行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告
具生態功能之水載式太陽光電發電系統
研究成果報告(精簡版)
計 畫 類 別 ： 個別型 計 畫 編 號 ： NSC 99-2622-E-151-022-CC3 執 行 期 間 ： 99 年 11 月 01 日至 101 年 01 月 31 日 執 行 單 位 ： 國立高雄應用科技大學模具工程系 計 畫 主 持 人 ： 艾和昌 計畫參與人員： 此計畫無其他參與人員 碩士班研究生-兼任助理人員：周明宏 碩士班研究生-兼任助理人員：楊武璋 公 開 資 訊 ： 本計畫可公開查詢中 華 民 國 101 年 06 月 01 日
中 文 摘 要 ： 現今世界上環保意識抬頭，大部分的建設都與節能省碳與環 保息息相關，由於台灣處於四面環海，又有得天獨厚的自然 條件，陽光充足是發展太陽能最佳的方向，將傳統產業注入 新氣息，使傳統工業跟隨世界潮流機制行進，轉而走向環保 省能的目標，讓世界環境不在快速的惡化，使下一代的人民 可以享有好的生活品質。 本計畫發展與推廣太陽能產業，以不同型態的方式利用太陽 能在不同環境上之研究，為了將產業與生活作結合，預計打 造 2.6kW 的水載式太陽光電發電站，由於完全不使用石化能 源，因此無二氧化碳產出問題，利用太陽光電代替汽(柴)油 發電，達到環保、安靜、舒適的生活，並可減低地球氣候持 續惡化問題。將傳統產業帶入現代化，脫離老舊產業型態， 結合太陽光電技術，打造出適合放置於靜態水域之水載式太 陽光電發電站，可使傳統產業朝向多元化方向發展。利用合 作廠商雙船體或多船體浮動平台的製造技術與設計應用，結 合本校既有客製化太陽光電模組製作與系統設計技術，藉由 高強度水底電纜線由浮動平台上將電力輸出至岸上，可供各 種電器設施充電或使用，打造出可供發電又環保的水上發電 站，這是傳統產業與新科技結合空間再利用的另一個方式， 同時也對太陽光電產業在不同環境下有創新使用的技術及研 究，此外太陽光電發電能在有限的空間中發揮既環保又有效 的功用，是一個值得努力的目標。而朝著目標前進，研究更 有效率之太陽光電系統又能帶動傳統產業再，是本次計畫的 重點。 中文關鍵詞： 水載式平台、太陽光電發電站、環保省能
英 文 摘 要 ： Environmental consciousness is on the rise in the world nowadays. Most of the buildings are closely related with energy-saving and environmental
protection. As Taiwan is surrounded by the sea, and having plenty of sunshine which is the best condition for the development of solar energy. That will be breathing new life into traditional industries, so traditional mechanisms for industries could follow the world trend and achieve environmentally friendly energy-saving goals. Therefore, next generation of people can enjoy a good quality of life.
This project is to develop and promote the solar energy industry by using solar energy in different environments on the study. In order to combine
industries and life for the use of solar photovoltaic (diesel) oil generation, to achieve environmental protection, quiet and comfortable life, the solar energy industry will be brought into the
modernization of traditional industries, from the old industrial patterns. We used the solar photovoltaic technology to create a place for solar power stations in static waters. Traditional industries can develop in the direction towards the diversification of the use of floating with the manufacturing technology vendor and design applications, integrate the
school‘s existing solar photovoltaic technology for power generation and environment friendly to create a float with the water, which is a new way to combine the use of space by traditional industry and new technology. Moreover, the research methods of solar photovoltaic use in different way of technology also make solar PV in a limited space being eco friendly to earth. In this research, we develop more efficient solar PV systems and lead the traditional industries to a broader development. Therefore, National
Kaohsiung University of Applied Sciences (KUAS) is devoted to provide the solar photovoltaic technical to upgrade the traditional industries at the
technical level.
