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研究生： 賴緯哲
Lai Wei-Chi
論文名稱： 高效率單軸追跡太陽能集光器設計
A high-efficiency solar concentrator with single-axis tracing design
指導教授： 鄧敦建
Teng, Tun-Chien
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 機電工程學系
Department of Mechatronic Engineering
論文出版年： 2014
畢業學年度： 102
語文別： 中文
論文頁數： 51
中文關鍵詞： 太陽能集光器
英文關鍵詞： Solar concentrator
論文種類： 學術論文
相關次數： 點閱：77  下載：7 
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    • 本論文設計了一新型的平板式太陽能集光器，使用了獨特的耦合結構，不同於常見的透鏡陣列及稜鏡耦合結構組合，利用拋物結構作為基底的耦合結構，其同時具備了縮小光點及耦合光線特性，有效的使兩個結構合而為一，且利用全反射方式使入射光耦合入板，不受波長影響；搭配上本論文提出的單軸機械追跡及可替換的稜鏡膜片所組成的追跡系統，最高可達到500x集中度，71.3%的光效率，而在偏差±0.5°之內，仍能維持63%以上的效率。

    This study is to design a new type of planar solar concentrator, using a unique coupling structure, different from the common structures composed of lens array and coupling prism. We utilized a parabolic structure, which can concentrate the incident light onto a narrow spot by total internal reflection (TIR), to couple the light in to a light guide plate with free of color dispersion. With a tracker composed of a single-axis tracker and replaceable prism sheets, simulation results show that the proposed planar solar concentrator can achieve a maximal optical efficiency 71.3% at 500×concentration, and keep a efficiency63%withthe deviation of tracking angles by ± 0.5 °.

    摘要 I Abstract II 致謝 III 目錄 IV 圖目錄 VII 表目錄 X 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 太陽能應用 1 1.2.1 日光室內照明 1 1.2.2光電轉換 2 1.3 集光器(concentrator) 2 1.3.1 碟型集光器(Dish-based concentrator) 3 1.3.2 平板式集光器(Planar concentrator) 4 1.4 追跡系統(tracker) 4 1.5 研究動機與目的 6 1.6 論文架構 7 第二章 基本理論與文獻回顧 8 2.1 折射定律 （Snell’s law） 8 2.2 反射定律 9 2.3 圓錐曲線光學性質 9 2.3.1圓錐曲線反射特性 9 2.3.2圓錐曲線折射特性 11 2.4 光度學簡介 12 2.4.1 光通量( Luminance Flux ) 12 2.4.2 照度(Illuminance ) 12 2.4.3發光強度 ( Luminous Intensity ) 13 2.4.4 輝度 ( Luminance ) 14 2.5 介面表面特性 15 2.5.1透射 ( Transmission ) 15 2.5.2 反射 ( Reflection ) 15 2.5.3 吸收 (Absorption) 15 2.6 光效率 16 2.7 集中度 16 2-8 透鏡式平板集光器 17 2.9 粒子式平板集光器 21 2.10 碟式集光器 22 2.11 模擬軟體LightTools 簡介 23 2.11.1 參數靈敏度分析(Parameter Sensitivity Utility) 23 第三章 模擬設計 24 3.1初步構想 24 3.2 耦合元件設計 24 3.2.1 耦合元件三維結構修改 25 3.2.2 開口角度容忍度 30 3.3 光源設計 36 3.4 太陽軌跡計算 36 3.4.1 緯度ψ(Latitude) 37 3.4.2 赤緯度δ(Declination) 37 3.4.3 時間角 ω (Hour angle) 37 3.4.4天頂角 θz (Zenith angle) 37 3.4.5太陽高度角 αs (Solar altitude angle) 38 3.4.6 太陽方位角γs (Solar azimuth angle) 38 3.4.7 方位角AZ (Azimuth angle) 38 3.4.8仰角AE (Elevation angle) 38 第四章 系統整合與模擬結果 39 4.1 追跡系統設置 39 4.1.1 稜鏡膜片設計 40 4.2 集光效率模擬 45 4.2.1 板厚影響 45 4.2.2 集光效率 47 4.3 開口優化 48 4.3.1 集光效率 48 第五章 結論與未來展望 49 5.1 結論 49 5.2 未來展望 49 參考文獻 50

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