崑 山 科 技 大 學

電 機 工 程 系

太陽能充電器

指導老師：蘇偉府老師

製作學生：4970J152 黃俊鎰

4970J151 許凱崴

4970J163 莊曜青

II

I

摘要

在能源不足的未來世界裡，能源將會逐年逐日的減少，如果一直無法

改進的話，終有一天，所有的能源會消耗殆盡。日前的科學家便一直製造

研究，而發明了太陽能晶片，將來即可減少能源的浪費。而且太陽能晶片

所能造成的污染極小，又可以永續利用，所以將來會有各項運用太陽能的

設施。不過利用太陽能就必須克服使用太陽能的困難技術及經費消耗。有

鑑於此，我們決定研究太陽能的應用，以了解未來可以太陽能來替代現有

資源不足的能源。

當太陽能系統運作時，不會產生空氣污染，太陽能系統不會產生溫室

氣體，所以它能夠減緩全球的暖化，並且不需要運送燃料，由於這樣的好

處，太陽光電能夠再減緩環境的問題上扮演一個重要的角色。

而本次專題用一個小型太陽能充電器來探討，太陽能的內部構造於動

作時的各種情形，讓充電電池能在太陽光或燈光照射下對充電電池充電，

達到不需外加電源使用方便性。

III

目 錄

頁數

摘要 -------------------------------------------------------------------- I

及格證明 -------------------------------------------------------------------- II

目錄 -------------------------------------------------------------------- III

表目錄 -------------------------------------------------------------------- V

圖目錄 -------------------------------------------------------------------- VI

第一章 緒論--------------------------------------------------------------

1.1 研究動機---------------------------------------------------------- 1

1.2 研究方法與步驟---------------------------------------------------- 1

1.3 研究內容---------------------------------------------------------- 2

第二章 太陽能簡介-----------------------------------------------

2.1 何謂太陽能---------------------------------------------------------- 3

2.2 太陽能電池材料分類--------------------------------------------- 4

2.3 太陽能板之特性---------------------------------------------------- 7

2.4 太陽能電池發電原理--------------------------------------------- 10

2.5 太陽能的特徵------------------------------------------------------- 13

第三章 太陽能之應用-------------------------------------------------------

3.1 太陽能熱水器------------------------------------------------------- 15

3.2 太陽能焙茶機------------------------------------------------------- 19

3.3 太陽能建築---------------------------------------------------------- 20

第四章 太陽能充電器之實現---------------------------------------------

4.1 規格介紹------------------------------------------------------------- 22

4.2 電路之實現---------------------------------------------------------- 23

4.2 成品圖----------------------------------------------------------------- 24

IV

第五章 結論--------------------------------------------------------------------

5.1 未來展望------------------------------------------------------------- 25

5.2 結論---------------------------------------------------------- --- 26

參考文獻 -------------------------------------------------------------------- 27

V

表目錄

表 2.1 常見的太陽電池及模板外觀-------------------------------------- 4

表 2.2 太陽能光電池分類-1 ------------------------------------------------ 5

表 2.3 太陽能光電池分類-1 ------------------------------------------------ 5

表 2.4 不同材料之優缺點比較--------------------------------------------- 6

VI

表目錄

