高效率太阳能车

1、高效率太陽能車指導老師：王國禎、蔡志成 組員：49161023 張友倫 49161018 溫承豫 49161046 李志健 目錄I. 緣起 -3II. 功能描述 -3III. 目前技術討論 -4IV. 初步設計與評估 -7V. 擬進行方法與步驟 -9VI. 可能之困難與期許目標-12VII. 工作項目及工作分配 -13VIII. 進度規劃 -14IX. 參考資料 -15I .緣起：科技的發達，每天都有各式各樣的新產品推出，相對地人類對能源的使用量也增加許多。目前人類最重要的能源是石油和煤，不過在人類不斷的開採下而使得數量逐日減少，所以便開始找尋可用的替代能源，結果發現現今使用的能源如石油和煤等

2、的產生都源自於太陽，於是便積極研究關於太陽的資訊，因為太陽能是免費的無限制能源，而又不會造成環境的污染。有幾次在電視新聞及網路上看到了台大與南台科大所展示有關太陽能車的報導，而又由於先前世界所引發的能源危機而造成對太陽能的研究，因此便對此有了一些疑惑及興趣想去進一步的深入了解。II .功能描述：1. 太陽光照射到太陽能電池所產生之電流與電壓均很小，必須藉由串、並聯的設計形成一 陣列，方能獲得具使用價值的能量。 2.在太陽能板上加裝透鏡以達到集中光線來增強能量的效果。 3.因太陽能電池不具蓄電能力，故需另設充電電池和控制裝置，把用不到的多餘電力藉由 電池來儲存。 4.一般太陽能的光電商品，其太陽

3、能所輸出的電流如果在300毫安(mA)以下時,都只會在太 陽能板正極輸出端，所以需要在電路中接一個負載極微小的防逆二極體 (schottky diode消 基二極體)以防止蓄電池內的電流逆流回到太陽能板，便可以避免太陽能電池的使用壽命 減短。 5.利用感測器(光敏電阻)對其所偵測到的光線強弱自行做判斷，然後使反射鏡旋轉到適當的 位置或者是使整塊的太陽能板隨時都能正對陽光以增加可使用的能量。 6.反射鏡的轉動則須依靠馬達齒輪及皮帶來驅動。 7.車子在行進時的動力是由太陽能板所產生之電力直接供應。 III .目前技術討論： 多結晶矽太陽能電池資料來源：認識太陽能電池http:/www.solar-

4、/know.html 以轉換光能來說，大多是利用所謂的光電池（solar cell），並利用光電池組合成的模板（Module）受太陽光照射時，直接轉換光能為電能的發電裝置。它是一種光電半導體薄片，由N型半導體跟P型半導體組合而成，當太陽光子打在光電板上，就會造成上層正電往下層移動，下層的負電往上移動，因而形成電流。此類的薄片只要照射到光，短時間內便可輸出電壓及電流。現階段來說，矽（silicon）是太陽能電池的主要原料，然而矽又可分為：單結晶矽、多結晶矽、非結晶矽等三類。因為單晶的效率較高，已達20以上，而非晶的價格最為便宜，所以市場上大多為單晶矽及非晶矽兩大類。而結晶型太陽電池不論

5、串聯或並聯，其受光面須在同一平面，如有一部份受到遮陰，則可能造成局部電阻，降低或無法發出電力，但非晶型太陽電池的影響較小，所以當它設計成曲面時仍有電力輸出，但仍以平面時輸出最大。太陽能電池的發電能源來自於光的波長，太陽光是一種全域波長，而以矽晶片為主的太陽能模組只對於波長為0.3m至0.6m的光線有作用，這個範圍的波長正好是可見光的波長，而這些波長同時也是太陽能光譜內能量最強的區域。下面兩點分別是關於太陽能發電系統及太陽能電池的最新技術 1. 行政院原子能委員會核能研究所（核研所）在93年12月所公佈的聚光型太陽能發電系統的研究方面，目前已完成100倍聚光倍率之聚光型太陽能發電模組的開發與製作

