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多種能源設計應用於 LED 之研究

為了解決環氧樹脂 吹風機的問題,作者張炳煌 這樣論述:

目 錄誌謝 .....................................................I中文摘要.................................................II英文摘要................................................III目錄 ....................................................V圖目錄 ..................................................IX表目錄 ...........

....................................XIII第1章 緒論 ..............................................1 1.1 研究動機 ........................................1 1.2 研究目的 ................................ .......3 1.3 論文架構 ....................................... 4第2章 文獻回顧 ...............................

............5 2.1 國際能源發展及我國能源政策.........................5 2.2 熱電與太陽能和風力的關係...........................6 2.3 熱電發展方向.......................................8 2.3.1 熱電材料的歷史與原理.........................8 2.3.2 熱電材料的遠景 .............................10 2.3.3 熱電材料與液晶材料的組合.................

...11 2.3.4 國內外熱電技術研發趨勢......................12 2.4 風力與太陽能的發展方向............................14 2.4.1 風力發電原理................................14 2.4.2 太陽能發電原理..............................18 2.4.3 國內外風力與太陽能技術發展..................22 2.5 LED與ACC電路的重要性.............................

.27 2.5.1 LED的發光原理及全球LED光電照明市場情形......27 2.5.2 ACC電路的重要性.............................31 2.5.3 LED相關技術發展.............................32 2.5.4 自動功率控制系統(APC)驅動LED之技術 .........34 2.6 多功能能源整合的發展技術..........................36 2.6.1 利用熱電裝置開發溫度可調控之汽車座墊.........36 2.6.2太陽能

與熱電致冷器結合應用於綠色建物..........38 2.7 研究目的總結......................................40第3章 研究方法與實驗設備 ...............................41 3.1 溫差發電設計 .....................................41 3.1.1 溫差發電實驗材料及設備 .......................41 3.1.2 熱電晶片電路設計 .............................42 3.1.3 膽固醇液晶材料變色

實驗設計 ...................43 3.1.4 熱電晶片從低溫至高溫在不同溫差下其電路評估 ...43 3.2 風力發電設計 .....................................44 3.2.1 風力發電實驗材料及設備 .......................44 3.2.2 直流馬達風扇其風力致電能力電路設計 ...........44 3.2.3 電路評估 .....................................45 3.3 太陽能發電設計 .......................

............45 3.3.1 太陽能發電實驗材料及設備 .....................45 3.3.2 10W太陽能板及 0.5V, 60mA太陽能板室內外電路 設計 .........................................46 3.3.3 10W太陽能板及 0.5V, 60mA太陽能板室內外量測電路 評估 .........................................47 3.4 ACC電路 ................................

..........48 3.4.1 ACC電路設計的實驗材料及設備 ..................48 3.4.2 ACC電路搭配LED之電路設計 .....................49 3.4.3 ACC電路搭配LED之電路評估 .....................49 3.4.4 ACC電路說明 ..................................50 3.5 系統整合 ..........................................50 3.5.1 熱電晶片利用冰箱溫差致電直接驅動LED

設計 .....50 3.5.1.1 實驗材料及設備 .......................50 3.5.1.2電路設計 ..............................51 3.5.1.3電路評估 ..............................52 3.5.1.4.系統說明 .............................52 3.5.2 熱電晶片材料搭配0.5V, 60mA太陽能板(兩串三並聯)      或風力發電致電直接驅動LED設計 .........

.......53 3.5.2.1 實驗材料及設備 .......................53 3.5.2.2電路設計 ..............................53 3.5.2.3電路評估 ..............................54 3.5.2.4系統說明 ..............................55 3.5.3 熱電晶片材料搭配10W太陽能板致電儲能 配合ACC電路驅動LED .................

.........55 3.5.3.1 實驗材料及設備 .......................55 3.5.3.2電路設計 ..............................56 3.5.3.3電路評估 ..............................56 3.5.3.4系統說明 ..............................58第4章 結果與討論 .......................................59 4.1 溫差發電電路評估結果 ...

..........................59 4.1.1單一熱電晶片從低溫至高溫在不同溫差下其量測 結果 .........................................59 4.1.2 兩個熱電晶片串聯從低溫至高溫在不同溫差下其量測 結果 .........................................60   4.1.3 兩個熱電晶片並聯從低溫至高溫在不同溫差下其量測 結果 .........................................62  

 4.1.4 使用致冷晶片加電池致冷與致熱後放於熱電晶片量測 結果 .........................................63   4.1.5 膽固醇液晶變溫變色結果 ......................65 4.2 風力發電電路評估結果 .............................66 4.2.1 四個3V直流馬達風扇量測結果 .................66 4.2.2 一個12V直流馬達風扇量測結果 ................67 4.3 太陽能發電電路評估結果 ........