圖 2.1 單晶矽-------------------------------------------------------- 4

圖 2.2 多晶矽---------------------------------------------------------------- 4

圖 2.3 非晶矽------------------------------------------------------------------ 4

圖 2.4 太陽能電池的基本結構---------------------------------- - 7

圖 2.5 pn 接面產生電子—空洞對--------------------------------- 7

圖 2.6 太陽能電池之照度-電流-電壓特性曲線--------------- 8

圖 2.7 太陽能電池之溫度-電流-電壓特性曲線---------------- 9

圖 2.8 太陽能電池發電原理圖--------------------------------------- 10

圖 3.1 自然循環式太陽能熱水器----------------------------------- 16

圖 3.2 強制循環式太陽能熱水系統------------------------------------- 16

圖 3.3 儲置式太陽能熱水器----------------------------------------------- 17

圖 4.1 太陽能板 SM5151 4V 75MA--------------------------------------- 21

圖 4.2 成品圖 1----------------------------------------------------------------- 24

圖 4.3 成品圖 2----------------------------------------------------------------- 24

1

第一章 緒論

1.1研究動機

近代人類資源短缺，大量開採石油，各個產業對地球的負面影

響日漸增加，造成溫室效應、臭氧層破洞、大自然反撲現象等，為

減緩人類對地球的傷害，人類開始研發低污染甚至無污染之能源替

代，其中最被看好的能源是太陽能。

太陽能被公認為是取之不盡的能源，隨著人們環保意識的增強，

太陽能事業作為未來能源結構的重要組成部分，愈來愈受到人們的

重視，而對於地球的負面影響也大大降低，故我們以太陽能為基底

來製作這次專題。

1.2研究方法與步驟

我們這組找的主題是有太陽能充電器，剛開始因我們對太陽能

的認知太少，所以先去從收集有關於太陽能的資料開始，而我們到

本校圖書館收集資料或上網收集，經過一段時間後對於太陽能有了

初步的認知，便開始從我們收集得資料裡找尋有可能實現之電路，

而在這過程中，常常發生找到的電路看似可用但常因材料難買或是

預算不足，而導致不能實現出來，在經過多方的尋找於參考各種電

路後，終於找的本專題所用的電路並加以實現，在實現的過程中也

遇到不少問題，但經過多次測詴後終於完成本專題之電路，緊接開

始準備口詴於報告的製作。

2

1.3研究內容

本專題分成五章，內容如下詳述

第一章 緒論；本章主要再敘述本組為何研究太陽能的研究動機、方

法和步驟，並根據本專題所提出之太陽能充電器的應用需求，

引導出充電器的設計方法與電路基礎架構。。

第二章 太陽能的介紹；本章主要在介紹太陽能板的基本特性和架構

並探討各種不同材料、光照和溫度下太陽能板各種變化。

第三章 太陽能得應用；本章主要介紹現經社會上太陽能之應用，由

於是太陽能之應用在市面上非常多，本章只介紹其中應用比

較成功的三種例子。

第四章 太陽能充電器之實現：本章主要介紹本專題之電路之規格與

實體成品並展示成果。

第五章 結論：根據實驗的結果，對本論文進行成果之說明並做整體

結論。

3

第二章 太陽能簡介

2.1 何謂太陽能

太陽所產生的光和熱，是帶給地球多采多姿生態的原動力。因

為有太陽源源不斷的向地球傳遞能源，植物才得以進行光和作用，

將太陽能轉換為自身的養分。而動物再藉由攝取植物，從而得到自

身活動所需之能源。所以太陽能可以說是地球上一切生命的基礎。

而太陽能是太陽內部進行著劇烈的由氫聚變成氦的熱核反應，

以 E＝MC2 （M為物質的質量，C為光速）的關係進行質能轉換（1克

物質可轉化為 9’ 1013 焦耳能量），並不斷向宇宙空間輻射出巨大

的能量。太陽每秒鐘向太空發射的能量約 3.8~ 1020 MW，其中有 22

億分之一投射到地球上。投射到地球上的太陽輻射被大氣層反射、

吸收之後，還有約 70％投射到地面。儘管如此，投射到地面上的太

陽能一年中仍高達 1.05~ 1018kWh，相當於 1.3~106 億噸燃煤，其中

我國陸地面積每年接收的太陽輻射能相當於 2.4~104 億噸燃煤。按

照目前太陽質量消耗速率計，太陽內部的熱核反應足以維持 6~1010

年，相對於人類發展歷史的有限年代而言，可以說是“取之不盡、

用之不竭”的能源。

太陽能是以電磁波的形式傳遞，而射入大氣層內。其能量中大

約百分之三十五會被反射，而消失於大氣層外；大約有百分之十七

點五會被大氣吸收；剩下來的大約百分之四十七點五就傳到地球表

面，將地面加溫，並蒸發水分，以及提供植物進行光合作用等所需

要的能源。

4

地球上太陽能資源的分佈與各地的緯度、海拔高度、地理狀況和氣

候條件有關。就全球而言，美國西南部、非洲、澳大利亞、中國西

藏、中東等地區的全年總輻射量或日照總時數最大，是世界太陽能

資源最豐富地區

2.2 太陽能電池材料分類

矽系太陽能電池的材料，主要可以分為單晶矽、多晶矽和非晶

矽 3 大類目前市場應用上大多為(一)單結晶矽太陽電池、(二)多結

晶矽太陽電池、(三)非結晶矽太陽電池

(一)單結晶矽太陽電池

單晶矽電池最普遍，多用於發電廠、充電系統、道路照明系統

及交通號誌等，所發電力與電壓範圍廣，轉換效率高，使用年限長，

世界主要大廠，如德國西門子、英國石油公司及日本夏普公司均以

生產此類單晶矽太陽能電池為主，市場佔有率約五成，單晶矽電池

效率從 11%~24%，太空級(蒸鍍式)晶片從 16%~24%，當然效率愈高其

價格也就愈貴。(圖 a)

