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修平科技大學四年制機械工程系
專題製作報告
太陽能及風力發電-風扇
指導教授:宋鴻明
班級:四機三丙
組長:吳昀駿 BA99128
組員:蕭昌訓 BA99129
吳庭瑞 BA99142
卓佑澤 BA99109
中 華 民 國 一 百 零 二 年 六 月 十 號
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修 平 科 技 大 學 機械工程系
一百零二 年度專題製作及實務專題報告
太陽能及風力發電風扇
學號 姓名
BA99128 吳昀駿
BA99129 蕭昌訓
BA99142 吳庭瑞
BA99109 卓佑澤
本報告業經口試委員審查及口試合格特此證明
指 導 教 授:
系 主 任:
中 華 民 國 一 百 零 二 年 六 月 十 日
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目錄
摘要
第I章:序論‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 2
第II章:工作原理‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧4
第III章:製作過程‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 30
第IV章: 結果與討論‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧40
第V章: 參考文獻‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧42
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圖目錄
圖一‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧6
圖二‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧7
圖三‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧9
圖四‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧16
圖五‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧16
圖六‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧18
圖七‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧18
圖八‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧20
圖九‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧20
圖十‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧21
圖十一‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧26
圖十二‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧26
圖十三‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧27
圖十四‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧30
圖十五‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧35
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表目錄
表一‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧38
表二‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧39
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1
摘 要
本組所研究的專題,利用了兩種的天然資源,其主要
結構是利用太陽能及風力加以發電,接著再搭配一組可充式電
池,所產生出來的電能,可以儲存在電池,進而達到供電的需
求。
台灣現在主要是靠核能廠發電,但是汙染極高,然而天然
