第三章 試驗計畫與結果
第二節 單片型光電板模型試驗
一、 單片型光電板（1/10）風力試驗 1. 試驗風速試驗。
（1）α=20°及 V=20m/s、20m/s。由於光電板縮尺模型 1/0 在本所風洞內相 對較小，在低風速（<10m/s）的風場裡面，所得到的數值都偏小，因此 直接將風速相對調高，之後再換算成無因次化，因此，並不會受到風速 的影響。
（2）β=0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°、75°、105°、120°、135°、150°、
165°、180°。
圖 3-14 風力模型試驗示意圖
（資料來源：本研究整理）
圖 3-15 風力模型試驗來流圖
（資料來源：本研究整理）
來流 flow
1/10 單片型光電板風力模型 風速計
2.8m 皮托管
均勻流場
六力平衡儀
來流β=0°
來流β=45°
來流β=180°
來流β=135°
來流β=90°
每 15°量測一次
2. 來流為時阻塞比<0.1，所以計算風力係數時時，可不用修正風速。
3. 風力係數計算。
考量抗拉與抗壓。
C
FX
= FX
/(0.5ρU2
A) CFY
= FY
/(0.5ρU2
A) CFZ
= FZ
/(0.5ρU2
A) 式中C
FX
= 無因次化X向平均受力 CFY
= 無因次化Y向平均受力 CFZ
= 無因次化Z向平均受力 FX
= 量測之X向平均受力( N ) FY
= 量測之Y向平均受力( N ) FZ
= 量測之Z向平均受力( N )A = 建築物（或光電板）模型投影面積 ( m
2
) H = 建築物（或光電板）模型高( m )ρ = 空氣密度 ( kg/ m 3
)U = 建築物（或光電板）模型高之參考風速 ( m/s )，此處設定為 20m/s 及 25m/s
若要考量彎矩。
C
MX
= MX
/(0.5ρU2
AH) CMY
= MY
/(0.5ρU2
AH) CMZ
= MZ
/(0.5ρU2
AH) 式中C
MX
= 無因次化X向平均力矩 CMY
= 無因次化Y向平均力矩 CMZ
= 無因次化Z向平均力矩 MX
= 量測之X軸平均力矩( Nm ) MY
= 量測之Y軸平均力矩( Nm ) MZ
= 量測之Z軸平均力矩( Nm )透過以下公式將無因次化受力轉換為現場實際建築物（或光電板）之平 均受力
現場X向平均受力= C
FX
× 0.5ρUR 2
A
R
現場Y向平均受力= C
FY
× 0.5ρUR 2
A
R
現場Z向平均受力= C
FZ
× 0.5ρUR 2
A
R
式中
U
R
= 建築物（或光電板）高之參考風速 ( m/s ) AR
= 建築物（或光電板）投影面積 ( m2
) HR
= 建築物（或光電板）高 ( m )由於模型各支架無法與儀分別連結，因此必須透過一個連結平板得 知，而所得的數據，則係以整體為考量，亦即是在光電板正下方的力量。
而為了利於計算，本研究也僅能將 X、Y、Z 力量各別求出，然後再配至 各支架。
六力平衡儀係由 VB 程式語言撰寫控制程式，並將所有數據經由資料擷 取轉換器擷取電壓值後，分別計算而得。
另外，本研究以均勻流場計算。量測時溫度 32.5℃，大氣壓力 1006.4hPa，
壓力掃描器量測時單位為Pa，空氣密度ρ取 1.165kg/m
3
。圖 3-16 風力模型受力座標圖
（資料來源：本研究整理）
圖 3-17 風力模型於流場受力情形圖
（資料來源：本研究整理）
4. 試驗情形與結果如下。
F Z
F X
F Y
非均勻分佈 均勻分佈
α
R1 R3
C F1
C F2
α
R1 R3
C F
風力模型前視圖 光電板側視圖
風力模型傾仰角 模型下方連結板
模型下方連結平板與六力平衡儀結合 光電板風力量測
光電板側視圖 風力模型量測情形
圖 3-18 風力模型試驗情形圖
（資料來源：本研究整理）
模型高之 參考風速 20m/s 控制軟體 設定與監 控畫面
模型高之 參考風速 25m/s 控制軟體 設定與監 控畫面
圖 3-19 不同風速下控制介面圖
（資料來源：本研究整理）
表 3-6 風力模型 V=20m/s 風力量測結果及風力係數計算表 風攻角 F
X
FY
FZ
CFX
CFY
CFZ
