第三章 風力機實場量量測平台
本研究在台南歸仁風洞館頂樓進行小型風力機實場量測平台的建制，該 地點地處空曠周圍環境沒有相對較高的建築物遮蔽（如圖 3-1 所示），適合 進行長時間風力機發電性能量測及實場風速資料庫的建立。
圖3-1 風洞館頂樓周圍環境現況
資料來源：本文整理本研究將設計小型風力機及風速計支架安裝電梯維護間的屋頂，固定的 支架高過女兒牆1.5 米，風速計與發電機平行架設，兩者之間距為 8.4 米，風 力機的葉片直徑為1.06 米（如圖 3-2 所示）。
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圖3-2 風速計及小型風力發電機現場架設圖
資料來源：本研究整理風 速 計 與 風 力 發 電 機 現 場 改 善 後 相 對 位 置 配 置
本實驗在進行之初只規劃一台風速計進行風速量測，其安裝位置位於風 力發電機西側進行參考風速的量測。於期中審查時有委員建議應該在風力機 的北側增加一台風速計，因為如果風向如果由東往西吹，原本的風速計便處 於風力發電機下游，而風力機因旋轉發電時會造成下游流場相當混亂，進而 影響風速計量測的準確性。因此架設兩台風速計分別位於風力機的西側與北 側時得以確保其所量測風速會有一台是較為正確。數據資料擷取時，將同時 擷取兩台風速風速計的速度值，並選擇風速值較大者作為參考風速，因為自 然風場的風通過發電機將有一部份的能量被擷取轉換成電能，洞能會降低會 使得風速也會降低。
第三章 風力機實場量測平台
圖3-3 風力發電機及風速計實場配置圖
資料來源：本文整理小 型 風 力 發 電 機
本研究進行測試的風力機選擇新高能公司所生產的 DS-200 型的風力發電 機，該風力發電機葉片設計為高發電效率之 Darrieus 型葉片配上高扭力 之 Savonius 型葉片。該風力機在無掛負載情況下，起始風速在 3m/s 以下，
風力發電機本體高度約為 1.2m，最大發電量為 200W，DS-200 風力發電機 的性能及尺寸特性如表 3-1 所示。
表3-1 本研究風力發電機規格
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資料來源：新高能源公司
第三章 風力機實場量測平台
高 功 率 電 子 負 載
本實驗將使用 PRODIGIT 公司所生產的 3350 系列高功率電子負載系 統，此高功率電子負載系統主要是用來模擬風力發電機搭載負載的情況並測 試評估在不同之負載下所能輸出的發電效能，其具有 GPIB/RS-232C 介面及 面板手動兩種操作方式，而且可以在定電流、定電壓、定電阻及定功率四種 不同模式下進行操作，而本實驗將採用定電阻模態下進行資料擷取，而電阻 值設定範圍在 2~100Ω，此實驗系統將應用 RS-232C 介面進行遠端控制其電 子負載，其電壓和電流工作範圍分別為0–60V 與 0–360A。
圖3-4 PRODIGIT 公司 3350 高功率電子負載
資料來源：本研究整理風 速 計
在實場風速量測上本研究採用英國 GILL 公司生產的雙軸向的超音波風 速計，其量測風速為0～60m/s 風向角為 0 度至 359 度，可以防水適合戶外長 時間量測，數位輸出RS232/422/485/SDI-12 等多種形式可選擇，本研究將採 用RS232 訊號線進行訊號輸出，該風速計的性能特性如表 3-2 所示。
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表3-2 GILL 公司風速計性能特性
資料來源：GILL instruments 公司網站
轉 速 速 計
本次實驗量測其中一個項目為比較風力發電機轉速及發電效能關係，所 以在風力機下方裝置一個 SICK 公司的生產的轉速計（接近開關），近接開 關的原理是感應電壓的變化，特定的以金屬為被測物體，感應距離很短，通 常在數釐米之間，最大優點是快速、準確、耐髒。
圖3-5 轉速計
資料來源：SICK 公司網站
第三章 風力機實場量測平台
交 直 流 轉 換 暨 二 段 式 煞 車 系 統
本研究所使用之風力發電機所產生的電流為交流電，而高功率電子負載 所能量測為直流電，所以需要一個轉換系統，所以本研究利用一個電容及簡 單電路系統進行轉換。同時考慮到高風速時，風力發電機需要有一煞車系統，
其目的用以減低風力發電的轉速，避免風力機本身損壞，所以利用高功率電 阻提供一個風力發電機的負載。
圖3-6 交直流轉換暨煞車系統
資料來源：本文整理資 料 擷 取 系 統
本實驗量測系統利用Visual Basic 撰寫資料擷取程式，透過 RS232 傳輸 線對高功率電子負載、轉速計及風速計進行資料擷取，取樣速率由程式直接 給定進行控制，電子負載的電阻大小可由高功率電電子負載上進行調整。
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