資源又不加以利用,太陽能跟風力並不普及,所以這次研究的
目的,是否能靠不產生污染的兩種資源,進而研究討論。
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2
第一章 序 論
前言
太陽能是地球接收自太陽之幅射能,其直接或間接的提供
地球上絕大部分之能量。地球與大氣圈不斷地自太陽獲得0.17
×10^18W 之幅射能量,數量實在大得難以想象。
假設每人平均需要1KW,則一百億人才不過是需要10^13W,
因此只要將抵達地表太陽能的百分之一轉換成可用的能量,則
滿足全球能源需求已是綽綽有餘。但是太陽能在先天上也有它
的缺點,首先,它是"稀薄的"能源,需要廣闊面積才能收集到。
其次,太陽能是"間竭性"的能源,無法連續不斷地供應,因此
太陽能必須加以儲蓄,以供夜晚或多雲日子使用,故有時需要
其他能源設備配合使用。
由於太陽能具有以上特點,開發和利用太陽能有一定的
難度,因此它作這一種環保能源,目前還沒有被人類很好的
利用。希望能藉著我們的研究而使大家知道太陽能是可以很
生活化的。
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3
研究動機
在一次電視科學節目裡,發現科技日新月異的進步,太陽
能及風力的發電經由科學家的技術,已經發展出不同的型態,
讓我們深感好奇,於是想研究看看太陽能及風力發電的奧妙。
目的
近年來綠色能源一直是地球發展的趨勢,因為台灣目前的
能源生產,主要依賴核能、燃煤及燃油,不僅原料受制於外國,
還有能源開發造成的環境污染也始終改善。而天然氣,石油、
煤…等資源。總會銷耗殆盡,所以希望藉由這次專題來討論太
陽能發電及風力發電使我們更加了解更希望能將這樣的能源
應用在生活更多地方。
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4
第二章 太陽能的原理
太陽能的特徵
太陽能源是電磁波的,是清潔的,不產生化學污染,不生
成二氧化碳,一氧化碳,二氧化硫,氧化氮,灰塵質點。不產
生放射性與放射物質。特別出色的是太陽能源不產生熱污染,
及無污染;源源不絕;巨量;隨在皆是;免費供應人人等… … 。
另外輻射量淡薄不易收集使用的問題,可用收集器
克服即太陽能板;間歇性,日夜晴陰不一致,可用
儲熱裝置即電池畜電機構。
我國太陽能電池產業發展有利及不利之處歸納如下:
(1)優點:
太陽能源安全、方便、無污染、取之不盡,用之不竭 產
品技術成熟,實用化已無大問題。
相關產業(半導體、印刷電路板、不斷電系統等)
完整,支援性高,單位勞動成本仍低於歐、美、日等國
歐美等國政府補助獎勵措施,刺激需求,有利拓展外銷,
產品售價逐年下降(以日本3KW 發電系統售價為例,自
1994年的680萬日幣降至1997 年的300萬日幣,預計2000
年降至110 萬日幣) 已有先前太陽能熱水器推廣發展經
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5
驗,國際環保公約使政府加速推動太陽能之使用。
(2)缺點:
須有太陽光才能發電,故產業發展初期有地域性限
制和既有電源相比,太陽能發電系統售價偏高,阻礙了
普及性,目前政府對使用者補助措施並不多,使得太陽能發電
無法與市電競爭,並未能於民需品中佔一席之地。
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傳統能源與太陽能源之效益比較圖
圖一
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7
電池的種類與太陽能電池
圖二
電池產品的種類可概分為化學電池及物理電池,化學電池
包含一次電池、二次電池及燃料電池;物理電池則包括太陽能
電池、熱起電力電池及原子力電池。
太陽能電池是利用電池將光的能量直接轉變成電能,由
於臺灣缺乏能源資源,超過95%以上的能源係由國外進口,
而利用傳統石油化學燃料所帶來的環境污染,亦使國內傳統
能源的開發工作困難重重。
太陽光是宇宙取之不盡,用之不竭的天然能源,又具安
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全、方便及無污染的特性,故太陽能再生能源的開發利用有
其必要性。太陽能電池的原理是將高純度的半導體材料加入一
些不純物使其呈現不同的性質,加入硼可形成P 型半導體,加
入磷可形成N 型半導體,PN 兩型半導體相結合,當太陽光入
射時,產生電力與電洞,有電流通過時,則產生電力。
由於單一太陽能電池所輸出的電力有限,為提高其發電
量,將許多太陽能電池經串並聯組合封裝程序後,做成模
板,成為太陽能電池模板(Solar Module )。
太陽能電池
由於在地球上的日照不平均,所以造成冷熱溫度對流而
生成風,而風力亦可發電,所以在美國,風力發電也歸太陽
能源的一種。此外太陽能的應用又可分為熱能的"太陽能熱水
