臺灣博碩士論文加值系統

目前植物工廠LED種菜，大都以市電供電，故會破壞環境，也 因電費高而讓蔬菜成本高，本論文則以太陽光電與市電混合供電LED的設計來進行栽培，研究其技術可行性，並比較混合供電與完全市電種菜的電費成本差異，以免費太陽能而達到降低電費，以及「綠能減碳」目的。
本論文是「整合太陽光電(獨立發電，無蓄電池)與市電之植物工廠直流LED照明系統」設計，以下簡稱「混合供電」，以雛型試製的方式，來實際測試照明成本差異，另外以PAR量測LED產生的PPFD光量子密度，來評估「混合供電」種菜效果與節省的電費成本，如此可避免冗長的LED的實體種菜，以及不相關的因子，影響種菜結果(養液等非本論文研究的因素，會影響測試的結果)。
上述雛型試製的「混合供電」，經PAR實測PPFD，以計算每顆菜的電費成本，在日照小時4的條件下，其結果顯示「混合供電」，較以完全市電種菜成本，每顆菜(奶油萵苣)約節省電費1.759元。
本論文之研究貢獻，是經由「混合供電」，可降低植物工廠電費成本，若採時間電價計費時，電費可降低更多，此外，減少LED散熱問題，且可節能減碳，另外，本論文推導之DLIday/ESH比值數據，更可以將各地的ESH，換算出「混合供電」所節省的電費，或是在實際應用時，只需量測ESH，即可換算得出光肥料DLI(免PAR感測器的費用)，本論文之另一貢獻為，太陽光電混合供電，取代太陽光來種菜有優勢，可應用在溫室，上面是太陽能板，下面可種菜，以解決太陽能發電系統用地不足的問題，最後溫室在日照強的時候，需有遮光機制，但本論文只要使用PWM減弱LED照明即可，不需額外的遮光機制成本。
關鍵字: 植物工廠ヽ混合供電ヽ太陽光電植物工廠ヽ太陽光電LED照明ヽ太陽光電溫室ヽ植物照明。

Plant Factory using LED to grow with Electricity, will cause environment damage. Besides, the Electricity is expensive to grow. This thesis develops a hybrid power system with photovoltaic (PV) and Electricity for LED planting. It is to research the technical feasibility and derive the saving costs compare to the vegetable grown by Electricity. The goal of this study is to low down the costs as well as to be「green energy and carbon reduction」by using free solar energy.
The hybrid system is only a prototype for testing. It includes PAR (Photosynthetically Active Radiation) to measure the PPFD emitting by LED. It is to evaluate the vegetable grown cost by hybrid than grown by Electricity. Such measuring is faster to derive the cost saving than cultivating in more time. Besides, cultivating results may be influenced by the nutrient and etc. but are not the factors to be studied in this thesis. The results shows the hybrid system LED grown under 4 ESH is cost- saving about NT$1.759 per head of lettuce than the Electricity grown.
On research contribution, we examine the hybrid system is cheaper in power fee, especially in time-of-use users. Find out less heat dissipation problem and carbon is reduced. The ratio of DLIday(Daily Light Integral)/ESH(Equivalent Sun Hours) derived in this thesis is convenient to calculate the cost saving with the ESH data as well as deriving the fertilizer data of light without PAR. Also, find out using PV will be better than sunlight grown in greenhouse. So, the agricultural land can be cultivated while solar panel is on the roof to solve the insufficient land for solar panel installation. Finally, the shading is needed in greenhouse. However, there is no shading needed when using the PWM dimming for LED lighting in hybrid system to save cost.
Keywords：Plant factory, Vertical farming, Hybrid power source, PV plant factory, PV LED Lighting, PV greenhouse, Plant lighting.

中文摘要 I
Abstract II
致謝 III
目錄 IV
圖表索引 VIII
名詞定義 XII
第一章 緒論 1
1.1 研究背景動機 1
1.2 研究方法與步驟 5
1.3 文獻探討 7
1.4 研究貢獻 10
1.5 論文架構 12
第二章 整合太陽光電與市電之植物工廠直流LED照明系統
探討 13
2.1 一般太陽光電板交流供電LED系統介紹 13
2.2 太陽光電板與蓄電池之整合應用 14

2.3 整合太陽光電與市電之植物工廠直流LED照明系統
可行性與優勢探討 15
第三章 整合太陽光電與市電之植物工廠直流LED照明系統
雛型試製 18
3.1 系統架構 18
3.1.1 架構簡介 18
3.1.2系統運作模式 19
3.2 太陽光電板直流供電LED工作原理 24
3.2.1 混合供電架構設計 24
3.2.2 升壓恆流模組應用 25
3.2.3 太陽光電板MPPT動作設計 25
3.3 太陽光電板直流供電LED系統驗證量測 29
3.3.1 量測系統規劃 29
3.3.2 電壓電流量測 36
3.3.3 日照計量測 37
3.3.4 PPFD量測 38
3.3.5 DLIday/ESH比值 49
3.4 系統控制與量測 56
3.4.1 數位控制器應用 56
3.4.2 量測工作概況 57
第四章 實測與分析 59
4.1實測 59
4.1.1 測試條件 59
4.1.2 實測相片與各元件簡介 60
4.1.3 數據收集 63
4.1.4 實測數據與理論值關聯性探討 67
4.2 分析 75
4.2.1 日射量分析 75
4.2.2 植物生長要因分析 79
4.2.3日照量與太陽光電板對植物工廠植物生長的
影響 79
4.2.4 成本分析與比較 82
第五章 結論與未來研究方向 88
5.1 結論 88
5.2 未來研究方向 90
5.2.1 MPPT的改良 90
5.2.2 時間電價的考量 90
5.2.3增加馬達負載的研究 90
5.2.4 測試地點與季節因素的研究 91
5.2.5 太陽光電混合供電在溫室的應用 91
5.2.6 使用低光強度補光的研究 91
參考文獻 92

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