(二)多結晶矽太陽電池

又稱為多結晶。製程上較便宜，發電量略遜單晶矽，可截為正

方形，舖設時可達到最大面積利用及吸收。其晶狀分佈，具有藝術

效果，可為建築物外觀加分。另外，雖其結理易造成碎裂，但晶體

可再利用做為項鍊等裝飾品。多晶矽電池的效率較單晶矽低，但因

製程步驟較簡單，成本亦低廉，較單晶矽電池便宜 20%，因此一些低

功率的電力應用系統均採用多晶矽太陽電池。(圖 b)

5

(三)非結晶矽太陽電池

非晶矽電池為目前成本最低的商業化太陽能電池，且無需封裝，

生產也最快，產品種類多，使用廣泛，多用於消費性電子產品，且

新的應用產品不斷在開發中。砷化鉀電池是最高效率的電池，但成

本也最高。(圖 c)

表 2.1 常見的太陽電池及模板外觀

(a) (b) (c)

6

表 2.2 太陽能光電池分類-1

表 2.3 太陽能光電池分類-2

太陽電池 半導體材料 市場模組發電

轉換率

多化合物矽

應用與太空及

聚光型太陽光

電系統

單晶

Single

Crystalline

GaAs、InP

18~30%

多晶

Poly

Crystalline

Cds、CdT、

culnse

10~12%

太陽電池 半導體材料 市場模

組發電

轉換率

矽

目前太陽光電

系統中運用最

廣泛

晶矽

Crystalline

單晶矽

Single

Crystalline

12~20%

多晶矽

Poly Crystalline

10~18%

非晶矽

Amorphous

Si、SiC、SiGe、SiH

SiO

6~9%

7

表 2.4 不同材料之優缺點比較

種類 優點 缺點

單晶

矽

轉換率高，實用年限長 成本較高，製程時間長

多晶

矽

製程步驟簡單，成本較底 效率較單晶矽低

非晶

矽

價格最便宜，生產最快速 戶外設置後輸出功率減少

且具有光劣化現象

2.3 太陽能板之特性

太陽能光電板是由許多太陽能電池經串並聯組合封裝程序後所

組成太，陽能電池基本上是一種光-電伏特的能量轉換元件，係一種

利用太陽光直接發電的光電半導體薄片其將極高純度的半導體材料

加入一些不純物質使其，呈現不同的性質，加入三價元素可形成 P

型半導體，而加入五價元素可形成 N 型半導體，PN 兩型半導體相結

合後，當太陽光照射 PN接面產生電子電洞對而產生電流。

太陽能電池輸出功率受當時日照強度與溫度之變化所影響，日

照強度變化時，太陽能光電板的開路電壓(Voc)雖不會有太大改變，

但輸出電流與日照強度幾乎成正比而在不同日照量下太陽能光電板

輸出電壓-電流之特性也會隨之改變，溫度的變化也會影響太陽能板

之輸出特性，當溫度愈高，太陽能電池的短路電流雖然增大，不過

開路電壓卻變小。

8

由於每一塊太陽能光電板的特性不完全一致 容易造成某些模

組成為其，它模組負載的情況發生，而太陽能板的內部溫度過高時

可能造成模組的損壞；當太陽能光電板組列的有模組損壞時則所有

的電壓會降在損壞的模組上，因此在每一個模組並聯一個旁路二極

體(Bypass Diode)，可以提供每一模組能量散逸的低阻抗路徑，克

服了多個模組連接時的問題。此外，為防止電流逆充至太陽能光電

板，系 統必須加裝阻隔二極體 (Blocking Diode)