180 0.8382 -0.0230 -0.6893 0.2000 -0.0055 -0.1644 165 0.8759 0.1583 -0.6212 0.2086 0.0377 -0.1480 150 0.8471 0.3213 -0.5296 0.2017 0.0765 -0.1261 135 0.7951 0.3743 -0.4532 0.1890 0.0890 -0.1077 120 0.6964 0.3460 -0.7586 0.1649 0.0819 -0.1796 105 0.5780 0.2585 -1.0786 0.1373 0.0614 -0.2562 90 0.5070 0.0251 -1.4975 0.1203 0.0060 -0.3553 75 0.5713 -0.1928 -1.8064 0.1346 -0.0454 -0.4256 60 0.7010 -0.3197 -1.9997 0.1657 -0.0756 -0.4725 45 0.7982 -0.2941 -2.1021 0.1886 -0.0695 -0.4968 30 0.8405 -0.2094 -2.1766 0.1973 -0.0492 -0.5109 15 0.7660 -0.1424 -1.9792 0.1804 -0.0335 -0.4662 0 0.7518 0.0427 -2.0411 0.1770 0.0100 -0.4805
（資料來源：本研究整理）
表 3-7 風力模型 V=25m/s 風力量測結果及風力係數計算表 風攻角 F
X
FY
FZ
CFX
CFY
CFZ
180 1.5056 -0.0254 -0.8400 0.2354 -0.0040 -0.1314 165 1.4539 0.3378 -0.7740 0.2269 0.0527 -0.1208 150 1.3104 0.6219 -0.6283 0.2057 0.0976 -0.0986 135 1.1576 0.6956 -0.7021 0.1813 0.1090 -0.1100 120 0.8911 0.5907 -1.0605 0.1389 0.0921 -0.1653 105 0.6735 0.3752 -1.6072 0.1061 0.0591 -0.2532 90 0.5958 -0.0155 -2.3340 0.0928 -0.0024 -0.3639 75 0.7595 -0.4597 -2.7949 0.1187 -0.0719 -0.4370 60 1.0235 -0.7251 -3.0709 0.1593 -0.1129 -0.4781 45 1.2558 -0.7010 -3.1960 0.1968 -0.1099 -0.5008 30 1.4162 -0.5798 -3.1488 0.2205 -0.0903 -0.4904 15 1.4536 -0.4286 -3.1097 0.2265 -0.0668 -0.4846 0 1.5465 -0.0832 -3.1494 0.2421 -0.0130 -0.4930
（資料來源：本研究整理）
V=20m/s 及 V=25m/s 風
力分佈
C
F
分佈圖 3-20 不同風速下風力模型風力及風力係數分佈圖
（資料來源：本研究整理）
有關風力係數結果，整理如下：
C
FX
=0.09～0.24 CFY
=-0.11～0.01 CFZ
=-0.09～-0.51由上圖可知C
FZ
約在來流風攻角 45 度，呈現相對高峰值(CFZ
=-0.50)，也就 是形成一個牽引力的情形，符合角隅處角渦旋影響最大之處。而在進行本項試驗，模型與支架必須透過平板組立，才能與試驗儀器結合，因此，對於量測數值本研 究認為，如要計算各支架所受力量，則應以基底總力合平均分配至各支架。至於 平板本身的影響程度，擬暫予以忽略。
二、 單片型光電板(1/5)風壓試驗 1. 試驗風速試驗
(1) α=15°及 V=10m/s、20m/s。
(2) β=0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°、75°、105°、120°、135°、
150°、165°、180°。
2. 來流為時阻塞比<0.1，所以計算風力係數時時，可不用修正風速。
量測時溫度 32℃，大氣壓力 1004.6hPa，壓力掃描器量測時單位為Pa，
空氣密度ρ取 1.165kg/m
3
，平均風速壓力等值圖則以壓力係數Cp
-m呈現，另將擾動風壓分布圖一併呈現，以利判讀參考。
圖 3-21 單片型 1×1 風壓模型試驗示意圖
（資料來源：本研究整理）
圖 3-22 單片型 1×1 風壓模型試驗來流圖
（資料來源：本研究整理）
來流 flow
1/5 單片型光電板風壓模型 風速計
2.8m 皮托管
均勻流場
來流β=0°
來流β=45°
來流β=180°
來流β=135°
來流β=90°
每 15°量測一次