...................69 4.3.1 太陽能板單片及兩串三並聯量測結果 ...........69 4.3.2 10W太陽能量測結果 ..........................72 4.4  ACC電路評估結果 .................................74 4.4.1 藍光LED Load Line 量測結果 ................74 4.4.2 藍光LED I-V Curve量測結果 .................74  4.4.3 藍光LED ACC電路量測結果

...................76 4.5系統整合評估結果與討論..............................77 4.5.1熱電晶片利用冰箱溫差致電直接驅動LED其電路量測 結果 .........................................77 4.5.2熱電晶片搭配0.5V 60 mA兩串三並太陽能板 及風力致電其電路量測結果 ......................78 4.5.3熱電晶片搭配10W太陽能板及風力致電以及使用 熱電晶片搭配10W太陽能板儲能

後,配合ACC電路 驅動LED其電路量測結果 .........................79 4.5.4 系統整合討論.................................82第5章 結論與未來展望 ...................................84 5.1 結論 .............................................84 5.2 未來展望 .........................................85參考文獻 .....................

...........................86附錄 ....................................................89個人自傳與履歷 .........................................103圖 目 錄圖1.1 台灣2011年電力結構............................... 2圖2.1 減碳的關鍵技術....................................5圖2.2 永續能源政策綱領..................................6圖2.3

一般金屬或導體的熱電效應..........................7圖2.4 台電太陽光電分佈圖................................7圖2.5 台電公司2012 年風力發電量統計.....................8圖2.6 Seebeck 效應示意圖................................9圖2.7 Peltier 效應示意圖................................9圖2.8 Thomson 效應示意圖...............................10圖2.9

各式熱電材料ZT與溫度的關係圖.....................11圖2.10 Bi2Te3 塊材與奈米線的ZT值........................13圖2.11 風力發電原理.....................................17圖2.12 風力機發電結構...................................17圖2.13 風力發電設置情形.................................18圖2.14 全球太陽光電市場.................................19圖2.15

國內太陽光電生產供應鏈...........................20圖2.16 使用整流子與功率轉換器之同部發電機...............22圖2.17 歐美風力裝置容量趨勢圖...........................23圖2.18 風力機發展趨勢圖.................................23圖2.19 染料敏化太陽電池(DSSC)結構.......................24圖2.20 矽晶棒成長Cz法...................................25圖2.21 典型太陽電池結構.......

..........................25圖2.22 單晶矽太陽電池結構...............................26圖2.23 Solar cell研發效率圖.............................26圖2.24 間接能隙與直接能隙...............................28圖2.25 常見的半導體材料能階與波長.......................28圖2.26 InGaN 單層量子井(SQW)綠色LED元件結構.............30圖2.27 全球LED照明市場規模...........

...................31圖2.28 LED 電流 ( I ) 與電壓 ( V )特性曲線及ACC曲線.....32圖2.29 LED封裝材料環氧樹脂黃變機制......................33圖2.30 阻水性GaN(氮化鎵)LED在生醫前列腺特異抗原(PSA)的 應用.............................................34圖2.31 自動功率控制系統(APC)電路........................35圖2.32 藍光LED光功率與溫度的關係圖......................3

5圖2.33 熱電裝置構造.....................................36圖2.34 汽車座墊的系統模組...............................37圖2.35 硬體結構系統控制方式.............................37圖2.36 太陽能效率與熱電致冷設計模組.....................38圖2.37 太陽能板冷卻後與電功率的變化.....................39圖2.38 應用於綠色建築情形...............................39圖3.1 溫差發電實驗材料及

設備與膽固醇液晶PET試片........42圖3.2 熱電晶片電路設計.................................42圖3.3 膽固醇液晶加熱變色實驗...........................43圖3.4 低溫至高溫在不同溫差下其串並聯設計...............43圖3.5 風力發電實驗材料及設備...........................44圖3.6 直流馬達風扇其風力致電能力電路設計...............44圖3.7 風力發電電路評估情形.............................45圖3.

8 太陽能發電實驗材料及設備.........................46圖3.9 太陽能發電之電路設計.............................46圖3.10 太陽能板電路評估情形.............................47圖3.11 ACC電路設計的實驗材料及設備......................48圖3.12 ACC 電路設計圖...................................49圖3.13 ACC 電路評估.....................................49圖3.14 利

用冰箱溫差致電實驗材料及設備...................51圖3.15 熱電晶片利用冰箱溫差致電直接驅動LED之電路設計....51圖3.16 熱電晶片利用冰箱溫差致電點亮LED..................52圖3.17 熱電、風力與太陽能整合之電路設計.................53圖3.18 熱電晶片材料搭配0.5V, 60mA太陽能板(兩串三並聯)    搭配風力發電致電直接驅動LED設計..................54圖3.19 熱電晶片搭配10W太陽能板致電儲能 配合ACC電路驅動LED之電路設計...............

