崑 山 科 技 大 學ir.lib.ksu.edu.tw/bitstream/987654321/2493/1/太陽能...崑 山 科 技 大 學 電 機 工 程 系 專題製作題目：太陽能紅綠燈 指導老師：王永山

崑 山 科 技 大 學

電 機 工 程 系

專題製作題目：太陽能紅綠燈

指導老師：王永山 老師

製作學生：洪志文 4910J061

嚴振維 4910J062

蔣忠鋼 4910J015

陳世豪 4910J016

中 華 民 國 九 十 四 年 十 一 月

目錄

前言．．．．．．．．．．．．．．3

實 驗 動 機 與 目 的．．．．．．4

研究方向．．．．．．．．．．．．4

太陽能發電原理．．．．．．．．．5

太陽能電池．．．．．．．．．．．9

數據．．．．．．．．．．．．．．15

紅綠燈接線圖．．．．．．．．．．16

紅綠燈控制程式．．．．．．．．．17

紅綠燈控制階梯圖．．．．．．．．18

紅綠燈面板與PLC接線．．．．．．19

可程式控制紅綠燈之連接測試．．．20

紅綠燈面板與PLC接線圖．．．．．21

成果．．．．．．．．．．．．．．22

心得．．．．．．．．．．．．．．24

參考網站．．．．．．．．．．．．30

2

前言

太陽能的供應源源不斷，是一種非常清潔的能源，不會引起

污染，更不會耗盡自然資源或導致全球溫室效應。

太陽能的優點，是可以在地球的所有地方得到，而且實用性

高、用途多。現代的太陽能系統，在每天日照時間相當短的國家，

也可以經濟有效地提供大量電能。

太陽能的科技，應用甚廣。例如太陽能的計算機、手錶，在市

面上很普遍。

實 驗 動 機 與 目 的

將取之不盡又清潔環保的太陽能運用在日常生活中常見的紅

綠燈上，以達到節約能源促進環保之目的，並藉此機會推廣再生

能源之實務應用。

3

研究方向

太陽能發電原理與數據

PLC可程式控制紅綠燈之流程

陽能蓄電用於紅綠燈之配合運用

4

太陽能發電原理

我們通常所說的太陽能電站，就是指太陽能發電廠。這是因為，

它將太陽的光能先轉變成熱能，然後再通過機械裝置將其轉變成電

能。其工作原理是，在地面上設置許多聚光鏡，從各個角落和方向把

太陽光收集起來，集中反射到一個高塔頂部的專用鍋爐上，使鍋爐

裡的水受熱變為高壓蒸汽，驅動汽輪機，再由汽輪機帶動發電機發

電。

太陽能電池與一般的電池不同。太陽能電池是將太陽能轉換成電

能的裝置，且不需要透過電解質來傳遞導電離子，而是改採半導體

產生 PN 結來獲得電位。

當半導體受到太陽光的照射時，大量的自由電子伴隨而生，而

此電子的移動又產生了電流，也就是在 PN 結處產生電位差。因此，

太陽能電池需要陽光才能運作，所以大多是將太陽能電池與蓄電池

串聯，將有陽光時所產生的電能先行儲存，以供無陽光時放電使用。

5

6

太陽能發電廠圖片

7

太陽能集光板圖片

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太陽能電池

太陽能電池係一種利用太陽光直接發電的光電半導體薄片，它

只要一照到光，瞬間就可輸出電壓及電流，而此種太陽能光電池

(Solar cell)簡稱為太陽能電池，或太陽電池(在台灣的早期翻譯書

籍上直接引用日文中的漢字，其實不是 battery而是 cell)，又可稱

為太陽能晶片，在中國大陸稱為硅晶片，因為中文"硅"是 矽的古字，

矽為現代譯音字，在物理學上稱為光生伏打(Photovoltaic)，簡稱

PV。(photo=light光線，voltaics=electricity電力)

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太陽能電池優缺點

優點:

1.是人類可以利用的最豐富的能源。

2.太陽能是到處都有的，不需要運輸。

3.使用時不會帶來污染，不會排放出任何對環境不良影響的物質，

是一種清潔的能源。

4.對於地球不增加熱載荷，這是太陽能最重要的優點，所以太陽能

系統又稱作，無變量的能源系統。

缺點:

