(57)【要約】【課題】光線受容受光の固定角による発電量の減少、センサの取付けによる高コスト、及び、大容量であることによる取付けの障害の問題を解決するための集光装置及び集光モジュールを提供すること。【解決手段】集光モジュールの集光装置は、第１の表面、第２の表面、及び、少なくとも１つの発光面を含む。第１の表面は、複数の微細構造を有する。微細構造は、光線を受光するために用いられる。第２の表面は、第１の表面と相対する。少なくとも１つの発光面は、第１の表面、及び、第２の表面と隣接している。少なくとも１つの発光面は、微細構造によって受光された光線を出力するように第１の表面又は第２の表面と第１の角度θを形成する。集光装置は、１０°≦θ≦３５°、又は、８５°≦θ＜９０°を満たす。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光線を受光する複数の微細構造を有する第１の表面と、
前記第１の表面と相対する第２の表面と、
前記第１の表面及び前記第２の表面に隣接するとともに、前記複数の微細構造により受光された前記光線を出力するべく前記第１の表面又は前記第２の表面と第１の角度θをなす少なくとも１つの発光面と、
を備え、
１０°≦θ≦３５°又は８５°≦θ＜９０°を充足する
ことを特徴とする集光装置。
【請求項２】
前記複数の微細構造の各々が照明面及び非照明面を有し、前記第１の表面の前記照明面及び垂直線の間の第２の角度を示すγ、及び、前記第１の表面の前記非照明面及び垂直線の間の第３の角度を示すδについて、０°≦γ≦４０°及び７０°≦δ＜９０°を充足することを特徴とする請求項１に記載の集光装置。
【請求項３】
前記第１の表面が中心軸をさらに有し、前記照明面は前記中心軸と対向することを特徴とする請求項２に記載の集光装置。
【請求項４】
前記第１の表面が中心軸をさらに有し、前記非照明面は前記中心軸と対向することを特徴とする請求項２に記載の集光装置。
【請求項５】
前記第１の表面の端領域又は前記少なくとも１つの発光面に配置される反射面をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の集光装置。
【請求項６】
前記第１の表面及び前記第２の表面の間に配置される集光ユニットと、
前記少なくとも１つの発光面を有するとともに、前記集光ユニットの外周部又は幾何学的中心に配置されるくさび形のユニットと、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の集光装置。
【請求項７】
前記くさび形のユニットが、前記第１の表面の端領域又は前記少なくとも１つの発光面に配置される反射面をさらに有することを特徴とする請求項６に記載の集光装置。
【請求項８】
前記第１の表面が、前記複数の微細構造を前記第１の表面に対称に配置するための少なくとも１つの対称軸をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の集光装置。
【請求項９】
前記発光面が環状バンドの形をなすことを特徴とする請求項１に記載の集光装置。
【請求項１０】
前記複数の微細構造の各々が、曲がったストライプ型の構造、弧状のストライプ型の構造、又は弧状線及び直線を含むストライプの構造をなすことを特徴とする請求項１に記載の集光装置。
【請求項１１】
前記複数の微細構造の各々が、不連続的に配置される複数のセグメントを含み、前記複数のセグメントは、破線の構造、弧状線の構造、又は、弧状線及び直線を含む曲線構造に配置される、請求項１に記載の集光装置。
【請求項１２】
前記複数の微細構造のうちの一部分は、互いに隣接する２つの曲率半径が異なることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の集光装置。
【請求項１３】
前記複数の微細構造のうちの前記一部分以外の部分は、互いに隣接する２つの曲率半径が同じであることを特徴とする請求項１２に記載の集光装置。
【請求項１４】
光線を受光する複数の微細構造を有する第１の表面と、前記第１の表面と相対する第２の表面と、前記第１の表面及び前記第２の表面に隣接するとともに前記第１の表面又は前記第２の表面となす第１の角度θについて１０°≦θ≦３５°又は８５°≦θ＜９０°が充足される少なくとも１つの発光面と、を有する集光装置と、
前記集光装置に配置されて当該集光装置からの前記光線を電気エネルギに変換する少なくとも１つのエネルギ変換材料と、
を備えたことを特徴とする集光モジュール。
【請求項１５】
前記複数の微細構造の各々が照明面及び非照明面を有し、前記第１の表面の前記照明面及び垂直線の間の第２の角度を示すγ、及び、前記第１の表面の前記非照明面及び垂直線の間の第３の角度を示すδについて、０°≦γ≦４０°及び７０°≦δ＜９０°を充足することを特徴とする請求項１４に記載の集光モジュール。
