能量回收晶片與節能感測網路之應用

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1、物理專文能量回收晶片與節能感測網路之應用文/李達生、陳誌生、姚長安吾人認為，欲解決能源危機乃至於延緩地球暖化，唯一可行之方案，便是發展節能技術。協助人們在可接受的影響範圍內，逐步降低生活耗能。一、室內空間之能量回收效率前言回顧室內空間中常見雜散的熱能能量、振動能量與光幅照能量之相關文獻可知，本文試建立如表1所根據地球暖化的相關研究調查報告可知，全球氣示，太陽能為單位密度所能產生的能量最高者[1-3]。候的改變多究於人類對能源的濫用或浪費所致。故供但因其電路配置之故，太陽能板體之發電能力多受到電系統為現今科技發展之主要研究趨勢，其中以太陽無謂之損耗。能、風力發電與生

2、質能源等再生能源技術，更是焦點。概人類自18世紀工業革命以來，短短兩百年間，二、傳統太陽能板能量回收方式幾乎耗竭過去地球50億年所積累的石化能源。由其驚人的消耗速率可知，再生能源勢不能成為解決能源危機或地球暖化的有效方案。傳統太陽能光電板能量回收方式，用於驅動下端的系統負載，其配置可由圖1說明。穆罕默德說：「山不過來，我們就過去吧！」太陽能板受光幅之照射，激發電子電洞對。在p-n李達生國立台北科技大學能源與冷凍空調工程系助理教授junction內建電場作用下，分離至p-njunction兩邊，E-mail：f11167@ntut.edu.tw產生電動勢。此時有最大

3、開路電壓Voc。接上負載後，產生電流通路，此時有短路電流Isc。從而獲得功率陳誌生輸出。然而不論是同質或異質接合，或不同結晶質之國立台北科技大學機電科技研究所能源與冷凍空調組太陽能光電板，其電子加速僅賴p-njunction內建電博士候選人E-mail：s2458011@ntut.edu.tw場，電動勢位能不高。以單晶矽太陽能板而言，單一位元(cell)僅有450-690mV之電壓。故以串聯連接太姚長安陽能板，方能獲致合理之驅動電壓。同時亦需使用二國立台北科技大學工程科技研究所土木與防災組極體(diode)，防止電流自負載端回灌。博士候選人E-mail：cjctc

4、ivil@yahoo.com.tw■413■物理雙月刊(卅卷四期)2008年八月物理專文表1空間中雜散能量比較表Ambientlightenergycollectedbyserialsolarcell估計可產生能雜散量密度能量能量來源回收機制-+-+-+--+-(單位平方公+--+-+-+-+類型np分面積)DiodeVoltageregulator開啟空調對-Fluctuatedcurrent+室內降溫、iSystem以熱泵或電LoadingBattery熱對室內加熱電晶片Time溫、太陽輻(Thermoelectric熱能o15μW/10C圖1傳統配置太陽能光

5、電板用於光能量回收並驅動射造成室內chip)兩端溫差發下端負載範例溫升、室內電太陽能板受環境光照度影響大，故電流輸出不穩電器開啟後定，須配合電壓調節線路(Voltageregulator)。經電壓排熱、人員調整後於下端進行系統供電，或將能量暫存於電池以活動發熱供後續使用。目前標準太陽板封裝，均結合串並聯，室內人員活壓電材料發電~200μW並以串聯太陽能板單體，提供高電壓作為驅動之用，動造成震(Piezoelectric)圖2顯示現今標準之太陽能板模組封裝形式。振動動、室內大電容感抗發電~50-100μW動能動力機具，(Electrostatic)串聯太陽能光電板單

6、體cell，雖可獲致合理之驅如馬達等造電磁發電動電壓，然而此一作法卻使得電子序列流經p-n~1μW成震動(Electromagnetic)junction本體，在本體上引起擴散電流損失，而在電陽光直射~15極導體接觸面上，則因接觸電阻造成損失，進而使的mW原已不易收集之環境雜散能量，變為熱能而無效消陽光斜射耗。~150μW太陽輻射太陽能光電板發室內照明光能室內照明開電(Photovoltaic)~500-1500lux啟直下曝照~5-15mW斜照~50-150μW圖2太陽能光電板單體cell封裝模組實體及其串聯方式用於提高驅動電壓■414■物理雙月刊(卅卷四期)2

7、008年八月物理專文晶接觸電阻及電極導體內電阻串聯形成三、太陽能板發電能量損耗因子之串聯電阻：電子通過時，因電阻而發熱，造成能量損失。本探究太陽能板發電效率受損之主因有三：研究試將三項損耗阻抗之元件特性，作為等效電路圖如圖3(b)所示。由等效電路圖檢討太陽能板串聯狀態1.溫度因素下，能量損失情況。圖3(c)所示，由於Id為本徵損耗，2.並聯之漏電電阻Rp所引致之損耗在串聯情況維持不變之狀態下，若串接之任一太陽能板的cell產生發電問題，如太陽能板上一部份遭污物3.太陽能板體電阻、表面電阻、電極與矽晶附著，恰好掩蓋了一塊cell，則此時Voc=0。由式(2)接觸電阻

8、及電極導體