第四章 BIPV建材實尺寸試驗
第二節 太陽光電模組結合水套試驗
太陽光電模組不論是以BIPV或BAPV的設計方式應用在建築物上，除了會有 相關的設置成本回收年限、防火時效或消防救助等問題需要考量之外，另有一個 散熱的問題必須考量；由於太陽光電模組在日照條件與時數較佳的情況下會有較 好的發電效率以及穩定性，然而在此條件下；太陽光電模組的玻璃面溫度則是會 逐漸上升，而此溫度的上升除了影響發電效率之外，更甚至於會影響到建築物的
設計、施工、居住舒適性或額外的能源消耗等問題。例如：太陽光電模組若與屋
位充滿至高於進水口2公分的高度(低於1-3量測點位置以及背部電線盒)之後再將 進水口關閉以及開始量測各點溫度以及輸出電壓和電流的變化。(2)進水口與出 水口均打開，保持水循環的條件，而水位則是保持在進水口的高度；量測各點溫 度以及輸出電壓和電流的變化。由於此太陽光電模組的試體只有一塊，因此在晴 天條件下；有水套與無水套的試驗條件並無法同時進行兩種試驗。為了保有能夠 相互比較的試驗結果，本研究會先進行無水套的試驗，並分析各點溫度與輸出電 壓和電流…等結果；之後在水套試驗時，除了要選擇相近的氣候之外，亦會先進 行水套在未通入水的時候，量測輸出電壓和電流與各點溫度均與先前無水套試驗 的情況相近時，再打開進水口進行水套的試驗，藉此減少氣候環境對試驗數據的 影響性。
(a) (b)
圖4-26 水套試驗配置圖 (本研究製作) 表4-6 太陽光電模組規格表
(本研究製作)
圖4-27 熱電偶配置圖 (本研究製作)
圖4-28至圖4-31顯示在雨天的情況下，太陽光電模組(無水套)各項量測數據 的變化。圖4-20顯示雨天情況下的環境照度變化；試驗日期與時間分別為 2015-09-07 (12:08 PM - 2:28 PM)，其結果顯示當天的環境照度隨著試驗時間呈現 減少的趨勢，由19000 LUX下降至4000 LUX。
圖4-28 環境照度的變化(本研究製作)
圖4-29顯示太陽光電模組(無水套)各點表面溫度與環境溫度的變化，由圖顯 示當日環境溫度為30oC，而太陽光電模組(無水套)各點所量測的溫度以及變化趨 勢幾乎相同；在試驗過程各量測點的溫度均由35 oC下降至30 oC。
圖4-30顯示輸出電壓與電流隨著試驗過程而呈現減少的趨勢；這是由於在試 驗過程中，環境照度會逐漸下降，因此太陽光電模組的輸出電壓與電流會隨著環 境照度的減少而減少，尤其是輸出電流在試驗過程90分鐘之後就沒有輸出電流的 產生。整個試驗過程的輸出功率變化為試驗初期的25W逐漸減低至0W(如圖4-31 所示)，但若將圖4-28與圖4-31的結果相互比較則可得知，環境照度低於4000LUX 的時候，太陽光電模組便無輸出功率的產生。此結果顯示太陽光電模組在日照條 件不佳的情況下，其輸出功率會受到相當大的影響，此現象亦由許多的研究獲得 證實。
圖4-29 太陽光電模組(無水套)表面溫度的變化-雨天(本研究製作)
圖4-30 輸出電壓與電流的變化-雨天 (本研究製作)
圖4-31 輸出功率的變化-雨天(本研究製作)
圖4-32至圖4-34顯示在晴天的情況下，太陽光電模組(無水套)各項量測數據 的變化。試驗日期與時間分別為2015-09-09 (12:55 PM - 13:30 PM)，由於試驗當 天的環境照度超過儀器可量測的範圍(> 20000 LUX)，因此並不再敘述試驗過程 的環境照度變化。
圖4-32顯示太陽光電模組(無水套)在晴天的條件下，各點表面溫度與環境溫 度的變化。由圖顯示當日環境溫度約為33 oC，但太陽光電模組(無水套)在試驗過 程的各點溫度均高於環境溫度。量測點1至3在試驗過程的前20分鐘所量測的溫度 均低於量測點4至9，這是由於陽光在試驗初期的時候尚未能完全直接照射太陽光 電模組，因此量測點1至3在試驗初期所量測的溫度會略低於其他各點；但此現象 並不影響太陽光電模組的輸出電壓與電流的表現，詳細於圖4-33說明。由於太陽 光電模組輸出電壓與電流的表現主要取決於陽光照度的強弱，所以在試驗2小時 中電壓與電流輸出最大及最平穩的時段，此時段長度為35分鐘，用此段時間之實 驗數據作為參考與比較。