【請求項１６】
前記第１の表面が中心軸をさらに有し、前記照明面は前記中心軸と対向することを特徴とする請求項１５に記載の集光モジュール。
【請求項１７】
前記第１の表面が中心軸をさらに有し、前記非照明面は前記中心軸と対向することを特徴とする請求項１５に記載の集光モジュール。
【請求項１８】
前記集光装置が前記第１の表面の端領域に配置される反射面をさらに有し、前記少なくとも１つのエネルギ変換材料が前記少なくとも１つの発光面に配置されることを特徴とする請求項１４に記載の集光モジュール。
【請求項１９】
前記集光装置が前記少なくとも１つの発光面に配置される反射面をさらに有し、前記少なくとも１つのエネルギ変換材料が前記第１の表面の端領域に配置されることを特徴とする請求項１４に記載の集光モジュール。
【請求項２０】
前記集光装置が、前記第１の表面及び前記第２の表面の間で配置される集光ユニットと、前記少なくとも１つの発光面を有するとともに前記集光ユニットの外周部又は幾何学的中心に配置されるくさび形のユニットとをさらに有することを特徴とする請求項１４に記載の集光モジュール。
【請求項２１】
前記くさび形のユニットが前記第１の表面の端領域に配置される反射面をさらに有し、前記少なくとも１つのエネルギ変換材料が前記少なくとも１つの発光面に配置されることを特徴とする請求項２０に記載の集光モジュール。
【請求項２２】
前記くさび形のユニットが、前記少なくとも１つの発光面に配置される反射面をさらに有し、前記少なくとも１つのエネルギ変換材料が、前記第１の表面の端領域及び前記第２の表面に配置される前記くさび形のユニットの端部のうちの少なくとも１つに配置されることを特徴とする請求項２０に記載の集光モジュール。
【請求項２３】
前記第１の表面が、前記複数の微細構造を前記第１の表面に対称に配置するための少なくとも１つの対称軸をさらに有することを特徴とする請求項１４に記載の集光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、集光装置及び集光モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球資源の消費、及び、科学技術の進歩のために、再生可能エネルギーの研究開発がますます注目されている。太陽光線は無尽蔵であるので、世界中の政府及び企業が太陽光発電の開発に多額の投資をしてきている。
【０００３】
太陽電池システムでは、固定角で太陽光線の照射を受光することが最も一般的である。太陽電池システムに入射する太陽光線の角度は、太陽電池システムの配備位置の経度及び緯度と同様に時間とともに変化し、固定タイプの太陽電池システムでは、フレームは、太陽の方向が変化すると、太陽の方向に面することができないので、太陽電池システムに受光される太陽光線照射は減少し、それによって、発電量は減少してしまう。
【０００４】
それゆえに、太陽電池システムに受光される太陽光線照射を増やすために、当業者は、追尾モジュール及び太陽電池モジュールを結合することで形成された太陽追尾型太陽電池システムを提案している。
追尾モジュールは、光センサ及び電気機械サーボ機構を主に含む。センサは太陽の位置変化を検知するために使われ、電気機械サーボ機構が、太陽に面するように太陽電池システムを調整して、太陽モジュールで受光される太陽光線放射を増加させる。センサが取り付けられる方向は、太陽電池システムの垂直方向に対して正確に平行でなければならないことに留意する必要がある。さらに、センサは、外部環境に直接露出して干渉及び損傷を受けやすいので、センサによる太陽の正しい位置の検知の失敗を防ぐため、定期的な保守が必要とされる。このため、太陽電池システムを使用するコストは劇的に上昇してしまう。さらに、太陽追尾型太陽電池システムの総容量は大きいので、設置には不都合である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本開示は、光線受光の固定角による発電量の減少、センサの取付けによる高コスト、及び、大容量であることによる取付けの障害の問題を解決するための集光装置及び集光モジュールを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の実施態様は、第１の表面、第２の表面、及び、少なくとも１つの発光面を含む集光装置を提供する。第１の表面は、複数の微細構造を有する。微細構造は、光線を受光するために用いられる。第２の表面は、第１の表面と相対（あいたい）する（つまり、相互に反対側を向いている）。少なくとも１つの発光面は、第１の表面及び第２の表面と隣接している。少なくとも１つの発光面は、複数の微細構造によって受光された光線を出力するように、第１の表面又は第２の表面と第１の角度θを形成する。集光装置は、１０°≦θ≦３５°、又は、８５°≦θ＜９０°を満たす。
