黃秉鈞臺灣大學：機械工程學研究所孫輔笙Sun, Fu-ShengFu-ShengSun2007-11-282018-06-282007-11-282018-06-282006http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/61109本論文旨在探討各種高性能的太陽光發電應用技術，包含太陽光發電系統近最大功率點操作(nMPPO)、單軸三角度追蹤太陽光發電系統與雙軸追蹤集光發電系統等技術研究。 本研究提出三種統計的方法配合地區性的氣象資料進行nMPPO設計分析，以MSX60太陽電池作分析的結果來說，nMPPO最佳的蓄電池模組操作電壓落在13.2~15.0V之間。長期戶外測試結果顯示nMPPO系統在經過適當的設計下，其性能相當接近預期的最大功率輸出，nMPPO的總效率高達97%，其優越的表現足以和傳統最大功率追蹤控制器匹敵。 單軸三角度追蹤太陽光發電系統研究分析結果顯示，追蹤機構停駐角度50度，切換角度25度，是世界通用的設計，僅需依照裝置地點的緯度調整機構仰角。單軸三角度追蹤集光發電系統與一般無追蹤無集光的發電系統相較，單軸集光發電系統扣除機構與控制電路的耗電後，全天發電量最大約有30%左右的提升。以一個月的測試數據來看，單軸三角度追蹤集光發電系統平均比傳統的發電方式提高15%的發電量，而扣除每天的控制電路與馬達耗電之後，仍有10%左右的提升量。 雙軸追蹤集光發電系統主要研究人工智慧型追控系統，以人工智能進行決策、預測太陽軌跡、排除干擾、節省耗能。並結合高倍率(400X)的集光發電模組，於雙軸追蹤機構鎖定太陽後，實驗求得的集光發電模組轉換效率約為18%。雖然使用多重接面太陽電池的集光發電模組成本較高，且需要額外的追蹤控制系統，但相同發電量所需的太陽電池面積遠小於傳統的矽晶太陽電池，節省下來的太陽電池材料成本扣除額外追蹤機構與控制器的成本後，將使整體的太陽電池每瓦電力發電成本降低，而有利於太陽能發電系統的推廣。目錄 I 表目錄 IV 圖目錄 V 第一章 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究內容 15 第二章 太陽電池近最大功率點操作 19 2.1 太陽光發電系統近最大功率點操作(nMPPO)系統架構 19 2.1.1 太陽電池特性分析 19 2.1.2 太陽電池近最大功率點操作(nMPPO)系統架構 22 2.2 太陽光發電系統近最大功率點操作(nMPPO)分析 23 2.2.1 太陽電池性能分析 23 2.2.2 地區性氣象資料統計分析 28 2.3 以地區性氣象資料進行太陽光發電系統nMPPO設計 32 2.3.1 以累計最大功率能量設計nMPPO操作電壓 32 2.3.2 以最大功率電壓出現機率設計nMPPO操作電壓 36 2.3.3 直接搜尋nMPPO操作電壓 39 2.4 一千瓦太陽光發電系統近最大功率點操作長期測試 43 第三章 單軸三角度追蹤太陽光發電系統 51 3.1 單軸三角度太陽軌跡追蹤裝置設計概念 51 3.1.1 文獻回顧 51 3.1.2 系統架構 53 3.2 單軸三角度追蹤機構入射太陽能分析 61 3.2.1 參考座標及座標轉換 61 3.2.2 全年太陽能入射量計算 66 3.2.3 以固定時間為切換之模擬 70 3.3 單軸三角度追蹤機構參數設計 81 3.3.1 台灣地區最佳停駐角度分析(機構仰角與緯度相同) 82 3.3.2 台灣地區最佳停駐角度分析(機構仰角與緯度不同) 84 3.3.3 不同緯度地區最佳機構仰角及停駐角度分析 87 3.3.4 不同緯度地區採用固定停駐角度 =50度之分析 91 3.3.5 正南角度安裝誤差之影響 94 3.4 單軸三角度追蹤機構設計製作 96 3.4.1 第一代單軸三角度追蹤機構設計與製作 96 3.4.2 第二代單軸三角度追蹤機構設計與製作 109 3.5 性能測試 119 3.5.1 太陽能吸收量提升比率測試 119 3.5.2 太陽電池集光發電模組性能測試 131 3.5.3 單軸追蹤集光發電與固定式集光發電比較測試 134 3.5.4 單軸追蹤集光發電與固定式無集光發電比較測試 142 第四章 雙軸追蹤太陽光發電系統 149 4.1 雙軸追蹤太陽光發電系統設計概念 149 4.1.1 文獻回顧 149 4.1.2 系統架構 155 4.2 太陽軌跡分析 158 4.2.1 太陽位置仰角與方位角計算 159 4.2.2 上層東西向追蹤及下層南北向追蹤之太陽軌跡分析 160 4.2.3 上層南北向追蹤及下層東西向追蹤之太陽軌跡分析 170 4.3 雙軸追蹤太陽光發電系統製作與改良 174 4.3.1 雙軸追蹤太陽光發電系統製作 174 4.3.2 雙軸追蹤太陽光發電系統改良 180 4.4 智慧型控制器設計 183 4.4.1 人工智慧控制系統架構 183 4.4.2 太陽軌跡學習機制 186 4.4.3 太陽位置微調鎖定機制 189 4.4.4 干擾排除機制 193 4.5 單晶片控制電路設計製作 194 4.5.1 控制電路設計 194 4.5.2 PCB電路板設計製作 197 4.6 智慧型追蹤控制系統整合測試 201 4.6.1 電腦監控程式 201 4.6.2 智慧型追蹤控制器運作性能 204 4.6.3 智慧型追蹤控制器軌跡學習功能測試 208 4.6.4 雙軸追蹤集光發電測試實驗結果 211 第五章 討論與結論 215 5.1 討論 215 5.1.1 太陽電池近最大功率點操作 215 5.1.2 單軸三角度追蹤太陽光發電系統 216 5.1.3 雙軸追蹤太陽光發電系統 220 5.2 結論 222 5.2.1 太陽電池近最大功率點操作實驗結果 222 5.2.2 單軸三角度追蹤太陽光發電系統 223 5.2.3 雙軸追蹤太陽光發電系統 224 5.2.4 高性能太陽光發電系統比較 225 5.3 未來展望 226 參考文獻 229 作者簡歷 2336238753 bytesapplication/pdfen-US太陽光發電單軸三角度追蹤雙軸追蹤人工智慧最大功率nMPPOcPVone-axis three-position trackingAIFresnel lensPV systemthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/61109/1/ntu-95-F87522833-1.pdf