器" 及光直接轉換電的"太陽能電池"。太陽能電池係一種利用
太陽光直接發電的光電半導體薄片,它祇要一照到光,瞬間就
可輸出電壓及電流。而此種太陽能光電池 (Solar cell )簡稱
為太陽能電池,或太陽電池,又可稱為太陽能晶片。在中國大
陸稱為硅晶片,因為中文"硅"是 矽的古字,矽為現代譯音字。
在物理學上稱為光生伏打,簡稱PV (photo = light 光線,
voltaics = electricity 電力)。
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圖三 太陽能電池發電原理圖
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2-1 太陽能板原料種類
矽(silicon)為目前通用的太陽能電池之原料,而在
市場上又區分為:(1)單結晶矽(2)多結晶矽(3)非結晶矽。
而目前市場應用上大多為單晶矽及非晶矽兩大類,
原因是:
(1)單晶矽效率最高。
(2)單晶矽價格最便宜,且無需封裝,生產也最快。
(3)非結晶矽的切割及下游再加工較不易,而前述兩種都較
易 於再切割及加工。
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,而白熾燈的波長與日光燈的波長不同,太陽能電池以
陽光或白熾燈之波長為較適用,而太陽能電子計算機上的太陽
能電池是屬於 "室內型的非晶" 如果長期拿到戶外曝曬,且串
並聯為較大電壓及電流時,將導致其內部連結組織燒斷而損壞,
這是過去有人因錯用材料(以為太陽能電池只有一種),卻誤以
為所有的太陽能電池都不實用的原因。
太陽能製造廠商將太陽能電池稱為cell ,國內業者則慣
稱晶片,把晶片(或依設計所需要的電流進行晶片切割後)焊上
箔條導線再將許多焊好的晶片用箔條串聯成一組,再與低鐵質
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強化玻璃層層疊疊起來,一同放入層壓機(laminate)的機台上
做真空封裝,製成module ( plane ) 稱之為模組或稱太陽能
板。一般太陽能光電商品,其太陽能輸出電流如果在300 毫安
(mA)以下時,都只會在太陽能板正極輸出端,接裝一個負載極
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,如此就可以接上蓄電池使用。
太陽能板的規格除了外形尺寸之外,另有一些特性數據,其中
Voc =開路電壓,
Isc = 短路電流,
Vmp ( Vop)=最大工作電壓,
Imp ( Iop) = 最大工作電流,
Vmp x Imp = W 瓦 / (最大)功率。
在太陽能商品說明書上所看到的數據均以100mW / cm2(即
無雲晴天中午的照度12 萬LUX ) 及攝氏溫度25 度,為測試條
件(各地氣候不同,一天中符合如此條件的機會很少)。所以實
際上的應用數據是達不到商品型錄上所號稱那麼高的。
太陽能電池的功能係以其轉換效率作為分等,以單結晶矽
來說:商業級 (印刷式) 晶片從11%~15%,特殊定製品從
15%~17%,太空級 (蒸鍍式) 晶片從16%~24%,當然效率愈高其
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價格就愈貴,在澳洲1996 年世界太陽能車競,Honda 就將效
率達24%的晶片全部契約買斷,而21%~23%也被其他集團高價包
下,目前地面用太空級晶片只有效率17%~19%的晶片。
值得一提的是:經過幾年來世界太陽能車3000 公里競賽
的經驗,發現唯有太空式晶片,才能經得起長途跋涉的顛簸震
動(焊接點不易脫落),這就是以焊接來說:蒸鍍式晶片與印刷
式晶片在移動環境(車用)使用下的效果差異。換句話說:固定
式(靜止)的太陽能電池模組,可以採用較便宜的印刷式晶片。
但以當今現有的焊接科技而言,在移動(震動)的環境下使用太
陽能電池時,目前還是以太空級(蒸鍍式)的太陽能電池較為
靠。
化合物半導體太陽能電池
化合物半導體多為Ⅲ-Ⅴ族及Ⅱ-Ⅳ族之化合物,效率
雖高但價格昂貴,較適合太空發展應用。此類型常見的種類有
砷化鎵(GaAs)、鎘碲(CdS/CdTe)、銅銦鎵二硒(CIGS)三種太陽
能電池。
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(1)砷化鎵:
GaAs 屬於Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體材料,其能隙為1.4eV,
高太陽光吸收率, 是很理想的太陽能電池材料。其製程主要
採用MOCVD(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)和
LPE(Liquid Phase Epitaxy)技術,將p-型和n-型晶體直接長