英文關鍵詞： Floating platform, Photovoltaic Power Plant, Energy-saving and Environmental protection
行政院國家科學委員會補助產學合作研究計畫成果精簡報告
計畫名稱：具生態功能之水載式太陽光電發電系統
計畫類別：□ 先導型 □ 開發型
■
技術及知識應用型
計畫編號：
NSC 99-2622-E-151-022-CC3
執行期間：
99 年 11 月 01 日 至 100 年 10 月 31 日
執行單位：國立高雄應用科技大學
計畫主持人：艾和昌
計畫參與人員：高雄應用科技大學楊武璋碩生、周明宏碩生及彭柏融碩生
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1. 研究摘要(500 字以內)： 現今世界上環保意識抬頭，大部分的建設都 與節能省碳與環保息息相關，由於台灣處於四面 環海，又有得天獨厚的自然條件，陽光充足是發 展太陽能最佳的方向，將傳統產業注入新氣息， 使傳統工業跟隨世界潮流機制行進，轉而走向環 保省能的目標，讓世界環境不在快速的惡化，使 下一代的人民可以享有好的生活品質。 本計畫發展與推廣太陽能產業，以不同型態 的方式利用太陽能在不同環境上之研究，為了將 產業與生活作結合，預計打造 2.6kW 的水載式太 陽光電發電站，由於完全不使用石化能源，因此 無二氧化碳產出問題，利用太陽光電代替汽(柴) 油發電，達到環保、安靜、舒適的生活，並可減 低地球氣候持續惡化問題。將傳統產業帶入現代 化，脫離老舊產業型態，結合太陽光電技術，打 造出適合放置於靜態水域之水載式太陽光電發 電站，可使傳統產業朝向多元化方向發展。利用 合作廠商雙船體或多船體浮動平台的製造技術 與設計應用，結合本校既有客製化太陽光電模組 製作與系統設計技術，藉由高強度水底電纜線由 浮動平台上將電力輸出至岸上，可供各種電器設 施充電或使用，打造出可供發電又環保的水上發 電站，這是傳統產業與新科技結合空間再利用的 另一個方式，同時也對太陽光電產業在不同環境 下有創新使用的技術及研究，此外太陽光電發電 能在有限的空間中發揮既環保又有效的功用，是 一個值得努力的目標。而朝著目標前進，研究更 有效率之太陽光電系統又能帶動傳統產業再，是 本次計畫的重點。
2.
人才培育成果說明： (1) 本計畫實驗部份，學生參與設計實驗與試件 製作，參與學生能藉由計畫執行，訓練其動 手解決問題的能力，並培養國家所需之再生 能源科技專業人才。 (2) 實驗過程需使用多種先進的科技儀器，可增 進參與計畫人員對於再生能源知識的增進， 提升本校研究水準，並造就國家目前所需之 光電專才。 (3) 應用量產級太陽電池製程設備於廠辦建材之 研究，於歐、美等國近兩年來才開始，故本 計畫不僅能提升我國之太陽電池封裝技術與 先進國家並駕齊驅，亦深具未來學術探討價 值。 (4) 該研究所開發之太陽電池封裝技術亦可用於 戶外發電、小型能源教具、綠建築等再生能 源產品開發，可帶動我國再生能源產品開發 能力。 3. 技術研發成果說明： 本計畫擬針對水載式太陽光電發電站設計 製作與開發。計畫選用如同積木一般，可根據不 同的需求，組裝成大小不一的各式浮動平台做為 發電站的基底，不但可以漂浮在水面上也可隨著 水位的高低作變化，再搭配上太陽光電模組的設 計應用、電力設備的安裝與監控系統的設置，來 完成水載式太陽光電發電站的製作與開發。 第一部分擬作浮動平台的設計與製作、太陽 能模組設計、太陽能電池焊接、模組檢測、太陽 電池封裝、電力系統設計與製作、鋼構的設計與 製作、太陽光電發電站的組裝。依據本計畫設計 約 3kW 的水載式發電站，因此浮動平台的設計 與製作就依據 3kW 的裝設面積下執行，設計適 當大小的單一浮動平台，再依照需求面積組裝到 適當大小且搭配鋼構的設計，製作出強度夠的基 底。合作廠商所研發成功的浮動平台，係採用歐 美最新的環保製程「旋轉成型工法」來製作一體 成型的中空物件。