【０００７】
本開示の他の実施態様は、集光装置、及び、少なくとも１つのエネルギ変換材料を含む集光モジュールを提供する。集光装置は、第１の表面、第２の表面、及び、少なくとも１つの発光面を含む。第１の表面は、複数の微細構造を有する。複数の微細構造は、光線を受光するために用いられる。第２の表面は、第１の表面と相対する。少なくとも１つの発光面は、第１の表面及び第２の表面と隣接している。少なくとも１つの発光面は、第１の表面又は第２の表面と第１の角度θを形成する。集光モジュールは、１０°≦θ≦３５°、又は、８５°≦θ＜９０°を満たす。少なくとも１つのエネルギ変換材料は、集光装置に配置される。少なくとも１つのエネルギ変換材料は、集光装置から光線を電気エネルギに変換するために用いられる。
【発明の効果】
【０００８】
本開示の実施態様による集光装置及び集光モジュールにおいて、光線受光の固定角による発電量の減少、センサの取付けによる高コスト、及び、大容量であることによる取付けの障害の問題のような従来の太陽電池システムの問題を解決するため、異なる配置方向に微細構造を有する第１の表面が異なる入射の方向の光線を受光するために用いられる。
さらに、第１の表面及び発光面により形成される第１の角度ω、又は、第２の表面及び発光面により形成される第１の角度θを設計することで、発光面及び外部環境間の界面での全体の反射が集光装置の集光効率を向上させて、それによって、エネルギ変換材料の変換効率が向上するので、光線の一部の損失は回避される。１０°≦θ（又はω）≦３５°、又は、８５°≦θ（又はω）＜９０°を満たす時、集光装置の集光効率は向上する。
【０００９】
本開示は、説明用のみであり、したがって開示を制限するものではなく、以下に記載の詳細な説明からより完全に理解される。図面の説明は以下の通りである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】本開示の第１の実施態様による集光モジュールの概略斜視図である。
【図１Ｂ】本開示の第１の実施態様による集光モジュールの概略上面図である。
【図２Ａ】本開示の一実施態様による図１Ａの集光モジュールの概略断面図である。
【図２Ｂ】本開示の一実施態様による図１Ａの集光モジュールの概略断面図である。
【図３Ａ】本開示の一実施態様による図１Ａの集光モジュールの概略上面図である。
【図３Ｂ】本開示のいくつかの実施態様による図３Ａの微細構造の配置の拡大平面図である。
【図３Ｃ】本開示のいくつかの実施態様による図３Ａの微細構造の配置の拡大平面図である。
【図３Ｄ】本開示のいくつかの実施態様による図３Ａの微細構造の配置の拡大平面図である。
【図３Ｅ】本開示のいくつかの実施態様による図３Ａの微細構造の配置の拡大平面図である。
【図３Ｆ】本開示のいくつかの実施態様による図３Ａの微細構造の配置の拡大平面図である。
【図３Ｇ】本開示のいくつかの実施態様による図３Ａの微細構造の配置の拡大平面図である。
【図４】異なる入射方向の光線に関して９０°である第１の角度を有する図２Ａの集光モジュールの集光効率のグラフである。
【図５Ａ】照明面及び垂直線の間の第２の角度が０°、５°及び４０°であり、非照明面及び垂直線の間の第３の角度が８０°である時、０°である光線の水平な入射角に関する図２Ａの集光モジュールの集光効率のグラフである。
【図５Ｂ】照明面及び垂直線の間の第２の角度が０°、５°及び４０°であり、非照明面及び垂直線の間の第３の角度が８０°である時、９０°である光線の水平な入射角に関する図２Ａの集光モジュールの集光効率のグラフである。
【図６Ａ】非照明面及び垂直線の間の第３の角度が７０°、８０°及び８９°であり、照明面及び垂直線の間の第２の角度が５°である時、０°である光線の水平な入射角に関する図２Ａの集光モジュールの集光効率のグラフである。
【図６Ｂ】非照明面及び垂直線の間の第３の角度が７０°、８０°及び８９°であり、照明面及び垂直線の間の第２の角度が５°である時、９０°である光線の水平な入射角に関する図２Ａの集光モジュールの集光効率のグラフである。
【図７】発光面及び第１の表面が異なる第１の角度を形成する図２Ａの単一寸法の集光モジュールの集光効率のグラフである。
【図８Ａ】本開示の一実施態様による図１Ａの集光モジュールの概略断面図である。
【図８Ｂ】本開示の一実施態様による図１Ａの集光モジュールの概略断面図である。
【図８Ｃ】本開示の一実施態様による図１Ａの集光モジュールの概略断面図である。
【図８Ｄ】本開示の一実施態様による図１Ａの集光モジュールの概略断面図である。
【図９】発光面及び第１の表面が８５°である異なる第１の角度を形成する図８Ａ、８Ｂ及び８Ｄの単一寸法の集光モジュールの集光効率のグラフである。