1.太陽能的利用裝置必須具有相當大的採集面積，才能收集到足夠

的功率，因此花費很高。只有當採集能量裝置表面的單位造價相當

便宜時，才能經濟合算的使用這太能利用器。

2.太陽受氣候、畫夜的影響很大。因此必須有貯存裝置，這不僅增加

了技術上的困難，也使造價增加。目前雖然已經製成多種貯存系統，

但總是不夠理想，具體應用也有一定困難。

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鎳鎘蓄電池介紹

蓄電池由正極板、負極板、隔膜、極柱等組成極板組，牢固地裝入

阻燃的塑膠外殼內，用熱板焊接機將塑膠蓋與塑膠殼焊接在一起。灌

入密為度為1.25g/cm3±0.02g/cm3氫氧化鉀複合水溶液作為電解液，

塑膠蓋上安裝有氣塞；單體蓄電池分別以紅蘭塑膠極性片作正負極

性標記，在靠正極端蓋及正極柱端面上有“+”符號作?永久標記。正

負極板為燒結極板，其活性物質分別為氫氧化鎳和氫氧化鎘。

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鎳鎘電池原理

蓄電池是一種在充電時將電能轉變成化學能儲存起來，而在放

電時將化學能轉變為電能的裝置。充放電時，蓄電池正負極上發生氧

化還原反應。

其電化學反應方程式如下：

充電

正極反應：

2Ni（OH）2 + 2OH-----> 2β—NiOOH + 2H2O + 2e<---- 放電

充電

負極反應：

Cd（OH）2 + 2e----> Cd + 2OH<----放電

充電

蓄電池總反應：

Cd（OH）2 + 2Ni（OH）----> 2 Cd + 2NiOOH + 2H2O<---- 放電

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由蓄電池反應可知，蓄電池在充放電時，理論上不消耗電解液，

但電極有吸收或釋放出水的特性。充電時釋放出水來，使電解液液面

升高；放電時吸收水，使電解液液面下降。在充電後期（或過放電

時），有部分水被電解，而生氧氣和氫氣。

其反應方程式如下： 2H2O → O2 + 2H2

因此，蓄電池在使用過程中有一定量的水消耗，應按要求隨時檢查、

調整電解液液面高度。

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鎳鎘電池具有優越的特性

1.在最小的體積及重量下有高的電力儲存。

2.有良好的可靠性與最小的維護性能。

3.其運作範圍相當廣，尤其是在低溫的環境下。

4.其充電速度相當之快。

5.對於電流量的變化，有相對遲緩的回應。

6.在價格上，其較它種電池更便宜，非常具有競爭力。

7.在特定的儲存下，電力可以保存數年而不會永久退化。

8.具有最佳的抗腐蝕性。

9.其重覆充電次數與使用壽命都較它種電池高。

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太陽能板不同時間之電壓數據

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紅綠燈接線圖

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紅綠燈控制程式

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紅綠燈控制階梯圖

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紅綠燈面板與PLC接線

第一組紅綠燈COM1接到蓄電池正端

R、Y、G負端接到蓄電池負端

R正端接 Y2、Y正端 Y1、G正端 Y0

第二組紅綠燈COM2接到蓄電池正端

R、Y、G負端接到蓄電池負端

Y正端接 Y4、G正端 Y5、R正端 Y6

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可程式控制紅綠燈之連接測試

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紅綠燈面板與PLC接線圖

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成果(1)

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成果(2)

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心得

洪志文-專題心得

我們四年來所學的都是由老師親自教導出來的，這些知識用來培

養學生，訓練其能針對某一主題具有規畫、設計、製造、整合、操作和

維修等技能，而這些所學唯一可以直接回饋老師的地方就是做一次

漂亮的專題，讓老師的心血沒有白費，也是可以肯定自己的一種方

式。

從老師給我們題目到我們開始著手作專題並沒有經過很長的時

間，一開始大家還蠻積極的，所以工作也循序漸進著，直到中間遇

到了暑假，大家因為有自己的事情要忙，回家的、打工的，所以專題

也停了兩個多月，直到開學，也隨著時間越來越緊迫，大家又開始

努力了。所以我們的專題也算是後期完工的，題目雖然比起其他組的

算是簡單，畢竟大家也是用心做出來的成果，感覺蠻有成就感的，

中間難免遇到些困難，但經過老師的指導，組員間的討論，問題也

都慢慢解決了，順利的完成我們的作品。

這一種讓大家分工合作，又能增加彼此間情誼的過程，雖然忙，

但忙的快樂，只希望我們都能順利的畢業，未來的路能平平坦坦吧!

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蔣忠鋼-專題心得

專題製作這門課也終於到了尾聲，兩個學期以來，戰戰兢兢的

心情終於鬆了口氣，第一學期還懵懵懂懂的，到了第二學期，對所

有的專題內容實際動手操作及所有相關資料的詳細收集，和同組同

學討論研究，所花費的時間跟精神，在專題報告結束的當下，實為

感觸良多；一開始接觸到題目時，即發現自己對太陽能方面挺感興

趣，一心有想把它做的很完美的使命感，更是第一次接觸太陽能，

也間接了解到有關太陽能的相關產物及理論，並從此學習到不少東

西，而這對我們的專題上提供了很大的幫助，實覺有趣。

在這段期間當中，在生活上若遇上跟太陽能有關的物品或報導，

都會發現自己特別注意到；在剛開始動作時，總是會遇到不懂的地

方有很多，經由跟同學們互相討論或請教老師，才有得其解，讓我

可以繼續研究下去，而這樣的一直做下去，反反覆覆的，不懂的就

問、不會的就查資料，兩個學期下來，需要感謝的人很多，讓我學習

不少。

剛開始，我們組員就有先對於專題製作上的分工做調整，而我

們分成兩個部分，一個是整理及收集書面方面、另一則是製作實體方

面。我是負責實體製作的部分，需要買大部分的材料，有時用的材料

是需要跟做書面的同學一起討論的，好比說電阻的大小、電容器的規

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格...等等比較偏向到關係作品的功能上的材料，所以說，專題製作

