太阳能动力机械系统开发制作.doc

太阳能动力机械系统开发制作光伏贸易网许育铭 周怡松 邓智豪 林勇志 屈书正 胡海平摘要 本实验主要是探讨如何使用光能转换成电能进而使机械模块运转，进一步了解光能的强度与太阳能板所产生电能之效率与光线种类使得机械模块运行的关系，本实验分两个部份，第一部份是将太阳能板放置在强度不同的光源(本实验是调整一般日光台灯与太阳能板之距离来改变光源强度)底下，观测太阳能板所产生的电压值，再将光源强度的数值与太阳能板所产生的电压绘图观察，测太阳能板的光电转换的效率呈曲型，第二部份是进一步将太能板装置在机械模块上且不能影响机械模块之运转，并要使所有太阳能板都找到充足之光源，再将整个模块放置在不同的光源底下观察他的运转状况是否正常，实验发现动力模块在一般日光灯下无法正常的运行，需再充足的太阳光底下才能正常运行。3一. 绪论1.1 太阳能原理太阳能电池的组件是由半导体构成的，其发电的原理是当太阳光照射在太阳能板上，让半导体吸收0.22.4m波长的太阳光，产生电子和电洞对，此时电子和电洞对会因为p-n接面的电场分离成光电压，再经由N极电极导线传输到负载如图1。图11.2 太阳能电池的种类 太阳能电池通常是以硅作为材料，其中又可以分作三种：单结晶硅、多结晶硅以及非结晶硅。1.2.1 单结晶硅太阳能电池 单晶硅是由多晶硅的在提炼出高纯度结晶硅后，在经由加压而制成的，单晶硅就如同是现在的半导体的长晶程序如图2，使结晶的方向一致，因此他的光电转换效率较高，其效率可达1124%，现在已广泛应用于太空和陆地上。图21.2.2 多结晶硅太阳能电池多晶硅太阳能电池是本身含有杂质，杂质多半聚集在结晶的边界，使自由电子和电洞移动不易如图3，因此而造成光电转换效率降低。由于单晶硅太阳能电池具有较高的效率，但因价格昂贵，使得在市场上的发展受到阻碍，相反的多晶硅太阳能电池，虽然光电转换效率没有单晶硅的太阳能电池高，可是由于它的成本较低和制作程序较为简单，而让市场所考虑图31.2.3 非结晶硅太阳能电池 非晶硅太阳能电池的材料是用硅甲烷(SiH4)，制作方式是利用气体激发解离成薄膜如图4，硅甲烷最大的优点为吸光和光导的能力较佳，可是电特性类似于绝缘体。非晶硅太阳能电池的优点是成本比多晶硅的还要便宜，可是它会随着时间而使光电转换的效率降低。图4二. 研究方法2.1 研究设备l 单晶硅太阳能电池五组l 日光台灯l 三用电表l 照度计l 遥控车2.2 研究太阳能板本实验所使用的太阳能电池为单晶硅太阳能电池。利用日光台灯来代替太阳光，将照度计放置台灯下以测量照度，并将太阳能板置于台灯下接上三用电表，记录所量测到的照度与电压，然后再改变台灯的高度，量测出各照度下太阳能板所产生的电压，并将照度与电压的关系绘制成曲线图。2.2 制作太阳能车先将遥控车的电池拆下用太阳能板代替，设计如何将太阳能板放置在车上，并考虑以何种排列方式以得到充足的照光，将太阳能板串联后接至电源输入端，然后将完成的太阳能车放置在太阳光下，观察太阳能车的活动情形。三. 结果与讨论3.1太阳能板特性结果由表1及表2的数据，制作出的数值曲线来看，很明显的可以看得出来黑色的太阳能板(图5)在发电的初期，较蓝色的太阳能板(图6)的效率高，较快可以达到趋近平稳的发电电压，不过最终所测量出来的结果，不管是蓝色或黑色的太阳能板，相同的吸收面积下，能产生的最高电压几乎一样是3伏特，在日光灯下与太阳光下的电流安培相差甚多。蓝色太阳能板数据照度(LUX)电压(V)0011211.2713331.5216741.7218861.8521001.9725402.1027102.1929702.3236502.4945602.62165803.02表1图5黑色太阳能板数据照度(LUX)电压(V)0011211.2713331.5216741.7218861.8521001.9725402.1027102.1929702.3236502.4945602.62165803.02表2图63.2 太阳能自走车之制作组装结果在测量前先测试若是使用8颗3号电池所需的电压，提供我们确认所需使用的太阳能板片数，完全不使用辅助电力来源，以确定能完全以太阳光来驱动太阳能自走车，太阳能板最后摆放的结果并非以我们尽量接近水平为前提的目标位置，但是已达到尽量利用到车体上方的空间。3.3 整车测试结果测试结果发现了可行性其高，但是，在成功的实验之下，必须要有几个绝对的前提条件：1. 天气状况必须“非常”良好。2. 在仰角60度至90度的太阳光才能较轻易的使太阳能板产生足够的电流量来驱动太阳能自走车。3. 太阳能自走车的行驶路线不可经过照射不到太阳光的地方。在此前提条件之下，其太阳能自走车能够以正常良好的行驶状态动作。四. 结论太阳能板的电压与光度关系分成两阶段，第一阶段是线性关系，第二阶段类似指数的负次方关系。太阳能板的工作效率与太阳能板的颜色有关系，越深的颜色，某个特定电压值所需要的光度越小，也就是线性区的斜率越大。足够数量的太阳能板在阳光充足之下，串联能发出稳定之直流电供给车体运作，接上车体以后不需任何改装，只需要足够的太阳能板产生足够的电压即可，车轴拉长更能稳定负重太阳能板。五. 参考文献1. 萧德仁(1995) “提升太阳能电池发电效率参数与机构之研究”，正修科技大学机电工程研究所硕士论文。2. 魏祥辉(1996) “太阳能辅助电动车效益研究”，中华技术学院机电光研究所硕士学位论文。3. 庄嘉琛(2005) “太阳能工程-太阳能电