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研究生: 李鍵灝
Chien-Hao Li
論文名稱: 抗污塗層對光電板發電能力之影響
The Effect of Solar Power Efficiency on Self-Clean Coating
指導教授: 楊錦懷
Chin-Huai Young
口試委員: 黃兆龍
Chao-Lung Hwang
賴宏仁
Hong-Jen Lai
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 營建工程系
Department of Civil and Construction Engineering
論文出版年: 2008
畢業學年度: 96
語文別: 中文
論文頁數: 160
中文關鍵詞: 太陽能自潔材料發電效益耐久性自潔性
外文關鍵詞: solar power, self-clean material, power generating efficiency, durability, self-clean quality
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  • 由於海平面日益上升,石化能源日漸枯竭,在人類對於能源使用的依賴程度日增的情形下,全球暖化的議題越來越受重視,也因此,開發再生能源如太陽能則是當前最為普遍且必要的發展趨勢。本研究重心在於使用自潔性材料塗層於太陽能光電板上,比較太陽能發電效益在自潔材料塗佈前後發電效率之影響,並加以探討自潔塗料之耐久性程度以及光電板表面自潔度情形。研究結果顯示,以奈米光觸媒塗料塗佈之光電板,歷經兩個多月的時間其光電板表面清澈度最佳,顯示其耐久性及自潔性最好,在經濟效益方面,未來可節省清潔太陽能板表面之清洗成本,而保持良好穩定的發電效率。


    The sea level rises and the petrochemistry energy depletion day by day, the degree of dependence that the mankind uses to the energy is increased, the global warm topic that melts is being paid attention to. So, it is the most general and most essential development trend at present to develop regenerated energy such as solar energy. This research focus on use self-clean material coating on solar sells, in order to compare with the effect of electric power efficiency before and after coating, and discuss the durability and the clean degree on the surface of photoelectric board.
    The results show that use photocatalysis material coating on photoelectric board, the surface is cleaner than others in two month later. It means the durability and the self-clean quality is the best. The cost-effective will save the wash cost and keep good steady power generating efficiency.

