前言

为了因应高油价时代的

來臨及降低温室气体排放，各国均致力于推动綠色能源产业发展，其中以太阳能发电系统是最有效又最符合台湾这个阳光普照的岛屿，然而怎样能使光源发电系统达到最高效率，是现在市场需求上最重要的技术之ㄧ。目前来说，可追日系统的发电效率比固定式的太阳能板高，追日系统又分自动光源追日系统、定时装置加上推导出的方位角与仰角公式的追日系统、以及混合系统。

以路灯为例，台湾一般使用500W的路灯，一盏路灯一年所耗费的电费约5,400元，加上其制造安装成本及埋管等设施以4万计，以10年寿命计算，约需10万元。若能大量采用太阳能路灯代替，不仅可防止传统路灯需要埋设线路，只要电路一断，整排路灯都不亮的问题；更可减少电厂的开发，节能减碳又环保，因此这种公共投资是非常值得的。

本系统的设计在照明的动力上采用太阳能光电板，将太阳能转化为电力，且在发电量不足时，系统会自动切换到市电供电模式，以免下雨无足够电力进行照明。点灯策略则以实际太阳能板的发电量配合系统时间来控制，以减少感测光源的复杂线路设计。照明设备以一般高亮度白光LED并配合各种排列的方式达到聚光照明的目的，最后加上以定电压配合PWM的控制，达到更有效率的照明控制。

工作原理

本专题的工作原理是以HOLTEK HT46R24读取以太阳能板作为感测组件之实际日照的输出电压，来判断光源之方向，达到自动追日、自动追踪最大发电角度，提高太阳能板进行光电转换的效率。除此之外，本系统以实际太阳能板的发电量配合系统时间做为点灯的控制策略，并加上以定电压配合微控器PWM的控制，来达到更有效率的照明控制。

作品结构

一、太阳能发电

太阳能发电技术主要有三种：第一种是利用特殊的半导体材料，制造出太阳能电池，太阳能电池经由光线照射后，把光能直接转换成电能。一般太阳能电池的结构是在玻璃片上制造两层半导体涂层，一层为N型半导体，另一层为P型半导体，形成P-N接面结构，并在两半导体层分别引接出导线，P型半导体层引出端为正极，N型半导体层引出端为负极。当太阳光照射到这P - N结构时，P型和N型半导体因吸收太阳光的能量而产生电子－电洞对。由于空乏区所提供的内建电场，可以让半导体内所产生的电子在电池内流动产生电位差，因此若经由电极把电流引出，就可以形成一个完整的太阳能电池，提供能量输出，如图一所示。而为了提高其发电量，将许多太阳能电池经串并联组合封装程序后做成模块，成为太阳能电池模块。将若干太阳能电池模块组合而成方阵或列阵，配合电子电路的充放电保护控制(controller)、蓄电池以及转换器（DC-DC，DC-AC）合称为太阳能电池供电系统。第二种方法是把太阳能转换成热能，然后再利用热能发电。第三种方法是利用太阳能与化学能间的转换把水分解成氢和氧，然后利用氢来发电。

《图一 太阳能电池发电原理示意图》

太阳能电池的主要材料是硅(silicon, Si)，其产品主要可分为单晶硅(singal crystal)、多晶硅(poly crystal)、非晶硅(amorphous)，以及化合物半导体(compound semiconductor)四种，如图二所示。太阳能电池基本上是一种由半导体材料所制成的光电转换组件，在成本及效率的双重考虑下，目前以结晶硅(Crystalline Silicon)使用较多，(包括单晶硅、多晶硅)，而在一些较低阶的应用上，如太阳能计算器、太阳能手表则使用效率较低而且较便宜的非晶硅太阳电池。本系统是以单晶硅太阳能电池做为发电的动力来源。

《图二 太阳能电池的种类与外观，由左到右分别为单晶硅太阳电池 多晶硅太阳电池 非晶硅太阳电池》

二、太阳光源追踪控制

本作品的创意构想是直接以太阳能板当作光源感测组件，将其中五片的太阳能板铺设成半立体蜂巢状，其中最上面的感测太阳能板与主要太阳能发电板放置于同一水平面，作为X 轴追日与Y 轴追日的感测组件，以实际读取每片感测用太阳能板所输出之电压电流值，经运算放大器比较电路的特性，判断出相对应光源较强之方向，再由单芯片来控制马达转向，达到双轴主动追日的功能。此设计不仅可以减少感光组件输出信号的转换误差与系统硬件设计之复杂性，其软件控制策略也趋于简单。最后整合此项功能于LED照明路灯上，配上蓄电池，把所吸收的电能储存在里面，达到节能减碳的效果

《图四 软件控制设计流程图》