6、，結合商用III-V族太陽電池與菲涅爾透鏡（Fresnel lens）製作完成的聚光型發電模組，其模組能量轉換效率已達19，優於現今商用矽質太陽電池（模組效率約為1014）的效能。經由數個發電模組與太陽光追蹤系統結合而成的國內第一套折射式聚光型太陽能發電系統（輸出功率為150W），目前已在進行組裝驗證與測試中。 在高效率III-V族太陽電池片研究開發方面，核研所已與業界共同完成III-V族多接面太陽電池基礎結構之開發製作，其能量轉換效率達25以上，且為可立即量產之技術。未來核研所將持續與業界合作精進磊晶與製程技術，預計製做完成的太陽電池片效率將於兩年內達30以上。此外，核研所在研發過程中亦已完

7、成兩件發明專利申請書之撰提，目前正向我國及美、日、歐盟等國提出專利申請。 2.日本夏普（Sharp）公司在2004年6月巴黎的國際會議上，發表薄如紙張並且能夠彎曲捲起的太陽能電池。新開發的太陽能電池的轉換效率為28.5%，比14%的住宅用多結晶矽太陽能電池在效率上提高許多。另外，國內外的廠商都在開發薄型的太陽能電池，除了主流的矽之外，還有利用花色素等的色素增感型，但是轉換效率較低。新開發的電池若能夠裝設在手機、衣物及車上等地方，在移動的同時還能供應電製品電力的話，就能夠很快的流通普及。 為提高轉換效率，應用了使用於人工衛星的單結晶化合物太陽能電池技術。通常單結晶的厚度為200微米（微米為千分之

8、一厘米），但夏普研發出不需埋入半導體配線零件及基台，但只要一旦裝上後，拆除亦可以發揮半導體功能的基板技術，厚度縮減為13微米，重量也只剩100分之1，取名為化合物可彎折太陽能電池。 兩張名片大小的太陽能電池重量約1公克，發電量2.6瓦特，足夠供應腳踏車的車燈所需的電量。只要接上電極，將其製成窗簾或帳篷的材質就能同時遮陽並發電，還可以貼在車子外面或者捲在圓柱外面來使用，將來接上蓄電池還可以充當手機等的充電器。有機太陽能電板(太陽能電池)可撓式太陽能電池資料來源：太陽能電池.tw/ycchao/non2.htmIV .初步設計與評估：太陽能車(賽車用)資料來源：

9、/projects/ sponsor/yalesol.htm小型太陽能模型車資料來源：/youngstrong/1.html分析： 在太陽能車的發展上，已經有發展出可供人坐乘的太陽能車，但是因為受到限制(載重量、太陽能板效率、車輛大小)，目前僅供用來參與學術上的競賽。要發展出有實用性的小型式家庭用的汽車，或是工業用的卡車，恐怕還有一段很長的路要走。目前我們所做的只是個小型的遙控車，跟上述的賽車用的大型太陽能車可說是天差地遠，因此對於其就不做太多的討論。 在開學沒多久，我們就已經拿到去年學長所做的太陽能遙控汽車，其構造可說

10、是相當的簡單，有一面經過串並聯的太陽能陣列，兩面反射用之鏡面，以及遙控汽車的基礎結構(車身、伺服器、遙控器、電力系統)，而從學長的測試數據上可以發現不同角度的太陽照射和強度會對產生的電流有所影響，故我們這組就朝著這個方向來實行。初步的分析如下：車身：使用太陽光可能會造成電力來源的不穩定，所以整個車體結構必須以輕量化的材料為主要目標，才能避免能量的消耗，所以採用飛機木(不耐衝擊) ，而對於傳輸機構的支撐架則使用較堅固之材料如壓克力，避免造成受力不均勻而導致損壞，而目前已經有現成的車子，如沒有必要，應該不會對其做出更改或是重新設計。動力：1.太陽能所提供的電力較不穩定，所以還需要可供儲存電力的電池

