崑 山 科 技 大 學

電 機 工 程 系

專題製作題目：太陽能紅綠燈

指導老師：王永山 老師

製作學生：洪志文 4910J061

嚴振維 4910J062

蔣忠鋼 4910J015

陳世豪 4910J016

中 華 民 國 九 十 四 年 十 一 月

目錄

前言．．．．．．．．．．．．．．3

實 驗 動 機 與 目 的．．．．．．4

研究方向．．．．．．．．．．．．4

太陽能發電原理．．．．．．．．．5

太陽能電池．．．．．．．．．．．9

數據．．．．．．．．．．．．．．15

紅綠燈接線圖．．．．．．．．．．16

紅綠燈控制程式．．．．．．．．．17

紅綠燈控制階梯圖．．．．．．．．18

紅綠燈面板與PLC接線．．．．．．19

可程式控制紅綠燈之連接測試．．．20

紅綠燈面板與PLC接線圖．．．．．21

成果．．．．．．．．．．．．．．22

心得．．．．．．．．．．．．．．24

參考網站．．．．．．．．．．．．30

2

前言

太陽能的供應源源不斷，是一種非常清潔的能源，不會引起

污染，更不會耗盡自然資源或導致全球溫室效應。

太陽能的優點，是可以在地球的所有地方得到，而且實用性

高、用途多。現代的太陽能系統，在每天日照時間相當短的國家，

也可以經濟有效地提供大量電能。

太陽能的科技，應用甚廣。例如太陽能的計算機、手錶，在市

面上很普遍。

實 驗 動 機 與 目 的

將取之不盡又清潔環保的太陽能運用在日常生活中常見的紅

綠燈上，以達到節約能源促進環保之目的，並藉此機會推廣再生

能源之實務應用。

3

研究方向

太陽能發電原理與數據

PLC可程式控制紅綠燈之流程

陽能蓄電用於紅綠燈之配合運用

4

太陽能發電原理

我們通常所說的太陽能電站，就是指太陽能發電廠。這是因為，

它將太陽的光能先轉變成熱能，然後再通過機械裝置將其轉變成電

能。其工作原理是，在地面上設置許多聚光鏡，從各個角落和方向把

太陽光收集起來，集中反射到一個高塔頂部的專用鍋爐上，使鍋爐

裡的水受熱變為高壓蒸汽，驅動汽輪機，再由汽輪機帶動發電機發

電。

太陽能電池與一般的電池不同。太陽能電池是將太陽能轉換成電

能的裝置，且不需要透過電解質來傳遞導電離子，而是改採半導體

產生 PN 結來獲得電位。

當半導體受到太陽光的照射時，大量的自由電子伴隨而生，而

此電子的移動又產生了電流，也就是在 PN 結處產生電位差。因此，

太陽能電池需要陽光才能運作，所以大多是將太陽能電池與蓄電池

串聯，將有陽光時所產生的電能先行儲存，以供無陽光時放電使用。

5

6

太陽能發電廠圖片

7

太陽能集光板圖片

8

太陽能電池

太陽能電池係一種利用太陽光直接發電的光電半導體薄片，它

只要一照到光，瞬間就可輸出電壓及電流，而此種太陽能光電池

(Solar cell)簡稱為太陽能電池，或太陽電池(在台灣的早期翻譯書

籍上直接引用日文中的漢字，其實不是 battery而是 cell)，又可稱

為太陽能晶片，在中國大陸稱為硅晶片，因為中文"硅"是 矽的古字，

矽為現代譯音字，在物理學上稱為光生伏打(Photovoltaic)，簡稱

PV。(photo=light光線，voltaics=electricity電力)

9

太陽能電池優缺點

優點:

1.是人類可以利用的最豐富的能源。

2.太陽能是到處都有的，不需要運輸。

3.使用時不會帶來污染，不會排放出任何對環境不良影響的物質，

是一種清潔的能源。

4.對於地球不增加熱載荷，這是太陽能最重要的優點，所以太陽能

系統又稱作，無變量的能源系統。

缺點:

1.太陽能的利用裝置必須具有相當大的採集面積，才能收集到足夠

的功率，因此花費很高。只有當採集能量裝置表面的單位造價相當

便宜時，才能經濟合算的使用這太能利用器。

2.太陽受氣候、畫夜的影響很大。因此必須有貯存裝置，這不僅增加

了技術上的困難，也使造價增加。目前雖然已經製成多種貯存系統，

但總是不夠理想，具體應用也有一定困難。

10

鎳鎘蓄電池介紹

蓄電池由正極板、負極板、隔膜、極柱等組成極板組，牢固地裝入

阻燃的塑膠外殼內，用熱板焊接機將塑膠蓋與塑膠殼焊接在一起。灌

入密為度為1.25g/cm3±0.02g/cm3氫氧化鉀複合水溶液作為電解液，

塑膠蓋上安裝有氣塞；單體蓄電池分別以紅蘭塑膠極性片作正負極

性標記，在靠正極端蓋及正極柱端面上有“+”符號作?永久標記。正

負極板為燒結極板，其活性物質分別為氫氧化鎳和氫氧化鎘。

11

鎳鎘電池原理

蓄電池是一種在充電時將電能轉變成化學能儲存起來，而在放

電時將化學能轉變為電能的裝置。充放電時，蓄電池正負極上發生氧

化還原反應。

其電化學反應方程式如下：

充電

正極反應：

2Ni（OH）2 + 2OH-----> 2β—NiOOH + 2H2O + 2e<---- 放電

充電

負極反應：

Cd（OH）2 + 2e----> Cd + 2OH<----放電

充電

蓄電池總反應：

Cd（OH）2 + 2Ni（OH）----> 2 Cd + 2NiOOH + 2H2O<---- 放電

12

由蓄電池反應可知，蓄電池在充放電時，理論上不消耗電解液，

但電極有吸收或釋放出水的特性。充電時釋放出水來，使電解液液面

升高；放電時吸收水，使電解液液面下降。在充電後期（或過放電

時），有部分水被電解，而生氧氣和氫氣。

其反應方程式如下： 2H2O → O2 + 2H2

因此，蓄電池在使用過程中有一定量的水消耗，應按要求隨時檢查、

調整電解液液面高度。

13

鎳鎘電池具有優越的特性

1.在最小的體積及重量下有高的電力儲存。

2.有良好的可靠性與最小的維護性能。

3.其運作範圍相當廣，尤其是在低溫的環境下。

4.其充電速度相當之快。

5.對於電流量的變化，有相對遲緩的回應。

6.在價格上，其較它種電池更便宜，非常具有競爭力。

7.在特定的儲存下，電力可以保存數年而不會永久退化。

8.具有最佳的抗腐蝕性。

9.其重覆充電次數與使用壽命都較它種電池高。

14

太陽能板不同時間之電壓數據

15

3� B g� v� �� �� �8 G�l

� /�

紅綠燈接線圖

16

紅綠燈控制程式

17

紅綠燈控制階梯圖

18

紅綠燈面板與PLC接線

第一組紅綠燈COM1接到蓄電池正端

R、Y、G負端接到蓄電池負端

R正端接 Y2、Y正端 Y1、G正端 Y0

第二組紅綠燈COM2接到蓄電池正端

R、Y、G負端接到蓄電池負端

Y正端接 Y4、G正端 Y5、R正端 Y6

19

可程式控制紅綠燈之連接測試

20

紅綠燈面板與PLC接線圖

21

成果(1)

22

成果(2)

23

心得

洪志文-專題心得

我們四年來所學的都是由老師親自教導出來的，這些知識用來培

養學生，訓練其能針對某一主題具有規畫、設計、製造、整合、操作和

維修等技能，而這些所學唯一可以直接回饋老師的地方就是做一次

漂亮的專題，讓老師的心血沒有白費，也是可以肯定自己的一種方

式。

從老師給我們題目到我們開始著手作專題並沒有經過很長的時

間，一開始大家還蠻積極的，所以工作也循序漸進著，直到中間遇

到了暑假，大家因為有自己的事情要忙，回家的、打工的，所以專題

也停了兩個多月，直到開學，也隨著時間越來越緊迫，大家又開始

努力了。所以我們的專題也算是後期完工的，題目雖然比起其他組的

算是簡單，畢竟大家也是用心做出來的成果，感覺蠻有成就感的，

中間難免遇到些困難，但經過老師的指導，組員間的討論，問題也

都慢慢解決了，順利的完成我們的作品。

這一種讓大家分工合作，又能增加彼此間情誼的過程，雖然忙，

但忙的快樂，只希望我們都能順利的畢業，未來的路能平平坦坦吧!

