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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:蕭傑仁
研究生(外文):Chieh-Jen Hsiao
論文名稱:應用於室內照明之高輸出靜態式圓盤堆疊結構集光器
論文名稱(外文):A High Throughput Plane lighting Concentrator Using Round-shape Stacked Structure to Guide Sunlight for Indoor Illumination
指導教授:黃忠偉黃忠偉引用關係
指導教授(外文):Allen J.-W. Whang
口試委員:黃忠偉
口試日期:2012-07-18
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣科技大學
系所名稱:電子工程系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:80
中文關鍵詞:太陽能集光器圓盤式堆疊結構圓環結構壓縮光源室內照明
外文關鍵詞:Solar ConcentratorRound-shape Stacked StructureCircular StructureCompressed LightIndoor Illumination
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近年來,環保意識抬頭,太陽能源的運用更是綠能產業發展的重點目標。直接將陽光導入室內做為照明用,自然光照明系統並因此而誕生,但如何有效的擷取自然光,並有效的提高效率更是各學者長久以來努力的目標。此篇文章,我們提出一種新型結構的靜態式集光元件設計,該集光裝置結構由兩曲線型自由曲面所建立的透鏡組成,優良的透鏡設計並經由陣列方式堆疊排列及圓盤模組化後,可以將平行面光源壓縮成為點光源,並在圓盤圓心處將壓縮之高密度光線經由光纖導出作為照明。此外我們定義光學能量密度指標來計算太陽光線的集光效率值,此指標表示所蒐集到的陽光能量在集光器出口端的單位面積的流明值(1m/mm2),並由此指標數值高低來評量集光器能量輸出之效率。在綠建築技術領域,如自然光照明系統均可應用本技術。陣列堆疊圓盤化設計的集光裝置能達到大面積鋪設,以及依實際需求決定其堆疊圈數、穩定堆疊集光效率等優點,搭配追日鏡技術更可應用於各式建築。可算是結合聚焦式與堆疊式集光器各自優點的新型設計。
In recent years, green energy has undergone a lot of development and has been used for many applications. Many research studies have focused on illumination with sunlight as a means of saving energy and creating healthy lighting. A lot of studies have focused on the use of sunlight to provide indoor lighting and save energy. To create a low-cost collector that can be easily installed on a large building, we have designed a static concentrator, to collect sunlight for indoor illumination. Prismatic elements are typical devices of natural light illumination system for redirecting and collecting daylight. Based on the principles of optics, this paper presents a new type mathematical matrix static solar concentrator. We collect sunlight using a plane round-shape concentrator, compressing parallel light beams and transmitting light beams through a channel module from the export outlet of the concentrator, and we transmit the high-density light via optic fiber cable for indoor illumination. In addition, we define an optical energy density factor to calculate the value of the light gathering efficiency of the sunlight on the concentrator. This indicator shows the illumination of collected sunlight on the export side of the concentrator per unit area (1m/mm2). Our team has evaluated the concentrator’s efficiency by the indicator. We have designed a high throughput plane solar concentrator using round-shape stacked structure. This system will provide a great number of benefits for the people who use it.
論文摘要 II
ABSTRACT III
誌謝 IV
目錄 V
圖索引 IX
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機 1
1.3 論文章節概述 3
第二章 再生能源與綠建築 5
2.1 再生能源 5
2.2 綠建築 7
第三章 自然光照明系統的發展與光學基礎理論 10
3.1 自然光照明系統 10
3.1.1 遮蔽式照明系統(Shading System) 11
3.1.2 光學系統(Optical system) 12
壹、 集光子系統 13
貳、 傳光子系統 18
參、 放光子系統 20
3.2 光學基礎理論 20
3.2.1 光通量( Luminous flux,F ) 20
3.2.2 照度( Illumiance,E ) 22
3.2.3 立體角(Solid angle,Ω) 23
3.2.4 光強度( Luminous intensity,I ) 24
3.2.5 輝度( Luminance,L ) 25
3.2.6 照明的基本要件 27
3.3 幾何光學基礎理論 30
3.3.1 司乃耳定律(Snell's Law) 30
3.3.2 全反射( Total internal reflection ) 31
3.3.3 集光比定義( Concentration ratio ) 32
3.3.4 光展量定理( Etendue ) 32
第四章 新型集光子系統設計 33
4.1 集光系統的單位元構想 33
4.1.1 單位元的概念 35
4.1.2 單位元的初步架構設計 36
4.1.3 平行板概念應用於單位元設計 37
4.1.4 自由曲面透鏡單位元 38
4.1.5 自由曲面透鏡單位元之數學模型分析 40
壹、 光線穿透單一曲面[12] 40
貳、 光線穿透雙曲面[12] 44
4.2 可堆疊單位元之系統模組化設計 47
4.2.1 二維結構模組化 48
4.2.2 圓盤模組化設計 51
4.3 漸層式堆疊概念與傳光通道結合應用於圓盤式集光器 57
第五章 高輸出靜態式圓盤堆疊結構集光器之模擬分析結果 60
5.1 光學能量密度指標定義(Key Performance Index) 60
5.2 模擬條件及參數設定 61
5.3 高輸出靜態式圓盤堆疊結構集光器模擬結果 61
5.3.1 集光器結構詳細說明 62
5.3.2 高輸出靜態式圓盤堆疊結構集光器分析結果 64
5.4 新舊型圓盤結構比較 67
5.4.1 效率比較 67
5.4.2蒐集光源能量比較 70
5.5 與它型靜態式集光器(SunLego®)分析比較 72
5.5.1 集光比 72
5.5.2 蒐集光源能量 74
第六章 結論與未來展望 75
6.1 結論 75
6.2 未來展望 75
6.2.1菱鏡結構設計出光口 76
6.2.2複合結構-上層透鏡系統 77
參考文獻 79
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透鏡圓盤集光器設計」,中華民國發明專利,美國發明專利 (申請
中)
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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