    目錄 論文摘要 I 英文摘要 II 誌謝 III 目錄 IV 表目錄 VI 圖目錄 VI 第一章 緒論 1 1.1 研究動機 1 1.2 研究目的 2 1.3 研究方法 2 1.4 研究流程 3 第二章 文獻回顧 4 2.1 疏水性材料自潔功能的基本原理 4 2.1.1 物體表面潤濕特性 4 2.1.2 疏水性材料自潔原理 5 2.1.3 蓮葉表面的巨微觀組織與其自潔機理 8 2.2 親水性材料(TiO2)自潔功能的基本原理 12 2.2.1 奈米光觸媒簡介 12 2.2.2 二氧化鈦之巨微觀構造及特性 13 2.2.3 光觸媒親水特性 18 2.3 太陽能光電板特性簡介 22 2.4 太陽能電池之種類及效率 29 2.4.1 單多晶矽太陽能電池 29 2.4.2 Ⅲ-V族化合物半導體電池 31 2.4.3 薄膜型太陽能電池 31 2.5 太陽能電池發電原理 33 2.6 太陽光電與建物一體整合發展趨勢 35 第三章 試驗計劃 37 3.1 試驗流程 37 3.2 試驗參數 39 3.3 試驗材料儀器與設備 41 3.3.1 試驗材料 41 3.3.2太陽能電池量測硬體系統 44 3.3.3 太陽能電池量測軟體系統 54 3.3.4 接觸角親水性量測設備 56 3.4 檢驗方法 58 3.4.1 接觸角檢驗目的 58 3.4.2 接觸角檢驗步驟 58 3.4.3 百格試驗檢驗目的 60 3.4.4 百格試驗檢驗步驟 60 3.4.5 太陽能光電板電力系統監控目的 60 3.4.6 太陽能光電板電力系統監控數據分析步驟 61 第四章 試驗結果與分析 62 4.1 功率時間特性曲線量測結果 62 4.1.1抗污塗層在不同照度下之發電效率分析 65 4.2 電流、電壓時間特性曲線量測結果 82 4.2.1抗污塗層在不同照度下之電壓電流特性 84 4.3 累積功率量測結果 101 4.3.1 薄膜PV累積發電量統計資料 101 4.3.2 不同抗污塗層單晶矽PV在同照度下發電效率發展趨勢 108 4.3.3 光觸媒塗層薄膜PV不同照度下之發電效率影響趨勢 111 4.4 百格試驗及接觸角試驗結果 114 4.4.1 親水性百格試驗 117 4.4.2 疏水性百格試驗 121 4.4.3 親水性試片接觸角角度量測結果分析 123 4.4.4 疏水性試片接觸角角度量測結果分析 128 4.4.5 疏水材料表面耐久性微觀結果分析 130 第五章 結論與建議 140 5.1 結論 140 5.2 建議 143 參考文獻 144 附錄 147 表目錄 表2-1 TiO2 銳鈦礦與金紅石結構之特性 15 表2-2 各類半導體之能間隙及所需之臨界波長 16 表2-3 太陽能電池分類及特性 22 表3-1 太陽能板型號規格 45 表3-2 照度計規格 47 表4-1 薄膜PV發電量-時間紀錄(97/5/3) 63 表4-2 薄膜PV發電量-時間紀錄(97/5/5) 66 表4-3 薄膜PV發電量-時間紀錄(97/5/27) 70 表4-4 薄膜PV發電量-時間紀錄(97/5/9) 74 表4-5 薄膜PV發電量-時間紀錄(97/5/13) 79 表4-6 薄膜PV電壓電流-時間紀錄(97/5/3) 82 表4-7 薄膜PV電壓電流-時間紀錄(97/5/5) 85 表4-8 薄膜PV電壓電流-時間紀錄(97/5/27) 89 表4-9 薄膜PV電壓電流-時間紀錄(97/5/9) 93 表4-10 薄膜PV電壓電流-時間紀錄(97/5/13) 98 表4-11 5/3-5/14薄膜PV每日累計發電量及效率差統計 103 表4-12 5/23-6/6薄膜PV每日累計發電量及效率差統計 103 表4-13 6/7-6/20薄膜PV每日累計發電量及效率差統計 104 表4-14 單晶矽PV在不同固定照度下之電功率歷時記錄 109 表4-15 (a)#4薄膜PV在低照度下之電功率歷時記錄 112 表4-15 (b)#4薄膜PV在高照度下之電功率歷時記錄 112 表4-16百格水珠試驗殘留度 118 表4-17 三組不同抗汙處理試片接觸角量測結果 124 表4-18 歷時60天親水試片接觸角角度量測結果總表 125 表4-19 歷時60天疏水試片接觸角角度量測結果總表 131 表4-20 歷時60天對照組試片接觸角角度量測結果總表 134 附錄1--五月份氣象資料統計表 147 附錄2--六月份氣象資料統計表 148 圖目錄 圖1-1研究流程圖 3 圖2-1 氣-固-液界面張力之關係圖 5 圖2-2 