在晶片基板上,而基板本身通常不參與發電作用。其中MOCVD
方法製備GaAs 薄膜電池受基材結構匹配(lattice match)、反
應壓力、Ⅲ-Ⅴ比率、總流量等諸多參數影響,而這樣的磊晶
(epitaxy)成長方式優點則在於元件結構可以非常多樣化,例
如異接面、超晶格等結構。
最近Sharp 與Soectrolab 公司都分別發表了三異質接面
(GalnP/GalnAs/Ge) Ⅲ-Ⅴ聚光型太陽能電池(concentrator
solar cell)其轉換效率達37%以上。隨著新一代四異質接面
Ⅲ-Ⅴ聚光型太陽能電池的發展,未來轉換效率將突破40%。
(2)鎘碲:
此類型薄膜太陽能電池在薄膜式太陽能電池中歷史
最為悠久,在1982 年Kodak 首先作出光電效率超過10%之鎘
碲太陽能電池,而目前實驗室達成最高效率為16.5%。典型的
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CdTe 太陽能電池結構主體由約2μm層的P-type CdTe與0.1μm
的N-type CdS形成,光子吸收層主要發生於CdTe 層,可吸收
約90%以上的光子。目前已知為製造高光電效率CdTe 太陽能
電池,不論電池結構如何,均需要使用氯化鎘活化半導體層,
可採用濕式或是乾式蒸氣法,乾式法較為工業界採用。
目前CdTe 商業化產品效率已超過10%,但卻無法躍升為
市場主流之原因有以下幾點:
1. 模組與基材材料成本太高。
2. 碲天然蘊藏量有限,勢必供不應求。
3. 鎘的潛在性毒害。
(3)銅銦鎵二硒:
GIGS 材料隨銦鎵含量的不同其光吸收範圍可從1.02eV
至1.68eV,此項特徵可加以利用於多層堆疊模組。其結構有別
於非晶矽型光電池, 主要在於光電層與導電玻璃間有一緩衝
層buffer layer),該層材質通常為硫化鉻(CdS),載體可使用
具可繞性材質,所以製成上可以使用Roll-to-Roll 方式進
行。
GIGS 在高光電效率低材料成本的好處下,面臨三個
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主要困難需要克服:
1. 製程複雜,投資成本高。
2. 關鍵原料的供應。
3. 緩衝層CdS 潛在毒害。
2-2 新式太陽能電池
高油價時代來臨,替代能源愈來愈受重視,在台灣有新的
第三代太陽能電池技術成功研發出來,聲稱不受日照角度限制,
只要有光源,即使在室內也可發電,可以廣泛應用在 3C消費
產品,預估最快 2014年可邁入量產,全球產值至少有 60億新
台幣。
其特色,薄可做成可饒曲(形狀)透光(半透明),對於消費性電
子產品是蠻好的(如圖四)。
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圖四 新式立方體感應模組追日系統
圖五 系統架構圖
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系統是用來追蹤偵測並計算出照射在感測單元表面的太
陽光之方位角與仰角,其包含感應模組、處理單元、被動追日
系統單元、轉動單元與太陽能板。太陽能板接收太陽光之光強
度,用以產生對應光強度之電能 E_Energy。感應模組係具有複
數感測單元,且該等感測單元彼此相互形成立方體,用以根據
太陽光入射於該等感測單元之光強度,分別地產生對應光強度
的感測訊號,例如感測單元可為太陽能板。舉例而言,其中立
方體可為邊長相等之正立方體。處理單元與感應模組連接,且
分別地根據自該等感測單元所接收與其對應之感測訊號,產生
對應的控制訊號。其中,根據控制訊號,用以提供轉動單元轉
動太陽能板所需之方位角訊號與仰角訊號。轉動單元與太陽能
板連接,且根據控制訊號,轉動太陽能板,使得太陽能板垂直
面向入射太陽光。此外,應當可以了解到,轉動單元藉由方位
角訊號與仰角訊號轉動太陽能板,將使得太陽光之光強度於太
陽能板上產生最大的電能 E_Energy。值得注意的是,本發明之
主動式追日系統更可包含一被動式追日單元,其根據太陽的運
動軌跡,可選擇性的提供太陽能板轉動所需資料,並透過轉動
單元轉動太陽能板,發電效率會比固定式太陽能板多 30%↑。
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18
圖六
圖七
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2-3 塔式集熱系統
由於太陽光輻射的能流密度低, 當我們要利用太陽能時,
爲了爲了提高溫度來獲得足夠的能量, 通常必須採用集熱器,
來採集太陽能; 聚光集熱器能將太陽光聚焦在較小面積的吸
熱面上, 就好像我們小時後, 使用放大鏡來聚焦太陽光, 獲
得較高溫度, 讓紙片著火! 這種系統有一個必要條件, 就是
只能利用直射輻射, 所以必需追蹤太陽!