【図１０Ａ】光線の水平な入射角が０°である時、微細構造によって占められる図８Ｄの集光モジュールの第１の表面の領域の異なる比率に関する集光効率のグラフである。
【図１０Ｂ】光線の水平な入射角が９０°である時、微細構造によって占められる図８Ｄの集光モジュールの第１の表面の領域の異なる比率に関する集光効率のグラフである。
【図１１】本開示の第２の実施態様による集光モジュールの構造の概略上面図である。
【図１２Ａ】本開示の一実施態様による図１１の集光モジュールの概略断面図である。
【図１２Ｂ】本開示の一実施態様による図１１の集光モジュールの概略断面図である。
【図１２Ｃ】本開示の一実施態様による図１１の集光モジュールの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下の詳細な説明では、説明用に、開示された実施態様の完全な理解を提供するための多数の具体的な詳細が示されている。しかしながら、１以上の実施態様がこれらの具体的な詳細なしで実践されてもよいことは明白である。他の例では、周知の構造及び装置は、図を単純化するために概略的に示されている。
【００１２】
この実施態様及び他のいくつかの実施態様において、本開示により提供される集光モジュールは、集光装置、及び、複数のエネルギ変換材料又は環状バンドの形をしたエネルギ変換材料を含む。
集光装置は、互いに対向している第１の表面及び第２の表面を含む。この実施態様及び他のいくつかの実施態様において、集光装置は、複数の発光面、又は、環状バンドの形をした発光面を含む。エネルギ変換材料の数、発光面の数は、実際のニーズによって調整される。さらに、エネルギ変換材料及び発光面が完全に第１の表面を囲むかどうかもまた、実際のニーズによって調整される。
【００１３】
集光装置の外周部が丸い時、この実施態様及び他のいくつかの実施態様において、エネルギ変換材料の数及び発光面の数は１つであり、エネルギ変換材料及び発光面は環状バンドの形をしているが、本開示に限定されるものではない。
【００１４】
集光装置の外周部がＮ角形である時、この実施態様及び他のいくつかの実施態様において、エネルギ変換材料の数及び発光面の数はＮ及びＮ≧３であるが、本開示に限定されるものではない。
【００１５】
例えば、発光面の数は４つであり、エネルギ変換材料の数は４つである。図１Ａ、図１Ｂ及び図２Ａを参照する。
図１Ａは、本開示の第１の実施態様による集光モジュールの概略斜視図である。図１Ｂは、本開示の第１の実施態様による集光モジュールの概略上面図である。図２Ａは、本開示の一実施態様による図１Ａの集光モジュールの概略断面図である。この実施態様において、集光モジュール１００は、集光装置２００及び４つのエネルギ変換材料３１を含む。集光モジュール１００の外周部は、四角形である。
【００１６】
集光装置２００は、発光面４１、４２、４３及び４４、及び、第１の表面５０及び第２の表面５１を含む。第１の表面５０及び第２の表面５１は、互いに相対する。発光面４１、４２、４３及び４４は、第１の表面５０及び第２の表面５１と隣接している。
この実施態様及び他のいくつかの実施態様において、発光面４１、４２、４３及び４４の各々は、第１の表面５０と第１の角度θを形成する。この実施態様及び他のいくつかの実施態様において、第１の角度θは、１０°≦θ≦３５°、又は、８５°≦θ＜９０°を満たす。この実施態様及び他のいくつかの実施態様において、集光装置２００の材料は、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）であるが、材料は、本開示に限定されるものではない。
【００１７】
第１の表面５０は、複数の微細構造６０を有する。各々の微細構造６０は、異なる入射方向の光線７０を受光し、発光面４１、４２、４３及び４４に光線７０を伝達するために用いられる。
この実施態様及び他のいくつかの実施態様において、４つのエネルギ変換材料３１は、集光モジュール１００からの光線７０を電気エネルギへ変換するように、それぞれ発光面４１、４２、４３及び４４に配置される。
【００１８】
この実施態様及び他のいくつかの実施態様において、各々の微細構造６０は、照明面６２及び非照明面６４を含む。照明面６２の各々は、光線７０を受光するために用いられる。照明面６２及び第１の表面５０の垂直線２６は、第２の角度γを形成する。非照明面６４及び垂直線２６は、第３の角度δを形成する。第２の角度γ及び第３の角度δは、以下の条件を満たす：
０°≦γ≦４０°；及び７０°≦δ＜９０°。
【００１９】
