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太魯閣國家公園太陽能電池應用於偏遠地區照明之研究

  • 發布日期:99-03-25
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研究單位
國立交通大學電子工程系
作者
蔡中
本計劃最主要的目的是研究並證實在太魯閣國家公園的範圍內,可以應用太陽能來做照明之用。在白楊步道第二隧道的 試用隧道燈,自去年五月間裝妥後一直到現在已有半年多,其間燈型,按鈕,電線,及控制電路,均先後改良過,但燈 是一直可以點亮的。在奇萊山的壁難指示燈,亦自去年10月下旬裝上後,經過12月中旬的複檢,一切情況良好。將在今 年四月間,在上山複檢一次,看看是否還需改進的地方,以為五月上南湖裝燈的準備。 白楊步道第六隧道的隧道燈是本計劃的成果。該隧道自水泥橋進入後,先轉右,繼偏左,再轉右後地勢呈直線上坡而 出。該隧道長為133公尺,入洞十幾公尺後進入約六十公尺之黑暗區,過後即可看到洞尾的亮光。所以黑暗區在二個右轉 間,沒有洞口與洞尾的亮光,非常黑暗,遊客若無燈具,常會碰壁。在當初的計劃內,原擬裝二組太陽能板。後來為了 增加亮度,再加裝二組經濟部能源委員會提供的能板。四組太陽能板均裝在洞口左邊之山坡上。連接線將太陽電能導入 控制箱中的蓄電池。每個控制箱控制二個燈,有二個蓄電池,接二個太陽能板。為了使四個燈同時點亮起見,只用一個 計時單位。二個控制箱中,只有上面的控制箱有個紅色按鈕。上面控制箱的內部配置情形,兩邊各置一蓄電池,中間為 控制電路板。燈由遊客按鈕點亮,亮的時間大約為2分半的時間,足夠讓遊客穿過。如果前按尚未終了,後按接上,燈仍 然會亮到以後按起算的2分半。兩個洞口均有按鈕,只要一鈕按下,四燈同時點亮。因為二個控制電路的IC有誤差,故熄 滅的時間有一點不一致。 這種由遊客按鈕點燈的方式,因具有自動熄滅的裝置,對節省能源而言,很有幼纂C至於需要遊客舉手一按,是否適當 的問題,應不是著眼於加累於遊客,而是按鈕的效率問題。如果按鈕常常故障或不耐久,又沒有更好的按鈕,則應考慮 他法點燈。例如,用紅外線感測是否有人在洞內,有人則亮,無人則熄。這種方法,在一單純的空間,有人試過可行, 但在彎彎曲曲的隧道中,則還沒有人試過。以後有機會,當研究其可行性。還有另一種方法,就像裝在電梯門中的一 樣,用光電來測知是否有人進來或出去。這在技術上可行,但光線要比電梯中亮,因電梯門只有二人寬,而隧道口則至 少大個二倍,且光線要一直亮著,可見耗電量相當大,似乎並不理想。其實,紅外線的方法,也要考量能源消耗這一 點。 茲按本計劃中之研究內容,分別列出各項研究的結果: (一) 太陽能最差情況之研究 太陽能的日照量大致從四月到十一月間為好的期間:而從十一月到四月間為差的期間,由於園區日照資料尚無壹整年之 穩定數據,故無法從資料分析得太陽能最差之情況,故改用實地測試之方法。表5-2-1為去年四月下旬做的實地觀測。四 月底的天氣已從太陽能日照量差的期間進入好的期間。該日的測試結果有4~5小時之陽光。因此我們定下太陽能最差情況 為每日平均為6AH。由此需要選購大於2A之太陽能板。 (二) 最佳裝備之研究 由(一)部份之6AH最差情況,如需供電8~10小時之電力,則最佳燈泡之電流範圍需在600mA~750mA。因為電壓為12V之蓄 電池,如此得7.2~9.0瓦。這是為什麼我們在試驗期尋找(1)低於1瓦;(2)數瓦;(3)高於10瓦等三種不同之燈炮,而最後選上 8瓦者為標準。 為了研究最佳太陽電池面板,我們選用了二種材料,即單晶與多晶者。奇萊1為單晶;奇萊2為多晶。白楊3-1為單晶;3-2 為多晶;6-1至6-4均為單晶,但19-1至19-3則均為多晶。白楊步道第6號隧道的燈具為本年元月完成,故在1月12日上午9: 54AM,我們測得一組完整的數據,而奇萊山者,每次均來去匆匆,沒有完整地測量。所以,目前尚無足夠資料判斷何者 較佳。 為了研究最佳蓄電池,我們對白楊步道的8個要裝隧道燈的蓄電池做不同組合的分配。如在第6隧道,我們用四面同產牌 之單晶太陽能板,但用四個不同大小的蓄電池容量,即:15AH;24AH;38AH;65AH等。在位置的安排上,我們也費了 一番思考。接近洞口的燈由24AH供電;最後近洞尾者由15AH供電。中間的二個由較大的38AH與65AH供電。故如果在非 常情況下,由容量最小的15AH最先斷電,但因洞尾已有洞外的亮光,故不影響;再來為接近洞口的24AH者,但只要一 轉彎,就可看到中間的二個燈。如要它們也斷電,那幾乎不太可能。故由這樣的組合,我們可觀察在同一狀況下,四種 容量的不同變化。其中尚有相同容量的蓄電池但用不同廠牌的太陽能板的組合。可詳細了解太陽能板與蓄電池的配合情 形。 在最佳控制電路的製作與改良方面,我們已為隧道燈與避難指示燈共改了拾幾個不同的PC電路板。每一個電路完成後, 我們都在實驗室讓它工作數天,以測試各各組件的品質。由於避難指示燈的優先裝置,故我們尚未就資料的記錄,完成 開發,當於後續計劃內完成。