具有強度高、壽命長、可回收 等特性。旋轉成型的製程，係於封閉的金屬模具 內置入流動性塑膠粉末，並由機械手臂將模具舉 起後以 X、Y 軸同時轉動的方式置入烤箱內烘烤。 流動的塑膠粉末於受熱後開始融解並隨著模具 的雙軸旋轉而均勻地附著於模具內壁後成型。為 改善製品的機械強度 (mechanical properties)，可 於塑膠粉末完全貼附於模具內側後，於製程末段 置入摻有發泡劑 (CBA, Chemical Blowing Agent) 的相同材質塑膠粉末，以製造出外層堅硬，內部 發泡的堅固物件。合作廠商目前所研製的浮動平 台係採組裝方式將長度小於或等於 6 呎的密閉中 空船體浮塊予以組合後，由鋁合金縱樑結構榫接 固定後成為多船身的 Catamaran、Trimaran、或 Quadmaran。如同積木一般，可根據不同的需求， 組裝成大小不一的各式浮動平台(製程與參考實 例如圖 1~2 所示)。 圖 1 旋轉成型機內部圖 2 旋轉成型機 4. 技術特點說明：水載式太陽光電發電系統設 計 (1) 浮動町台的設計配置 依據本計畫設計約 2.6kW 的水載式發 電站，因此浮動平台的設計與製作就依據 2.6kW 的裝設面積下執行，用八個密閉中 空船體浮塊予以組合(如圖 3 所示)，船頭與 船尾浮塊長為 1825mm，中間段浮塊長為 90mm，組合起來全長約為九公尺單一船身， 把三個船身由鋁合金縱樑結構榫接固定後 (如圖 4 所示)，在放上強度夠之基底(如圖 5 所示)，作為三體船應用。 圖 3、船體浮塊組合示意圖 圖 4、船身以鋁合金縱樑結構榫接固定 圖 5、配置基底 (2) 系統組件設計最佳性能與實用性
本 系 統 為 2.6KW 市 電 並 聯 型 ， INVERTER 採用德國 SMA 太陽光電發電系 統專用直交流轉換器，使用高效率多晶矽 太陽電池，利用本校「太陽電池模組製作 實驗室」現有量產級設備封裝之透光型建 材一體太陽電池模組，一整塊太陽電池模 組以 32 片多晶矽太陽電池作串聯(如圖 6 所示)，透過本實驗室太陽電池模組檢測機， 檢 測 結 果 為 Vpm:16.32V ； Ipm:7.36A ； Voc:19.52V；Isc:8.37A，發電量為 120W， 並採用玻璃封裝而成，在封裝前於底面玻 璃結構內嵌入金屬梯形扣件進行層壓封裝 成一體，安裝時只需直接使用扣件(爪具) 鎖固即可(如圖 7 所示)，無須額外架設鋁框， 此模組設計可當透光屋頂、玻璃帷幕、單 一建材使用亦可外加裝於水載式浮筒上。 此模組具高透光性，在模組搭建後不會影 響該鋪設面積之動植物生長，亦不會造成 視覺污染。 圖 6、太陽電池模組
圖 7、模組架設安裝(已裝上扣件) (3) 設計實例 包含集線箱、交直流轉換器、水底電 纜配製、電力監控系統的設置，完成太陽 光電發電系統(如圖 8 所示)。當浮動帄台、 鋼構骨架、太陽電池模組與電力系統都準 備製造完成後，就可以將其組裝完畢，成 為一水載式太陽光電發電站(如圖 9、10 所 示)。 圖 8、太陽光電發電系統方塊圖 圖 9、水載式太陽光電發電站示意圖 圖 10、水載式太陽光電發電站示意圖(背部) 5. 可利用之產業及可開發之產品： 為了達到最佳的發電效率，將來的太陽能光 電廠還必須具備自我調適能力，可以隨著陽光角 度，自行調整至最適切的角度及方位以獲取最大 的效益。一旦工程上的改良、改善達到頂點，就 必須考慮到人文及景觀上的訴求。水載式太陽能 光電站，如果能結合諸如水上咖啡廳、水上展覽 館之類較具人文氣息的場所，更能收到事半功倍 之效。同樣是節能減碳，如果在裝置藝術上草率 行事，結果造成視覺上的汙染仍然是得不償失。 長期來看，以國內太陽能相關產業的成熟條件， 配合本計畫的獨特創意，有機會在全球太陽能產 業的競技場上「小兵立大功」，為國人增添另一 個「台灣奇蹟」！ 6. 推廣及運用的價值： 本計畫的目標是開發一種目前並不存在的 太陽能光電廠，更正確地講，一種漂浮在水面上 的太陽能光電廠。