第１の表面５０は中心軸２２、幾何学的中心及び対称軸２４を含み、各々の照明面６２は第１の表面５０の中心軸２２に面するので、第１の表面５０上に入射する光線７０は第１の表面５０を囲む発光面４１、４２、４３及び４４に伝達される。中心軸２２は第１の表面５０の幾何学的中心に位置し、第１の表面５０に対して垂直である。第１の表面５０の微細構造６０は、第１の表面５０の対称軸２４により第１の表面５０に対称的に配置されるので、微細構造６０は、異なる入射方向の光線７０を受光するために用いられる。
【００２０】
本実施態様において、集光装置２００は、反射面７９をさらに有する。一実施態様では、反射面７９は、限定的なものではないが、図２Ａに示すように第１の表面５０の端領域Ｒの領域に配置される。
この実施態様及び他のいくつかの実施態様において、反射面７５は、微細構造６０によって受光される光線７０を発光面４１、４２、４３及び４４の４つのエネルギ変換材料３１に反射させるように反射面７９に配置される。一実施態様において、図２Ｂに示すように、反射面７９は、発光面４１、４２、４３及び４４に配置される。この実施態様及び他のいくつかの実施態様において、反射面７５は、微細構造６０によって受光される光線７０を第１の表面５０の端領域Ｒに配置される４つのエネルギ変換材料３１に反射させるように反射面７９に配置される。
【００２１】
一実施態様において、第１の表面５０は、それぞれＪ1、Ｊ2、Ｊ3及びＪ4である４つの集光領域を有するが、その数は本開示に限定されるものではない。図１Ｂに示すように、集光領域Ｊ1、Ｊ2、Ｊ3及びＪ4における微細構造６０の配置方向は、互いに異なる。
【００２２】
一実施態様において、本開示の一実施態様による図１Ａの集光モジュールの概略上面図である図３Ａに示すように、第１の表面５０は、それぞれＬ1、Ｌ2、Ｌ3、Ｌ4、Ｌ5及びＬ6である６つの集光領域を有するが、その数は本開示に限定されるものではない。集光領域Ｌ1、Ｌ2、Ｌ3、Ｌ4、Ｌ5及びＬ6における微細構造６０の配置方向は、互いに異なる。別の実施態様において、第１の表面５０は、６以上の集光領域を有する。
【００２３】
この実施態様及び他のいくつかの実施態様において、微細構造６０は、図３Ｂに示すように、曲がったストライプ型の構造である。他の実施態様では、微細構造６０は、本開示の一実施態様による図３Ａの微細構造の配置の拡大平面図である図３Ｄに示すように、弧状のストライプ型の構造である。他の実施態様では、微細構造６０は、本開示の一実施例による図３Ａの微細構造の配置の拡大平面図である図３Ｆに示すように、弧状線及び直線を含むストライプの構造である。
図３Ｆを参照する。互いに隣接した微細構造６０の２つの曲率半径は、互いに異なる。その他の点では、互いに隣接した微細構造６０の２つの曲率半径は、特定値と同じである。特定の曲率半径は、集光領域の数によって調整される。集光領域が多いと、曲率半径はより大きくなる。
【００２４】
一実施態様において、微細構造６０は、不連続的に配置される複数のセグメントによって形成される。これらのセグメントは、本開示の一実施態様による図３Ａの微細構造の配置の拡大平面図である図３Ｃに示すように、破線構造で配置される。
他の実施態様では、これらのセグメントは、本開示の一実施態様による図３Ａの微細構造の配置の拡大平面図である図３Ｇに示すように、曲線及び直線を含むストライプ型の構造である。図３Ｇを参照すると、互いに隣接した微細構造６０の曲率半径は、互いに異なる、又は、特定値と同じである。特定の曲率半径は、集光領域の数によって調整される。第１の表面５０の集光領域の数が増加する時、微細構造の形状は弧状に近くなり、したがって、曲率半径も増加する。
【００２５】
この実施態様及び他のいくつかの実施態様において、微細構造６０は、実際の必要条件により閉ループ又は開ループで配置される。
【００２６】
上述の端領域Ｒは、第１の表面５０の外周部である。図２Ａ及び２Ｂは、本開示の一実施態様による図１Ａの集光モジュールの概略断面図であり、この実施態様及び他のいくつかの実施態様において、端領域Ｒは、図２Ａ及び２Ｂの２つの線のセグメントである。
光線７０の水平な入射方向１９及び基準軸２０は、水平な入射角αを形成する。光線７０の入射方向及び垂直線２６は、入射傾斜角βを形成する。基準軸２０は、集光領域Ｊ3の微細構造６０の配置方向に対して垂直である。
【００２７】
第１の角度θが９０°である図２Ａで集光モジュール１００を用いることで以下において実験が実行される。異なる入射方向の光線に関して９０°である第１の角度を有する図２Ａの集光モジュールの集光効率のグラフである図４を参照する。
水平軸は異なる入射傾斜角βを示し、垂直軸は集光効率を示す。太い実線Ｃ１１は、０°である水平な入射角αに対応する曲線である。細い実線Ｃ１３は、９０°である水平な入射角αに対応する曲線である。破線Ｃ１２は、４５°である水平な入射角αに対応する曲線である。
【００２８】