當太陽光電模組在晴天條件下試驗時，由於陽光持續照射太陽光電模組，使 得太陽光電模組的玻璃溫度會逐漸上升；再加上太陽光電模組在持續發電的狀況 之下亦會產生溫度，進而增加太陽光電模組的玻璃溫度增加，最後各量測點的溫
光電模組在試驗過程的輸出電壓與電流幾乎沒有產生太大的變動，分別為77 ± 1 V與1.9 ± 0.1 A；輸出功率的變化則是保持在140至145W之間(如圖4-34所示)。
本試驗的第一部份：太陽光電模組(無水套)在陰天與晴天的試驗結果清楚顯 示，環境照度對太陽光電模組的表面溫度、電壓、電流以及輸出功率均有相當大 的影響。在較佳的電壓、電流以及輸出功率條件之下，太陽光電模組的表面溫度 也會高於環境溫度。
圖4-32 太陽光電模組(無水套)表面溫度的變化-晴天(本研究製作)
圖4-33 輸出電壓與電流的變化-晴天(本研究製作)
圖4-34 輸出功率的變化-晴天(本研究製作)
本試驗的第二部份為太陽光電模組結合水套試驗；此水套試驗均在晴天條件 下進行，並分兩個階段：(1)打開進水口，但關閉出水口，並使水位充滿至高於 進水口2公分的高度，量測各點溫度以及輸出電壓和電流的變化。(2)進水口與出 水口均打開，保持水循環的條件，而水位則是保持在進水口的高度；量測各點溫 度以及輸出電壓和電流的變化。
圖4-35至圖4-37顯示在另一晴天的情況下，太陽光電模組(水套)各項量測數 據的變化。試驗日期與時間分別為2015-09-19 (13:10 PM - 13:45 PM)，由於試驗 當天的環境照度亦超過照度計可量測的範圍(> 20000 LUX)，但目測當天的天氣 與日照情況與2015-09-09 當天相似，因此便進行太陽光電模組(水套)的試驗。試 驗當天的環境溫度為32oC，試驗用的初始水溫為31 oC(11號量測點)。
圖4-35顯示試驗時間前25分鐘為第一階段的水套試驗：僅打開進水口，但關 閉出水口，並使水位充滿至高於進水口2公分的高度(低於1-3量測點位置以及背 部電線盒)之後再將進水口關閉以及開始量測各點溫度。試驗時間25分鐘之後即 變換成第二階段的水循環試驗：將進水口與出水口打開，保持水循環的條件(進 水口流率為1.47 L/min)，而水位則是保持在進水口的高度，此時各點溫度持續進 行量測。
測點由於水套內的水位低於此3個量測點，因此量測的溫度會高於其他4-9號各點 的溫度；1-3號各量測點的溫度會從50oC上升至60oC，其他4-9號各量測點的溫度 約保持在40 ± 5 oC，而位於太陽光電模組背部的10號量測點所量測的水溫變化與 4-9號各點的溫度相似。此結果顯示水套內部的水能夠減低太陽光電模組的溫度 上升變化。
圖4-35 太陽光電模組表面溫度的變化-晴天(水套)(本研究製作)
在第一階段的水套試驗時間25分鐘之後，立即打開進水口與出水口，進行水 循環試驗；而水循環試驗結果顯示1-3號各量測點的溫度會有略為下降的趨勢，
但4-9號各點的溫度變化則較不明顯；10號量測點所量測的水溫則是由45 oC略微 下降至40 oC，而出水口溫度則是與10號量測點差不多。由於水循環試驗僅進行 10分鐘，若天氣狀況沒有改變以及試驗時間增長，應可以觀察到其他各點溫度會 有持續下降的趨勢。此外，太陽光電模組(水套)在試驗過程的輸出電壓與電流亦 沒有太大的變動產生，分別為79 ± 1 V與1.75 ± 0.1 A(如圖4-36所示)；輸出功率的 變化則是保持在140 W(如圖4-37所示)。
太陽光電模組在有水套與無水套的試驗結果可以發現，水套不論是在有循環 水或無循環水的狀態均能夠減低太陽光電模組的溫度變化，但對於輸出電壓、電 流與輸出功率的影響較不明顯；因此若將太陽光電模組與水套技術結合並應用在 建築物上，則是能夠減少太陽光電模組受到日照與發電過程所產生的高溫傳入建
築物的室內，因此便不需使用額外的電力進行環境空調的調節；而太陽光電模組 產生的電力則是可以應用於建築物本體所需的能源消耗。此外，由圖4-35的10號 量測點之水溫變化結果可知，水套內的水溫會隨著試驗時間增加至約40 ± 5 oC。
此水溫則是可以額外應用於民生需求，或將此循環水連結至太陽能熱水器的進水 口，藉此進一步達到節約能源的應用。