太陽能光電板效能分析與研究 謝兆原、鍾翼能
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摘 要
長年觀察，國內自產能源有限，絕大部分均依賴進口，故造成國內油、電價格易受國際能源市場影響。且因環保意識的高 漲，所以本文主要目的是設計一個可追蹤太陽的太陽能儲電系統，期使太陽能板隨時與太陽保持90度垂直的直射，作最佳 效率的儲電系統。系統改良傳統太陽能板固定裝置，且結合類神經理論及單晶微處理與伺服馬達作太陽入射角的路徑判斷
，作上、下或左、右的寸動，以使太陽能板永保持與太陽垂直90度的最佳定位位置控制。系統經實驗驗證是可行的，太陽 能板儲電效率非常好，系統設計融合理論於實務中，期望能將乾淨的能源作最佳利用。
關鍵詞 : 儲電系統 ; 類神經理論 ; 單晶微處理 ; 位置控制
目錄
目錄 封面內頁 簽名頁 授權書．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．iii 中文摘要．．．．．．．．．．
．．．．．．．．．．．．．．iv 英文摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．v 誌謝．．．．．．．
．．．．．．．．．．．．．．．．．．．vi 目錄．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．vii 圖目錄．
．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． x 表目錄．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
．xiii 第一章 緒論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 1.1 研究背景與動機．．．．．．．．．．．．．．
． 1 1.2 論文編排方式．．．．．．．．．．．．．．．． 3 第二章 微處理系統．．．．．．．．．．．．．．．．．．
． 5 2.1 單晶片8051基本架構．．．．．．．．．．．．．5 2.2 單晶片8051接腳．．．．．．．．．．．．．．．7 2.3 單 晶8051微電腦的堆疊規劃與SFR特殊功能暫存器 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 2.4 8051結構及程式 設計模型．．．．．．．．．．．24 2.5 8051內部RAM及暫存器．．．．．．．．．．． 26 2.6 8051輸出／輸入埠．．．
．．．．．．．．．．．30 2.7 8051中斷系統．．．．．．．．．．．．．．．．35 第三章 太陽能板暨太陽電池發電原理 與轉換效率．．．．．． 38 3.1 太陽能板．．．．．．．．．．．．．．．．．．38 3.2 太陽能電池．．．．．．．．．
．．．．．．．．38 3.2.1 最大功率追蹤．．．．．．．．．．．．． 41 3.3 變流器．．．．．．．．．．．．．．．．
．．．43 3.3.1 單相全橋式變流器基本架構．．．．．．． 43 3.4 半導體之光導效果．．．．．．．．．．．．．．45 3.5 光起電力效果．．．．．．．．．．．．．．．．45 3.6 太陽電池原理．．．．．．．．．．．．．．．．46 3.7太陽電池 的能源轉換效率．．．．．．．．．．． 46 3.8 回路之串、並聯電阻測定法．．．．．．．．．．51 3.8.1 串聯電阻．．
．．．．．．．．．．．．． 51 3.8.2 並聯電阻．．．．．．．．．．．．．．． 52 3.9 光源．．．．．．．．．．．．
．．．．．．．． 52 3.9.1 基準太陽光．．．．．．．．．．．．．． 53 3.9.2 測定用光源．．．．．．．．．．．．．
． 54 3.10 出力特性換算及補正．．．．．．．．．．．．． 56 3.10.1 絕對值較正法．．．．．．．．．．．．． 56 3.10.2 參考電池法．．．．．．．．．．．．．． 58 3.11 太陽單體電池（unit cell）測定．．．．．．．． 58 3.11.1 太陽 電池特性測定重點．．．．．．．．． 60 第四章 類神經網路．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 61 4.1 類神經網 路簡介．．．．．．．．．．．．．．．61 4.1.1 類神經網路理論．．．．．．．．．．．． 62 4.1.2 類神經網路之分類．
．．．．．．． ．．．65 4.1.3 類神經網路的運作原理．．．．．．．．． 68 4.1.4 類神經網路的優點．．．．．．．．
．．． 68 4.2 徑向基網路架構．．．．．．．．．．．．．．．69 4.2.1 網路架構．．．．．．．．．．．．．．． 70 4.2.2 徑向基函數．．．．．．．．．．．．．． 72 4.2.3 學習過程．．．．．．．．．．．．．．． 73 4.2.4 徑向基網路 特性．．．．．．．．．．．． 76 第五章 系統感測元件特性．．．．．．．．．．．．．．．． 77 5.1 光感測器介紹．
．．．．．．．．．．．．．．．77 5.2 光敏電阻（cds）．．．．．．．．．．．．．．． 78 5.2.1 光敏電阻介紹．．．
．．．．．．．．．． 79 5.2.2 光敏電阻特性說明．．．．．．．．．．． 82 第六章 實例驗證．．．．．．．．．．．
．．．．．．．．． 85 第七章 結論與展望．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 92 7.1 結論．．．．．．．．．．
．．．．．．．．．．92 7.2 未來展望．．．．．．．．．．．．．．．．．．92 參考文獻．．．．．．．．．．．．．
