實驗平台製作與落塵影響光源之分析

Experimental platform setup and analysis on light irradiance due to dustfall

余冠億

太陽熱能 ； 落塵實驗 ； 數值模擬 ； Solar thermal energy ； dustfall experiment ； numerical simulation

義守大學機械與自動化工程學系學位論文

2016年

碩士

陳建霖

繁體中文

南台灣空污較為嚴重，本研究以數值方法模擬太陽光源，並選定特定區域收集落塵量，探討其影響熱能之實驗與數值模擬。本文藉計算流體力學技術模擬燈泡之輻射熱投射於觀察面，並調整模擬玻璃上之數值漫射率來代表落塵量；實驗部分是製作一實驗平台，以PLC控制光源投射所須位置與角度，再結合人造光源模擬燈架進行實驗，此室內實驗是將附著落塵之玻璃放置於平台中，量測其影響觀察面之溫度與輻照度，並以微量天秤量出玻璃上之落塵量；室外實驗則是太陽光照射為主要光源。本研究記錄2016年5、6、7、8月個別二十天數之特定區落塵量，實驗與模擬結果顯示落塵量是影響輻照度與溫度的很大因素，其中6月份的輻照度衰減率到達10.47%，輻照度平均下59.5W/m2，經模擬調整數值漫射率後，數值溫度之最高溫與最低溫分別為54˚C、39˚C，且與實驗中熱像儀所拍攝的溫度圖有一致的趨勢。

Air pollution become worse in southern Taiwan. In this study, the numerical method was used to simulate solar beam and the falling dust was collected at the specific place to investigate solar thermal energy experimentally and numerically. By the CFD technique, solar thermal beam was simulated on the observation plane, and the numerical diffuse fraction was adjusted to represent the dustfall quantity. In the experiment, the platform with specific position and angle of the light source adjusted by the PLC controllers and the frame including the light source has been set up and conducted. Under this indoor experiment, the glasses with dustfall were installed inside the platform, and the temperature and irradiance on the observation plane have been measured. The dust quantity was weighted by a micro scale. Dustfall was recorded during 20 days in each month from May to August in 2016. We found that dust amount is critical to temperature and irradiance. Moreover, irradiance attenuation was as high as 10.47% in June and it decreased by the amount of 59.5W/m2. The numerical diffuse factions have been tuned to fit the experimental data the simulated maximal and minimal temperatures at 54˚C and 39˚C respectively, and numerical temperature contours compared with the thermal imager’s results have the similar trends.

1. [1]徐翠華，2002，“台灣地區太陽輻射及太陽能發電潛力之研究”，碩士論文，國立台灣師範大學。
   連結：
2. [3]洪鵬翔，2016，“落塵影響太陽熱能效率的實驗與模擬分析”，碩士論文，義守大學機械與自動化工程學系。
   連結：
3. [5]吳烱賢，2013，“集光型太陽能發電之發展與未來”，碩士論文，國立師範大學工業科技教育學系研究所。
   連結：
4. [7]施仁親、陳震偉、吳登峻，2011，“太陽光模擬器要求與新型LED太陽光模擬器簡介”，工業技術研究院。
   連結：
5. [10]張嘉惠、陳斐文，2012，“聚光型太陽光發電系統之清洗決策分析”，碩士論文，國立中央大學。
   連結：
6. and Analyses of Dust Deposition on Heliostat, ” Energy Procedia,57
   連結：
7. (0), pp. 3004-3013.
   連結：
8. [14]Kuo, C. W. and Chang, K. C., 2015, “In-situ Measurements of Solar Diffuse Fraction in Southern Taiwan,” Journal of Chinese Institute of Engineer, Vol. 38, No. 6.
   連結：
9. [18]SolidWorks2006原廠教育訓練手冊，知城數位科技股份有限公司，2006。
   連結：
10. [2]廖欽承，2009，“集光式太陽熱能發電系統分析評估”，碩士論文，中央大學能源工程研究所。
11. [4]林典凱，2001，“全天空太陽輻射能量與照度模型之建立一以淡水地區為例”，碩士論文，淡江大學建築學系研究所。
12. [6]2014,“IntroductiontoSolarRadiation,” http://www.newport.com/Introduction-to-Solar-Radiation/411919/1033/content.aspx,.
13. [8]黃俊宇，2005，“太陽能源技術運用於雲嘉南之可行性”，碩士論文，中正大學應用地球物理研究所。
14. [9]黃照雄，2014，“台南市安南區春季落塵量對太陽光電發電系統之影響”，碩士論文，國立台南大學綠色能源科技研究所。
15. [11]葉惠中、陳起鳳、李家儂、楊之遠、謝長城、郭韋翔、江京蓁、洪嘉祥，2013，“細懸浮微粒（PM2.5）時空分佈特性之研究”，碩士論文，中國文化大學土地資源學系。
16. [12]Yadav,N. K., Pala, D., and Chandra, L., 2014, “On the Understanding
17. [13]行政院環保署空氣品質監測網，“空氣品質濃度圖”，2016，http://taqm.epa.gov.tw/taqm/tw/ContourMap.aspx.
18. [15]ANSYS,2010,“ANSYS MESHING 13 Documentation,”ANSYS Inc.
19. [16]ANSYS,2010,“ANSYS FLUENT 13 Documentation,”ANSYS Inc.
20. [17]Chen, J. L., 1991, “The simulation of mixed convection in a vertical channel with and without local blowing/suction via revised finite volume method and SIMPLER algorithm, ” Ph. D., National Cheng Kung University, Taiwan.