24

蔣忠鋼-專題心得

專題製作這門課也終於到了尾聲，兩個學期以來，戰戰兢兢的

心情終於鬆了口氣，第一學期還懵懵懂懂的，到了第二學期，對所

有的專題內容實際動手操作及所有相關資料的詳細收集，和同組同

學討論研究，所花費的時間跟精神，在專題報告結束的當下，實為

感觸良多；一開始接觸到題目時，即發現自己對太陽能方面挺感興

趣，一心有想把它做的很完美的使命感，更是第一次接觸太陽能，

也間接了解到有關太陽能的相關產物及理論，並從此學習到不少東

西，而這對我們的專題上提供了很大的幫助，實覺有趣。

在這段期間當中，在生活上若遇上跟太陽能有關的物品或報導，

都會發現自己特別注意到；在剛開始動作時，總是會遇到不懂的地

方有很多，經由跟同學們互相討論或請教老師，才有得其解，讓我

可以繼續研究下去，而這樣的一直做下去，反反覆覆的，不懂的就

問、不會的就查資料，兩個學期下來，需要感謝的人很多，讓我學習

不少。

剛開始，我們組員就有先對於專題製作上的分工做調整，而我

們分成兩個部分，一個是整理及收集書面方面、另一則是製作實體方

面。我是負責實體製作的部分，需要買大部分的材料，有時用的材料

是需要跟做書面的同學一起討論的，好比說電阻的大小、電容器的規

25

格...等等比較偏向到關係作品的功能上的材料，所以說，專題製作

並不是靠一人小組就能完成的，這也是為什麼學校要讓我們以分組

的方式去完成專題製作，這裡面我們學的不光只是專題上的知識和

技術，也學到了怎麼跟別人互動，怎麼跟別人一起去完成一件事，

和同學間的合作與默契，這更是重要的一環。

整個的專題製作，到了中半段，我們的作品完成了一個階段，

這時是需要測試的時候了，我們跟老師借 PLC教室，實際的操作，

把程式設計好寫進PLC裡面，與接好的燈連接…等等的步驟，第一

次，很期待的可以盡快完成，但是，碰到了問題，只好帶回家繼續

研究，找出毛病，到底是哪裡做錯了，經過沒幾次的修改，重返測

試的PLC教室，終於，我們露出高興的笑容，從肩上放下沉重的擔

子，我們的作品可以交出去了。

而經過了專題製作的口試後，想都沒想過的，先是不敢置信，

後又有種苦盡甘來而受到肯定的感受，想不到！我們入圍了！而且

是一班只挑三組的名額，入圍了學校因為要評鑑而需要拿出來當作

展示的作品，真的很感到榮耀，覺得非常的光榮，就算沒得名也是

雖敗猶榮了，因為我們真的沒有想過這樣的事，所以，現在是該要

感謝老師跟幫助過我的同學的時候了，也要謝謝評審的老師給我們

這個機會。謝謝！

26

嚴振維-專題心得

由於太陽能的應用相當廣泛,並且無污染又取之不盡,只要有陽

光的地方都能取得,在這注重環保的年代中太陽能在未來各種再生能

源中佔有很重要的腳色,所以我們選擇了這類的題目作為我們的專題,

而太陽能目前的應用中最大的困難是他透過太陽能版所發出的電力

功率太低而且儲存上面的問題也當大,而太陽能版的應用又常侷限於

他的面積大而所帶來的電力與其他能源相比又顯的太少,最後我們決

定採用消耗功率較小的LED作成紅綠燈來節約太陽能蓄電容量的不

足,而這次的專題實驗中我們所遇到最大的問題是太陽能版所連接的

蓄電池容量的測量,因為無法精確測量出蓄電池何時充電飽和而造成

很多數據跟實際運用上有落差,再加上日光照射方面的問題,實驗過

程中都是比較以統計長時間的數據為主,而精確的數據困難度較高比

較難以測量,加上每天的天氣與日光照射量皆不同,所以當天沒做完

的測量或者有錯誤的都常常需要從頭做起,比較讓我們有所成長方面

的是在製作成品的過程中我們有很多的創意想法,就算現在成品完成

我們都還是有很多想加以改善的地方或者其他方面的巧思,而實驗過

程中所遇到的疑問也讓我們學習到很多課本所沒交到的知識,所以在

往後的日子裡我們還很多可以再進步的空間以及創意的展現,這次的

27

專題讓我們學到很多也體驗到努力去完成一件作品的喜悅跟成就感,

所以在此我們也特別感謝我們的指導老師:王永山老師細心的教導,

讓我們的專題能順利完成,並期許以後的學弟們能在此相關課程中,

也能認真習發揮創意獲得更多的知識與體驗。

陳世豪-專題心得

上大學的時候就已經知道畢業要做專題了，沒想到轉眼間就4

年了，在3年級下學期開始，專題製作起初還有點害怕，後來找到

老師選題目之後才發覺，這是一個對我們四年來的考驗跟肯定。

我們的專題和別人比起來算是簡單的了，所以一開始大家還是

蠻有信心的從買材料，開會討論實作，這段時間雖然多少都有遇到

些困難，不過我們每週都有固定跟老師，報進度，提問題，當然困

難也就一一排除，在這樣的互動下，讓我們學了很多，像一開始對

太陽能很陌生，直到現在，知道了它的原理跟如何去運用。

藉由這次機會讓我們一起討論一起研究分享彼此的想法，也增

進了大家之間的默契跟情誼，最後只希望可以順利過關，如期畢業

吧!

28

參考網站

http://tw.knowledge.yahoo.com/question/?qid=1305092504116

http://tw.knowledge.yahoo.com/question/index?qid=1405112207

470

http://tw.knowledge.yahoo.com/question/?qid=1105042204526

29