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研究生:范淯竣
研究生(外文):Fan,Yu-Jun
論文名稱:太陽能模組因溫升而致發電效率降低之解決方案
論文名稱(外文):Two Solutions for the Solar Module Efficiency Degradation due to Temperature Rising
指導教授:林明權林明權引用關係楊朝欽楊朝欽引用關係
指導教授(外文):Lin, Min-ChuanYang, Chao-Chin
口試委員:王瑞祿
口試委員(外文):Wang, Ruey-Lue
口試日期:2018-06-23
學位類別:碩士
校院名稱:崑山科技大學
系所名稱:光電工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2018
畢業學年度:106
語文別:中文
論文頁數:37
中文關鍵詞:太陽能模組散熱太陽能電池熱損失
外文關鍵詞:PV Modules CoolingPV Modules Heat Exhaustion
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為了解決太陽能模組因本體溫度上升導致的發電效率損失,本文提出了兩種解決方案。
本論文討論因太陽能模組溫度上升,對整體模組發電效率的影響與解決方案。方案一:透過運轉中的大型太陽能發電系統,探討背板溫度利用噴霧水降溫對發電效率的影響。方案二:於銅管貼附模組背板進行熱交換,對提升太陽能模組功率的影響。

方案一:於大型太陽能發電系統運轉中持續偵測模組之本體背板溫度,當本體背板溫度超過40℃時就打開電磁閥,利用水塔高水位之位能推動噴霧頭噴霧水讓背板降溫,在正中午可讓功率耗損率從9.66%降至5.24%,此時微控器模組僅耗電0.1 W。若同時設置水回收系統,回收水過濾後仍可用來做模組表面清潔用。

方案二:一般家庭屋頂太陽能發電案例,可仿造傳統太陽能熱水器方式,利用細銅管貼附模組背板進行熱交換,並應用冷熱水自然對流原理,讓模組熱量由冷水吸收並對流至上方絕熱溫水桶儲存,以備熱水澡之用。實驗數據顯示在正中午模組可降溫40℃,相當於提升1.68%的功率,雖然改善不甚顯著,當室溫為27.5℃時,於下午一點可使水溫升高至39.9℃,增加發電量與儲存熱水一舉兩得。

In order to solve the solar module efficiency degradation due to temperature rise, two solutions are proposed in this paper.
This paper demonstrates two solutions for improving the PV modules efficiency degradation due to temperature rise. One is to use water spraying toward the module back to cool down the module temperature. The other is to attach curved copper hollow tube on the module back and let the water circulate within it where a water pump is used to push the water, and the module temperature is decreased due to heat exchange.
In the first solution, the cooling mechanism is activated when the monitored temperature of the module is over 40℃. The microcontroller will release the solenoid valve, and the water from high water tower will start to circulate in the copper tube. The potential energy of the water will be transferred into the kinetic energy from which the water can flow in the copper tube. Measured data shows that the power efficiency degradation may decrease from 9.66% down to 5.24%. The microcontroller just consumes only 0.1W to release the valve.
Related to the second solution, traditional solar heating water system uses the solar radiation to heat the water in the vacuum tube, and the heat convection occurs between the vacuum tube and the upper heat water tank so that we have hot water in tank for bathing in night. In the second solution, the solar radiation is absorbed by PV modules first, about 20% energy is transformed into electricity, and some other energy is to increase the modules temperature. Now, we attach the copper hollow tube onto the modules back, the temperature of the circulating water will be increased by heat conduction. Through thermal convection, the hot water will be stored in the upper hot water tank. Consequently, we got not so hot water like traditional system, but we have decreased the module temperature and increased the electro-optical transformation efficiency. The 1.68% efficiency improvement is not obvious, but water temperature can rise up to 39.94℃ for bathing at PM 1:00, when the air temperature is 27.5℃.

中文摘要 IV
ABSTRACT VI
誌謝 VIII
目錄 IX
表 目 錄 XI
圖 目 錄 XI
第一章 緒論 1
1.1前言 1
1.2 文獻回顧 2
第二章 太陽能電池簡介 9
2.1 太陽能電池發展歷史 9
2.2 太陽能電池發電原理 10
2.3 太陽能電池種類 11
第三章 太陽能模組散熱研究背景與改善重點 13
3.1太陽能模組散熱研究背景 13
3.2太陽能模組熱效應 13
3.3散熱系統重點 14
第四章 太陽能板背部噴水降溫系統 15
4.1 系統架構 15
4.2 實驗設備 16
4.3 熱顯像分析 17
4.4 實驗數據分析 19
4.4.1未進行散熱之一般太陽能模組 - 溫度與功率曲線圖 19
4.4.2加裝散熱系統之太陽能模組 - 溫度與功率曲線圖 19
4.4.3加裝散熱系統與一般太陽能模組 - 溫度比較 20
4.4.4加裝散熱系統與一般太陽能模組 - 功率比較圖 20
4.4.5加裝散熱系統與一般太陽能模組- 總瓦小時比較圖 21
第五章 發電與熱水雙功能太陽能模組系統 22
5.1系統架構 22
5.2數據分析 23
5.2.1 未進行散熱之一般太陽能模組-溫度與功率曲線 23
5.2.2 進行水循環散熱之太陽能模組-溫度與功率曲線 23
5.2.3進行水循環散熱系統與一般太陽能模組-溫度比較 24
5.2.4進行水循環散熱系統與一般太陽能模組-功率比較 24
5.2.5進行水循環散熱系統與一般太陽能模組-總瓦小時比較圖 25
第六章 結論與未來展望 26
6.1 結論 26
6.2 未來展望 26
參 考 文 獻 28
附 錄 一 30
附 錄 二 32
附 錄 三 34
附 錄 四 36


[1]EnergyTrend,“台政府公布再生能源目標,太陽能定調 20GW”, technews 科技新報,2016年。
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[13]E. Radziemska, “The effect of temperature on the power drop in crystalline silicon solar cells”, Renewable Energy 28 (2003) 1–12.

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