臺灣博碩士論文加值系統

能源短缺的問題已經受到世界各國的重視，然而太陽能是世界上最豐富、最長久性的能源，具有不變性的特質，若能好好利用太陽能發電，可以減少溫室效應的產生。太陽能電池的發電效率一直以來都不高，且價格昂貴；故基於成本與效率的考量，需要一個集光系統將較多的陽光收集到太陽能電池內。菲涅爾透鏡(Fresnel lens)在光學系統中能夠發揮非常好的效果，故經常被使用在太陽能集光器之中。聚焦型菲涅爾透鏡應用在太陽能光發電系統上，使原本大面積、低密度與低利用率的能量(光、電磁波)，透過提高光線集中照射在太陽電池上，減少太陽能晶片鋪設面積，達到高密度能量與高利用率的目的。
本論文設計一太陽能集光鏡片，具有菲涅爾結構。結合光學設計、射出與射出壓縮成形、檢測技術以及集光效果檢測。光學設計部分，利用光學軟體TracePro模擬集光效果，其次變更設計參數間距(Pitch)與焦距，探討參數對於集光效果影響；利用CAE模流分析軟體Moldflow進行模具設計與開發。實驗部分，搭配射出成形與射出壓縮成形技術製造太陽能集光鏡片，並探討其複製性及光學性質。研究結果發現射出與射出壓縮成形表面輪廓的複製性皆在95%以上，其中射出壓縮成形之複製性優於射出成形且澆口附近之殘留應力較不明顯。複製性高之集光鏡片相對可以提高太陽能電池轉換效率，透過集光鏡片之砷化鎵電池轉換效率可達到30.50%，功率提升9倍。


關鍵字：菲涅爾透鏡、光學設計、射出壓縮成形、複製性

The shortage of energy has been noticed around the world. However, solar power is the richest and the most long-term nature of energy, with the characteristics of degeneration. If the solar power can be used properly, it helps to reduce the effects of greenhouse. Unfortunately, the efficiency for power generation efficiency of solar cells is low and expensive. As cost and efficiency of the test volume are concerned, we need a set of optical system to collect more sunlights in solar cells. As Fresnel Lens produce good results for optical system, it is usually employed in sets of optical devices to collect solar energy. In addition, Focus Type Fresnel Lens was used in solar concentrator system. It helps not only the original large-scale, low-density, and low interest rate of energy with volume (i.e., light and electromagnetic waves) focus on the concentration of radiation in the solar light, but also reduces the solar wafers area and volume to achieve high-density and high-interest rate purposes.
The solar concentrator lenses, with Fresnel structure was designed in the current study. It combined with optical design, injection molding, injection compression molding and measure. As for the optical design, more specifically, the optical simulation software, Trace Pro, followed by the design of parameters changed Pitch, and the focal length were used to explore the impact parameters for the set of optical effects. For mold design and development, CAE Software (i.e., Moldflow Analysis) was employed in this study. The injection molding and injection compression molding were employed to make solar concentrator lenses in the experiment. In addition, the discussion of replication and optical effects was followed. In the present study, the outline replication ability of injection and injection compression molding were both over 95%. Moreover, the replication with injection compression molding was better than that with injection molding. The stress near the gate for the former was less obvious than that of latter one. High replication of solar concentrator lenses boosted solar cell more efficiently, the GaAs efficiency can achieve 30.50% with solar concentrator lenses and the power improves about 9 times.

Keyword : Fresnel lens, optical design, injection compression molding, replication

目錄
摘 要 i
ABSTRACT ii
誌謝 iii
目錄 iv
第一章 緒論 1
1.1 背景 1
1.2 射出與射出壓縮成形介紹 3
1.3 文獻回顧 6
1.3.1菲涅爾透鏡設計文獻 6
1.3.2射出成形文獻 9
1.4 研究動機與目的 10
1.5 論文架構 11
第二章 光學理論與集光系統原理 12
2.1 光學基礎理論 12
2.1.1折射率 12
2.1.2折射定律 12
2.2 輻射度學與光度學 14
2.3 太陽能集光器系統介紹 15
2.3.1太陽能集光系統原理 15
2.3.2 集光器系統 16
2.4 平面 Fresnel 透鏡的設計 18
2.4.1當 Fresnel 環帶面對物空間 18
2.4.2 當Fresnel環帶面對像空間 20
2.5 太陽能電池介紹 21
2.5.1光起伏特效應 21
2.5.2太陽能電池種類 22
2.5.3能量轉換效率 23
2.6 勻化器 24
第三章 研究方法與步驟 26
3.1 光學模擬簡介 28
3.2 TracePro軟體介紹 28
3.3 光學分析模擬 29
3.3.1光源設定 30
3.3.2 太陽能集光鏡片光學分析模擬步驟 33
3.3.3太陽能集光鏡片光學分析模擬結果 34
3.4 模流分析與模具設計 43
3.4.1模流分析簡介 43
3.4.2模具設計 44
3.5田口實驗規劃 55
3.5.1田口方法介紹 55
3.5.2田口品質工程實驗 59
3.6 集光鏡片量測 60
3.6.1表面輪廓量測 60
3.6.2輪廓量測說明 61
3.6.2光學性質量測 66
3.7 實驗設備 66
3.8塑膠材料 75
第四章結果與討論 77
4.1射出成形結果討論 77
4.2射出壓縮成形結果討論 79
4.3光學性質量測 82
4.4射出成形與射出壓縮成形比較 90
第五章 結論與未來展望 93
5.1結論 93
5.2未來展望 94
參考文獻 95
附錄一 集光鏡片模具設計圖 98
作者簡介 109

參考文獻
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