實驗量測與結果分析

在風車性能實驗進行前，本研究先將風力發電機所得到的轉速對 應發電機電壓的值，與裝置於發電機測試平台上給予不同的轉速所量 測到的值作比對，如圖 4.10 所示，可以發現兩者所繪製出來的線趨 勢非常的相近，因而可以確定所得到的值的準確性，也可進一步進行 風力發電機的實驗量測。

本次實驗平台所架設的位置，除了參考先前所做的風場模擬之 外，還需考量大樓整體結構及後期跟換發電機或風車的安全方便性，

故選定的位置為離迎風面2 米和從地面算起約 2 米的位置作為實際量 測的位置。在阻抗的部分，本研究選用 375、750 及 875 歐姆三種不 同的電阻來進行量測，進而得到多組性能曲線，以方便比對驗證 由圖 4.11 可以發現，在三組不同阻抗的情況下，其轉速對電壓的趨 勢線皆非常的接近，由此可知其發電機在三組不同的阻抗下，並沒有 因為故障或其他問題而導致發電量有所改變，由此圖可以證實其資料 是可以採用的。而在於實際輸出結果的比較，如圖 4.12 所示，可以 看到在阻抗為 375 歐姆時、周速比=3.45 時，相對應的最大輸出功率 係數為 0.011；而在 750 歐母時，當周速比為 3.48，相對應的最大輸 出功率為0.008；當 875 歐母時，周速比為 3.13 所對應的最大輸出功 率為 0.007。綜觀上面三組值的趨勢，可以發現在 375 歐母所能得到

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的輸出扭力係數都要比另外兩組來的高，亦即此風力發電機在低阻抗 高負載時，可以得到較好的效率值。

但是三組輸出扭力的表現相較於模擬結果，輸出扭力係數明顯地 有所差異，評估其差異的原因在於模擬以穩態做一評估，其所能得到 的值會要比實際情形來的高；但若以暫態的形式進行模擬，以現今個 人電腦的配備，若要計算此開放流場的問題必會需要相當多的時間，

故目前只能以穩態來進行相對位置的評估。

若是單看輸出扭力係數的部分，可以看出其值皆相當的低，檢視 整體風力發電機時，在考量實際的系統的主體結構後，發現有重量過 重所導致的可能因素，反觀在數值模擬中，因為忽略重量的部分，故 在風力發電機啟動上會比較順暢；但在實體模型之性能測試時，在未 充分考量到風車及發電機的接軸部分之重量及整體主軸重量，而使得 風力機在啟動的時候，必須要在相對大的風速下才能進行啟動，這代 表要在更高的風速下，才能使風力發電機達到額定轉速。由此可以歸 納得知，材質的輕量化對於阻力型風車的運轉及性能提升的部分，亦 會有相當大的所幫助。

綜合以上的論述，本研究之數值模擬的部分是以空氣動力學作為 基礎，在進行模擬假設時，本研究忽略諸如重力的部份和多風向等參 數，並以穩態的方式進行評估，但若考量實體風力發電的情況時，則

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還需在考量到發電機的性能、發電機的損失、整體材質的重量考量和 實體風場等因素，故在量測出來的數值上會有所差異。在於實驗數值 中輸出功率係數的部份，其最大值未超過理想風機曲線之最大值 0.593，其值位 Savonius 風力發電機的估算值之中。本文成功的建立 一實體風力發電機測試平台，其平台擁有快拆式、作業方便與可置換 等優點，未來只需作主軸調整來換置不同的發電機或風車型式，而不 用再耗費其他材料去建置結構，故也可達到節能減碳的功效。

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圖 4- 12 不同阻抗下周速比對輸出功率係數之關係

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