圖 2.4 太陽能電池的基本結構

圖 2.5 pn 接面產生電子—空洞對

9

典型的太陽能電池的結構就如圖 4 所示。一個矽的 pn 接面處，

被夾在上、下兩個金屬接觸層之間。上金屬接觸層是格子狀的，以

容許光線射到 pn 接面之上。pn 接面的頂部有一層防反射薄層，減

低光亮的矽表面對光線的反射。這就是太陽能板的表面看起來很暗

淡的原因。

有圖 5可知小球代表電子，而小洞則代表原子中電子的「空位」。

(a) 在 pn 接面處，內在電場由 n-型矽指向 p-型矽。(b) 當光照

射在接面時，一粒電子離開了原子，並移向 n-型矽那一邊。失去了

一粒電子後，原子成為一個帶正電的「空穴」。(c) 內在電場使相

鄰原子的電子移動，續一填補鄰近原子內電子的「空位」，因此空

穴便好像是向 p-型矽的那一邊移動。

太陽能電池的輸出特性主要是受到日照強度以及太陽電池表面溫度

兩大因素所影響如圖 6、圖 7 所示為在不同照度(0.5kW/m2 ,

0.75kW/m2 ,1kW/m2)及不同表面溫度(25℃ , 50℃ ,75℃)下的太陽

電池輸出特性曲線

圖 2.6太陽能電池之照度-電流-電壓特性曲線

10

圖 2.7 太陽能電池之溫度-電流-電壓特性曲線

2.4 太陽能電池發電原理

太陽能電池的發電能源來自太陽光 而太陽輻射的光譜主要是，

以可見光為中心，波長從 0.3 微米的紫外光到數微米的紅外光是主

要的分布範圍。如果換算成光子的能量，則大約在 0.3 到 4 電子

伏特之間，因此能隙大小在這個範圍內的材料，像矽材，會具有比

較好的光電轉換效率。

太陽能電池與一般的電池不同。太陽能電池是將太陽能轉換成

電能的裝置，且不需要透過電解質來傳遞導電離子，而是改採半導

體產生 PN接面的結果來獲得電位。

當半導體受到太陽光的照射時，大量的自由電子伴隨而生，而

此電子的移動又產生了電流，也就是在PN 接面處產生電位差。因此，

太陽能電池需要陽光才能運作，太陽能電池需要光電的發電原理，

是利用太陽電池吸收 0.2µm～0.4µm 波長的太陽光，將光能直接轉

11

變成電能輸出的一種發電方式。由於太陽電池產生的電是直流電，

因此若需提供電力給家電用品或各式電器則需加裝直/交流轉換器，

將直流電轉換成交流電，才能供電至家庭用電或工業用電。

圖 2.8太陽能電池發電原理圖

太陽能板是一種利用太陽光直接發電的光電半導體薄片，其將高

純度的半導體材料加入一些不純物使其呈現不同的性質，如加入硼

可形成 P 型半導體，加入磷可形成 N 型半導體，PN 兩型半導體相

結合後，當太陽光入射時，產生電子與電洞，有電流通過時，則產

生電力。

12

太陽能板轉換形式，目前有下列三種類型:

1. 通過光合作用利用太陽能：

地球上所有綠色植物，都是通過光合作用來直接利用太陽能的。

於是有人提出利用葉綠素再造太陽能電池的設想，根據計算，利用

葉綠素製造的太陽能電池，效果相當理想。科學家研究其他半導體

和染料，以找出模擬光合作用的最佳搭配，實現通過光合作用利用

太陽直接發電，這對解決人類對電力的需求具有特別意義。

2. 利用光電效應使太陽能轉化成電能：

利用光電效應，以太陽的輻射能力使太陽能直接轉化成電能的製

品，這是目前人造衛星的主要動力來源，也是地面上許多場合不可

缺少的特殊電源。如船泊標浮電源等。

3. 聚集太陽能加以利用：

這是利用太陽能最成功的方式。只需依各吸收能量的表面極佳熱

表面接觸的液體，便可達到加熱取暖，供熱的目的。這種聚集太陽

能而加以利用的太陽能設備，按其原理，可分為下列兩類：

(1) 利用熱箱原理製成

所謂熱箱原理也叫溫室效應。它是四個側面和底面木板之類

作成的箱子，分內外兩層，中間放絕緣材料，箱子內壁塗黑，

箱子上面裝塊帄玻璃板。這樣，當太陽光線投射到玻璃板上

並進入箱子裡面時，塗黑的內表面將很好的吸收太陽輻射能，

從而使箱內可以達到遠比室外高的溫度。利用這種原理，以

製成各種用途的太陽能設備和器具。

(2) 利用各種類型的反射鏡將太陽光匯聚後投射到吸收表面而

製成。

利用各種反射鏡面匯聚太陽而製成的太陽能設備，則可獲得

比較高的溫度。通常使用的反射鏡有拋物面反射鏡，柱形反

13

射鏡，圓錐形反射鏡等。這些反射鏡通常是在玻璃表面鍍上

反射層，或是金屬表面拋光或反射層。太陽能電廠就是利用

這搜集原理來搜集陽光的。

2.5 太陽能的特徵

想想幾年之後，所有非再生的能源都消耗殆盡了，這時的太陽能

將是無比珍貴的，至於穩定性差的問題，這是誰都無法改變的事實，

正如農人們看老天的臉色過活，人與大自然之間的關係不正如此，

萬物生滅自有他道理，這也是人類改變不了的，所以，太陽能的利

用是勢在必行。

太陽能的利用是勢在必行綜觀太陽能利用的優缺之處，發展太陽

能仍是非常可取的。目視污染是很主觀的，又有誰能擔保龐大的收

集器不會成為壯觀的景色，而成本問題也不能短視近利的，花下去

的金錢、空間，是可以在時間上換回的。

優點

1. 太陽能是人類可以利用的最豐富的能源。

據估計，在過去漫長的十一億年當中，太陽只消耗了它本身能量

的２％，今後數十億年太陽也不會發生明顯的變化，所以太陽可以

作為人類永久性的能源，取之不盡、用之不竭。它給地面照射１５

分鐘的能量，就足夠全世界使用一年。

2. 太陽能是到處都有的，不需要運輸。

一般認為，處於南北緯５０～６０度以內的地區，都有豐富的太

陽能可以利用，只要最初花一定的代價，投一筆資金，造好太陽能

利用裝置，能量就會源源不斷地自己送上門來，「免費」供應。期

間枝需要花很少一筆設備維修費。

14

3. 太陽能是一種清潔的能源。

煤炭、石油等礦物燃料產生的有害氣體和廢渣，而使用太陽能時

不會帶來污染，不會排放出任何對環境不良影響的物質，是一種清

潔的能源。當然，大量使用太陽能之後，由於太陽能的充分利用，

結果會使環境的溫度稍微升高，但這種溫升，不致對環境造成不良

影響。

4. 太陽能的系統又稱作「無變量的能源系統」。

太陽能對於地球不增加熱載荷，這是太陽能特別重要的優點，所

以利用太陽能的系統又稱作「無變量的能源系統」。因為我們用太

陽能作功，雖然最終是變為熱，但是如果我們不用它做功的話，最

終也是變為熱。另一方面，我們用煤、石油、鈾分裂、核聚變，似

乎也不過是最終變為熱，但是如果我們不開採出來用的話，那就不

會產生熱了。所以這一份熱是另加在地球上的熱載荷。地球為了散

去這另加的熱載荷，就得普遍的增高溫度。

5. 太陽能安全可性

核能發電會有核洩漏的危險，一旦核洩漏了便會造成極大的生態

危機，而太陽能絕對沒有這種情況，是十分可靠的。

缺點

1.太陽能的利用裝置必須具有相當大的面積。

雖然到達整個地面太陽能非常巨大，但這種能量非常分散，作

為能源，它的密度太低了。因此，太陽能的利用裝置必須具有相當

大的面積，才能收集到足夠的功率。但是，面積大，造價就會高。