．．．．．．．．．．． 94 圖目錄 圖1-1 追蹤太陽之太陽能儲電系統的架構圖．．．．．．．．． 2 圖2-1 單晶8051微電 腦基本架構圖．．．．．．．．．．．．． 5 圖2-2 單晶8051微電腦硬體結構圖．．．．．．．．．．．．． 6 圖2-3 單 晶8051微電腦的IC接腳圖．．．．．．．．．．．．7 圖2-4 單晶8051的外部時脈振盪器接腳圖．．．．．．．．．．9 圖2-5 P0外接電阻之提昇電阻圖．．．．．．．．．．．．．． 10 圖2-6 8051擴充外部64K記憶體圖．．．．．．．．．
．．．． 10 圖2-7 push, pop堆疊動作圖．．．．．．．．．．．．．．．． 11 圖2-8 堆疊的後進先出示意圖．．．．．．
．．．．．．．．． 12 圖2-9 P0結構圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 15 圖2-10 P1結構圖．．．．．．
．．．．．．．．．．．．．．16 圖2-11 P2結構圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16 圖2-12 P3結構圖．．
．．．．．．．．．．．．．．．．．．17 圖2-13 8051記憶－暫存器圖．．．．．．．．．．．．．．．26 圖2-14 8051 內部RAM記憶體圖．．．．．．．．．．．．． 27 圖2-15 8051的特殊功能暫存器（SFR）．．．．．．．．．．． 29 圖2-16 8051狀態字組（PSW）．．．．．．．．．．．．．．． 30 圖2-17 每一個I/O埠位元等效邏輯圖．．．．．．．
．．．． 32 圖2-18 SCON串列埠控制暫存器，這些可位元定址暫存器說明了串列埠如何的動作，摘自英代爾8051資料手 冊．．．．32 圖2-19 8051串列埠的頻率可以透過計時器不同的預設值及振盪頻率的組合來選擇．．．．．．．．．．．
．．．．．．． 33 圖2-20 中斷致能暫存器．．．．．．．．．．．．．．．．．． 36 圖3-1 太陽能電池之照度-電流-電壓 特性曲線．．．．．．．．40 圖3-2 太陽能電池之溫度-電流-電壓特性曲線．．．．．．．．40 圖3-3 增量電導法方塊圖．
．．．．．．．．．．．．．．．． 42 圖3-4 擾動觀察法方塊圖．．．．．．．．．．．．．．．．． 43 圖3-5 單相橋式 變流器的基本架構．．．．．．．．．．．．． 44 圖3-6 矽型PN接合太陽電池原理說明．．．．．．．．．．． 48 圖3-7 太陽能電池之電壓-電流特性．．．．．．．．．．．． 50 圖3-8 Rs值測定法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
． 52 圖3-9 基準分光散亂分（TC-82）（取材自國際電子技術委員會）（IEC；International Electro technical Commission）
．．．53 圖3-10 太陽電池測定之流程圖．．．．．．．．．．．．．．59 圖4-1 生物神經元模型圖．．．．．．．．．．
．．．．．．． 62 圖4-2 人工神經元模型圖．．．．．．．．．．．．．．．．． 63 圖4-3 類神經網路結構圖．．．．．
．．．．．．．．．．．． 65 圖4-4 前向式網路架構圖．．．．．．．．．．．．．．．．． 67 圖4-5 回饋式網路架構圖
．．．．．．．．．．．．．．．．． 67 圖4-6 徑向基網路架構圖．．．．．．．．．．．．．．．．． 71 圖4-7 徑向基 神經元架構圖．．．．．．．．．．．．．．．． 72 圖4-8 徑向基轉移函數圖．．．．．．．．．．．．．．．．． 73 圖5-1 光感測器分類一覽圖．．．．．．．．．．．．．．．． 77 圖5-2端子型光敏電阻圖．．．．．．．．．．．．．
．．．． 78 圖5-3端子型光敏電阻圖．．．．．．．．．．．．．．．．． 78 圖5-4光敏電阻構造模型圖．．．．．．．
．．．．．．．．． 79 圖5-5 光導電效說明圖．．．．．．．．．．．．．．．．．． 80 圖5-6光敏電阻之電路記號．．
．．．．．．．．．．．．．． 81 圖5-7 光敏電阻外觀圖．．．．．．．．．．．．．．．．．． 81 圖5-8 光敏電阻電極 圖．．．．．．．．．．．．．．．．．． 82 圖6-1 太陽剛上升(早上4~5點)的類神經模擬追蹤圖．．．．． 85 圖6-2 太陽 升起(早上6~7點)的類神經模擬追蹤圖．．．．．． 86 圖6-3太陽中午(中午11~12點)的類神經模擬追蹤圖．．．．． 87 圖6-4太陽下山(下午4~5點)的類神經模擬追蹤圖．．．．．． 88 圖6-5太陽下山(下午6~7點)的類神經模擬追蹤圖．．．．
．． 89 圖6-6系統太陽能板實務設計圖．．．．．．．．．．．．．． 91 圖6-7系統太陽能整體實務設計圖．．．．．．
．．．．．．． 91 表目錄 表2-1 10~17腳位功能表．．．．．．．．．．．．．．．．．． 8 表2-2 SFR特殊功能暫存器 表．．．．．．．．．．．．．．． 13 表2-3 SFR重置後暫存器初始值表．．．．．．．．．．．．． 14 表2-4 M1及M0 工作模式表．．．．．．．．．．．．．．． 18 表3-1 太陽能電池材料與效率之比較﹝3﹞．．．．．．．．． 39 表3-2 自然光的分光放射分佈（IEC﹝USA（am-1.5）﹞）．．． 54 表3-3 人工光源的特性．．．．．．．．．．．．．．．．
．． 55 表5-1 光敏電阻的響應特性及其關係．．．．．．．．．．．． 83 表6-1 類神經網路光源學習數據與比對數據．．
．．．．．．． 90 參考文獻
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