......56圖3.20 熱電晶片搭配10W太陽能板致電儲能後 配合ACC電路驅動LED實驗...........................57圖4.1 單一熱電晶片低溫至高溫其溫差對電流關係圖.........60圖4.2 單一熱電晶片低溫至高溫其溫差對電壓關係圖.........60圖4.3 兩個熱電晶片串聯低溫至高溫其溫差對電壓關係圖.....61圖4.4 兩個熱電晶片串聯低溫至高溫其溫差,電流與功率關 係圖.............................................62圖4.5 兩個熱電晶片並聯低溫

至高溫其溫差對電流關係圖.....63圖4.6 兩個熱電晶片並聯低溫至高溫其溫差,電壓與功率關 係圖.............................................63圖4.7 膽固醇液晶加熱至65度C變色實驗....................65圖4.8 低溫至高溫溫度設定及量測情形.....................66圖4.9 四個3V直流馬達風扇量測情形.......................67圖4.10 一個12V直流馬達風扇量測情形......................68圖4.11 一個12V

直流馬達風扇轉速對電壓關係圖.............68圖4.12 一個12V直流馬達風扇轉速對電流關係圖.............68圖4.13 101年10月6日室內距離太陽能板高度 5Cm採用兩串三並聯量測結果.......................70圖4.14 101年10月14日室內外太陽能板單片 及採用兩串三並聯量測結果........................71圖4.15 兩串三並聯太陽能板室內外電壓量測情形............71圖4.16 10W太陽能板室外量測時間與電壓關係圖.............

73圖4.17 10W太陽能板室外量測時間與電流關係圖.............73圖4.18 101年9月16日10W太陽能板室外量測情形.............74圖4.19 藍光LED Load Line 量測結果.....................74圖4.20 藍光LED I-V Curve及Load line量測結果............75圖4.21 藍光LED ACC電路量測結果.........................77圖4.22 熱電晶片串並聯利用冰箱溫差致電接升壓電路直接點亮 LED其電路測試情形.......

........................77圖4.23 熱電晶片與風力全部並聯量測結果..................78圖4.24 熱電晶片搭配0.5V 60 mA兩串三並太陽能板 及風力致電其電路測試情形........................79圖4.25 熱電晶片搭配10W太陽能板及風力致電量測情形.......80圖4.26 熱電晶片搭配10W太陽能板致電儲能 使用ACC電路可驅動LED量測情形....................82表 目 錄表1.1 世界各國原油蘊藏量與生產量分析表............

......2表2.1 國內再生能源裝置容量一覽表.......................14表2.2 各類型能源發電成本...............................15表2.3 蒲福氏風級表.....................................16表2.4 全球前十大太陽電池製造商.........................19表2.5 太陽電池發展歷史.................................21表2.6 藍光LED光功率與溫度變化的量測數據................35表3.1 溫

差發電實驗材料及設備...........................41表3.2 風力發電實驗材料及設備...........................44表3.3 太陽能發電實驗材料及設備.........................45表3.4 ACC電路設計的實驗材料及設備......................48表3.5 利用冰箱溫差致電實驗材料及設備...................50表3.6 熱電晶片材料搭配0.5V, 60mA太陽能板(兩串三並聯) 或風力發電致電直接驅動LED設計之實驗材料及設備....53表3.7

熱電晶片材料搭配10W太陽能板致電儲能 配合ACC電路驅動LED實驗材料及設備.................55表4.1 單一熱電晶片低溫至高溫量測結果...................59表4.2 兩個熱電晶片串聯低溫至高溫量測結果...............61表4.3 兩個熱電晶片並聯低溫至高溫量測結果...............62表4.4 單一顆熱電晶片與致冷晶片相同溫差下其量測結果.....64表4.5 致冷晶片加上電池量測結果.........................64表4.6 致冷晶片加上電池放於熱電晶片致電量測結

果.........64表4.7 四個3V直流馬達風扇量測結果.......................66表4.8 一個12V直流馬達風扇量測結果......................67表4.9 101年9月25日 室內光源距離對太陽能板兩串三並聯量測 結果.............................................69表4.10 101年10月6日 距離太陽能板高度 5Cm 採用兩串三並聯室內量測結果.......................69表4.11 101年10月14日 室外太陽能板採用兩串三

並聯量測 結果.............................................70表4.12 101年10月14日室內外太陽能板單片 及採用兩串三並聯量測結果.........................71表4.13 10W太陽能板室內量測結果..........................72表4.14 10W太陽能板室外量測結果..........................72表4.15 藍光LED I-V Curve量測結果 ......................75表4.16 藍光LED ACC電路

使用吹風機加熱量測結果...........76