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研究生:蕭宏搖
研究生(外文):Hong-Yao, Siao
論文名稱:熱傳影響太陽能模組發電效率之研究
論文名稱(外文):The study of the heat transfer effect to the photovoltaics module efficiency
指導教授:陳長仁
指導教授(外文):Chang-Ren, Chen
口試委員:郭文毅孫書煌
口試委員(外文):Wen-Yih, KuoShu-Huang, Sun
口試日期:2013-06-20
學位類別:碩士
校院名稱:崑山科技大學
系所名稱:機械工程研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:88
中文關鍵詞:空氣導流板空冷式流道相變化材料太陽能光電光電轉換效率發電量
外文關鍵詞:Cooling air deflectorsair flowphase change materialssolar PV modulephoto-electric conversion efficiencypower generation
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雖然太陽能光電技術進步快速,如何提升其轉換效率為現今研究的重點,而模組的溫度會影響發電效率,本研究以不同的通風設計及相變化材料來降低太陽能模組的溫度,藉此提升太陽能電池的電力輸出。
研究中在太陽能模組底部加裝空氣導流板及空冷式流道,運用熱空氣往上升的原理,引導上升空氣流經整個太陽能模組背部,並與搭配強制對流的結果比較,探討其對太陽能模組的熱傳及發電量之影響。最後利用熱傳分析軟體COMSOL,分析不同風速(1.6 m/s、3.6 m/s、6.6 m/s、9.6 m/s)、不同流體(空氣、水)及不同相變化材料安裝位置(背部、內部)對於太陽能模組的熱傳之影響。
實驗方式是以太陽能模組(230W多晶模組)在室外讓太陽光直接照射,其實驗結果更接近實際情況。實驗結果發現,利用加裝空氣導流板及空冷式流道能有效降低太陽能模組溫度約2℃,發電量約提升1W。搭配風扇,太陽能模組溫度能降低約5-7℃,發電量約提升2-3W。使用熔點45℃相變化材料(厚度4 mm),能持續吸收熱量約2小時,而這2小時的太陽能模組溫度能下降約2.22℃。本研究也發現太陽能模組溫度每上升1℃,發電效率會降低0.25%。
Although PV technology advances quickly, how to improve the conversion efficiency for today's research focus, and PV module temperature will affect the efficiency of power generation, different ventilation designs and phase change material have been used to reduce the temperature of the solar PV module, and increase the power output of the solar PV module.

There are several designs to improve the heat transfer rate. At the left-right sides of the PV module were installed the air deflectors to have the uniform air flow, Apply the principle of hot air to rise, Boot up the air flow through the PV module back and compare the results with Collocation forced convection, and explores its influence on heat and electricity generation for PV modules. In addition to the comparisons with natural and forced convection, COMSOL software is also used for the analyses with different parameters such as wind speeds (1.6 m/s、3.6 m/s、6.6 m/s、9.6 m/s), heat transfer fluids (air and water), attached locations of PCM (inside the PV module and on the back PV aluminum plate).

Two sets of PV module (230W polysilicon PV) for the comparison of power with original PV and revised PV at the same outdoor conditions. The results show that together with the air deflectors and one fan can effectively reduce the temperature of the solar PV module about 2 ℃ and the electricity upgrading about 1W. With fans, the solar PV module temperature could decrease to about 5-7°C and power generation upgrading about 2-3 W. Using the phase change materials (PCM) ( melting point of 45°C) packed by plastic bag with total thickness 4 mm could reduce the temperature 2.22°C. This study also finds out that the impact of module temperature to the electric conversion rate, the electric power generation decreases 0.25% per one degree of the module temperature increasing.
摘 要-I
ABSTRACT-III
誌 謝-V
目 錄-VI
表目錄-VIII
圖目錄-IX
符號說明-XI

第一章 緒論-1
1.1 研究動機與目的-1
1.2 文獻回顧-2
1.2.1 國外文獻回顧-4
1.2.2 國內文獻回顧-5
1.3 本文架構-7

第二章 實驗基礎理論-8
2.1 太陽能電池光電轉換原理-8
2.2 太陽能電池種類-9
2.2.1 單晶矽太陽能電池- 10
2.2.2 多晶矽太陽能電池- 11
2.2.3 非晶矽太陽能電池- 12
2.3 太陽能電池封裝結構- 13
2.4 溫度量測器之種類與原理- 15
2.4.1 熱電偶- 16
2.4.2 電阻式溫度感知器- 17
2.4.3 熱敏電阻- 18
2.5 風冷及液冷散熱原理- 19
2.6 相變化材料原理及應用- 20
2.6.1 潛熱儲能- 21
2.6.2 利用相變化儲能材料來當作能量來源- 22

第三章 實驗設備及方法- 23
3.1 實驗設備- 26
3.1.1 溫度量測設備 -26
3.1.2 記錄型太陽能錶- 29
3.1.3空氣導流板- 31
3.1.4 空冷式流道- 32
3.2 太陽能電壓及電流收集模組- 34
3.3 相變化材料封裝設備 -35
3.4 相變化材料測試方法 -45
3.4.1 示差掃描熱量分析儀測試方法- 45
3.4.2 材料熱疲勞測試方法 -45
3.5 COMSOL分析軟體 -46
3.5.1 COMSOL熱傳模組介紹 -47

第四章 實際量測及分析結果 -49
4.1太陽能模組基礎比對 -49
4.2 空氣導流板對PV發電效率之影響- 52
4.3 空冷式流道對PV發電效率之影響- 54
4.4 空氣冷卻降溫對PV發電效率之影響- 57
4.4.1 加裝空氣導流板及雙風扇對PV發電效率之影響- 58
4.4.2 空冷式流道及雙風扇對PV發電效率之影響 -60
4.4.3 空氣導流板及三風扇對PV發電效率之影響- 62
4.4.4 空冷式流道及三風扇對PV發電效率之影響- 64
4.5 相變化材料降溫對太陽能模組發電效率之影響- 66
4.6 總結- 68
4.7 COMSOL熱傳分析- 69
4.7.1 分析及實際測試比對- 71
4.7.2 流體冷卻降溫 -76
4.7.3 相變化材料降溫- 80

第五章 結論與未來展望- 82
5.1 結論 -82
5.1.1 側邊加裝空氣導流板及強制空冷式流道- 82
5.1.2 流體冷卻降溫 -82
5.1.3 相變化材料降溫- 83
5.2 未來展望 -84

參考文獻 -85

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