太陽能板特性量測

此節，吾人設計了幾個小實驗，以便了解太陽能板實際輸出特性 曲線。

【實驗一】

測試目標：以 15.4 歐姆與 40 歐姆水泥電阻當作太陽能板輸出負載，

量測輸出電壓是否與負載有關。

測試時間：2003 年 5 月 28 日上午 9 點至 12 點與 5 月 29 日上午 9 點 至 12 點兩天

測試地點：成功大學自強校區航太所頂樓 天氣情況：晴到多雲

測試過程：

吾人將太陽能板置於與地平行的鐵架上，模擬飛機水平飛行的姿 態。每隔 20 分鐘用三用電表測量太陽能板輸出電壓值，並將所測量 到的值作成曲線圖，以利分析。圖 6.2.1 為量測太陽能板時的情形。

圖 6.2.2 為 5 月 28 日太陽能板，在不同負載下所測量到之電壓曲線 圖。圖 6.2.3 為 5 月 29 日太陽能板，在不同負載下所測量到之電壓曲 線圖。

圖 6.2.1 太陽能板量測情形

圖 6.2.2 不同負載之太陽能板電壓曲線圖

圖 6.2.3 不同負載之太陽能板電壓曲線圖 結果討論：

由圖 6.2.2 與圖 6.2.3 可知，在幾乎相同的時間、天氣條件下，40 歐姆所得到的電壓值會比 14.5 歐姆輸出電壓值大些，除非天氣狀態 突然改變，如圖 6.2.2 第 6 筆資料（ 10 點 40 分）。這是因為在測量 40 歐姆電壓值的同時，突然有一片烏雲飛來，降低了日照強度所致。

【實驗二】

測試目標：以 15.4 與 40 歐姆的水泥電阻當作太陽能板負載，每隔 1 分鐘測量太陽能板電壓值，得到在不同負載下太陽能板輸 出電壓隨時間變化曲線圖。藉以說明在自然的太陽光照射 下，太陽能板輸出負載大小是否對於太陽能板輸出電壓有 絕對的影響。

測試時間：2003 年 5 月 28 日下午 1 點至 2 點 10 分與 5 月 29 日下午 1 點至 3 點 30 分兩天

測試地點：成功大學自強校區航太所頂樓 天氣情況：晴到多雲

測試過程：

太陽能板平放於鐵架上，模擬飛機水平飛行的姿態。圖 6.2.4 與 圖 6.2.5 為 5 月 28 日不同負載下，太陽能板隨時間變化之電壓曲線 圖，共有 30 筆資料。圖 6.2.6 與圖 6.2.7 為 5 月 29 日不同負載下，太 陽能板隨時間變化之電壓曲線圖，共有 60 筆資料。圖 6.2.4 與圖 6.2.6 是負載為 15.4 歐姆的情形，而圖 6.2.5 與圖 6.2.7 是負載為 40 歐姆的 情形。

圖 6.2.4 負載為 15.4 之太陽能板電壓曲線圖

圖 6.2.5 負載為 40 之太陽能板電壓曲線圖

圖 6.2.6 負載為 15.4 之太陽能板電壓曲線圖

圖 6.2.7 負載為 40 之太陽能板電壓曲線圖 結果討論：

由以上四張圖吾人可知，太陽能板在不同輸出負載下，其輸出電 壓會隨著時間而有所變化，但是對於歐姆值較大之負載而言，其電壓 變動範圍會比歐姆值較小之負載電壓變動範圍小。

【實驗三】

測試目標：了解太陽能板在不同負載下，其輸出電壓與電流之相對關 係。

測試時間：2003 年 5 月 30 日上午 10 點 5 分 測試地點：成功大學自強校區航太所頂樓 天氣情況：晴天少雲

測試過程：

太陽能板平放於鐵架上，模擬飛機水平飛行的姿態。每隔 5 分鐘 量測太陽能板在不同負載下之電壓電流值，共有 10 筆資料。表 6.2.1 為所有量測結果。

結果討論：

由表 6.2.1 吾人可知，在幾乎相同的時間、天氣條件下，輸出電 壓以 40 歐姆較大，輸出電流以 15.4 歐姆較大，但整體太陽能電池所 提供之功率以 15.4 歐姆較大。而且電流變化率以 15.4 歐姆變化較劇 烈。因此在正常的情況下，太陽能板輸出的電壓與電流除了日照強 度、環境溫度與太陽能電池材料等先天條件有關外，亦與輸出負載大 小有關。以實驗一至實驗三結果可知，在相同的測試環境下，負載越 大，其輸出電壓越大，輸出電流越小。