太陽能集中塔式集熱器, 透過佈滿中央吸收塔的四周地
面的數百片甚至數千片的反射鏡子, 自動直接追蹤太陽, 將
反射光精確投射中央高塔頂端的集熱裝置, 將光能轉變成熱
能, 加熱水、熔鹽或是其他介質產生蒸氣. 目前, 這樣的太陽
集熱技術, 已經可以產生攝氏600~1200度的高壓熱蒸氣, 用
以推動蒸氣渦輪機發電系統, 或者可以用來提供熱化學製氫
系統來使用。
1980年代初, 美國在南加州就已建成第一座太陽能集中
塔式集熱裝置--Solar One! 起初, Solar One發電功率爲10兆
瓦; 後來到了1992年,Solar One增加了熔鹽接收器和儲熱系統;
由於熔鹽在接收器內, 可以由攝氏288度加熱到565度, 比直
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20
接使用水當介質效能好; 再加上儲熱系統的功能, 順利的提
高了Solar One太陽塔的發電效能。
圖八
圖九
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2-4 拋物線槽式聚焦系統
至於已經在美國加州商業化應用的拋物線槽式聚焦系統,
主要是利用拋物線彎曲鏡面, 能夠以大於80倍的聚焦比率,
將太陽輻射聚焦到管狀的接收器上, 並將管內傳熱油類介質
( 或是水 ), 加熱至攝氏400度, 然後在熱交換器內産生高壓
高溫蒸汽,推動蒸汽渦輪機發電。
圖十
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22
太陽能目前發展
現今太陽能為地球發展最有潛力的能源,跟著時代的
進步能源的用途也更多方面,現今也有許多能源也開始枯
竭了,所以發展太陽能是取代現能源最好的方法之一。
太陽能可說是取之不盡用之不竭,不過也受早晚日照的影響,
所以克服日照的問題,也是發展太陽重要的一環,以前各國也
有對太陽能做研究發展,但是各家庭的使用普及率也不高,所
以才沒深入繼續研究,現因石油或核能等的能源危幾,造成各
國經濟的發展開始衰退,各國為了應付未來能源的問題,當今
發展太陽能是各國最需要的,所以太陽能是現今地球上取代各
能源最好的能源之一。
我國太陽能電池產業發展至今,仍僅處於起步階段,
術及研發方面需具絕對的優勢,才能和國外大廠競爭。
鑑於國內市場狹小,故短期內並不看好國內市場,應以外銷市
場為主,與國際大廠策略聯盟共同生產,較能減少投資風險。
工研院於2011年3月3日針對台灣太陽能產業發展狀況進行演
說,工研院估至2011年為止,台灣在矽晶圓產能到6.3GW;電
池產能為11GW;模組產能為2.56GW;而薄膜產能為0.6GW。也
表示,台灣的電池產能在會超過6GW,但針對市場未來的發展,
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市場的穩定性將是決定性的因素。工研院指出,缺乏原物料和
設備的供應;依賴技術移轉;以及集中在製造領域為不利於台
灣太陽能產業發展的關鍵因素;如不加以改善,將帶來高製造
成本;低毛利;與低競爭力。
根據工研院的分析,成本下降仍為太陽能產業發展的主要
因素,而台灣目前過度集中在中游電池與模組領域,產業的附
加價值遠不及於上游材料與設備;以及下游的系統整合領域,
不利台灣產業的長期發展。表示台灣太陽能產業未來應朝向技
術分散;發展上游關鍵設備與原物料;發展利基市場;以及擴
展地市場需求等方向來佈局。
由於太陽能發電系統生產成本高,業者莫不致力於降低成
本,除了掌握便宜的原料外,在技術面宜從事太陽能電池轉換
效之提昇、薄膜化的研究及輸配電網路的聯繫技術,在推廣使
用上,可進行太陽光電系統與屋瓦的一體化,即與建材廠商合
作,在施工時即安裝太陽能發電系統,甚至共同生產可發電的
太陽能屋瓦,提高附加產品價值並降低安裝成本。整體而言,
應從擴大需求著手,增加太陽能電池的應用範圍,如此產業才
有長期發展的基礎。
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24
2-5 風力發電
一、風力發電的原理
1.風能轉換及風力機
風力機(Wind Turbine)主要是藉著空氣流動轉動葉片
以擷取風的動能,進而轉換成有用的机械能或電能.葉
片轉子受風吹而轉動,係源於氣動力的作用( 包括升
力及阻力 ),對葉片產生轉動扭矩
風力機無法利用全部之風能.理論上, 葉片氣動轉換
之極限效率為59.3%。大多數葉片的轉換效率約在
30~45 %之間,經由机電轉換後,風力机的輸出效率則約
在 20~40%之間。
2.風力發電機特性
•一般風力機啟動風速約為 3 m/s。
•當風速在 4 m/s 以下時無法產生電力。
•當風速在 25 m/s 以上時因危險需停止運轉。
•風力發電機受風速變化無常之特性,並無法輸出穩
定的電力,因此一般均須併聯入大電網做為輔助電
力。
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二、風力機的分類
