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研究生: 黃柏彊
Po-chiang Huang
論文名稱: 應用於自然光照明系統之具稜鏡微結構平板集光器
Application of novel sunlight flat concentrator with prism-microstructure in the Natural light illumination system
指導教授: 黃忠偉
Jong-woei Whang
口試委員: 趙涵捷
Han‐chieh Chao
艾和昌
Her-chang Ay
陳立憲
Li-hsien Chen
孫沛立
Pei-li Sun
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 電子工程系
Department of Electronic and Computer Engineering
論文出版年: 2013
畢業學年度: 101
語文別: 中文
論文頁數: 61
中文關鍵詞: 非成像光學設計太陽集光器角度容忍度集光器堆疊
外文關鍵詞: non-imaging optics, solar collector
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  • 太陽能光電產業因應環保議題而蓬勃發展,利用太陽光充足而具有龐大幅射能量的優勢下產生了兩種主流的應用模式─以蒐集太陽輻射能經由光電轉換並儲存的成電能的太陽能電池;直接利用太陽輻射的熱能或者光能,並將熱能或光能傳遞到應用的場合。後者傳遞光能的應用方法具有能量轉換上的優勢,在這個利基之下,我們提出利用非成像光學設計蒐集太陽光的元件,用來傳遞太陽光取代部分日間照明用電。
    為使蒐集能量能集中傳遞至出口並考慮不同照明強度需求而必須做的模組堆疊,本文提出了以”扇形平板導光元件配合微結構面”的方式將太陽光可見光部分能量集中傳導至側端輸出。先定義出希望收集的太陽入射角度,經過計算光學材料的全反射角與各方向的入射條件,能減少傳遞過程中的多次折射及介面損耗能使集光元件的效能達顯著成長,在100,000 LUX的直射日照下,厚度30.65mm的集光器出口端光通量為1362.52 lm,相較原本 Natural light illumination system (NLIS)導光磚出口端光通量為179.44 lm,收集的光通量為原本的7.59倍,在相同面積條件所能收集的光通量提高2.61倍,同時考慮集光器出口數目的減少和出口端面積,集光比是NLIS導光磚的9.1倍,並且在集光器堆疊和模組化後得到更高的集光比。


    Applying solar energy, natural light illumination system (NLIS) is a low pollution and low energy consumption system. We divide the light transmission process into solar collecting, light transmitting and light emitting for indoor illumination. However, the efficiency of previous static solar collector is about 6%. The energy is difficult to meet the increased demand. In the first section, we review the basic concept of non-imaging optics and how we use the material Polymethylmethacrylate (PMMA) and geometry to design the input area and output optical properties. Subsequently, we verify the beam conversion, luminous flux and luminous intensity by optical simulation software, FRED. We also identify the relation between efficiency and thickness. The energy conversion efficiency under the same area-conditions is 2.61 times. The luminous intensity is distributed in the plus or minus 20 degrees. The light collecting devices can be improved and applied to indoor lighting.

    摘要 I Abstract II 致謝 III 目錄 IV 表目錄 VI 圖目錄 VII 第1章 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究動機與目的 3 1.3 論文章節概述 4 第2章 非成像光學 6 2.1 非成像光學概述 6 2.2 幾何光學 8 2.2.1 菲涅耳方程式 8 2.2.2 司乃耳定律 12 2.2.3 費馬原理 13 2.2.4 內全反射 15 2.2.5 色差 16 2.2.6 色溫 17 2.3 光度學計量單位 19 2.3.1 光通量 19 2.3.2 立體角 20 2.3.3 發光強度 21 2.3.4 照度 22 2.3.5 均勻度 23 2.3.6 輝度 24 第3章 扇形平板集光器設計概念 27 3.1 自然光導光系統概述 27 3.2 既有太陽光集光器 29 3.3 幾何結構設計 33 3.3.1 底部微結構 33 3.3.2 平板厚度影響 37 3.3.3 扇形角度設計 38 3.4 集光平板模組化 42 第4章 模擬結果與分析 43 4.1 模擬參數設定 43 4.2 集光器厚度對效率造成之影響 46 4.3 x-y平面斜向入射對集光效能之影響 49 4.4 y-z平面斜向入射對集光效能之影響 52 4.5 靜態式集光器效能比較 54 第5章 結論與未來展望 57 5.1 結論 57 5.2 未來展望 58 References 59 附錄一 60 附錄二 61

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