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研究生:翁偉瀚
研究生(外文):Wei-Hang Weng
論文名稱:聚光型太陽電池模組的特性研究
論文名稱(外文):The study of concentrating Photovoltaic Modules
指導教授:林泰源林泰源引用關係洪慧芬洪慧芬引用關係
指導教授(外文):Tai-Yuan LinHwen-Fen Hong
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣海洋大學
系所名稱:光電科學研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
畢業學年度:93
語文別:中文
論文頁數:78
中文關鍵詞:聚光型太陽電池太陽電池
外文關鍵詞:concentrating photovoltaic modulessolar cell
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本論文研究聚光型太陽電池模組在太陽光模擬器或太陽光照射下的光學及電學的特性,我們分析在不同面積的Fresnel透鏡聚光下,太陽電池的轉換效率(Conversion Efficiency)、填充因數(Fill Facter)及電流-電壓關係(Current-Voltage)的變化。當太陽電池受光面積為1.5*1.5cm2,由太陽光模擬器量測實驗得知,Fresnel透鏡面積變大,聚光率增加,照射在太陽電池上每單位面積入射光的功率增加,使得太陽電池的接面產生更多的電子-電洞對,增加了短路電流。另外,隨著聚光率增加,太陽電池的轉換效率變小,是因為聚焦後球差效果較為明顯所導致,實驗中也發現,Fresnel透鏡groove密度較高者,聚光效果較好,使得太陽電池的轉換效率較高。將聚光型太陽電池模組在持續光的照射下,太陽電池的轉換效率會隨著照射的時間增加而遞減率約0.15%/°C,是因為入射光照射在太陽電池上溫度上升所造成,而在未通水的實驗中,顯示太陽電池的轉換效率在同一聚光率時,比固定溫度25°C時還低,如果能有效的控制溫度對太陽電池的影響,將可提升太陽電池的輸出功率和轉效率。
我們也由室外量測得到,當太陽電池受光面積為1.5*1.5cm2,Fresnel透鏡為groove out,隨著聚光率從16增加到100倍時,由於受到太陽電池串聯電阻的影響,填充因數也由0.84降為0.71,導致轉換效率由18%變為15%。當Fresnel透鏡改為groove in,1*1cm2的太陽電池在聚光後的轉換效率高出1.5*1.5cm2大約3%。另外將聚光型太陽電池模組做追蹤的量測,發現在這4個小時中,太陽電池的轉換效率為18%,不會隨著在太陽光的持續時間照射下而有所退化。
由本文研究的結果可以知道,若Fresnel透鏡的groove密度越高,聚光的效果越好,使太陽電池的轉換效率升高,當聚光型太陽電池模組在操作時必須加強降低溫度對它的影響,亦即避免太陽電池的串聯電阻對其轉換效率的負面影響,因此,聚光型太陽電池模組必需有良好的溫度控制裝置。
This thesis presents the optical and electrical properties of the concentrating photovoltaic modules. The solar simulator was used for indoor measurements while the outdoor measurements was illuminated directly by the sun. The conversion efficiency, fill factor(FF) and current-voltage relation of the solar cell using the Fresnel lens with different cross-section areas of the module were analyzed. For the indoor measurements, it was found that the higher the groove density of the Fresnel lens, the better the concentrating effect of the concentrating photovoltaic modules is achieved. Therefore, the conversion efficiency of the solar cell is increased by using the Fresnel lens with high groove density. Besides, we found that it is indispensable to control the temperature of the solar cell during the operation to avoid the decrease in the conversion efficiency of the solar cell. On the other hand, for the outdoor measurements, it was found that the conversion efficiency of the solar cell was kept at 18% for four hours during the tracking measurements.
目 錄

中文摘要 I
英文摘要 III
目錄 IV
圖表目錄 VI

第一章 簡介 1
1-1 前言 1
1-2 實驗目的 1
第二章 聚光型太陽電池模組工作原理 3
2-1 聚光型太陽電池模組 3
2-2 Fresnel透鏡聚光器的光學特性 5
2-3 太陽電池的種類 9
2-3.1太陽電池原理 12
2-3.2 太陽電池的電壓電流基本特性 15
2-3.3 短路電流(Isc) 18
2-3.4串聯電阻(Series resistance) 20
2-4 太陽的頻譜響應 23
2-5 效率的估算 26
第三章 實驗裝置及方法 31
3-1 聚光型太陽電池模組裝置 31
3-2 太陽光模擬器量測裝置 33
3-2.1 溫度量測之實驗 35
3-3 I-V curve量測裝置 35
3-4 室外量測裝置 36
第四章 結果與討論 37
4-1 太陽光模擬器量測結果分析 38
4-2 室外量測結果分析 54
第五章 結論 61
參考文獻 63
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