只有當採集能量裝置表面的單位造價相當便宜時，才能經濟合算的

使用這太陽能利用器。

15

2.太陽能受氣候、晝夜的影響。

太陽能受氣候、晝夜的影響很大，到達極不恒定。因此必須有貯

存裝置，這不僅增加了技術上的困難，也使造價增加。目前雖然已

經製成多種貯存系統，但總是不夠理想，具體應用也有一定困難。

第三章太陽能之應用

3.1 太陽能熱水器

太陽能熱水器原理

太陽能熱水器的作用原理是將來自太陽的輻射能量吸收下來並

用以加熱水溫，當一物體本身之溫度在絕對零度以上時，就會對外

以電磁波的方式釋放出輻射能量，稱為熱輻射；而放射之能量則與

絕對溫度四次方成正比當熱輻射入射到一個物質表面時，僅部分能

量會被吸收，其他部分能量會被反射或透射，其次太陽輻射經由太

陽能熱水器之集熱板吸收後，所吸收的熱能則是經由集熱板熱傳導

模式傳到分佈其間的水管外壁。熱傳導的原理在於物體中的分子及

自由電子分別因受熱產生之振動及移動，帶動能量由高溫傳至低溫；

其熱通量(單位面積上熱傳量)與熱傳方向的溫度梯度成正比接下來

再藉由熱對流模式將傳至水管管壁之高溫能量傳送給流經管內之液

體，完成加熱水溫的目的。

發生在流體與固體表面間或流體與流體間，高溫物體把熱量傳給

接觸到的流體或固體表面上之熱傳機制，稱之為熱對流模式；其中

包含了流體之能量儲存、熱傳導及流體分子間之混合運動等三種現

象。 熱對流量正比於溫差，其結果亦取決於對流熱傳係數之大小。

流經附設於集熱板上集水管路中之水，經所吸收太陽能加熱後產生

16

一個溫度梯度：位置愈高，溫度也跟著愈高，反應在管內流水之密

度上就是形成一個隨著位置上升而下降之比重梯度，導致較熱的水

經由集水管路往置放於集熱板上方之儲熱桶流動；而儲熱水桶內亦

因水溫差異形成比重梯度，底部較低溫、較冷)的水往下經輸送管路

流至集熱器底部，而形成一連續加熱之自然循環模式，此一模式稱

之為「自然循環太陽能熱水器」。若儲熱水桶之位置並非在集熱器

之上方，則須輔以幫浦加壓，使其形成上述之循環加熱系統 ， 該

方式則稱為「強制循環太陽能熱水器」。

太陽能熱水器種類

太陽能熱水系統的分類以加熱循環方式可分為：自然循環式、強

制式、儲置式等三種。

自然循環式太陽能熱水器

集熱器內的工作流體，吸收太陽輻射熱，溫度升高密度變小往上

升至儲水桶，儲水桶內較冷的水往下流至集熱器，產生自然對流循

環而將儲水桶內的水加熱的裝置，自然循環式絕大部份用在小型家

用熱水自然循環中，如果集熱器與儲水桶內循環的工作流體即為盥

洗用水則屬於直接加熱型（單循環）；如果工作流體本身負責吸收

太陽能，再間接加熱儲水桶內的用水則屬間接加熱型（雙循環），

熱管集熱器即屬此型。

17

圖 3.1 自然循環式太陽能熱水器

強制循環式太陽能熱水系統

利用集熱迴路泵浦，藉溫差控制器使儲水槽內的水，強制流經太

陽能集熱器，將集熱器所吸收的太陽輻射熱帶回儲熱槽。強制式主

要是用在大型太陽能熱水系統。

圖 3.2 強制循環式太陽能熱水系統

儲置式太陽能熱水器

其定義是一種把集熱器和儲水桶合而為一的太陽能熱水器，儲水

桶本身不只有儲水功能，同時又具有收集太陽熱能功用之裝置。此

種裝置構造簡單，價格低廉但集熱效率較低，在日射量充足的地方，

適於使用此系統。

18

圖 3.3 儲置式太陽能熱水器

太陽能熱水器的優點

1 . 環保效益

使用太陽能熱水器，比使用石化燃料製造熱水，更能減少對環境的

污染及溫室氣體二氧化碳的產生。

2〃節約能源

太陽能是屬於每個人之能源，只要有場地與設備任何人均可使用

它。

3〃安全

操作簡單、安全性高，不像使用瓦斯有爆炸或中毒之危險，使用燃

料油鍋爐則有爆炸之顧慮，即使真空管也只是玻璃破了或失去真空

已。

4〃不佔空間

太陽能熱水器裝在屋頂或屋外，不會佔用室內任何空間。

5〃具經濟效益

使用太陽能熱水器，可減少電費或瓦斯費支出，正常使用下熱水器

是不易損壞，壽命至少在十年以上，甚至有到二十年的。因為基本

19

熱源為免費太陽能，所以使用它十分符合經濟成本效益。

7〃能源不中斷

能源來自大自然，不必擔心停電及交通問題

