01 創新二合一太陽能發電及熱水系統

單位：崑山科技大學-機械工程系

隊長：何信億

隊員：柯佳聖、 楊子蔚 、 江競源

團隊介紹

本團隊由王松浩教授領導，隊名為「日正當中」，顧名思義，是與團隊所設計作品息息相關且密不可分。本作品名為「創新二合一太陽能發電及熱水系統」，整套系統所需的能量就是太陽能源，不僅是單純太陽能的熱能(輻射能)，也有效使用其光能。本團隊著重從一天當中「所有日照能量的使用」去設計改進，以提高整體系統效能，希望整套系統，就如日正當中般有效率，團隊也能如日正當中般熱情，創造出一項能為地球環境減低汙染，符合綠色科技理念的作品。

創作動機

隨著科技不斷進步，各項能源存量劇減之下，除了物價跟隨波動，也造成環境沉重負擔，衍生氣候變遷、生態浩劫等；如何善用天然資源、開發綠色能源與設計節能產品，成為全球當務之急。目前世界各國積極推廣綠色能源研究，求取與生活場所結合，帶動目前綠建築潮流，又以太陽能的應用最為廣泛與便利。(輻射能)，也有效使用其光能。本團隊著重從一天當中「所有日照能量的使用」去設計改進，以提高整體系統效能，希望整套系統，就如日正當中般有效率，團隊也能如日正當中般熱情，創造出一項能為地球環境減低汙染，符合綠色科技理念的作品。

風力發電

太陽能發電

太陽能相關產品中，以太陽能熱水器最為普及，目前太陽能熱水系統都採單純使用熱能(輻射能)設計來產生熱水，太陽光能卻被忽略而浪費。本研究思考方向，便在如何善用太陽光能，使整個系統更有效率，以為節能減碳共盡心力。(輻射能)，也有效使用其光能。本團隊著重從一天當中「所有日照能量的使用」去設計改進，以提高整體系統效能，希望整套系統，就如日正當中般有效率，團隊也能如日正當中般熱情，創造出一項能為地球環境減低汙染，符合綠色科技理念的作品。

創意構想藍圖

創作過程

本團隊擬定出一套研究流程，引導正確方向以順利達到預定目標。
　　本作品最主要目標，是有效利用太陽能源之熱能與光能，故在光能部份，大膽決定將薄膜太陽能電池與集熱管結合，使整套系統同時具有熱水效能，更可以發電儲存使用。此外設置集光罩，有效聚焦以提升效率，並加設一小管徑輔助集熱管迴路，使集熱器內之水循環效能提升。

研究流程擬定

系統示意及細部結構圖

本團隊建構可執行實際測試的系統，利用一般市面上容易取得的材料，進行相關零組件設計，並使用SolidWorks繪製3D模組，系統集光罩經由Trace Pro進行分析模擬後，追蹤出取得最佳模組，輸入至快速成型機，製作集光罩曲面支架。整體實體機台，已可達到真實模擬實驗測試。

作品介紹

本作品結合薄膜電池除可發電外，另項重點為：當電池在長時間高聚焦與高日照下，會因高熱使發電效率降低，本系統薄膜電池是貼於集熱管表面，其高溫將可經由集熱管高導熱特性材質給予吸收，再由管內冷水二次吸收，產生自然循環，實為薄膜太陽能電池理想的水冷式散熱器。

陽光聚焦電池發電

電池因聚焦產生高熱

吸收熱能產生熱水

作品集光罩與集光罩之間，會有小間隙存在，團隊在此空間加設另一組輔助集熱管迴路，使系統在單一集熱器內具有兩套集熱管迴路，加快系統熱循環效率；此外在集熱器也加上玻璃罩，防止集熱器的溫度隨氣溫與方向變化，容易產生散熱的問題。

輔助集熱管細部結構圖

本作品集光罩除了可以有效幫助主集熱管，聚焦圓周低層邊光源，輔助集熱管也可達到此效果，使集熱管受熱、受光面積增廣，因而大幅提升系統效能。