並不是靠一人小組就能完成的，這也是為什麼學校要讓我們以分組

的方式去完成專題製作，這裡面我們學的不光只是專題上的知識和

技術，也學到了怎麼跟別人互動，怎麼跟別人一起去完成一件事，

和同學間的合作與默契，這更是重要的一環。

整個的專題製作，到了中半段，我們的作品完成了一個階段，

這時是需要測試的時候了，我們跟老師借 PLC教室，實際的操作，

把程式設計好寫進PLC裡面，與接好的燈連接…等等的步驟，第一

次，很期待的可以盡快完成，但是，碰到了問題，只好帶回家繼續

研究，找出毛病，到底是哪裡做錯了，經過沒幾次的修改，重返測

試的PLC教室，終於，我們露出高興的笑容，從肩上放下沉重的擔

子，我們的作品可以交出去了。

而經過了專題製作的口試後，想都沒想過的，先是不敢置信，

後又有種苦盡甘來而受到肯定的感受，想不到！我們入圍了！而且

是一班只挑三組的名額，入圍了學校因為要評鑑而需要拿出來當作

展示的作品，真的很感到榮耀，覺得非常的光榮，就算沒得名也是

雖敗猶榮了，因為我們真的沒有想過這樣的事，所以，現在是該要

感謝老師跟幫助過我的同學的時候了，也要謝謝評審的老師給我們

這個機會。謝謝！

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嚴振維-專題心得

由於太陽能的應用相當廣泛,並且無污染又取之不盡,只要有陽

光的地方都能取得,在這注重環保的年代中太陽能在未來各種再生能

源中佔有很重要的腳色,所以我們選擇了這類的題目作為我們的專題,

而太陽能目前的應用中最大的困難是他透過太陽能版所發出的電力

功率太低而且儲存上面的問題也當大,而太陽能版的應用又常侷限於

他的面積大而所帶來的電力與其他能源相比又顯的太少,最後我們決

定採用消耗功率較小的LED作成紅綠燈來節約太陽能蓄電容量的不

足,而這次的專題實驗中我們所遇到最大的問題是太陽能版所連接的

蓄電池容量的測量,因為無法精確測量出蓄電池何時充電飽和而造成

很多數據跟實際運用上有落差,再加上日光照射方面的問題,實驗過

程中都是比較以統計長時間的數據為主,而精確的數據困難度較高比

較難以測量,加上每天的天氣與日光照射量皆不同,所以當天沒做完

的測量或者有錯誤的都常常需要從頭做起,比較讓我們有所成長方面

的是在製作成品的過程中我們有很多的創意想法,就算現在成品完成

我們都還是有很多想加以改善的地方或者其他方面的巧思,而實驗過

程中所遇到的疑問也讓我們學習到很多課本所沒交到的知識,所以在

往後的日子裡我們還很多可以再進步的空間以及創意的展現,這次的

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專題讓我們學到很多也體驗到努力去完成一件作品的喜悅跟成就感,

所以在此我們也特別感謝我們的指導老師:王永山老師細心的教導,

讓我們的專題能順利完成,並期許以後的學弟們能在此相關課程中,

也能認真習發揮創意獲得更多的知識與體驗。

陳世豪-專題心得

上大學的時候就已經知道畢業要做專題了，沒想到轉眼間就4

年了，在3年級下學期開始，專題製作起初還有點害怕，後來找到

老師選題目之後才發覺，這是一個對我們四年來的考驗跟肯定。

我們的專題和別人比起來算是簡單的了，所以一開始大家還是

蠻有信心的從買材料，開會討論實作，這段時間雖然多少都有遇到

些困難，不過我們每週都有固定跟老師，報進度，提問題，當然困

難也就一一排除，在這樣的互動下，讓我們學了很多，像一開始對

太陽能很陌生，直到現在，知道了它的原理跟如何去運用。

藉由這次機會讓我們一起討論一起研究分享彼此的想法，也增

進了大家之間的默契跟情誼，最後只希望可以順利過關，如期畢業

吧!

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參考網站

http://tw.knowledge.yahoo.com/question/?qid=1305092504116

http://tw.knowledge.yahoo.com/question/index?qid=1405112207

470

http://tw.knowledge.yahoo.com/question/?qid=1105042204526

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