太陽能熱水器的缺點

1〃安裝成本高

在初期需有大量的金錢投入，選擇一項好的產品程程價格不斐，

但以使用效益來說，卻是最節省成本的。

2〃條件限制多

(a)因為太陽能熱水器需加裝在

(b)頂樓部份

(c)南方不得有遮蔽物

(d)水質需在優良或良好（若以間接加熱方式則無此缺點）

3〃長時間陰雨或是日照度不足時，需使用輔助加熱。

3.2太陽能焙茶機

茶葉製造過程中，利用烘焙將茶葉香味提升，以顯現茶葉特有之風

味，其包括茶葉香味、濃淡等，對茶葉之等級與價格有極大之影響

深度。一般傳統茶葉烘焙製程時間極長，視製程方式不同，一般至

少需 8小時。本所開發之新型太陽能焙茶機具國內外多項發明及新

型專利，其特色為烘焙製程所需時間短，在溫和無雲的天氣下（日

照輻射量約 800W/㎡），置於陽光下約 1 小時即可完成一批次烘焙。

照片所示系統尺寸約為 120x110 公分，一批次烘焙約可完成 6 斤茶

葉。所烘焙出之茶葉具碳烤茶葉之風味，製程之附加價值高。而烘

焙過程中所需之熱能來自太陽能，不需其他輔助熱源，能源與經濟

效益高。本所可提供太陽能焙茶機設備製造技術及其烘焙製程技術

20

之技術移轉。

3.3 太陽能建築

利用太陽能供暖和製冷的建築。在建築中應用太陽能供暖、製

冷、可節省大量電力，煤炭等能源，而且不污染環境，在年日照時

間長，空氣潔淨度高﹑陽光充足而缺乏其他能源的地區，採用太陽

能供暖、製冷，尤為有利。

在建築中利用太陽能供暖和製冷的方式，基本上可分為主動式

和被動式兩種系統。但是這兩種太陽能系統都必須採用輔助熱源，

以便在一年中最不利的情況下保證提供所需的全部熱能。

主動式太陽能系統靠常能〈泵﹑鼓風機〉運行的系統、由集熱

器、蓄熱器、收集回路、分配回路組成，通過帄板集熱器，以水為

介質收集太陽熱。吸熱昇溫的水，貯存於地下水櫃內，櫃外圍以石

塊砌成，透過外圍石頭將空氣加熱後送至室內，用以供暖。

主動式太陽能系統按傳熱介質又可分為空氣循環系統、水循環

系統和水氣混合系統。而被動式太陽能系統用於建築物的一部分實

體作為集熱器和貯熱器，利用傳熱介質對流分配熱能的系統。

被動式太陽能系統在冬季吸收熱能作為供暖的熱源，在夏季把

建築物內的熱量散發出去，作為調節室內溫度的冷源。被動式太陽

能系統的能量利用比較充分、效率較高、經濟實惠且簡而易行﹐發

展前途比較廣闊。

21

目前被動式系統有以下五種

1.直接收益式

在房屋的朝陽面設置大面積雙層玻璃窗，利用室內的地面和牆體，

作為蓄熱體吸收太陽能。蓄熱體可用混凝土、磚、石等材料，表面

最好用深色。白天蓄熱，夜間利用所蓄熱能供暖。

水牆式

將朝陽牆面做成裝水的牆體，牆外設玻璃幕牆，兩者之間留出空氣

隔層。在冬季的白天，陽光把水牆加熱後向室內散熱﹔夜晚關閉活

動的隔熱保溫板，使已蓄熱的水牆能保證室內熱量不致散失。夏季

還可利用水牆作為隔熱牆之用，防止輻射熱入室。

蓄熱牆式

將朝陽牆面做成厚重實牆，外塗黑色，外層設玻璃幕牆，兩者之間

留出空氣隔層。實牆上留出適當的採光面積，上﹑下留洞口。白天

室內的冷空氣通過下部洞口，進入空氣隔層受熱上昇，經由上部洞

口進入室內，如此形成對流循環，室內溫度即可不斷提高。夜間將

洞口關閉，並下簾幕，使室內熱量不致散失。夏季開啟厚牆和玻璃

幕牆上的小窗，可通風降溫。

太陽溫室式

在房屋外部建一玻璃溫室，與室內有洞口相通。白天太陽將溫室加

熱後，實牆已蓄熱，熱量即散入室內。實牆也可設計成隔熱用的水

牆。溫室也可以作為一個附加的﹑陽光充足的空間，作為生活起居

之用，可以種菜﹑栽花或作室內綠化，但在夏季要有遮陽措施。

22

屋頂水池式

在屋頂上用透明材料做成水袋或水池，上蓋活動式隔熱保溫板。在

冬季的白天，將保溫板拉開，太陽將水加熱，夜間關閉保溫板。水

有較大的熱容，可持續向室內散熱。夏季的白天大部分陽光被保溫

板所反射，其餘被水吸收，水袋或水池起隔熱作用﹔夜間打開保溫

板，使之散熱﹑降溫

第四章太陽能充電器之實現

4.1 規格介紹

圖 4.1太陽能板

尺寸： 60mm x 65mm

工作電壓：4.0V

工作電流：75mA