集光装置２００上の光線７０の水平な入射角αが４５°である時、集光装置２００は良好な集光効率を有し、最も高い集光効率は４３％に到達することが図４からわかる。集光効率は、第１の表面５０に入射している光線７０の光強度Ｉ1と第１の表面５０から出ている光線７０の光強度Ｉ2の比率であり、つまり、Ｉ2／Ｉ1である。
【００２９】
図５Ａ及び５Ｂを参照すると、図５Ａは、照明面及び垂直線の間の第２の角度が０°、５°及び４０°であり、非照明面及び垂直線の間の第３の角度が８０°である時、０°である光線の水平な入射角に関する図２Ａの集光モジュールの集光効率のグラフである。図５Ｂは、照明面及び垂直線の間の第２の角度が０°、５°及び４０°であり、非照明面及び垂直線の間の第３の角度が８０°である時、９０°である光線の水平な入射角に関する図２Ａの集光モジュールの集光効率のグラフである。
第１の角度θは、３０°である。水平軸は異なる入射傾斜角βを示し、垂直軸は集光効率を示す。太い実線Ｃ２１及びＣ３１は、それぞれ０°である照明面６２及び垂直線２６間の第２の角度γに対応する曲線である。破線Ｃ２２及びＣ３２は、５°である照明面６２及び垂直線２６間の第２の角度γに対応する曲線である。細い実線Ｃ２３及びＣ３３は、４０°である照明面６２及び垂直線２６間の第２の角度γに対応する曲線である。
【００３０】
照明面６２及び垂直線２６間の第２の角度γが５°であり、非照明面６４及び垂直線２６間の第３の角度δが８０°である集光装置２００上に光線７０が入射する時、集光装置２００は良好な集光効率を有し、最も高い集光効率は３０％に到達することが図５Ａ及び図５Ｂからわかる。
【００３１】
図６Ａ及び図６Ｂを参照する。図６Ａは、非照明面及び垂直線の間の第３の角度が７０°、８０°及び８９°であり、照明面及び垂直線の間の第２の角度が５°である時、０°である光線の水平な入射角に関する図２Ａの集光モジュールの集光効率のグラフである。図６Ｂは、非照明面及び垂直線の間の第３の角度が７０°、８０°及び８９°であり、照明面及び垂直線の間の第２の角度が５°である時、９０°である光線の水平な入射角に関する図２Ａの集光モジュールの集光効率のグラフである。
第１の角度θは、３０°である。水平軸は、異なる入射傾斜角βを示し、垂直軸は集光効率を示す。太い実線Ｃ４１及びＣ５１は、７０°である非照明面６４及び垂直線２６間の第３の角度δが対応する曲線である。破線Ｃ４２及びＣ５２は、８０°である非照明面６４及び垂直線２６の間の第３の角度δに対応する曲線である。細い実線Ｃ４３及びＣ５３は、８９°である非照明面６４及び垂直線２６の間の第３の角度δに対応する曲線である。
【００３２】
非照明面６４及び垂直線２６間の第３の角度δが８０°であり、照明面６２及び垂直線２６間の第２の角度γが５°である集光装置２００上に光線７０が入射する時、集光装置２００は良好な集光効率を有し、最も高い集光効率は３０％に到達することが図６Ａ及び６Ｂからわかる。
【００３３】
さらに、他のいくつかの実施態様において、集光装置２００は反射面７５を含まず、集光装置２００の屈折率及び外部環境の屈折率により、光線７０は、微細構造６０によって受光されて、集光装置２００及び外部環境間の界面で全反射を受けるように調整される。
【００３４】
発光面及び第１の表面が異なる第１の角度を形成する図２Ａの単一寸法の集光モジュールの集光効率のグラフである図７を参照する。
単一寸法とは、第１の表面５０上に割り当てられる微細構造６０が中心軸に沿って対称的に配置されず、したがって照明面６２及び非照明面６４が同じ方向に面していることを示すものである。水平軸は異なる入射傾斜角βを示し、垂直軸は集光効率を示す。
曲線Ｃ６１は、１０°である第１の角度θに対応する集光効率曲線である。曲線Ｃ６２は、２５°である第１の角度θに対応する集光効率曲線である。曲線Ｃ６３は、３５°である第１の角度θに対応する集光効率曲線である。曲線Ｃ６４は、５５°である第１の角度θに対応する集光効率曲線である。曲線Ｃ６５は、７５°である第１の角度θに対応する集光効率曲線である。曲線Ｃ６６は、８５°である第１の角度θに対応する集光効率曲線である。曲線Ｃ６７は、２５°である発光面４１、４２、４３及び４４並びに第１の表面５０間の内抱角に対応する集光効率曲線である。
【００３５】
１０°≦θ≦３５°、又は、８５°≦θ＜９０°である時、発光面４１、４２、４３及び４４で全反射を受ける光線７０（つまり、集光装置２００及び外部環境間の界面）が減少するので、集光装置２００は良好な集光効率を有し、最も高い集光効率は７１％に到達することが図７からわかる。
【００３６】
一実施態様において、集光装置２００は、図２Ａ、２Ｂ及び８Ａに示すように、一体的に形成された透明な光フィルムであるが、本開示に限定されるものでなはい。図８Ａは、本開示の一実施態様による図１Ａの集光モジュールの概略断面図である。図２Ａ及び２Ｂの集光装置２００と比較すると、図８Ａの集光装置２００は、反射面７９及び反射面７５を含まない。