Wenzel’s 理論-液體侵入粗糙層形成濕潤表面 6 圖2-3 Cassie’s 理論-液體與基材形成複合表面模式 7 圖2-4 材料表面濕潤特性 7 圖2-5 SEM拍攝下蓮葉表面構造 8 圖2-6 蓮葉表皮細胞上的臘質結晶 9 圖2-7 滴液沾附於蓮葉上情形 10 圖2-8 滴液被支撐於蓮葉表面 10 圖2-9 滴液帶走葉片上之汙泥 10 圖2-10 基材表面粗糙度對其自潔效應之影響 11 圖2-11 二氧化鈦相圖 13 圖2-12 二氧化鈦的晶格結構(a) 金紅石 (b) 銳鈦礦 14 圖2-13 二氧化鈦分子建結方式(a)金紅石 (b)銳鈦礦 15 圖2-14 二氧化鈦照光氧化反應示意圖 17 圖2-15 以1 mW/cm2的UV光照射,水與TiO2表面的接觸角度的變化 19 圖2-16在未受光照時水與TiO2表面的接觸角度的變化 20 圖2-17 (a)玻璃蒸氣表面 (b)足夠紫外光照射下之TiO2塗佈於玻璃表面 20 圖2-18在不同的紫外光強度照射下水的接觸角變化 21 圖2-19太陽能電池之照度-電流-電壓特性曲線 23 圖2-20 太陽能電池之溫度-電流-電壓特性曲線 23 圖2-21 太陽能等效電路圖 25 圖2-22 Air Mass示意圖 28 圖2-23 太陽能電池分類 30 圖2-24 單晶、多晶、非晶原子排列組態 30 圖2-25 非晶矽薄膜太陽能電池結構圖 33 圖2-26 太陽電池發電原理 34 圖3-1 試驗流程圖 38 圖3-2 試驗變數圖 40 圖3-3 可見光奈米光觸媒 42 圖3-4 PET疏水溶液 42 圖3-5 玻璃試片 43 圖3-6 乙醇溶液 43 圖3-7 亞甲基藍試藥 44 圖3-8 能量傳送儀 44 圖3-9 太陽能板電力系統接線圖 48 圖3-10 薄膜型太陽能板50W 49 圖3-11 薄膜型太陽能板60W 49 圖3-12 單晶矽太陽能板A 50 圖3-13 單晶矽太陽能板B 50 圖3-14 可變負載 51 圖3.15 負載箱線路接線圖 51 圖3-16 電壓感測器 52 圖3-17 電流感測器 52 圖3-18 照度計 52 圖3-19 即時顯示面板 53 圖3-20 太陽能面板線路接線圖 53 圖3-21 Visual Basic軟體系統 54 圖3-22太陽能監控系統顯示畫面 55 圖3-23 海綿刷 56 圖3-24 接觸角測量儀 57 圖3-25 氣壓式噴水器 57 圖3-26 掃描式電子顯微鏡 57 圖3-26 接觸角取樣位置點 59 圖4-1 平均照度440.39W/m2時間-功率關係圖 64 圖4-2 平均照度440.39W/m2發電效率差百分比圖 64 圖4-3(a) 平均照度47.225W/m2時間-功率關係圖 67 圖4-3(b) 平均照度47.225W/m2發電效率差百分比圖 67 圖4-4(a) 平均照度60.22W/m2時間-功率關係圖 68 圖4-4(b) 平均照度60.22W/m2發電效率差百分比圖 68 圖4-5(a) 平均照度197.21W/m2時間-功率關係圖 69 圖4-5(b) 平均照度197.21W/m2發電效率差百分比圖 69 圖4-6(a) 平均照度252.4528W/m2時間-功率關係圖 71 圖4-6 平均照度252.4528W/m2發電效率差百分比圖 71 圖4-7(a) 平均照度222.25W/m2時間-功率關係圖 72 圖4-7(b) 平均照度222.25W/m2發電效率差百分比圖 72 圖4-8(a) 平均照度251.79W/m2時間-功率關係圖 73 圖4-8(b) 平均照度251.79W/m2發電效率差百分比圖 73 圖4-9(a) 平均照度398.4025W/m2時間-功率關係圖 75 圖4-9(b) 平均照度398.4025W/m2發電效率差百分比圖 75 圖4-10(a) 平均照度369.33W/m2時間-功率關係圖 76 圖4-10(b) 平均照度369.33W/m2發電效率差百分比圖 76 圖4-11(a) 平均照度320.25W/m2時間-功率關係圖 77 圖4-11(b) 平均照度320.25W/m2發電效率差百分比圖 77 圖4-12(a) 平均照度473.512W/m2時間-功率關係圖 80 圖4-12(b) 