風力機的種類相當多,依結構式樣可分類為:
1. 按主軸與地面的相對位置,可分為水平軸與垂直軸式。
2. 按轉子相對於風向的位置,可分為上風式與下風式。
3. 按轉子葉片工作原理可分為升力型與阻力型。
4. 按轉子葉片數量,可分為單葉型,雙葉型,三葉型,荷蘭
型,美國農村多葉型。
水平軸風力機的優點在於:設計具多樣性、起動性能佳、
振動小、運轉效率高;垂直軸風力機的優點在於:可利用360°
的風、啟動風速低、風能利用率高、噪音小。
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26
圖十一
圖十二
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27
轉向裝置------->
發電機------------->
齒輪箱----------------------↑
輪殼----------------------------------------↑
圖十三
風能利用價值分等
風能價值分等是由美國密蘇里大學風力工程系對風能潛力
而加以區分。如下表:
年平均風速 (m/s) 風能利用價值
<3 沒什麼價值
3 勉強可用
4 還不錯
5 良好
6 優異
>6 特優
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28
三、風力發電優點
1. 考慮能源多元化,風力發電為技術成熟之再生能源。
2. 因應環保意識高漲,風力發電則無燃氣汙染。
3. 因應”氣候變化綱要公約”二氧化碳排放減量,風力發電
將是發展趨勢。
4. 因風力機造型設計美觀,可規劃成觀光景點。
風力發電未來展望
風力發電固然有許多優點,但與不同燃料之發電成本比
較,風力發電每度發電成本仍較其他方式高,加上風力之多
變性,無法單靠風能發電,必須與可靠之能源儲存系統聯用。
因此,如何降低發電成本以及發展可靠之能源儲存系統將是
風能利用與發展之主要課題。
現階段風力發電之經濟性仍無法與傳統發電方式抗衡,
但由於環保問題的重視及能源多元化,風力發電將是發展趨
勢。風力發電兼具能源與環保雙重貢獻,值得重視推行,
能源貢獻:以熱值估算,風力每發 1 度電約可減少 0.25公
升燃油或 0.37 公斤燃煤消耗。
每百萬瓦的風力發電每年可以減少傳統石化發電的二氧化
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碳排放量達 5000 噸.
環保貢獻:屬綠色電力(Green Power),每發 1 度電約較傳
統能源減少 1kg CO2及少量 Nox, SO2等污染物排放。社
會環境成本據評估僅0~0.1美分/度電,較傳統能源低甚多。
對生態環境保護相當有益。
未來的發展
太陽能計劃的實施和普遍的發展,以使得各家庭慢慢的
開始能習慣接受太陽能的各種產品,其次的是希望能使太陽能
達到使成為各家庭普遍的使用。也希望透過資料能讓各家庭更
了解使用太陽能的重要性和發展太陽能是現取代各能源的最
好一項發展,因發展太陽能礙於最大的主因是發展成本高,和
各產品的價格也較昂貴,至使大多數人礙於經濟的問題,而無
法普遍使用太陽能的各種產品,現各國家也開始積極的重視這
個問題。
所以國家政府也開始有補助,隨著能量的減少,如能以太
陽能取代各能量,相信至少能在延長各能量的使用年限,所以
開發太陽能如能達到經濟和實用的用途就能廣為各家庭普遍
使用,如有政府的更多鼓勵及輔助,幾年後太陽能就能成為相
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當普遍的資源,舉凡;電動汽車、腳踏車、太陽能發電…等等。
第三章 製作過程
3-1 太陽能電路板製作
太陽能電扇電路
圖十四
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製作過程
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操作說明
1. 打開電源開關,風扇啟動
2. 打開充電開關,光線充足時,蓄電池進行充電
3. 電源開關與太陽能充電開關不可同時開啟
檢討與改進
1.太陽能板與連接線焊接時須注意正負極性。
2.表頭直接焊至電路板上,亦須注意其極性。
3. LED ,DIODE 也要注意極性的正負,當極性接反就無法由
整流器充電。
4.焊接時須注意電線有無接好。
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3-2 風力發電製作
風力發電電路圖
圖十五
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製作過程
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3-3 材料表
表一、 太陽能電扇材料
項目 品名 規格 數量
1 二極體 IN60 1
2 SW. 搖頭 2段 3(5)Pin Minipcb Type 2