11、，關於這點我們打算採用鋰電池，因為它具有高工作電壓(3.6V)、高能量密度、放電平穩、工作溫度區間大等優點。2.馬達則是用DC直流馬達。3.車體的行進則是依靠後輪的動力，方向的控制則是由前輪的伺服器所控制。電池性能比較表特性鎳鎘電池鎳氫電池充電鋰電池能量密度最低比鎳鎘高最高記憶效應有記憶效應幾乎無記憶效應記憶效應極低價格較便宜目前約為鎳鎘電池兩倍價格約為鎳氫電池3-4倍環保要求須回收環保免回收環保免回收資料來源：電池介紹.tw/r120838649/li.htm反光鏡：為了能使其自轉到使太陽能板增加光線照射的面積。太陽能板：為了使太陽能板隨時都能正對

12、太陽來提高能量的吸收，於是就需要有感測器的存 在，也就是利用光感測元件將光線明暗變化的程度轉換為電信訊號，並成為電子電 路邏輯處理之依據來驅動太陽能板旋轉到最佳的位置，而在太陽能板上加裝透鏡及 反射鏡也能達到增加能量的效果。感測器類型：利用光敏電阻也就是對光敏感的電阻器，它會以環境中光照的亮度來 調整其電阻的大小；因此常被用在路燈的光控開關系統中。當傍晚或陰天，天色開始 昏暗時，光慢慢變弱，光控開關就被自動開啟，街燈就亮；反之，街燈就熄了。於是 便運用其可偵測光線強弱之特性，來帶動反光鏡或者是太陽能板的轉動。V .擬進行方法與步驟：(方法一)可自轉式的反射鏡面：在太陽能板上裝設感測的機能，偵測

13、到太陽光的照射以後自動地調整角度，達到所需要的位置後停止，此種方法的優勢在於兩面反射鏡能自動地調整角度，增加在太陽能板上的照射面積，使得產生的能量能增加。感測器方面，初步規劃是使用光感測器(光敏電阻)，於太陽能板的尾角兩端加裝，加裝於兩端的目的主要是希望能照著電流的正負方向來比較驅動兩塊太陽能板，而感測器以角度不同來做分配，但是在能量收集上會有兩種可能的情況：1.設計反射鏡在反射太陽光之後能照射到整面的太陽能板2.設計反射鏡在反射太陽光之後將能量再太陽能板上的某一部分做加強以上兩種不同的情況產生的電流也應該會有所不同，這方面則需要在測試後再做選擇。反射鏡方面，則是由馬達來驅動，以兩面反射鏡來自

14、轉的模式，但由於感測器在固定的位置上，我們設計了以一面反射鏡來帶動另一面反射鏡，如此一來便可減少一顆馬達所需提供的電力。 同時在太陽能板上加裝有聚焦功能的透鏡，使得照射在太陽能板上的能量增加，而透鏡的設計，則是期望能設計出配合最佳太陽照射的角度來做考量。同樣地，透鏡在聚焦上亦有整面照射和部分加強的情況，此方面也是在測試之後再來做決定。(方法二)可自轉的太陽能板：設計自轉的太陽能板，使其能在太陽照射下自行旋轉到與陽光垂直的角度，然後在上面加上可聚焦的透鏡，加強所吸收的能量，我們的太陽能板分成四塊並聯的部分，為四塊長條形狀的太陽能板，此四長條則是經由串並聯的太陽能電池所組成的，目前採用的想法是將太