平均照度473.512W/m2發電效率差百分比圖 80 圖4-13(a) 平均照度430.89W/m2時間-功率關係圖 81 圖4-13(b) 平均照度430.89W/m2發電效率差百分比圖 81 圖4-14 平均照度440.39W/m2電壓-時間關係圖 83 圖4-15 平均照度440.39W/m2電流-時間關係圖 83 圖4-16(a) 平均照度47.225W/m2電壓-時間關係圖 86 圖4-16(b) 平均照度47.225W/m2電流-時間關係圖 86 圖4-17(a) 平均照度60.225W/m2電壓-時間關係圖 87 圖4-17(b) 平均照度60.225W/m2電流-時間關係圖 87 圖4-18(a) 平均照度197.21W/m2電壓-時間關係圖 88 圖4-18(b) 平均照度197.21W/m2電流-時間關係圖 88 圖4-19(a) 平均照度252.45W/m2電壓-時間關係圖 90 圖4-19(b) 平均照度252.45W/m2電流-時間關係圖 90 圖4-20(a) 平均照度222.25W/m2電壓-時間關係圖 91 圖4-20(b) 平均照度222.25W/m2電流-時間關係圖 91 圖4-21(a) 平均照度251.79W/m2電壓-時間關係圖 92 圖4-21(b) 平均照度251.79W/m2電流-時間關係圖 92 圖4-22(a) 平均照度398.4025W/m2電壓-時間關係圖 94 圖4-22(b) 平均照度398.4025W/m2電流-時間關係圖 94 圖4-23(a) 平均照度369.33W/m2電壓-時間關係圖 95 圖4-23(b) 平均照度369.33W/m2電流-時間關係圖 95 圖4-24(a) 平均照度320.25W/m2電壓-時間關係圖 96 圖4-24(b) 平均照度320.25W/m2電流-時間關係圖 96 圖4-25(a) 平均照度473.5123 W/m2電壓-時間關係圖 99 圖4-25(b) 平均照度473.5123W/m2電流-時間關係圖 99 圖4-26(a) 平均照度430.89 W/m2電壓-時間關係圖 100 圖4-26(b) 平均照度430.89W/m2電流-時間關係圖 100 圖4-27(a) 5/3-5/14薄膜PV每日累計發電量 105 圖4-27(b) 5/3-5/14薄膜PV每日累積電量差異百分比圖 105 圖4-28(a) 5/23-6/6薄膜PV每日累計發電量 106 圖4-28(b) 5/23-6/6薄膜PV每日累積電量差異百分比圖 106 圖4-29(a) 6/7-6/20薄膜PV每日累計發電量 107 圖4-29(b) 6/7-6/20薄膜PV每日累積電量差異百分比圖 107 圖4-30 疏水塗層單晶PV在不同照度下發電效率回歸曲線 110 圖4-31 親水塗層單晶PV在不同照度下發電效率回歸曲線 110 圖4-32(a) 薄膜PV在低照度下發電效率回歸曲線 113 圖4-32(b) 薄膜PV在高照度下發電效率回歸曲線 113 圖4-33(a) 97/05/04晴天現場拍攝情形 115 圖4-33(b) 97/05/07雨天現場水珠殘留情形 115 圖4-34(a) 97/06/11晴天現場拍攝情形 116 圖4-34(b) 97/06/25雨天現場拍攝情形 116 圖4-35 水珠殘留百分比-時間趨勢圖 118 圖4-36 親水試片歷時60天水珠殘留變化情形 119 圖4-37 對照組試片歷時60天水珠殘留變化情形 120 圖4-38 疏水試片歷時60天水珠殘留變化情形 122 圖4-39 接觸角-時間變化趨勢圖 127 圖4-40 歷時60天親水性試片接觸角角度變化情形 128 圖4-41 歷時60天疏水性試片接觸角角度變化情形 137 圖4-42 歷時60天對照組試片接觸角角度變化情形 138 圖4-43 未經疏水材料處理之試片SEM表面結構 139 圖4-43 經疏水材料處理後之試片SEM表面結構 139 圖4-44 經疏水材料處理後歷時60天之SEM表面結構 139 附錄1--五月份台北氣象資料統計圖 149 附錄2--六月份台北氣象資料統計圖 150

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