複合式太陽能集光器之光學設計

THE OPTICAL DESIGN OF COMBO SOLAR CONCENTRATOR LENS

林宏彥(Hung-Yen Lin)

指導教授 ： 劉宗平

共同指導教授 ： 蕭金廷(Chin-Tin Hasio)

元智大學/電機通訊學院/光電工程研究所/碩士(2009年)

摘要

成本的考量之下，降低太陽能晶片材料的使用量以及提高太陽能電池之光電轉換效率是必須的。透過太陽能集光器之光學設計將大面積的太陽光，收集到較小面積的太陽能電池接受面上，以達到上述兩項目標。
本文將探討利用TIR zone、Fresnel zone以及aspherical zone所組成的複合式太陽能集光器之光學設計，利用全反射特性，能使折彎角度加大，以使之光學系統的高度降低。並透過菲涅耳透鏡和非球面透鏡的輔助，利用其輕薄以及折彎角度小之特性，達到太陽能集光器之設計的四大要點:高集光效率、大接收角、照度均勻化以及薄型化。

關鍵字

集光器 ； 全反射 ； 菲涅耳透鏡 ； 非球面透鏡

並列摘要

Considering cost of solar cell, it is necessary to reduce outlay of material of solar cell and improve conversion efficiency of solar cell. Solar concentrator by way of optical design can concentrate large area sunlight on the small area solar cell to obtain two goals as mentioned.

In this study, we utilize TIR zone, Fresnel zone and aspherical zone onto constitute the combo solar concentrator lens. The characteristic of TIR can help us to make great bending angles for decreasing the depth of optical system and smearing sunlight on the solar cell. The characteristics of Fresnel lens and aspherical lens are thin in lens thickness and small bending angle. The advantages of each zone can combine into one optical system to attain the major key points: high concentration ratio, wide acceptance angle, illuminance uniformity and compactness.

並列關鍵字

TIR ； solar concentrator ； Fresnel lens ； aspherical lens

參考文獻

4.王凱俊，自由曲面應用於取像系統之光學設計，元智大學光電工程研究所

5.王灝 ，自由曲面應用於頭戴型顯示器設計，元智大學光電工程研究所

6.林宗明，繞射元件於雙焦複合式物鏡設計之研究，元智大學光電工程研究所

8.Jose L. Alvarez, Vicente Díaz, Jesús Alonso，” Optics design key points for high gain photovoltaic solar energy concentrators,” pp. 1 – 8, vol. 5962

9.Daniel Feuermann and Jeffrey M. Gordon，” High-concentration photovoltaic design based on miniature parabolic dishes,” pp. 43 – 51, SPIE vol. 4446, 2002