利用色差分光之太陽能分光系統

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姓名

賴浚洋(Jun-Yang Lai) 查詢紙本館藏

畢業系所

能源工程研究所

論文名稱

利用色差分光之太陽能分光系統

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摘要(中)

本論文的目的在於提出一種新的太陽能分光方式，其特殊之處在於本研究利用色差進行分光。所有太陽光頻譜會被分離成兩個部分:可見光頻譜，介於380nm到780nm以及紅外光頻譜，介於780nm~2500nm。
在本分光系統，可見光會被分離並且全內反射至分光導波元件的左右側面，至於紅外光則因為色差直接穿透到分光元件底部。在分光元件底部建有特殊微結構以進行分光。被分離的可見光可以用在太陽能照明系統或矽太陽能電池，而被分離的紅外光可以用在熱電產生裝置或鍺(Ge)太陽能電池。藉此對所有頻譜的太陽光能量都盡可能進行利用和轉換。目前系統的實際總分光比率約為31.9%左右。

摘要(英)

This paper aims to present a new solution to split solar spectrum. The special point is that this research uses chromatic dispersion to split solar spectrum. The total solar spectrum is divided into two parts: visible part and infrared part. Visible part of solar spectrum is between 380 and 780nm. Infrared part of solar spectrum is between 780nm and 2500nm.
In this system, visible part of solar spectrum is directed to left and right side of the waveguide by total internal reflection while infrared part of solar spectrum directly passes through the waveguide. There are special microstructures on the bottom surface of the waveguide, which make this design possible to split solar spectrum. Visible light can be utilized in solar lighting system or silicon solar cells and infrared light can be utilized in thermoelectric devices or Ge(germanium) solar cells. As a result, all spectrum of sunlight can be transformed into useful energy as much as possible. Now the total practical efficiency of this system is about 31.9%.

關鍵字(中)

★ 太陽能頻譜分離
★ 太陽能分光
★ 全內反射
★ 色差

關鍵字(英)

★ Solar spectrum splitting
★ Solar beam splitting
★ TIR
★ Total internal reflection
★ Chromatic aberration

論文目次

摘要 III
Abstract IV
致謝 V
目錄 VI
圖目錄 VIII
表目錄 XI
第一章緒論 1
1-1 研究背景 1
1-2 研究動機與目的 3
1-3 文獻回顧 4
1-3-1 混合式太陽能系統 4
1-3-2 分光技術 6
1-3-3 導光技術 8
1-4 預期成果 10
1-5 論文架構 11
第二章基礎理論 12
2-1 幾何光學 12
2-1-1 直線傳播定律和光的可逆性 12
2-1-2 反射定律 12
2-1-3 折射定律(Snell’s Law) 13
2-2 全內反射 14
2-2-1 臨界角 14
2-2-2 全內反射的發生條件 15
2-3 色差 16
2-3-1 阿貝數 17
2-4 賽德色像差 18
2-4-1 波面像差 18
2-4-2 賽德球面像差 19
2-4-3 賽德色差公式 20
2-5 菲涅爾損失 21
2-6 小結 23
第三章分光系統之設計與模擬 24
3-1 設計理念 24
3-2 聚光元件(微陣列透鏡) 26
3-2-1 微陣列透鏡模擬 26
3-3 分光導波元件模擬-石英玻璃基板 28
3-3-1 二維陣列結構模擬 28
3-3-2 一維陣列結構模擬 32
3-3-3 菲涅爾損失與材料穿透率模擬 35
3-4 分光導波元件模擬-PMMA基板 38
3-4-1 二維陣列結構模擬 38
3-4-2 一維陣列結構模擬 39
3-4-3 菲涅爾損失與材料穿透率模擬 41
3-5 分光導波元件模擬-以太陽光模擬器為光源 44
3-6 小結 46
第四章實驗量測與結果 47
4-1 實驗架構 47
4-2 實驗方法 49
4-3 室內量測結果 51
4-4 戶外量測結果 58
4-5 小結 62
第五章誤差分析 63
5-1 加工誤差 63
5-2 光源發散角誤差 67
5-3 操作誤差 72
5-4 小結 78
第六章結論與未來展望 80
6-1 結論 80
6-2 未來展望 81
參考文獻 82

參考文獻

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指導教授

韋安琪(An-Chi Wei)

審核日期

2017-8-23

推文