40 歐姆 15.4 歐姆

時間

電壓(V) 電流(A) 電壓(V) 電流(A)

10：05 4.86 0.11 4.72 0.31

10：10 4.77 0.11 4.69 0.30

10：15 4.45 0.10 4.28 0.27

10：20 4.49 0.105 4.31 0.275

10：25 4.59 0.10 4.33 0.28

10：30 4.78 0.11 4.43 0.28

10：35 4.85 0.11 4.75 0.31

10：40 4.52 0.10 4.35 0.27

10：45 4.67 0.10 4.49 0.27

10：50 4.81 0.11 4.68 0.30

表 6.2.1 不同負載下太陽能板輸出電壓與輸出電流

【實驗四】

測試目標：太陽能板出廠測試時，工作電壓為 4.32 伏特，工作電流 為 2.4 安培，所以測試時之等效電阻為 1.8。因此吾人使 用 2 歐姆之水泥電阻來模擬太陽能板極限。實驗室用 DSK 板在啟動後，其工作電壓與工作電流分別為 5 伏特、0.64 安培，因此吾人使用 8 歐姆電阻代替 DSP，測試太陽能的 輸出電壓與電流變化。

測試時間：2003 年 5 月 31 日下午 2 點至 3 點 測試地點：成功大學自強校區航太所頂樓 天氣情況：晴天少雲

結果討論：

負載為 2 歐姆情形下，太陽能板輸出電壓約為 2.57 伏特，電流 約 0.33 安培，且水泥負載很短的時間內就很燙，也就是在負載為 2 歐姆時，太陽能板輸出電壓? 降，輸出電流也與預期有所出入，可能 是在當時的測試環境下，輸出負載為 2 歐姆並不能得到太陽能板的輸 出極限。負載為 8 歐姆情形下，太陽能板輸出電壓約 4.58 伏特，電 流約 0.56 安培。

由以上結果可知，並不是負載越低時，太陽能板輸出電流就越 大。因此可知，太陽能板之輸出電壓與輸出電流並非為線性關係。而 且吾人可知，太陽能板輸出電流之最大極限約為 0.6 安培。

【實驗五】

測試目標：模擬飛機在不同姿態下，太陽能板之輸出特性。

測試時間：2003 年 5 月 31 日下午 3 點半 測試地點：成功大學自強校區航太所頂樓 天氣情況：晴天少雲

結果討論：

1. 相同負載下，不同的太陽入射角度，對於太陽能板輸出電壓與電 流變化很大。當太陽直射太陽能板時，此時輸出電壓電流最大。

當背光時，輸出電壓與電流會迅速降為零。

2. 用手遮去部分太陽能板面積（烏雲情形），對於輸出電壓有些許影 響，但電流影響不大。

3. 固定太陽能板位置，在非常小的時間內，即使天氣變化劇烈，電 流大小幾乎不變。

由太陽能板特性實驗可知，影響太陽能板輸出的電壓電流與輸出 功率的主要影響因素除了日照強度與環境溫度外，還與輸出負載與太 陽入射至太陽能板的角度（飛機姿態所造成的影響）有關。以下分別 就這些因素作討論：

1. 當日照強度越大（晴天或陰天）時，輸出電壓增大，輸出電流增 大，因此所獲得的輸出功率增加。

2. 太陽能板表面溫度（環境溫度）越大時，輸出電流小幅增加，輸 出電壓卻下降許多，因此輸出功率會下降。

3. 負載越大時，輸出電壓小幅增加，輸出電流會呈比例下降，因此 負載所獲得的功率會下降。

4. 太陽光入射角度越大，太陽能板所獲得的太陽光子能量越小，因 此輸出電壓下降，輸出電流下降，因此輸出功率下降。

吾人在自然環境下針對太陽能板作相關測試，由於控制變因無法 維持不變，因此所獲得的實驗結果為各個因素結合在一起，非單一操 縱變因所影響之結果，需特別注意。因此需長時間觀察，對所得的數 據加以分析，才能得到正確的結果。