15、陽能板架出一定的高度，在四塊太陽能板下加上旋轉軸，使得太陽能板能在感測器接收訊號之後自行改變對光的角度，至於感測器的擺放位置，初步的想法是把它裝在太陽能板的左右兩側來判別光的強弱，並使太陽能板依照其判別結果來左右轉動。對我們來說另一個重點就是車身旋轉的時候所要面對的問題，因為車身一旦轉彎，太陽照射的角度自然就會跟著變換，目前的想法則是希望能再加上另外一軸使得太陽能板能做另一方向的旋轉，以期達到想要的照射角度來吸收能量。不過如果照這樣設計，上面所提的反射鏡可能就變得不必要了。VI .可能之困難與期許目標：1.困難處： (1)感測器是否真的能準確測得最佳的反射鏡的角度位置或是太陽能板與陽光成垂直的

16、位置 來達到增加太陽能板的照射面積。 (2)對於電路系統的設計或伺服器的控制並不是非常明暸，所以在這方面要花一點心思。 (3)在加裝了自轉的反射鏡或太陽能板，所要面臨到的就是我們必須額外地提供電力給予驅 動系統，最糟糕的情況就是，給予旋轉系統所需之電量遠比太陽能板增加的能量還要多， 如此在設計上恐怕就失去了原先的意義。 (4)陰影會影響發電量極大，設計時應避開可能之陰影。(5)加裝透鏡對提供能量是有幫助的，但重點在於隨著車體的方向不同，太陽光對於太陽能板的照射角度也是會有所不同，是否透鏡在此時仍然能發揮出一定的功效是不可知的，且透鏡在架設上亦是需要解決的問題，焦距較長的透鏡，裝設後是否對於聚焦

17、沒有太大的幫助，或是裝設透鏡後，在聚光上是否會和其他的透鏡產生了干擾的現象，都是目前需要考量到的問題。且在透鏡與反射鏡的配合上是否能達到預期的最大功效，也亦不可知。2.期許目標： (1) 能增加太陽能板所產生出來的能量，並有足夠的電力來驅動車子 (2) 反光鏡能藉由感測器的判斷而自行達到陽光反射最佳位置(3) 太陽能板能自行旋轉至最佳照射位置VIII .工作項目及工作分配：工作項目工作分配資料的收集全體透鏡的類型全體透鏡的材料及形狀全體可自轉反射鏡的設計全體聚焦透鏡最佳的擺放位置全體感測器的應用及位置全體傳動系統的設計全體伺服器及電路的設計全體車體外型與結構分析全體設計圖的繪製李志健總務張友倫

18、IX. 進度規劃作項目工作進度123456789101112131415資料的收集透鏡的類型透鏡的材料及形狀可自轉反射鏡的設計聚焦透鏡最佳的擺放位置感測器的應用及位置傳動系統的設計伺服器及電路的設計車體外型與結構分析紅色：預估進度藍色：實際進度X.參考資料：1. 國科會國際合作簡訊網.tw/view_detail.asp?doc_uid=09309170172. 黃文雄著 太陽能之應用及理論 民國六十七年六月初版 協志工業叢書3. Tour a Solar Car /education/seles9.html 4. 太陽能模

19、型車/youngstrong/1.html5. 電池介紹.tw/r120838649/li.htm6. 光敏電阻 .tw/modphyslab/ggda/gds/photoresister.htm7. 黃文雄著 太陽能之應用及理論 民國六十七年六月初版 協志工業叢書陳瑞和編著 感測器 民國八十年初版 全華科技圖書股份有限公司As of Microsoft Internet Explorer 4.0, you can applmultimedia-style eff

20、ects to your Web pages using visual filters and transitions. You can apply visual filters and transitions to standard HTML controls, such as text containers, images, and other windowless objects. Transitions are time-varying filters that create a transition from one visual state to another. By combi

21、ning filters and transitions with basic scripting, you can create visually engaging and interactive documents.Internet Explorer 5.5 and later supports a rich variety of optimized filters. Click the following button to see a demonstration of many of these filters and how to usetheProcedural surfaces

22、are colored surfaces that display between the content of an object and the objects background. Procedural surfaces define each pixels RGB color and alpha values dynamically. Only the procedure used to compute the surface is stored in memory. The content of an object with a procedural surface applied is not af