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研究生: 江維
Wei Chiang
論文名稱: 光折射技術應用於太陽能模組電力之提升
Application of Light Refraction on Enhancement of Power for Solar Modules
指導教授: 楊錦懷
Chin-Huai Young
口試委員: 楊錦懷
Chin-Huai Young
陳振川
Jenn-Chuan Chern
吳啟瑞
Chi-Jui Wu
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: 2023
畢業學年度: 111
語文別: 中文
論文頁數: 116
中文關鍵詞: 太陽能透光模組建物一體太陽能光電光折射技術波導膜立面電力提升
外文關鍵詞: waveduide film, light refraction techique
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本研究希望將波導膜放置於薄膜型太陽能透光模組外側,透過模組外電力提升技術來達到增加發電量之目的,改善薄膜型太陽能透光模組應用在 BIPV 建築形式中立面部分發電效果較差的問題。
由實際研究結果可知,覆蓋波導膜於外側的薄膜型太陽能透光模組在東南西北向的立面單日發電量均有提升,以南向相較無覆蓋波導膜的薄膜型太陽能透光模組提升了 9.25 %的單日發電量為最,物理防衝擊能力也提升了 4.74 倍之多,既能提升發電量,還能額外提供表面保護能力避免脆性的太陽能透光模組因外力作用下而損壞;在軟體模擬中所增加的發電量也可以轉換為減少了 148 噸的碳排放,除了能幫助使用者減少碳稅支出外更可以幫助使用者達成現如今提倡的 ESG永續環境指標。
本研究所使用的波導膜為一種透明和具彈性、可撓性和高透視效果的高分子材料,市場普遍會將其應用在光纖元件、精密折射材料或電路板基材等光電領域,近年來因為波導膜具優異的折射性質以及可蝕刻性所以也開始被應用於太陽能產業,包含最新的 YouBike 2.0 也有使用波導膜於太陽能面板之中。本研究會單從波導膜的材料性質開始做實驗,並與沒有覆蓋波導膜的薄膜型太陽能透光模組做發電量比較,最後在使用發電耗能軟體做模擬分析,故本研究主要會有六個試驗,分別是材料基本性質試驗、可行性評估試驗、室內光熱學試驗、戶外發電量監測試驗、防撞擊試驗以及軟體方面的節能模擬試驗,透過以上六種試驗來分析波導膜對於薄膜型太陽能透光模組在立面部分的增益效果,進而去探討對經濟及環境所帶來的影響。


The reasearch is maimly to increase the power generation of thin-film solar
transparent modules in the facade portion of BIPV (Building Integrated Photovoltaics)
applications by placing a waveguide film on the outer side of the modules using the
module exterior power enhancement technique.
The waveguide film used in this study is a transparent and flexible polymer
material with high transmissivity, flexibility, and a perspective effect. It is commonly applied in optoelectronics fields such as fiber optic devices, precision refractive materials, or circuit board substrates. In recent years, due to its excellent refractive properties and etchability, waveguide films have also been applied in the solar energy industry, including the latest YouBike 2.0, which uses waveguide films in solar panels.
This study begins with experimental investigations of the material properties of
waveguide films and compares the power generation with thin-film solar transparent
modules without waveguide film coverage. Finally, simulation analysis using power
generation and energy consumption software is conducted. Therefore, this study mainly
consists of six experiments: material basic property tests, feasibility assessment tests, indoor photothermal tests, outdoor power generation monitoring tests, impact
resistance tests, and energy-saving simulation tests using software. Through these six experiments, the gain effect of waveguide films on the facade portion of thin-film solar transparent modules is analyzed, and the impact on the economy and the environment is explored.
Based on the actual research results, it is found that covering waveguide films on
the outer side of thin-film solar transparent modules enhances the daily power
generation in all four cardinal directions (north, south, east, and west). Among them, the south-facing module with waveguide film coverage shows the highest increase in daily power generation, with a 9.25% improvement compared to the module without
waveguide film. The physical impact resistance is also increased by a factor of 4.74,
providing surface protection to prevent damage to fragile solar transparent modules due to external forces. The additional power generation achieved through software
simulation can be converted into a reduction of 148 tons of carbon emissions. In
addition to helping users reduce carbon tax expenses, it also contributes to achieving the ESG (Environmental, Social, and Governance) sustainability targets.

總目錄 摘要 I Abstract II 誌謝 IV 總目錄 1 圖目錄 3 表目錄 5 第一章 緒論 5 1.1研究動機 7 1.2研究目的 8 1.3研究方法 9 1.4研究流程 11 第二章 文獻回顧 12 2.1太陽能能源及太陽能模組相關理論 12 2.1.1太陽能能源 12 2.1.2太陽能電池 13 2.1.3結晶矽太陽能電池 14 2.1.4非晶矽薄膜太陽能電池 14 2.1.5其他種類太陽能電池 14 2.2建物一體太陽能光電 16 2.3建築環境相關理論 17 2.3.1建築熱環境相關理論 17 2.3.2建築光環境相關理論 20 2.3.3建築環境舒適度 21 2.4 波導膜材料製成和性質 22 2.5節能玻璃基本性質計算理論 25 2.5.1光熱性質計算理論 26 2.5.2熱學性質計算理論 30 第三章 試驗設計與實施 33 3.1概要 33 3.2試驗參數與設備 34 3.2.1試驗參數 34 3.2.2試驗設備 37 3.3材料基本性質試驗 43 3.3.1光學試驗 43 3.3.2熱學試驗 45 3.4可行性評估試驗 47 3.5落槌試驗 49 3.6戶外發電量量測試驗 51 3.7軟體模擬分析 53 3.7.1發電模擬 53 3.7.2耗能模擬 54 第四章 試驗結果與分析 55 4.1玻璃基本性質試驗結果分析 55 4.1.1 光學試驗結果與分析 55 4.1.2 熱學試驗結果與分析 61 4.2可行性評估試驗結果分析 65 4.2.1小片模組發電量試驗 65 4.2.2戶外標準電力試驗 68 4.3落槌試驗結果與分析 71 4.3.1極限重力位能試驗結果分析 71 4.3.2固定衝能試驗結果分析 75 4.4戶外發電量量測結果與分析 77 4.4.1東向立面結果分析 77 4.4.2南向立面結果分析 78 4.4.3西向立面結果分析 79 4.4.4北向立面結果分析 80 4.4.5屋頂平面結果分析 81 4.4.6光學軟體結果分析 82 4.4.7日出日落試驗 85 4.5節能試驗結果與分析 89 4.5.1發電量軟體結果分析 90 4.5.2耗電量軟體結果分析 92 4.5.3波導膜成本計算與分析 94 4.5.4節能效益分析 96 第五章 結論與建議 98 5.1結論 98 5.2建議 100 參考文獻 101 附錄 102

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