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研究生: 何友皓
Yu-Hau Ho
論文名稱: 前集光定日鏡設計應用於自然光照明系統
Heliostat Design to be Used in daylighting System
指導教授: 黃忠偉
Allen Jong-Woei Whang 
陳省隆
Hsing-Lung Chen 
口試委員: 趙涵捷
Han-Chieh Chao
阮聖彰
Shanq-Jang Ruan 
陳俊良
Jiann-Liang Chen
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: 2015
畢業學年度: 103
語文別: 中文
論文頁數: 75
中文關鍵詞: 自然光照明系統自由曲面反射鏡定日鏡
外文關鍵詞: daylighting system, free-form mirror, solar heliostat
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  • 在自然光照明系統中的集光器為一靜態式集光器,且此集光器需要太陽光準直的入射在集光器上才能具有它高效率的表現,但由於集光器不進行追日導致只有在正午時刻能具有功能,所以需要定日鏡的輔助,本文提出一個定日鏡由九個拋物面鏡及九個自由曲面鏡組成,利用拋物面將光線聚焦壓縮,再利用自由曲面將光線均勻輸入到集光器,使光線準直入射在集光器上,且提升集光器收到的能量。透過這兩個結構的搭配也可以引導太陽光到因大樓擋住而無法受光的地方使其可架設自然光照明系統。此定日鏡可使整體太陽光照明系統日均效率達到原本的2.94倍,可將日均能量提升到原的25.7倍。


    A daylighting system collects outdoor sunlight and then transmits it inside for indoors illumination. In general, the system has maximum efficiency when the sunlight is vertically impinging on the collection part of the system, while oblique incidence on the collector causes the efficiency to decline rapidly. To overcome the problem, this paper presents a heliostat design to redirect sunlight, to vertically imping on the collector. The heliostat is composed by paraboloid and free-form reflection surfaces, which is different from the traditional heliostat by merely using mirrors. The paraboloid reflector is used to concentrate more power on the collector to improve the total power. The new design increases the average daily efficiency of daylighting system’s 2.94 times, and average daily power 25.7 times.

    目次 論文摘要 I Abstract II 誌謝 III 目次 IV 圖次 VII 表次 X 第一章 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究動機與目的 2 1.3 論文架構 3 第二章 光學基礎名詞介紹 4 2.1 基本照明單位 4 2.2.1 光通量(Luminous flux,Φ) 4 2.2.2單位立體角(Solid angle, Ω) 4 2.1.3 光強度(Luminous intensity,I) 5 2.1.3 照度(Illuminance,E) 5 2.1.4 輝度(Luminance,L) 6 2.3 輻射量與光度量 7 2.4 幾何光學原理 8 2.4.1費馬定理(Fermat’s Principle) 8 2.4.2反射定律(Law of reflection) 9 2.4.3司乃爾定律(Snell’s Law) 9 2.4.4 全反射(Total reflection) 10 2.4.5 集光比(Concentration ratio) 11 2.4.6 光展量(E’tendue) 12 第三章 自由曲面簡介 13 3.1 幾何光學分析 13 3.1.1 折射面分析 13 3.1.2 反射面分析 14 3.2 自由曲面建模-直接連接法 15 第四章 自然光照明系統簡介 17 4.1 前集光系統 18 4.2 集光子系統 18 4.3 傳光子系統 20 4.4 放光子系統 21 第五章 定日鏡設計 23 5.1 定日平面鏡 23 5.2 拋物面反射鏡(Parabolic Reflector) 25 5.3 雙拋物面定日鏡 26 5.4 雙拋物面定日鏡-第二拋物面造成的損失 31 5.5 自由曲面設計 36 5.5.1 自由曲面設計概念 36 5.5.2 自由曲面切線向量 37 5.5.3 自由曲面建立 38 5.5.4 自由曲面與光磚容忍角 39 5.5.5 自由曲面搭配拋物面反射罩 39 5.6 定日鏡整體架構 41 第六章 模擬結果與分析 42 6.1 光磚效能分析 42 6.2 光磚搭配定日鏡效能分析 44 6.2.1 定日鏡系統效率 45 6.2.2 有無定日鏡光磚效率 45 6.2.3 有無定日鏡光磚出口能量 47 6.3 新型定日鏡 47 6.3.1 有無定日鏡光磚效率 48 6.3.2 有無定日鏡光磚出口能量 48 第七章 藝境應用 50 7.1 圓盤集光器實際位置 51 7.2 定日鏡應用於藝境 52 7.3 自動化演算法 52 7.3.1 拋物面尺寸演算法 55 7.3.1 自由曲面建造演算法 58 第八章 結論與未來展望 59 8.1 結論 59 8.2 未來展望 59 參考文獻 60

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