臺灣博碩士論文加值系統

本論文採用高電光轉換效率之HID 氙燈取代傳統較耗能之水銀燈，以系統性整合太陽光電能板模組與深度循環電池，達成系統成本與容量最佳化之設計目的。系統之控制除經由控制器有效儲存太陽光電能板模組產生之電能外，並以高電光轉換效率之HID 氙燈提供光源作為路燈照明之用，經由整體性設計達到有效節能及環境保護的目的。
為驗證系統之實用性，本論文實際設計及製作一太陽光電能路燈系統，並考慮太陽光電能板無法發電的容許連續下雨天數，採用170W 太陽光電能板配合3 顆12V/48AH 並聯的深度循環電池做為太陽光電能儲存設備。研製之太陽光電能路燈系統使用35W 之高效能HID 氙燈，藉由適當設計之專用燈罩，使路燈於夜晚照明足以提供16.1 Lux 的照度，且陰雨天儲備電量可提供照明高達3 天以上。最後經由實測結果的驗證，除可驗證太陽光電能路燈系統之實用性外，相關測試資料亦可作為未來研究者之發展參考。

This thesis adopts the HID xenon lamp with high electro-optic conversion efficiency to replace the traditional mercury lamp which consumes high energy. The solar photovoltaic module is integrated by systematic design and is supported by appropriate deep recycle battery. With the effective storage of controllers and utilization of limited electricity, the most ideal performance design and manufacturing cost are achieved for street lamp to meet the goal of energy saving and environmental protection. To verify practicability of the system, this thesis designs and manufactures a solar photovoltaic street light system. With consideration of the tolerance of continuous raining situation, the 170W solar photovoltaic panel with 3 12V/48AH paralleled lead-acid batteries is applied for solar photovoltaic storage. In addition, 35W high efficiency HID xenon lamp is adopted so that the street lamp can provide appropriate 16.1 Lux illumination at night and save power for the consumption for more than 3 days during cloudy weather. Finally, the result of this study not only verifies the practicability of a HID solar photovoltaic street light system but also provides reference for researchers conducting related studies in the future.

中文摘要 i
英文摘要 ii
謝誌 iii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 ix
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 研究現況 3
1.3 論文大綱 4
第二章 文獻探討 5
2.1 電光源種類與特性 5
2.2 氙燈 12
2.3 電池電量估測 15
2.4 鉛蓄電池充電策略 18
2.5 MPPT 最大功率追蹤 20
第三章 HID 太陽光電能路燈系統設計 24
3.1 太陽光電能電池模組設計流程及參數訂定 25
3.2 鉛酸電池容量之設計流程及容量設計 29
3.3 HID 燈具特性分析與設計 31
3.4 充放電控制器之設計 39
第四章 HID 太陽光電能路燈系統實作成果 45
4.1 太陽光電能板發電與充電實測 45
4.2 氙燈與控制器效能實測 52
4.3 太陽光電能路燈節能效益結果分析 58
第五章 結論 61
5.1 總結 61
5.2 未來研究方向 63
參考文獻 64
圖目錄
圖2-1 電光源分類表圖 6
圖2-2 各類光源光譜對照圖 9
圖2-3 擾動觀察法架構圖 21
圖2-4 增量電導法架構圖 22
圖3-1 太陽光電能路燈系統方塊圖 24
圖3-2 太陽光電能電池模組系統設計流程圖 25
圖3-3 蓄電池容量設計流程圖 29
圖3-4 HID 頭燈設計分解圖 32
圖3-5 距地面十米高度時之光軌跡圖 33
圖3-6 距地面十米高度時之照度投影分布圖 33
圖3-7 極座標Iso-Candela 照度分布圖 34
圖3-8 極座標Iso-Candela 照度投影分布圖 34
圖3-9 矩形Candela 照度分布圖 35
圖3-10 太陽光電能HID 路燈系統規劃示意圖 35
圖3-11 控制器架構圖 40
圖3-12 充放電控制線路圖 41
圖3-13 系統方塊圖 42
圖3-14 系統實體電路圖 42
圖3-15 控制器PCB 佈線圖(90mm*76mm) 44
圖4-1 170W 太陽光電能板照度與電流曲線圖 45
圖4-2 170W 太陽光電能板與LED 鳥刺實體照片圖 46
圖4-3 170W 太陽光電能板之輸出電壓曲線圖 47
圖4-4 170W 太陽光電能板之輸出電流曲線圖 48
圖4-5 170W 太陽光電能板之輸出功率曲線圖 48
圖4-6 太陽光電能板電壓、電流波形圖 49
圖4-7 電池電壓、充電電流波形圖 50
圖4-8 太陽光電能板電流與電池充電電流波形圖 50
圖4-9 電池進入浮充狀態之電壓、電流波形圖 51
圖4-10 HID 點燈暫態之電壓、電流波形圖 52
圖4-11 HID 點燈瞬間之控制器輸出電壓波形圖 53
圖4-12 HID 點燈穩態之電壓、電流波形圖 53
圖4-13 控制器實體電路圖 54
圖4-14 1 號MOSFET 之Vds 電壓與Id 電流波形圖 55
圖4-15 2 號MOSFET 之Vds 電壓與Id 電流波形圖 55
圖4-16 實際量測情況圖 56
圖4-17 白天路燈實體照片圖 57
圖4-18 夜晚路燈實體照片圖 57
表目錄
表2-1 各類光源發光照度比較表 10
表2-2 高壓氣體放電燈優缺點表 11
表3-1 中央氣象局2006 年/1 月氣象資料表 28
表3-2 各類光源發光與消耗電力比較表 36
表3-3 各類光源發光照度比較表 37
表3-4 台電用電計費標準表 38
表3-5 不同光源之使用電費試算表 38
表3-6 控制器電氣規格表 43
表4-1 產品性能比較表 58
表4-2 HID 燈電費比較分析表 59
表4-3 LED 燈電費比較分析表 60

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