圖 3-23 單片型 1×1 風壓模型於流場受力情形圖
（資料來源：本研究整理）
圖 3-24 單片型 1×1 風壓模型受力分佈圖
（資料來源：本研究整理）
3. 風壓係數計算。
淨風壓 Cpn=（正面 Cpm-u）－（反面 Cpm-l）
4. 試驗情形與結果如下。
非均勻分佈 均勻分佈 Cp-m-u-2
Cp-m-u
Cp-m-l Cp-m-u-1
Cp-m-l-1
Cp-m-l-2
R1 R3
α
R2 R4
R1 R3
單片型 1×1 光電板側視圖 單片型 1×1 光電板側視圖
單片型 1×1 光電板側視圖 單片型 1×1 光電板後視圖
單片型 1×1 光電板前視圖 單片型 1×1 光電板試驗中 圖 3-25 單片型 1×1 光電板均勻流場試驗圖
（資料來源：本研究整理）
（1） 單片型 1×1 風壓模型α=15°，β=0°～45°，V=10m/s
（2） 單片型 1×1 風壓模型α=15°，β=60°～105°，V=10m/s
（3） 單片型 1×1 風壓模型α=15°，β=120°～165°，V=10m/s
（4） 單片型 1×1 風壓模型α=15°，β=180°，V=10m/s
（6） 單片型 1×1 風壓模型α=15°，β=30°～75°，V=20m/s
（7） 單片型 1×1 風壓模型α=15°，β=90°～135°，V=20m/s
（8） 單片型 1×1 風壓模型α=15°，β=150°～180°，V=20m/s
表 3-8 單片型 1×1 風壓模型量測壓力係數相對最大值表
風速 V(m/s)
來流β
（°）
正面平均壓力係數 Cp-m 相對最大值
反面平均壓力係數 Cp-m 相對最大值
淨風壓 Cpn
相對最大值 備註
10
0 -0.27 -1.09 -1.36 15 -0.27 -1.19 -1.47 30 -0.27 -1.34 -1.62 45 -0.29 -1.11 -1.40 60 -0.69 -1.13 -1.82 75 -0.96 -0.95 -1.92 90 -1.25 -0.87 -2.12 105 -1.93 -0.63 -2.56 120 -2.09 0.63 -1.47 135 -3.37 0.72 -2.65 150 -2.28 -0.80 -3.08 165 -1.29 -0.78 -2.07 180 -1.04 -0.64 -1.68
20
0 -0.27 -1.13 -1.39 15 -0.27 -1.26 -1.53 30 -0.29 -1.42 -1.70 45 -0.29 -1.13 -1.42 60 -0.64 -1.17 -1.81 75 -0.88 -1.19 -2.07 90 -1.29 -0.89 -2.18 105 -1.96 0.64 -1.32 120 -2.00 0.57 -1.43 135 -3.40 0.72 -2.68 150 -2.50 -0.77 -3.28 165 -1.32 -0.74 -2.06 180 -1.03 0.65 -0.37
（資料來源：本研究整理）
有關單片型 1×1 風壓模型量測壓力係數相對最大值結果，整理如下：
正面 Cp-m=-0.27～-3.40 反面 Cp-m=0.57～-1.42 淨風壓 Cpn=-0.37～-3.28
上表所表現出的是各壓力孔位的相對最大值，正值為直接受風壓力，負值為 逆壓力，也就是所謂的拉力或牽引力。
進行支架結構分析時，可以參考本次試驗結果來進行，然而上表所表示的是 各測點孔位的相對最大值，因此，對於淨風壓的相對最大值，僅可供為參考，其 原因在於各測點的壓力值並非剛好在同一孔位的上下位置，再加上孔位間受到壓 力管線佈設的影響，對於該數值結果，就會有相當大的差異。某些孔位剛好在角 落邊，所得風壓甚高（Cp-m＞3），倘若直接採用計算，結果將導致過於保守，
而較不合理。
所以本研究認為，若能將該單片型 1×1 風壓模型分區，將支架的受壓（拉）
力區域，區分成正面 A1、A2、A3、A4，反面 B1、B2、B3、B4，對於均佈承受 風壓，才能算是合理。
經計算 Cpn-a=正面平均 Cp-u－反面平均 Cp-l 因此，
Cpn-a(A1/B1)=-0.31～-0.70 Cpn-a(A2/B2)=-0.06～-0.70 Cpn-a(A3/B3)=-0.51～-0.93 Cpn-a(A3/B3)=-0.43～-0.86
該結果顯示，A3/B3、A4/B4 後端（支撐端）的受力高於 A1/B1、A2/B2 後 端（支撐端），與風場受力相符，主因在於後端抬高使受風面積變大，當然受風 壓一定較大，亦顯示試驗結果合理。