為了達到最佳的發電效率，將 來的太陽能光電廠還必須具備自我調適能力，可 以隨著陽光角度，自行調整至最適切的角度及方 位以獲取最大的效益。遇到地震或颱風的侵襲， 也能自我防衛，自行關閉或收回太陽能光電模組， 使傷害減少到最低。水載式太陽能光電廠由於是 飄浮在水面上，地震時的瞬間劇烈搖晃力道經過 水的緩衝，對光電站的破壞力會大為降低。但是 地震可能引發山崩，製造出難以預測的波浪，適 當的回收及關閉機制對光電站的保護仍屬必 要。 水庫、瀉湖、溼地、甚至人工海水養殖場上 安裝了水載式太陽能光電站並累積達到相當的 數量後，未來將可以透過無線網路予以連線並進 行高階的遠端管理性功能。由於光電站本身就具 備電源，諸如偵測水深的聲納系統、檢測水質的 自動化設備、空氣品質的監控..等等，都可以透 過光電站連線後由遠端監控管理。除了資料的收 集外，光電站本身的系統管理也可以透過無線網
路一氣喝成，達到運籌帷幄，無遠弗屆的最高境 界。 一旦工程上的改良、改善達到頂點，就必須 考慮到人文及景觀上的訴求。水載式太陽能光電 站，能結合諸如水上咖啡廳、水上展覽館之類較 具人文氣息的場所，更能收到事半功倍之效。同 樣是節能減碳，如果在裝置藝術上草率行事，結 果造成視覺上的汙染仍然是得不償失。以目前國 內產、學界的既有資源及人才，如果能妥善加以 整合運用並且獲得政府政策性的支援，短期內應 可開發出具完整功能的「水載式太陽光電發電 站」，並且進行實驗性的運轉。如果要達到大規 模商業性運轉的目的，不管是太陽光電模組或是 其水上載具，都必須進行必要的改良改善以達到 商業販售的標準及應有的成本架構。
99 年度專題研究計畫研究成果彙整表
計畫主持人：艾和昌 計畫編號：99-2622-E-151-022-CC3 計畫名稱：具生態功能之水載式太陽光電發電系統 量化 成果項目 實際已達成 數（被接受 或已發表） 預期總達成 數(含實際已 達成數) 本計畫實 際貢獻百 分比 單位 備 註 （ 質 化 說 明：如 數 個 計 畫 共 同 成 果、成 果 列 為 該 期 刊 之 封 面 故 事 ... 等） 期刊論文 0 0 100% 研究報告/技術報告 0 0 100% 研討會論文 5 5 100% 篇 論文著作 專書 3 3 100% 申請中件數 0 0 100% 專利 已獲得件數 1 1 100% 件 件數 3 3 100% 件 技術移轉 權利金 10577 10577 100% 千元 碩士生 0 0 100% 博士生 0 0 100% 博士後研究員 0 0 100% 國內 參與計畫人力 （本國籍） 專任助理 0 0 100% 人次 期刊論文 2 2 100% 研究報告/技術報告 0 0 100% 研討會論文 4 4 100% 篇 論文著作 專書 0 0 100% 章/本 申請中件數 0 0 100% 專利 已獲得件數 0 0 100% 件 件數 0 0 100% 件 技術移轉 權利金 0 0 100% 千元 碩士生 3 3 100% 博士生 0 0 100% 博士後研究員 0 0 100% 國外 參與計畫人力 （外國籍） 專任助理 0 0 100% 人次其他成果
(
無法以量化表達之成 果如辦理學術活動、獲 得獎項、重要國際合 作、研究成果國際影響 力及其他協助產業技 術發展之具體效益事 項等，請以文字敘述填 列。) 1.獲獎情形 2012/國科會跨領域創意加值推動計畫之第二屆可行性評估計畫入選 2011/99 年度產學合作計畫案「全校金額最多」第三名 2011/指導製作的阿波羅六號太陽能車完成全程約 3021 公里「澳洲世界太陽能 車挑戰賽」獲得第九名 2.學術服務 2011/社團法人中華民國南部科學園區產學協會理事 2012/社團法人中華民國南部科學園區產學協會監事 2012/台灣太陽能及新能源學刊總編輯 成果項目 量化 名稱或內容性質簡述 測驗工具(含質性與量性) 0 課程/模組 0 電腦及網路系統或工具 0 教材 0 舉辦之活動/競賽 0 研討會/工作坊 0 電子報、網站 0 科 教 處 計 畫 加 填 項 目 計畫成果推廣之參與（閱聽）人數 0