【００３７】
別の実施態様において、集光装置２００は透明な光フィルムであるが、本開示の一実施態様による図１Ａの集光モジュールの概略断面図である図８Ｂに示すように、一体的に形成されていない。
集光装置２００は、集光ユニット８０及びくさび形のユニット８２をさらに含む。集光ユニット８０は、第１の表面５０及び第２の表面５１の間で配置される。集光ユニット８０の外周部に配置されるくさび形のユニット８２は、発光面４１、４２、４３及び４４を有する。エネルギ変換材料３１は、集光装置２００の発光面４１、４２、４３及び４４に配置される。
【００３８】
この実施態様及び他のいくつかの実施態様において、くさび形のユニット８２は、反射面７５をさらに有する。図８Ｃ及び８Ｄに示すように、反射面７５は、微細構造６０によって受光された光線７０を反射するために、発光面４１、４２、４３及び４４、又は、第１の表面５０の端領域Ｒに配置される。
図８Ｃは、本開示の一実施態様による図１Ａの集光モジュールの概略断面図である。図８Ｄは、本開示の一実施態様による図１Ａの集光モジュールの概略断面図である。本実施態様において、エネルギ変換材料３１は、集光装置２００の第１の表面５０端領域Ｒ、又は、発光面４１、４２、４３及び４４に配置される。
【００３９】
この実施態様及び他のいくつかの実施態様において、集光装置２００は、対称の光フィルムである（第１の表面５０は対称軸２４を有する）。それゆえに、集光装置２００の片側のみが、図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃ及び図８Ｄで示されている。
【００４０】
一方で、第１の角度が８５°である状況下における図８Ａ、８Ｂ及び８Ｄの単一寸法の集光ユニットの集光効率は、図９に示される。
水平軸は異なる入射傾斜角βを示し、垂直軸は集光効率を示す。曲線Ｃ７１は、図８Ｂの単一寸法の集光ユニットの曲線が当てはまる。曲線Ｃ７２は、図８Ａの単一寸法の集光ユニットの曲線が当てはまる。曲線Ｃ７３は、図８Ｄの単一寸法の集め光ユニットの曲線が当てはまる。
【００４１】
入射傾斜角βを適切な角度に調整することによって、単一寸法の集光ユニットの集光効率は８０％以上に到達する可能性があることが図９からわかる。
【００４２】
図１０Ａ及び１０Ｂを参照する。図１０Ａは、光線の水平な入射角が０°である時、微細構造によって占められる図８Ｄの集光モジュールの第１の表面の領域の異なる比率に関する集光効率のグラフである。図１０Ｂは、光線の水平な入射角が９０°である時、微細構造によって占められる図８Ｄの集光モジュールの第１の表面の領域の異なる比率に関する集光効率のグラフである。
図１０Ａにおいて、水平な入射角αは０°であり、入射傾斜角βは０°から９０°まで変動する。図１０Ｂにおいて、水平な入射角αは９０°であり、入射傾斜角βは０°から９０°まで変動する。
【００４３】
曲線Ｃ８１及びＣ９１は、微細構造６０の領域が第１の表面５０の領域の２５％を占める時の集光効率を表す。領域の２５％とは、微細構造６０が４つの集光領域のうちの１つのみに配置されることを示す。曲線Ｃ８２及びＣ９２は、微細構造の領域が第１の表面５０の領域の５０％を占める時の集光効率を表す。領域の５０％とは、微細構造６０が４つの集光領域の２つのみに配置されることを示す。曲線Ｃ８３及びＣ９３は、微細構造６０の領域が第１の表面５０の領域の７５％を占める時の集光効率を表す。領域の７５％とは、微細構造６０が４つの集光領域のうちの３つに配置されることを示す。曲線Ｃ８４及びＣ９４は、微細構造６０の領域が第１の表面５０の領域の１００％を占める時の集光効率を表す。領域の１００％とは、微細構造６０が各々の集光領域に配置されることを示す。
【００４４】
微細構造６０によって占有される（すなわち割り当てられる）領域が２５％より大きい時、入射の傾斜角βが６５°より大きい場合に集光効率は明らかに増加することが図１０Ａからわかる。占有される（すなわち割り当てられる）領域が７５％より大きい時、集光効率は２０％より高くなる。
【００４５】
図１０Ｂを参照する。微細構造６０によって占有される領域が２５％より大きい時、入射の傾斜角βが６５°より大きい場合に集光効率は明らかに増加する。占有される領域が７５％より大きい時、集光効率は１７％より高くなる。
【００４６】
上述の実施態様の全てにおいて、各々の微細構造６０の照明面６２は、集光装置２００によって受光される光線７０を第１の表面５０を囲む発光面４１、４２、４３及び４４に伝達するために、中心軸２２に面するように設計されているが、上述の実施態様は、本開示を制限する意図を有するものではない。
【００４７】
例えば、図１１及び図１２Ａを参照すると、図１１は、本開示の第２の実施態様による集光モジュールの構造の概略上面図であり、図１２Ａは本開示の一実施態様による図１１の集光モジュールの概略断面図である。
