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轉動的太陽--崑山科技大學「彈簧式追日裝置」

2007/09/05 經濟部能源局 點閱人次: 242

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▓撰文:卓胡誼、黃文川 ▓圖片提供:崑山科技大學電機系

消耗性能源正快速耗竭,顯而易見,未來消耗性能源的價格必定會因蘊藏量繼續減少而不斷攀升,以石油為例,國際原油價格持續上漲,對全球經濟發展與人民生活產生嚴重衝擊。除此之外,京都議定書生效所帶來的壓力,在在凸顯消耗性能源的污染問題,也正式宣告低碳時代來臨。再者,三哩島與車諾比爾核電廠災變,也引發核能安全的疑慮。因此,尋找低污染、可永續利用的替代能源已成為必然趨勢。

太陽能因具有無污染、不必自國外進口、無地域限制、可永續利用等優點,將成為人類未來能源的重要選項之一。不過,目前大部分的太陽能系統,都是採用固定式,所以無法隨時讓太陽能光電板與陽光保持垂直,因而無法使太陽能光電板可以長時間發揮其最大效率,對太陽能的運用與推廣非常不利。筆者團隊針對上述缺失,研發出具有追日功能的太陽能系統「彈簧式追日裝置」,希望可以有效提高太陽能於國內外之使用意願,為人類未來的能源供應貢獻一份心力。

彈簧式追日裝置

由於太陽能光電板的重量相當重,一片可發電100 W的太陽能光電板約重達10公斤,若是1瓩的系統,再加上支架之後,其重量將超過100公斤。如果採用馬達驅動的方式,一來需要增加高昂的馬達購置成本,其次,馬達的耗電量太多,以致目前太陽光電能系統大多採用固定式,不具備追日功能,故對太陽能的運用與推廣較不利。

因此筆者團隊針對上述缺失,研發出一種「彈簧式追日裝置」,不必使用馬達,只以定時器、電磁閥、彈簧、水槽與管路,就能以極為低廉的價格使太陽能系統達到追日的功能,並大幅改善傳統太陽能系統的效能及降低裝置成本。彈簧式追日裝置系統動作原理,係在太陽能光電板或太陽能集熱器兩端以彈簧支撐,並於兩端各設一水槽,利用控制電路自動控制在某一個水槽中注水或排水,使兩端重量不平衡,以水槽重力驅動、彈簧制動的方式達成追日功能,使太陽能光電板或太陽能集熱器可以隨時對準太陽,提高效能。除此之外,因為一直追日會使消耗的能量增加,所以,筆者團隊還研發出一天3次的追日模式:亦即在上午10點以前,控制使太陽能光電板或太陽能集熱器固定於朝東45度;在上午10點以後至下午2點以前,控制使太陽能光電板或太陽能集熱器固定於水平;於下午2點以後到日落時分,控制使太陽能光電板或太陽能集熱器固定於朝西45度,以降低追日的耗能。

經由實驗顯示,彈簧式太陽能追日系統的累計發電量約比固定式太陽能系統的累計發電量多31.33%,而耗電量約為累計發電量的0.39%。換句話說,只用3片光電板就可以達到傳統固定式使用4片光電板相同的功效,但成本更為低廉。目前該技術不但已經獲准國內專利,而且也已經申請美國、澳洲、西班牙等多國專利,還於「2006台北國際發明暨技術交易展」中榮獲發明競賽銀牌獎,並獲得民國96年國家發明創作獎之殊榮。

全球均積極推廣利用太陽能

因為消耗性能源快速耗竭,並造成嚴重污染,加以油價居高不下、京都議定書限制溫室氣體排放,以及氣候變遷使民眾體認環保的重要等因素,營造出全球發展綠色能源的良好契機。在國外,日本曾經推動7萬戶計畫,補助民眾設置太陽光電系統,如2004年日本太陽光電技術研發經費即約新台幣30億元。又如德國也曾推動10萬戶計畫,政府的補助預算約達11億馬克,並提供10年無息貸款。而澳洲、西班牙、印度等國也都積極推廣太陽能的使用。美國加州公用事業委員會更於2006年1月12日通過決議,計劃於未來10年內,將由州政府補助30億美元(約相當於新台幣1千億元),鼓勵州民在屋頂上裝置太陽能光電板。

每個人都可以盡一份心力

在國內,台灣地處亞熱帶,尤其中南部有北迴歸線經過,具有發展太陽能的良好條件,政府除了補助措施之外,也積極推動示範性計畫,如陽光電城、代表性建築、加強離島與偏遠地區發電系統之設置,積極協助國內太陽光電產業發展。

因此,在學校從事研究的筆者團隊,也希望能為地球的永續發展盡一份心力,讓太陽能的運用與推廣能夠更順暢。在檢討過去太陽能系統的缺失之後,筆者團隊找到問題的癥結:固定式雖然便宜,但效果不佳;以馬達驅動之追日效果雖然較好,但是成本較高,耗能較多。如何能達成廉價、省能、效果好的要求呢?以水的重力驅動,彈簧制動,就是筆者團隊探究出來的解決方案。或許讀者也能動動腦筋,想出比筆者團隊更好的方法,共同為地球的永續發展盡一份心力。(作者分別任職於高雄應用科技大學電機系、崑山科技大學電機系)


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