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研究生:張惠鈞
研究生(外文):Hui-Chun Chang
論文名稱:基於自然光照明系統的可自動化定日鏡之硬體建置
論文名稱(外文):Automatic Heliostat Design for Natural Light Illumination System
指導教授:黃忠偉黃忠偉引用關係
指導教授(外文):Jong-Woei Whang
口試委員:林瑞珠林保宏黃忠偉陳怡永
口試委員(外文):Jui-Chu LinPao-Hung LinAllen Jong-Woei WhangYi-Yung Chen
口試日期:2019-1-21
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣科技大學
系所名稱:電子工程系
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:2019
畢業學年度:107
語文別:中文
論文頁數:69
中文關鍵詞:太陽光能太陽光反射反射鏡定日鏡
外文關鍵詞:Solar EnergySun light reflectionHeliostatReflection Mirror
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近年來受到環境保育、地球暖化以及各國民眾環保意識抬頭的影響,各國的能源政策逐漸從傳統的石化燃料轉為乾淨的風能發電以及太陽光能發電,而根據經濟部能源局再生能源資訊網報告之全球再生能源中,以太陽光電為主的裝置容量自2016年至2017年間從303GW(Giga Watt)提升至402GW,2017年較2016年共提升了32.67%,得見以太陽光能為主的乾淨能源正蓬勃發展。
本研究之定日鏡基於幾何光學中入射角等於反射角的基礎概念,將太陽視為點光源而抵達地球的太陽光為平行光,利用一面反射鏡將陽光反射至集光器上,其反射鏡為定日鏡中的光學元件,並且透過一自行開發之定日鏡系統將太陽位置以及集光器GPS位置計算後求出反射角,相較於傳統靜態式集光器,本研究中使用多個自動定日鏡做為前集光單元,可以有效的提升集光器的光學效率並且將傳統靜態集光器有效集光時間約2小時拉長至8~10小時,更穩定的為自然光照明系統集光單元提供陽光。
In recent years, due to the impact of environmental conservation, global warming and the rise of environmental awareness among people in various countries, countries' energy policies have gradually shifted from traditional fossil fuels to clean wind power generation and solar power generation, according to the Ministry of Economic Affairs Energy Bureau renewable energy information. Among the global renewable energy sources reported by the network, the solar photovoltaic-based device capacity has increased from 303 GW (Giga Watt) to 402 GW from 2016 to 2017, and has increased by 32.67% in 2016 compared with 2016. The clean energy is booming.
The heliostat of this study is based on the basic concept that the incident angle is equal to the angle of reflection in geometric optics. The sun is regarded as a point source and the sunlight reaching the earth is parallel light. A mirror is used to reflect sunlight onto the concentrator, and its reflection is reflected. The mirror is an optical component in the heliostat, and the solar position and the GPS position of the concentrator are calculated by a self-developed heliostat system to obtain a reflection angle, which is used in this study compared to the conventional static concentrator. As one of the front light collecting units, a plurality of automatic heliostats can effectively improve the optical efficiency of the concentrator and extend the effective concentrating time of the conventional static concentrator to about 8 to 10 hours, which is more stable for natural light. The lighting system light collection unit provides sunlight.
中文摘要 i
Abstract ii
誌謝 iii
目次 iv
圖次 vi
表次 ix
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機 1
第二章 文獻探討 3
第三章 光學基礎理論 7
3.1 基本照明單位量 7
3.1.1 光通量 (Luminous Flux): 7
3.1.2 照度(Illuminance): 8
3.1.3 單位立體角(Solid angle): 9
3.1.4 光強度(Luminous Intensity, I) 10
3.1.5 輝度(Luminance, Brightness): 11
3.2 費馬定理 11
3.3 司乃爾定律 (Snell’s Law) 12
3.4 全反射 (Total internal reflection) 13
第四章 自然光照明系統 15
4.1-1 前集光子系統 15
4.1-2 集光子系統 16
4.1-3 傳光子系統 19
4.1-4 放光子系統 21
第五章 定日鏡架構介紹 23
5.1 定日鏡馬達控制系統設計與分析 23
5.1-1 交流轉直流模組(AC to DC Module) 26
5.1-2 微處理器(Microcontroller Unit,MCU) 27
5.1-3 馬達驅動(Motor Driver) 33
5.1-4 感測器模組(Sensor Module) 36
5.1-5 全球衛星定位系統(Global Positioning System,GPS) 40
5.1-6 壓力感測器(Pressure Module) 42
5.1-7 無線模組(Wireless Module) 44
5.2 定日鏡軟體系統設計 46
5.2.1 軟體系統介紹 47
5.3 介面電路介紹 47
第六章 結論與未來展望 52
6.1 結論 52
6.2 未來展望 55
參考文獻 56
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