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結合LoRa物聯網與雲端計算技術之太陽能發電遠端監控模擬系統實作

為了解決太陽照射角度查詢的問題，作者曾品乾 這樣論述：

本論文主要的目的為實現物聯網與雲端計算在工業上的實際應用,主要成果包含兩部分:(一)太陽能發電效率監測系統 (二)太陽能發電控制模擬系統。在第一部分中,我們透過無線低功耗長距離協定(Long Range; LoRa) 實現對太陽能發電系統效能監測,在接收端以LoRa 節點接收,使用樹莓派 (Raspberry Pi) 作為路由器來蒐集資料,並藉由樹莓派單晶片系統中以 Python 佈署的雲端運算平台上傳雲端資料庫提供後端運算處理,以供使用行動裝置顯示統計結果於網頁。第二部分為太陽能發電控制模擬實作,為了模擬太陽照射角度改變,我們設計了一套模擬太陽東昇西落的機構,此系統藉由微控制器連接伺服馬達

模擬太陽角度的偏移,使用者也可以在行動裝置使用應用程式對太陽方位進行遠端控制,本系統模擬結果可以提供太陽能發電優化的參考,根據實際量測結果也驗證了我們提出的實作系統之實用性。

仰角方位角與極軸式追日系統之差異性探討

為了解決太陽照射角度查詢的問題，作者王麒嘉 這樣論述：

近年來油價持續高漲，再加上地球暖化與環保意識抬頭，國際上對於二氧化碳的排放量，從開始的勸導宣傳，逐漸轉變為交易規章的訂立，並且建立了二氧化碳排放交易市場，以規範開發國家的年排放量。由於台灣能源大多依靠燃煤與火力發電，再加上來源多數仰賴進口，自產與進口比例相差懸殊，並且逐步提升，這實為一極大的隱憂，倘若爆發能源危機與交易限制，勢必發生經濟恐慌與社會動盪。為了思慮憂患並防範於未然，台灣必須盡快訂立永續發展的能源政策，以節約能源與提升能源效率，並且改善能源結構、增加低碳或無碳能源、減少高碳能源的使用，並且發展再生能源，配合國際上發展再生能源的經驗，藉此從中尋求進步。本論文針對太陽能的發展與利用進行

介紹，並且就目前國際上之研究與相關應用，進行追日系統的分類討論。實驗利用兩型自行研製的仰角/方位角式與極軸式之雙軸式、開迴路、主動型，光聚焦集熱追日系統，分別進行設計與製作上之機構特性進行探討。相較於仰角/方位角式系統，極軸式系統之機構主、從特性明顯，並且在系統定位上具有方向性，運用於高聚光型聚焦時，其太陽軌跡之追蹤公式必須進行修正。利用各自不同的機構特性，分別推導出其追蹤角度的軌跡公式，並藉由計算角度的偏差量、效率的衰減量，以求取全年中台南的能量獲得狀況估算，進而比對兩系統的特性。極軸式系統追蹤修正角度於白天全日時間中，皆在24∘以下，如運用於太陽能電池發電系統上，因為太陽能電池具有一定的接

收角度，所以造成的影響將會較不明顯，並且在追蹤軌跡角度變化上，位於太陽升起與落下的時間附近，於追蹤運作上可以進行規避。仰角/方位角式系統之追蹤軌跡角度斜率數值變化最大的時間點發生於正午左右，對於追蹤運作、系統基準零點與程式撰寫上，要產生規避的效果較為困難。在追蹤效益最佳的工作時間(上午八點至下午五點)區間中，以每4分鐘為追蹤間隔，相較於仰角/方位角式系統，極軸式系在追蹤軌跡之角度斜率變化比較平緩，並且可以以針對其斜率變化較大的缺點進行規避，使得其在能量收集效率上表現較佳，經估算極軸式系統約大於仰角/方位角式系統1%~7%左右。在機構所需轉動輸出的角度變化量上，極軸式系統約少於仰角/方位角式系統

9%~66%左右的角度輸出量。論文中利用各種實際的測試與實驗，如史特靈引擎加熱端所在的聚焦位置、系統追蹤的狀態、加熱端升溫的差異性以及追日系統在長時間運作下，其穩定性與可靠性的測試...等等，以針對各種影響特性，如追蹤程序設計與優劣、能量實際收集的狀況、無線量測的資料接收情形…等等，來進行探討比較，以做為後續研究的發展、實驗目標的設置規劃與選擇上，進行參考，從中達到持續完善的目標，並且希望在太陽能產業的發展和應用上，能夠有所貢獻。當陰天時，日照量低於損益平衡點300W/m2時，太陽能追蹤系統之整體消耗，將高於太陽能電池所獲得的能量，因此不建議系統繼續運作，可利用程式藉此進行系統的修整或復歸控制

。當日照量低於500W/m2，加熱端之聚焦溫度，亦將不容易高於所設定之工作溫度(500℃~800℃)，此時之系統效益較低，應該減少追蹤的次數或是停止運作，以降低耗能。因此相較於追求較高的日照量，穩定的天候與日照量，將是維持史特靈發電引擎穩定運作的重要因素。