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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:陳冠穎
研究生(外文):Kuan-Ying Chen
論文名稱:太陽能發電廠無線監控感測網路
論文名稱(外文):Solar Power Plant Wireless Monitoring Sensor Network
指導教授:王丕中
指導教授(外文):Pi-Chung Wang
口試委員:張弘毅李春良
口試委員(外文):Hung-Yi ChangChun-Liang Lee
口試日期:2016-07-27
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:資訊科學與工程學系
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:2016
畢業學年度:104
語文別:中文
論文頁數:52
中文關鍵詞:太陽能模組太陽能發電廠無線感測網路監控系統
外文關鍵詞:Solar ModulesSolar Power PlantsWireless Sensor NetworkMonitor System
相關次數:
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太陽能發電系統是利用電位差發電,當太陽照射在太陽能模組板上,吸收陽光,使其產生正負極,同時分離正負極,並引出都堆積的載子產生電流。因此太陽日照時間的長短、是否受到陰影遮蔽、曝曬後溫度升高及線路品質或接觸不良等相關問題,進而影響太陽能發電系統的發電效率,形成異常狀況。
本研究著眼於太陽能發電廠透過Arduino搭配WiFi模組及相關電子裝置,在不影響現有太陽能發電系統,以低廉建置成本、安裝簡易的條件下,改善現有監控模式,開發一套具有發電異常偵測並適用於遠距離監控太陽能發電系統的無線感測網路。
由實驗結果得知,藉由Arduino感測器所取得的各片太陽能發電模組的發電數據,進而分析發電量差異,並在加入二分法判斷式後,針對太陽能發電模組串列即時發電狀態進行監控,可以準確的判斷出哪一串太陽能發電模組串列發電異常,並即時將數據傳送至專業雲端物聯網(Internet of things)網站,透過圖表的方式呈現相關資料。
另外,也針對了運用在實際太陽能發電廠中,如何判斷大於兩串太陽能發電模組串列,或者當大於兩串太陽能發電模組同時發生異常發電時的判斷方式進行相關的探討。如此一來不但可以明確提供維修工程師檢修目標,加速檢修速度,也確保太陽能發電系統穩定發電,減少發電損失。


A solar (photovoltaic) power system uses the electric potential difference to gen-erate power. As sunshine falls on the solar panels, positive and negative charges are generated, separated, and cumulated, and generate electricity through charge carriers. Therefore, the duration of sunshine, whether being affected by shadow, the rise of temperature due to the exposure to the sun, quality of wire, or loose or defective con-tact may affect the efficiency of solar power systems and cause abnormal conditions.
This thesis focuses on the solar power plants using Arduino platform with WiFi modules and related electric devices, without affecting the existing solar power sys-tems, with low cost and easy installation, to improve the current monitoring methods and develop a wireless sensor monitoring network suitable for solar power plants from far away.
Proven by the results of a series of experiments, this Arduino platform success-fully and precisely finds out which string of panels is malfunctional through dichoto-my analysis of strings of panels, which is based on the power generation data Arduino sensors get from individual solar panels, and promptly transfers data to a professional IoT (Internet of Things) website to produce charts.
In addition, this thesis also discusses about how to analyze more than two strings of panels as well as how to diagnose the abnormal conditions of more than two strings of panels at the same time, so that engineers can promptly repair or provide mainte-nance to ensure the stability of power systems and reduce the power loss.


