智慧型電燈電路系統實現

經由第二章系統邏輯電路設計完成後，必須確認系統設計的動作將會跟 隨外界變化而動作，利用軟體模擬感測器 D0 至 D3 受到外界車輛的動作，

感測器將會送入脈波訊號至系統之變化，圖 4.38 為右邊一部車輛進入車道 後，最後再離開車道之模擬，當車輛進入先碰到 D0 感測器後，再同時觸發 D0 與 D1 感測器後，最後只碰到 D1，計數器輸出總和將不為零，輸出 Output 腳將呈現高態的狀態，並送出控制訊號點亮路燈，等到車輛離開時，車輛會 先碰到 D2 感測器後，在同時觸發 D2 與 D3 感測器後，最後只觸發 D3，計 數器將會減 1，當計數器內部為零時，Output 腳位將會輸出低態訊號控制訊 號，路燈也將會關閉。圖 4.39 為一部車輛從左方進入之時序模擬，其動作 方式相同上述動作方式，如果車道有人車時，Output 腳位將會輸出高態的狀 態，等到人車離開時，Output 腳位將會輸出低態的狀態。

圖 4.40 與圖 4.41 分別模擬左方或右方進入兩部車的動作狀況，當第一 部車進入時計數器會上數一次，Output 腳位將會輸出高態的狀態，當第二部 車輛進入時，計數器會再次上數一次，Output 腳位將維持原來輸出高態的狀 態，等到人車離開時，計數器歸零後，Output 腳位才會輸出低態的狀態關閉

路燈。圖 4.42 與圖 4.43 分別模擬左方或右方進入三部車之動作狀況，可以 發現三部車依序進入車道，第一部車進入，Output 腳位將會輸出高態的狀 態，並點亮路燈，但不會因為第二部與第三部車的影響 Output 腳位輸出低 態的狀態關閉路燈，一直到全部的人車離開後與計數器歸零，Output 腳位才 會輸出低態的狀態關閉路燈。

圖 4.44 與圖 4.45 分別模擬車輛交叉變化，右邊先進入三部車、左邊再 進入兩部車與右邊先離開三部車，左邊再離開三部車之動作狀況，如果右方 進入三部車，左方再進入兩部車，車道全部將有五部車輛，計數器將會上數 至五，Output 腳位將會第一部車輛的進入而輸出高態的狀態，一直到全部的 人車離開後與計數器歸零，Output 腳位才會輸出低態的狀態來關閉路燈。圖 4.46 至圖 4.48 模擬車輛有進有出的交錯變化情形，最後可以經由這些模擬 的結果了解車輛進出的動作與路燈的亮滅狀況與預期的結果是一樣的。圖 4.49 與圖 4.50 為 CPLD 設計硬體電路圖與實體圖。

圖 4.38 右邊一部車輛進入之時序圖

圖 4.39 從左邊一部車輛進入之時序圖

圖 4.40 右邊兩部車輛進入之時序圖

圖 4.41 左邊兩部車輛進入之時序圖

圖 4.42 右邊三部車輛進入之時序圖

圖 4.43 左邊三部車輛進入之時序圖

圖 4.44 右邊進入三部車，左邊進入兩部車之時序圖

圖 4.45 右邊進入三部車，左邊進入三部車之時序圖

圖 4.46 右邊進入兩部車，右邊離開一台後，左邊進入一部車之模擬

圖 4.47 右邊進入三部車，右邊離開一台後，左邊進入兩部車之模擬

SW DIP-9 5V

GCLK/IN 43 GCLK2

2 GCLR/IN

1 OE1/IN 44

圖 4.50 系統電路實體圖

4.9 電源自動切換開關測試

一般在商場、機場、醫院、高層建築、化工、冶金等行業，各部門重要 配電設備中，並不希望正在執行重要工作的時候電源突然斷電，危害工作人 員生命安全或重要設備的損壞，通常會裝設電源自動切換開關(Automatic transfer Switches, ATS)應用在重要的場合，ATS 的電力主要有主電力與備用 電力，一般台電電力為主電力，柴油引擎為備用電力之用，等到主電力供應 中斷時，將負載切換至備用電源，等到常用電源恢復供電時，自動跳轉回主 電力供電，因此切換時間與回覆時間的選擇有顯得相當重要。

此系統路燈引進台電的電力的原因為系統還在測試的階段，本研究所設 置的再生能源與電瓶所使用的規格並沒有很大，不希望天氣的不穩定造成再 生能源供電給當地居民的用電不安全，因此引入 ATS 電源自動切換開關 (Automatic transfer Switches, ATS)進行電力的控制，電力的分配與現有的設 置不一樣，以太陽能發電系統電力的純弦波轉換器之輸出為主電力，台電交 流 220V 的電力為輔助電力，如果太陽能發電系統產生不穩定的電源時，ATS 瞬間將電力切換至台電的輔助電力繼續供應電力給路燈使用，這樣才不會造 成當地居民的不方便，透過電源自動切換開關與台電的電力相互結合，另一

個目的是希望最後系統電力可以完全由再生能源發電站所提供，本系統所使 用的 ATS 轉換器為奈特電子所出產的產品，其規格為 220V 60Hz，斷電與 復電切換時間可調整設定，控制單元皆已經過防潮與防塵處理，如圖 4.51 所示。如圖 4.52(a)所示，當正常電源忽然停止供應或異常供電時，ATS 的電 源供應接點將會從正常電源轉接至緊急電源的供應，即可看到圖 4.52(b)的輸 出電力波形與緊急電源的電力是相同波形，可得知其工作變化。