3 PCB 洞洞板 1
4 馬達 3V 1
5 LED 3mm,綠光 1
6 螺絲 3mm 用 4
7 銅柱 M3*30 4
8 單排針座 3Pin 1
9 太陽能板 4V,75mA 1
10 充電電池 1.2V 2
11 電池盒 3AA*2 1
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表二、 風力發電材料
項目 品名 數量
1 變壓器 12 0 12 1
2 7X7DC 12V 直流馬達 1
3 發電機馬達 1
4 整流二極體 2
5 電解電容 470uF 16V 1
6 LED (紅色) 1
7 3 Pin(公) 1
8 Sw滑動開關 1
9 螺母 14
10 螺母 3x8 6
11 迷你螺絲 2.5x5 1
12 長條螺絲 3x31 2
13 L型支架 4
14 銅柱 10mm 4
15 Pc版 10x16 1
16 AC電線 1
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第四章 結果與討論:
對許多人來說,太陽能電池不是長在太空梭上的一大塊,
就是計算機上那小小長方的一塊,似乎很難想到他在實際生活
中能有多大的用處。但是隨著技術的進步和普及,太陽能電力
系統已經漸漸的以路燈、廣告看板照明、輔助電力等等形式悄
悄的走入我們生活中。
因此用綠色能源發電來取代現今的高污染性的發電方式
是可行的,提高發電率是今後要努力的方向,這個目標也許近,
但相信不久的將來綠色能源發電一定會成為各國的主要電力
來源。
我們所定的目標是希望能利用太陽的能量及風的力量充
電可以不必適用到家裡的插座來進行小能量的充電。雖然目標
乍聽下好像並不難可是對我們組員來說卻是個考驗,因為我們
在找尋相關資料的過程中所遇到的事都是以前未曾接觸到的
事務。其實太陽能與風力是生活中不可缺少天然物資,如果能
有效的利用此能源,將會使我們省下更多的有形物質的消耗,
利用在發電方面是很多國家已經開始研究的問題,但是如何將
這樣的能源充份的利用就是研究的重點,更何況太陽能和風力
發電是取之不盡,用之不竭的。
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然而在專題製作過程中,對於電子方面不熟悉的我們,
遇上了不少問題也問了很多師長及店家,使我們了解並
加以改進,但完成後還是發現了些障礙點。
(1) 還是會有機會遇到沒有日曬及風源的狀況
(2)在電路設計上無法使用兩種能源同時充電
(3) 放電裝置馬達散熱不易
(4)發電效益小使得充點時間久
發電數據
使用 4V 75MA 太陽能板充電充電完畢需 20~30 小時
(依陽光強弱而定) 依公式計算後期
轉換效率約 12-20%
風力發電的部分經我們量測過後發電馬達產生約 5V 特
充電完畢約需 43 小時左右
此次專題研究我們都獲益匪淺,得了很多也學了許多,
同學們的努力及分工合作加上老師的細心指導,使我們
在製作及探討時更加順利與提升,更重要的是,這次專
題讓我們了解了綠色能源的觀念 ,希望能將這份觀念
灌輸給更多人知道,讓大家能夠一起節省能源。
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第五章 參考文獻
網路資料
1. http://www.kson.com.tw/chinese/study_23-8.htm
2. http://www.epochtimes.com/
3. http://pv.energytrend.com.tw/
4. http://www.digitimes.com.tw/tw/rpt/rpt_show.asp?
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http://www.solar-i.com/solt-Yu/energy%20website/
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書籍資料
1. 太陽能發電原理與應用
作者:馮垛生/主編
![Page 49: 太陽能及風力發電 風扇 - ir.hust.edu.twir.hust.edu.tw/bitstream/310993100/4287/1/太陽能及風力發電-風扇.pdf · 修 平 科 技 大 學 機械工程系 一百零二](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040101/5d66f01f88c993ac378b47d7/html5/thumbnails/49.jpg)
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出版社:五南
2. 風力發電系統
作者:阿克曼(Thomas Ackermann)
出版社:中國水利水電出版社
3. 風力發電技術
作者:張希良、郭興家、張勝雄、林矩民
出版社:新文京出版