詳細的支架結構計算，將於後續章節陳述。
正面 反面
圖 3-34 單片型 1×1 風壓模型區域平均淨風壓區
（資料來源：本研究整理）
A1 A2 A3 A4
B1 B2
B3 B4
正面平均壓力係數 Cp-m 相對最大值
反面平均壓力係數 Cp-m 相對最大值
淨風壓 Cpn 相對最大值
圖 3-35 單片型 1×1 風壓模型量測風壓分佈圖
（資料來源：本研究整理）
Angle of attack(β 0 )
C P m a x -h e a d s (1 x 1 )
0 50 100 150 200
-4 -3 -2 -1 0 1
2 CP-m,α=15
0,V=10m/s
CP-m,α=15
0,V=20m/s
Angle of attack(β 0 )
C P m a x -t a il s (1 x 1 )
0 50 100 150 200
-2 -1 0 1
2 CP-m,α=15
0,V=10m/s
CP-m,α=15
0,V=20m/s
Angle of attack(β 0 )
C P -n e t( 1 x 1 )
0 50 100 150 200
-4 -3 -2 -1 0 1
2 CPn-m,α=15
0,V=10m/s
CPn-m,α=15
0,V=20m/s
表 3-9 單片型 1×1 風壓模型量測區域平均淨風壓表
風速 V(m/s)
來流β
（°）
區域平均淨風壓 Cpn-a
A1/B1 A2/B2 A3/B3 A4/B4
10
0 -0.68 -0.68 -0.62 -0.64 15 -0.56 -0.64 -0.53 -0.61 30 -0.55 -0.66 -0.51 -0.59 45 -0.57 -0.60 -0.54 -0.57 60 -0.62 -0.54 -0.67 -0.53 75 -0.64 -0.46 -0.76 -0.49 90 -0.70 -0.41 -0.86 -0.45 105 -0.70 -0.32 -0.83 -0.50 120 -0.60 -0.27 -0.85 -0.67 135 -0.50 -0.25 -0.84 -0.65 150 -0.61 -0.19 -0.93 -0.76 165 -0.55 -0.13 -0.80 -0.84 180 -0.37 -0.35 -0.86 -0.86
20
0 -0.70 -0.70 -0.64 -0.66 15 -0.58 -0.65 -0.56 -0.62 30 -0.57 -0.66 -0.53 -0.60 45 -0.59 -0.59 -0.54 -0.57 60 -0.63 -0.54 -0.66 -0.53 75 -0.65 -0.45 -0.77 -0.48 90 -0.70 -0.38 -0.85 -0.43 105 -0.70 -0.28 -0.82 -0.48 120 -0.58 -0.21 -0.76 -0.65 135 -0.46 -0.19 -0.82 -0.61 150 -0.58 -0.12 -0.90 -0.71 165 -0.51 -0.06 -0.75 -0.80 180 -0.31 -0.28 -0.81 -0.81
（資料來源：本研究整理）
為求模型與實尺寸物件間的差異，本研究也選購一組單片型的支架系統及模 組，實際組立圖說如下。原本預定置入風洞進行量測，但如何在不破壞物件的條 件下進行抗風量測，對於風力量測儀器設備並無法滿足，而若要採用風壓量測儀 器設備，對於壓力管線的佈設又無法克服。因此，本研究即先將其組立完成，從 中瞭解組立的過程，進而提出相關建議。至於抗風量測，則可列於後續研究再來
思考如何進行。這也啟發了本研究對於後續如能提出相關檢測試驗方法，有了極 大的研究動力，所能創造的價值與能量，應該可以為太陽能光電板有所在實尺寸 的量測上有所貢獻。
單片型 1×1 光電板組件圖 單片型 1×1 光電板滑軌圖
單片型 1×1 光電板支撐柱斷面圖 單片型 1×1 光電板支架圖
單片型 1×1 光電板滑軌與支撐柱前視圖 單片型 1×1 光電板支撐系統組立圖 圖 3-36 單片型 1×1 光電板實尺寸支架組立圖
（資料來源：本研究整理）
單片型 1×1 光電板前視圖 單片型 1×1 光電板側視圖
單片型 1×1 光電板夾具扣件圖 單片型 1×1 光電板支撐系統側視圖
單片型 1×1 光電板支撐系統側視圖 單片型 1×1 光電板支撐系統側視圖
單片型 1×1 光電板夾具扣件斷面圖 單片型 1×1 光電板後視圖 圖 3-37 單片型 1×1 光電板模組實尺寸支架組立圖
（資料來源：本研究整理）