本実施態様において、集光モジュール３００は、集光装置４００及び複数のエネルギ変換材料３６を含む。集光装置４００は、複数の発光面６６、第１の表面５８及び第２の表面５９を含む。第１の表面５８及び第２の表面５９は、互いに相対する。
【００４８】
例えば、集光装置４００の外周部は、四角形である。この実施態様及び他のいくつかの実施態様において、エネルギ変換材料３６の数は４つであり、発光面６６の数は４つである。
４つの発光面６６は、それぞれ第１の表面５８及び第２の表面５９と隣接している。この実施態様及び他のいくつかの実施態様において、４つの発光面６６は、第２の表面５９との第１の内抱角ωを各々形成する。この実施態様及び他のいくつかの実施態様において、第１の内抱角ωは、以下の条件を満たす：１０°≦ω≦３５°；又は、８５°≦ω＜９０°。
【００４９】
この実施態様及び他のいくつかの実施態様において、集光装置４００の材料は、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）であるが、材料は、本開示に限定されるものではない。
【００５０】
第１の表面５８は、複数の微細構造６８を有する。各々の微細構造６８は、異なる入射方向の光線７０を受光し、４つの発光面６６に光線７０を伝達するために用いられる。この実施態様及び他のいくつかの実施態様において、４つのエネルギ変換材料３６は、集光装置４００からの光線７０を電気エネルギへ変換するように、それぞれ発光面６６に配置される。
【００５１】
この実施態様及び他のいくつかの実施態様において、各々の微細構造６８は、照明面７７及び非照明面７８を含む。照明面７７及び第１の表面５８の垂直線４６は、第２の角度γ´を形成し、第１の非照明面７８及び垂直線４６は、第３の角度δ´を形成し、以下の条件を満たす：  ０°≦γ´≦４０°；及び７０°≦δ´＜９０°。
【００５２】
各々の非照明面７８は、第１の表面５８の中心軸２８に面する。それゆえに、光線７０は、第１の表面５８に発された後、第１の表面５８に隣接して連続的に４つの発光面６６に伝達される。第１の表面５８の幾何学的中心に位置する中心軸２８は、第１の表面５８に対して垂直である。
【００５３】
この実施態様及び他のいくつかの実施態様において、集光装置４００は、一体的に形成された透明な光フィルムであるが、本開示に限定されるものではない。
この実施態様及び他のいくつかの実施態様において、集光装置４００は透明な光フィルムであるが、本開示の一実施態様による図１１の集光モジュールの概略断面図である図１２Ｂに示すように、一体的に形成されていない。集光装置４００は、集光ユニット９２及びくさび形のユニット９４を含む。
集光ユニット９２は、第１の表面５８及び第２の表面５９の間で配置される。くさび形のユニット９４は、集光ユニット９２の幾何学的中心に配置される。くさび形のユニット９４は４つの発光面６６を有し、エネルギ変換材料３６はそれぞれ集光装置４００の発光面６６に配置される。
【００５４】
集光装置４００は、本開示の一実施態様による図１１の集光モジュールの概略断面図である図１２Ｃに示すように、第２の表面５９の端部でくさび形のユニット９４に配置される他のエネルギ変換材料３６をさらに含む。
【００５５】
本開示の実施態様による集光装置及び集光モジュールにおいて、異なる配置方向に微細構造を有する第１の表面は、光線受光の固定角による発電量の減少、センサの取付けによる高コスト、及び、大容量のための取付けの障害の問題のような従来の太陽電池システムの問題を解決するように異なる入射方向の光線を受光するために用いられる。
さらに、第１の表面及び発光面によって形成される第１の内抱角ω、又は、第２の表面及び発光面によって形成される第１の角度θを設計することによって、発光面及び外部環境間の界面の全体の反射のために、光線の一部が失われることが回避されて、集光装置の集光効率が向上し、それによって、エネルギ変換材料の変換効率が向上する。１０°≦θ（又はω）≦３５°、又は、８５°≦θ（又はω）＜９０°を満たす時、集光装置の集光効率は向上する。
【００５６】
さらに、集光装置は、例えば携帯電話又はノートパソコンのような電子装置に適用可能なスクリーン保護フィルムである透明な光フィルムである。それゆえに、一方でディスプレイスクリーンの摩耗を防ぎ、また一方で、外部環境からの光線は発光面に伝達されて、発光面に配置される電気エネルギ変換要素は、電子装置の電池を充電するように電気エネルギを出力する。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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