圖 4.51 電源自動切換開關實體圖

(a)主電力的使用

(b)輔助的電力的供應 圖 4.52 ATS 電力切換測試

4.10 系統發電量評估

以 Fara 與 Finta 提出的獨立型太陽能路燈為例[11]，該系統太陽能板發電 功率為 100W，負載功率為 18W，發電功率遠大於負載用電功率 5.5 倍，蓄 電池容量為 200Ah，系統的蓄電容量遠高於負載用電容量 11 倍，一般獨立 型太陽能路燈為了避免太陽能板受到季節與氣候的影響造成供電不穩定的 問題，皆採用增加發電容量之設計，但此舉卻提高太陽能路燈的設置成本。

本文透過能源管理的設計讓系統可以有效減少硬體設置的規格，本研究 的太陽能發電系統發電功率為 300W，路燈系統其負載功率為 480W，發電 功率小於負載用電功率。系統蓄電池容量為 540Ah，如果負載每晚需要供電 12 小時，沒有經過能源管理的系統之蓄電池至少需要供電 480Ah。如果系 統改用能源管理策略來運用電源，每天需耗費蓄電池的電力可大幅下降為 144Ah，未來系統的發電量將由長期的觀察來確認是否達到預期的評估，表 4.5 為獨立型路燈與集中型路燈的系統規格比較表。以圖 4.53 推算每日平均 日照時數，如果以平均每小時有 5 部車進入，一個晚上將會有 60 輛車進入 此道路，每晚所耗費的電力共 0.864 度，換算成每日發電量，發現只有在 4

月至 10 月時，每天發電量足夠提供每晚的用電，利用風力發電機彌補電力 95.6 140.8 30 4.69 1.41 95.7 234.4 31 7.56 2.27 95.8 249.8 31 8.06 2.42 95.9 119.1 30 3.97 1.19 95.10 151.3 31 4.88 1.46 95.11 81.8 30 2.73 0.82 95.12 65.9 31 2.13 0.64

宜蘭 95年平均每天日照時數圖

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 月份

日照時數(hr)

圖 4.53 平均每天日照時數

4.11 太陽能板回收與二次污染

太陽能板經由長期輻射，將造成的太陽能板老化使轉換效率降低，等到 太陽能板發電效率不佳時將被淘汰，目前太陽電池模組有 85%的元件都是可 以回收再利用[44]，如果太陽發電模組直接棄置進入掩埋場，棄置成本看似 相當低，與其他廢棄物擠壓下，將使廢太陽電池模組破裂變形，若含酸的雨 水流過，則產生化學變化，將會產生有害物質在影響生活環境。棄置不回收 不但無法獲得高經濟價值的矽晶材，也將造成整個社會的污染[45]。德國與 日本是目前太陽能發電發展最快的國家，太陽能板的回收再利用與減少太陽 板對環境的破壞都有符合相關環保法令與回收方法，以德國與日本拆解廢太 陽電池模組為例，廢棄的太陽能模組經過物理方式拆解外框固定支撐架等資 源性高的金屬後，廢棄的太陽電池經由分離玻璃與 EVA 包覆取得廢太陽電 池晶片。德國採用加熱氣化方式分離，EVA 在加熱過程中氣化消失，EVA 雖無毒性但氣化有強烈氣味產生[46, 47]；日本則用化學方式腐蝕 EVA，腐 蝕廢酸液更須妥善處裡[48-50]；分離完成的廢太陽板需利用酸液清洗太陽能 板表面，將反射層等化學物質去除，最後再將廢酸液回收到廢液儲存桶，經 由廢液處理商進行處理。大體而言回收廢太陽電池發電系統，在污染防治上

所需較少，可以分類拆解太陽能板再利用，需再次處理的廢棄物處理設備上 都已具備，污染防治功能也相當完備，可以產生較少的二次污染[45]。

目前台灣在太陽能板的發展上還在推廣的階段，法令尚未對太陽發電設 備實施禁用有害物質與回收要求，太陽電池相關製造商雖仍在排除之外，不 須負起回收與禁用有害物質，相關法令尚未完備，無法處理廢棄物也將造成 環境負擔。

第五章 結論與未來展望

5.1 結論

在地方民眾的民意驅駛下，政府近年建立數量龐大的路燈，大量的路燈 系統造成龐大的電費支出，非都會區土地面積較大，人口密度相對較低，郊 區道路的使用率也相對較低，路燈在夜間道路照明的實質效益也相對較低，

現有的路燈照明方式將會造成不必要的電力浪費，而且農作物受到長期夜間 強光的照射，也會影響農作物生長。

為了解決上述之問題，本研究提出可行的智慧型的點燈方式，利用感測 器感應的方式，當有人車進入車道時點亮路燈，當人車輛離開後關閉路燈，

適當的利用能源，進而有效降低入夜期間的點燈時數，並且推廣路燈計價方 式改用以度計價取代現行以盞計價的收費方式，有效降低入夜期間的點燈時 數與減少對農作物及地方生態的衝擊。推廣以智慧型電燈所節約的電費拿來 發展再生能源供電系統，增加地方政府對再生能源推廣的意願。本研究也提 供一種再生能源發電系統的設計與實現，以集中型的太陽能供電系統取代以 往獨立型再生能源供電路燈，進而降低以往獨立型再生能源供電路燈之硬體 設置成本過高的問題。

目前已經完成集中型太陽能發電站，正式將電力供應路燈系統使用，並

目前已經完成集中型太陽能發電站，正式將電力供應路燈系統使用，並