的液体122升高的热能，并根据温差的转换而产生机械动能，然后，带动一发电机184将产生的热能转成电能，进而提高太阳能系统100的整体光电转换效率。上述仅为举例说明，热致电装置180也可以是其他适于将热能转成电能的装置。 综上所述，本发明的太阳能系统使用反射单元与热能吸收器分别转换部分波段的太阳光为电能与热能，且反射单元与热能吸收器所转换的光波段非第一太阳能面板主要转换太阳光为电能的波段，因此，可提高太阳能系统整体的光电转换效率。另外，由于反射单元与热能吸收器已转换或吸收掉部分波段太阳光的能量，因此，太阳能系统无须使用冷却装置冷却第一太阳能面板，进而可节省太阳能系统的制作成本。 虽然本发明已以多个实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中的技术人员，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以权利要求书的保护范围为准。
权利要求
一种太阳能系统，其特征在于，包括一反射单元，具有一第一能隙太阳能电池以及一反射面，以反射或会聚太阳光，并利用该第一能隙太阳能电池以将波长短于或等于x纳米的太阳光转换成电能；一热能吸收器，适于将该反射单元所反射的波长长于或等于y纳米的太阳光转换成热能，其中该热能吸收器具有一第一表面、一液体与一第二表面，该液体位于该第一表面与该第二表面之间，且该第一表面面向该反射面，该第二表面背对该反射面；以及一第一太阳能面板，具有一第二能隙太阳能电池，并利用该第二能隙太阳能电池以将穿透该热能吸收器的波长短于或等于z纳米的太阳光转换成电能，其中该第一能隙大于该第二能隙，且y≥z，z＞x。
2. 根据权利要求l所述的太阳能系统，其特征在于更包括一反射镜，设置在该反射面 上，以及该第一能隙太阳能电池配置于该反射镜上，其中该反射镜为一平面镜或抛物镜。
3. 根据权利要求1所述的太阳能系统，其特征在于该反射单元为一反射式薄膜太阳 能面板。
4. 根据权利要求3所述的太阳能系统，其特征在于该反射式薄膜太阳能面板的上层 表面包括一选择性反射涂料，以将波长长于或等于X纳米的太阳光反射或会聚到该热能吸 收器上。
5. 根据权利要求l所述的太阳能系统，其特征在于更包括一热吸收体，配置于该热能吸收器的第一表面上，其中该热吸收体可吸收波长长于或等于y纳米的太阳光，并将其转换成热能。
6. 根据权利要求1所述的太阳能系统，其特征在于更包括一反射体，配置于该热能吸收器的第二表面上，其中该反射体适于反射波长长于或等于y纳米的太阳光。
7. 根据权利要求1所述的太阳能系统，其特征在于该第一能隙大于或等于1. 6电子伏特。
8. 根据权利要求1所述的太阳能系统，其特征在于该第二能隙大于或等于1. 1电子伏特。
9. 根据权利要求l所述的太阳能系统，其特征在于更包括一第二太阳能面板，配置于 该热吸收体上并具有一第三能隙太阳能电池，其中该第二太阳能面板利用该第三能隙太阳 能电池将通过其中的太阳光转换成电能。
10. 根据权利要求9所述的太阳能系统，其特征在于该第三能隙大于或等于1. 7电子伏特，且该第三能隙大于该第一能隙。
11. 根据权利要求1所述的太阳能系统，其特征在于该液体为水。
12. 根据权利要求1所述的太阳能系统，其特征在于更包括一控制装置，适于根据该 反射单元所在位置与时间以控制该反射单元面向太阳的方向。
13. 根据权利要求1所述的太阳能系统，其特征在于更包括一热致电装置，适于将该 热能吸收器所产生的热能转换成电能。
全文摘要
一种太阳能系统，其包括反射单元、热能吸收器以及第一太阳能面板。反射单元具有第一能隙太阳能电池以及反射面以反射或会聚太阳光。反射单元根据第一能隙太阳能电池转换波长短于等于x纳米的太阳光为电能，并反射或会聚波长长于x纳米的太阳光到热能吸收器及第一太阳能面板。热能吸收器转换反射单元反射波长长于等于y纳米的太阳光为热能。热能吸收器具有第一表面、液体与第二表面。液体位于第一表面与第二表面之间。第一太阳能面板具有第二能隙太阳能电池以将穿透热能吸收器的波长短于或等于z纳米的太阳光转换成电能，其中y≥z，z＞x。
文档编号H01L31/042GK101728978SQ200810171680
公开日2010年6月9日 申请日期2008年10月23日 优先权日2008年10月23日
发明者张一介, 陈阳成 申请人:凌阳多媒体股份有限公司