厚度；5.20mm

23

二極體之規格

VRRM:40V

VRMS:32V

VDC:40V

IAV:1.0AMP

4.2 電路之實現

電路圖

電路各件之功能

D1- 1N589 蕭特基二極體的功用

1.防止逆向電流流入

2.防止逆向電壓過大

R1-330歐姆 電阻的功用

降壓 和 限流

發光二極體之功能

電路是否有動作

24

4.3 成品圖

圖 4.2 成品圖 1(輸出電壓 0V)

圖 4.2 成品圖 2(輸出電壓 3.8V)

25

第五章結論

5.1 未來展望

隨著科技進步，自然能源面臨耗竭，各國政府無不專注於開發

再生能源，台灣也陸續公布太陽能發電並聯法規與收購電價，而太

陽能發電已成為現今市場趨勢，目前在太陽能發電上有兩個最大的

障礙，一是能量的儲存困難，使得以日光作為動力來源的措施，只

能在日照充沛的地方進行；另一則是裝設能量轉換系統的成本過高，

不符合經濟效益。而現階段的太陽能運用，就是針對這些缺失不斷

地進行實驗，加以改善。所以在未來的研究發展上，分為前瞻研究

及產業技術研究兩類。前瞻研究針對 3~5 年內對市場具有競爭性或

衝擊性之新技術或新應用技術作開發研究，以期未來為國內產業帶

來新的商業契機。而產業技術研究將針對目前產業技術需求進行短

期（1~2 年內）之改良、輔導及技術合作。期望因應產業需求，即時

提供產業技術支援及服務。像是把太陽能集熱器與太陽能光電板等

的新技術，與建築一起搭配、整合、應用；開發成國際社會上最企

盼的綠建築。相信對於人類之文明亦或經濟價值，均會是一種突破

性的焦點產業。

26

5.1 心得結論

經過這次專題的製作，讓我們組員了解到能源應用的重要性，

雖然太陽能在應用方面的技術以及製作仍有進步的空間但太陽能在

實際的綠能應用上卻是不可或缺的，因人類若在不發展綠色能源等

到哪一天石油耗盡，將會引發全球的恐慌，到時大家可能會為了一

點點石油而打大出手，但若哪時綠色能源已發展到可以直接提供電

力給各大城市，那到時就不會肇成全球恐慌，而若早點發展綠色能

源也可以幫忙減緩溫室效應，畢竟溫室效應一直是人類現今最大的

問題，所以相信在不久的將來綠能科技會是一個重要得課題。

27

參考文獻

[1]劉景富，太陽能光電系統電池組充電器之研製，碩士論文，國立

彰化師範大學電機工程學系，2004。

[2]吳春吉，太陽能技術研究，碩士論文，崑山科技大學電機工程系，

2006。

[3]巫崇維等，太陽能充電器，學生專題，崑山科技大學電機工程系，

2008。

[4]莊博勛等，太陽能 LED路燈，學生專題，崑山科技大學電機工程

系，2008

[5]廖志展等，太陽能生活運用製作，學生專題，崑山科技大學機械

工程學系。

[6]陳璟騏等，太陽能攜帶式充電器，中華民國第四十六屆中小學科

學展覽會，臺北，中華民國，2009 年 11 月 01日，P6 - P8

[7]蘇永誌等，太陽能風扇，學生專題，崑山科技大學電腦與通訊系，

2011。

[8]太陽能的優缺點

http://www2.hkedcity.net/sch_files/a/kws/kws-solar/public_

html/solar_advantage.htm

[9]太陽能資訊網

http://solarpv.itri.org.tw/aboutus/yes/energy.asp

28

[10]參考電路(1)

http://tw.knowledge.yahoo.com/question/question?qid=150707

1909301

[11]參考電路(2)

http://tw.knowledge.yahoo.com/question/question?qid=160711

0101205

[12]參考電路(3)

http://www.wretch.cc/blog/bx2aw/12673245

[13]喬治查爾斯電子電路網

http://gc.digitw.com/index.htm

[14]太陽能的應用

http://www.cpmah.org.tw/2007/usr/c96a045/www/04.htm