摘要 i
Abstract ii
目錄 iii
圖目錄 vi
表目錄 viii
第一章 導論 1
1.1 前言 1
1.2 問題描述與動機 2
1.3 論文貢獻 4
1.4 論文架構 5
第二章 工具與相關背景知識 6
2.1 文獻探討 6
2.2 Arduino 7
2.2.1 Arduino UNO 8
2.2.2 Arduino IDE 9
2.3 無線網路 12
2.3.1Ad Hoc無線隨意網路 14
2.4 電流、電壓及電功率 15
2.5 光照度 15
2.6 溫濕度計 15
2.6 太陽能電池 16
2.6.1 太陽能電池基本原理 17
2.6.2 太陽能電池種類 18
2.7 太陽能發電模組 19
2.8 ThingSpeak IoT網站 20
第三章 系統設計與架構 22
3.1太陽能發電系統單線圖 22
3.2 太陽能發電模組發電效率影響因素 24
3.3 Arduino UNO感測器硬體及架構 24
3.3.1 KSM111 WiFi 模組 25
3.3.2 KSM048電壓感測模組 25
3.3.3 GY-30 數位光強度感測模組 26
3.3.4 DHT-11 溫溼度感測模組 27
3.3.5 太陽能發電模組 27
3.3.6 系統架構圖 28
3.4 KSM111 WiFi 模組連線測試 29
3.5 Arduino程式設計 32
3.5.1 KSM111 WiFi 模組連線穩定度 33
3.5.2 GY-30數位強光度感測模組單位轉換 34
3.5.3 KSM048電壓感測模組數值取得 36
第四章 系統實驗與分析 37
4.1實驗環境 37
4.2二分法判斷式 39
4.3情境模擬 40
4.4太陽能發電模組數據蒐集及分析 41
4.5 二分法異常判斷驗證 44
4.6 KSM111 WiFi模組 AP+STA功能 45
4.6.1 功能測試 45
第五章 結論與未來展望 50
參考文獻 51


[1] 台灣電力公司, 再生能源發展概況,2016; http://www.taipower.com.tw/content/new_info/new_info-b31.aspx?LinkID=8
[2] 嚴坤龍. “太陽光電系統與陽光屋頂百萬座計畫介紹,” May 2013.
[3] 上陽能源科技有限公司, “太陽能發電系統案場建置規劃示意圖”http://www.toppersun-energy.com
[4] 台灣電力股份有限公司屏東區營運處再生能源電能躉購電費通知單(計費期間:105年03月02日~105年03月28日).
[5] 林柄宏, “整合低成本ZigBee感測網路之太陽能板監控系統,” August 2011.
[6] 賴俊良, “應用ZigBee WSN於太陽能板發電效能監測之研究,” July 2012.
[7] 楊俊弘, “ZIGBEE自動發射功率控制之模擬及實現,” July 2009.
[8]維基百科,2016; https://zh.wikipedia.org/wiki/Arduino
[9]Arduino官方網站; http://www.arduino.cc/
[10]維基百科,2016; https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%97%A0%E7%BA%BF%E7%BD%91%E7%BB%9C
[11] 維基百科,2016; https://zh.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11
[12] 余明修, “IEEE 802.11無線網路Layer-2 Handoff之快速預先掃描機制,” July 2012.
[13] 李雯菁, “應用於IEEE 802.11智慧型天線系統信標訊號效能增強之設計,” June 2014.
[14] 孫宏民,林岳勳,“無線通訊安全,”資通安全分析專論T94006
[15] 維基百科,2015;https://zh.wikipedia.org/wiki/無線隨意網路
[16] 台灣Wiki,2013;http://www.twwiki.com/index.php?doc-view-744460
[17] Kahn, R.E.,The Organization of Computer Resources into a Packet Radio Network,IEEE Transactions on Communications,Vol. COM-25,No.1,pp.169-178
[18] 林振帆,“分類型服務於IEEE 802.11無線無狀態Ad Hoc網路,”June 2007.
[19] 趙英傑,“超圖解 Arduino互動設計入門第2版,”旗標出版,2014.
[20] 台灣WiKi,2013;http://www.twwiki.com/index.php?doc-view-250010
[21] 鎰田科技股份有限公司, “溫度、濕度定義及量測方法” http://www.eyc-tech.com/
[22] 經濟部能源局太陽光電資訊網太陽光電發電原理;http://solarpv.itri.org.tw/page2.html
[23] 蕭祥清, “太陽能功率追蹤與監測系統之研究,”June2013.
[24] 友達光電,結晶矽太陽能電池的製作流程; http://auo.com.tw/?sn=51&lang=zh-TW


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