研究背景与目的

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1、第一章緒論1.1研究背景與目的近年來，再生能源的積極開發，不僅降低石油及煤炭的消耗[1-6]，而且兼顧經濟發展與環境保護的要求。台灣地處亞熱帶，日照量豐富且日照時間長，非常適合太陽能發電技術的開發。因此，利用太陽能發電技術，搭配高發光效率的燈具，作為夜間照明，可達到降低用電量及無公害的綠色環保要求。由於目前太陽能板的光電轉換效率低，為使蓄電池儲存的電能有效地運用，照明系統的節能，僅靠提升照明設備的效率是不足的，必須以更積極有效的方法來管理照明設備。本文的照明系統應用太陽能發電，以高壓鈉燈及冷陰極螢光燈兩種光源作為模擬負載，並對照明系統的電能管理進行研究，以達到夜間照明持續及節能之目的。鈉

2、燈的發光效率為現有光源之最高，其光源視感度為橘黃色，為人之視覺最能正確看清物體之光色[7]，在下雨、起霧時光源穿透力強，能正確看清物体，並具有光衰小與壽命長的優點。由於目前太陽能板的光電轉換效率低，因此，太陽能路燈照明系統的設計，應採用高發光效率的鈉燈作為照明光源，並搭配電子安定器，以改善傳統電磁式安定器體積大、效率低及無法控制負載功率的缺點。近年來，有關太陽能最大功率追蹤法則的相關文獻，文獻[8-13]對於控制方法均有深入詳盡地探討，不同的控制法則其複雜度及穩定度均不相同，其中較廣為使用的有增量電導法(incrementalconductancemethod)及擾動觀察法(pertur

3、bandobservemethod)兩種控制法則。由於擾動與觀察法的結構簡單，且所需量測的參數較少，故普遍地應用於太陽能電池的最大功率追蹤控制。在太陽能充電電路的文獻探討方面，文獻[14-18]採用降壓、升壓、升降壓脈波寬度調變型的直流轉換器，作為太陽能的充電電路，此種型式之直流轉換器，開關的功率損失較大。-12-為了減少開關的功率損失，採用零電壓導通或零電流截止方式的柔性切換技術[19-22]，已廣泛地應用於直流轉換器。本論文以零電壓切換式升壓型直流轉換器作為充電電路的架構[22]，並採用擾動與觀察之控制方法作為太陽能板的最大功率追蹤控制，以提升太陽能發電系統及充電電路的效率。有關高壓

4、鈉燈電子安定器文獻的探討，在輸入電壓為110V或220V的交流系統方面，文獻[23]採用串聯共振電路搭配高壓點火電路實作完成點燈電路，並利用高壓點火後的點燈電流作為回授以截止高壓點火電路。文獻[24]將一般螢光燈自激式電子安定器的點燈電路加以改良，並將其應用於鈉燈的電子安定器，亦獲得良好的成效。文獻[25]採用半橋串振並聯負載的電路架構，並設計有高頻變低頻的啟動方法，藉由變頻時間長度的控制，使高壓鈉燈達到柔性啟動的效果。文獻[26]以串聯共振並聯負載電路作為鈉燈的電子安定器，並利用高頻變低頻的點燈方式，直接激發燈管，然由於安定器電路的參數未適當地匹配，造成燈管電流的波形接近三角波，進而影

5、響燈管的使用壽命。文獻[27,28]以串聯共振電路及高壓點火電路完成鈉燈的電子安定器，並採用比例積分作為燈管輸出定功率的控制，且於電源側加入主動功率因數校正器以改善功因。文獻[29]採用前級升壓的主動功因校正器搭配半橋串振的點燈電路作為電路架構，並藉由偵測燈管的電壓及電流判斷燈管是否為開路或短路的狀態，整體電路的架構具有高功因及燈管異常偵測的優點。文獻[30]採用全橋整流之被動功因校正電路搭配半橋串振的點燈電路作為電路架構，並探討串振電路電容元件的參數大小與燈管電流峰值因數及功率因數之關係，整體電路架構具有簡單及高效率的優點。在太陽能照明系統的研究方面，文獻[10,11]將螢光燈照明系統

6、的多級轉換器單級化，轉換器經簡化後，不僅保有各級原有的功能，更提升了電路的效率。控制方面則採用單晶片搭配模糊控制理論來控制單級電力轉換器。文獻[18]-12-運用最大功率追蹤法則，使太陽能發電輸出最大功率，並採用升降壓型轉換器作為充電電路，在點燈電路部分，蓄電池經由升壓型直流轉換器升壓放電，再經由全橋變流器及電感所組成的電路點燈，由於充電電路及點燈電路的開關未工作於柔性切換，故整體電路的效率較差。文獻[31]採用半橋串振電路作為高壓鈉燈的點燈電路，前級採用功率因數校正電路，並於電路中加入太陽能的供電系統，以解決市電於尖峰負載供電吃緊的問題。儲能系統採用升壓轉換器作為太陽能的充電電路，並以

7、微控器作為點燈電路、充電電路及電池升壓電路的控制核心。在輸入電壓為直流低電壓的研究方面，文獻[32]的點燈電路架構，輸入電壓為12V的蓄電池先由推挽式轉換器升壓成方波電壓，再經由串聯諧振並聯負載電路將高頻諧波成份濾除，以作為汽車用氙器燈的點燈電壓，由於推挽式轉換器的開關工作於零電壓導通，故整體點燈電路具有架構簡單及高效率的優點。冷陰極螢光燈(cold-cathodefluorescentlamp，以下簡稱CCFL)由於不採用燈絲，故