實驗設備

實驗將分為室內聚光實驗與室外聚光實驗兩個部分，室內聚光實驗使 用太陽光模擬器做為光源，外觀如圖 4.1，其規格如表 4.1。室外聚光實驗 則直接使用太陽光。

菲涅耳透鏡與太陽能電池分別固定在兩個平台之上，如圖 4.2 所示。

此兩平台靠 4 根螺桿調整水平度與相對之距離，其間有陽極處理過之染黑 鋁板遮蔽，並且可依兩個不同的轉軸旋轉。

為了得知菲涅耳透鏡聚光後之輻射通量分佈，本研究使用功率計 (Power Meter)量測匯聚至太陽能電池表面之輻射通量分佈，功率計之規格 如表 4.2 所示。而量測太陽能電池 I-V 曲線部分，室內聚光實驗將利用電

65

源電錶(Source Meter)自動量測，其外觀如圖 4.3，規格如表 4.3 所示。室 外聚光實驗則使用一可變電阻與太陽能電池串連，並且使用兩台三用電表 充當伏特計與安培計，量測並記錄太陽能電池在不同負載之下的電壓電流 變化，其電路如圖 4.4，三用電表之規格如表 4.4 與表 4.5。

另一方面，實驗進行的同時將觀測與記錄當時的環境狀態，太陽能電 池之底面將會黏貼一熱電偶，連接到數位溫度計以量測其溫度變化，數位 溫度計之規格如表 4.6。而安裝太陽能電池之平台底面將加上風扇以幫助 太陽能電池降溫與維持實驗時溫度之穩定，風扇將由電源供應器驅動，規 格如表 4.7。因太陽之輻射照度值依照每天雲層狀況各有不同，本研究使 用照度計以記錄室外聚光實驗時的太陽光照度，以做為參考之用，照度計 之規格如表 4.8。

圖 4.1 太陽光模擬器[27]

66

表 4.1 太陽光模擬器規格

型號 三永 XES-502S

光源 500W 氙氣燈

模擬光譜 AM1.5G

模擬波長 400nm~1100nm 光譜合致度 75%~125%(Class A) 輻射照度不穩定性 ≦1%(Class A) 輻射照度不均勻性 ≦2%(Class A)

平行度 ≦5°

有效照射面積 10cm x 10cm

圖 4.2 裝載菲涅耳透鏡與太陽能電池平台之支架

Fresnel Lens

Solar Cell 染黑鋁板

67

表 4.2 功率計規格

型號 Gentec-EO PH100-Si 感測器尺寸 Φ11.28mm 量測光譜範圍 300nm~1100nm 量測功率範圍 600pW~30mW 最大平均功率密度 100W/cm²

圖 4.3 電源電錶外觀[28]

表 4.3 電源電錶規格

型號 KEITHLEY 2400

輸出功率 20W

電壓範圍 ±0.1μV~±20V 電流範圍 ±50pA~±1.05A 電阻範圍 <0.2Ω~>200Ω

68

A

V

200Ω

500Ω

Solar Cell

圖 4.4 測量太陽能電池 I-V 曲線之電路示意圖

表 4.4 三用電表規格-1

型號 CIE-3130B

直流電壓檔位

200mV/2.2V/22V/220V/1000V 或 自動換檔

直流電壓解析度 0.01mV

直流電壓精準度 ±(0.05%+2dgts)

直流電流檔位

220μA/2200μA/22mA/220mA/10A 或 自動換檔

直流電流解析度 0.01μA

直流電流精準度 ±(0.5%+2dgts)

69

表 4.5 三用電表規格-2

型號 KILTER 269

直流電壓檔位 200mV/2V/20V/200V/600V 直流電壓解析度 100μV/1mV/10mV/100mV/1V 直流電壓精準度 ±1.0%+3dgts/±0.5%+3dgts/

±1.0%+3dgts/±1.0%+3dgts/±1.0%+3dgts 直流電流檔位 2mA/20mA/200mA/10A

直流電流解析度 1μA/10μA/100μA/10mA 直流電流精準度 ±1.2%+2dgts/±1.2%+2dgts/

±1.2%+2dgts/±2.5%+3dgts

表 4.6 數位溫度計規格

型號 RIXEN T-60

熱電偶型式 Type K

量測範圍 -200℃~1372℃

解析度

0.1℃(-200~200℃) 1℃(200℃以上)

精確度

±0.1% rdg +0.2℃(-200~200℃)

±0.2% rdg +1℃(200℃以上)

70

表 4.7 電源供應器規格

型號 GPC-3030D

Parallel 30V 6A

Series 60V 3A

Constant Voltage Operation Line Regulation ≦0.01% + 3mV

Load Regulation

≦0.01% + 3mV(Rating Current≦3A)

≦0.02% + 3mV(Rating Current≦10A)

Ripple & Noise ≦1mV RMS 5Hz~1MHz Recovery Time ≦100μS

Constant Current Operation Line Regulation ≦0.2% + 3mA Load Regulation ≦0.2% + 3mA Ripple Current ≦3mA RMS

表 4.8 照度計規格

71 鏡(Φ50mm，厚度 0.5mm)，以比較本研究設計之菲涅耳透鏡與傳統菲涅 耳透鏡之差別。但因名片型放大鏡厚度太薄，因此第四組集光元件在名片