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研究生： 羅士傑
Shih-Chieh Lo
論文名稱： 太陽光與固態照明自動化混光技術研究
指導教授： 韋安琪
An-Chi Wei
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工學院 - 機械工程學系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年： 2016
畢業學年度： 104
語文別： 中文
論文頁數： 84
中文關鍵詞： 太陽能照明 、自動化混光系統 、補光 、照明均勻度 、頻譜分布
外文關鍵詞： Solar lighting, Automatic light mixing system, Compensating light, Illuminance uniformity, Spectral distribution
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    • 近年來隨著節能意識的提高，太陽能照明技術亦漸受重視。本論文針對太陽能室內照明進行研究，利用太陽光與固態照明自動化混光技術，提出一種將太陽光直接應用在室內照明上的方法，以提升照明效能。首先，利用LabVIEW與Arduino設計一個自動化混光系統，其能判斷是否需要補光，並依序個別開啟RGBW LED補償光源。另外，使用光學軟體LightTools模擬並設計混光元件-光箱，使光線於內均勻混合提升照明均勻度，並實際製作出成品，搭配設計好之自動化混光系統進行實驗，並利用光譜儀與照度計進行量測與分析，以驗證模擬設計之可行性。最後，將誤差分析列入考量，討論可能造成模擬與實驗結果不同之主因。

    Along with the awareness of energy saving, solar lighting technologies have gradually drawn attention. This thesis studied on solar indoor lighting technique with solid-state lighting as a compensating light. In addition, an automatic light-mixing method was proposed to improve the performance of light source. Using LabVIEW and Arduino, we designed the automatic light mixing system, which determined if the system would turn on the compensating light for increasing the illuminance or adjusting the color temperature. Besides, we designed a light-box to mix light source and the compensating light by LightTools software. After manufacturing the components, we built the system and measured its efficiency, uniformity and spectral distribution using integrated sphere, lux meter and spectrometer, respectively. Finally, the experimental results and the tolerances were analyzed and discussed.

    摘要 i Abstract ii 致謝 iii 目錄 iv 圖目錄 vi 表目錄 ix 第一章、緒論 1 1-1 研究背景 1 1-2 文獻回顧 3 1-3 研究動機與目的 7 1-4 研究方法與流程 8 1-5 論文架構 9 第二章、基礎理論 10 2-1 幾何光學 10 2-1-1 折射定律和反射定律 10 2-1-2 全反射和臨界角 12 2-1-3 菲涅爾損失 13 2-2 光度學 15 2-3 色度學 18 2-4 配光曲線 21 2-5 複合拋物面集光器 23 2-6 照明效率與均勻度 25 2-7 小結 26 第三章、設計與模擬 27 3-1 設計理念 27 3-2 設計流程 29 3-3 混光模組-光箱 31 3-4 補光模組-CPC 38 3-5 補光模組-自動控制介面設計 42 3-6 小結 45 第四章、實驗方法與架構 46 4-1 實驗設備 46 4-2 實驗架構與流程 54 4-3 系統評價方法 56 4-3-1 照明效率 56 4-3-2 照明均勻度 56 4-3-3 頻譜分布 57 4-4 小結 57 第五章、實驗結果與討論 59 5-1 自動化補光系統之照明結果 59 5-1-1 照明效率 59 5-1-2 照明均勻度 59 5-1-3 頻譜分布 60 5-2 公差分析 63 5-2-1 入射角度公差 63 5-2-2 反射率公差 66 5-3 小結 68 第六章 結論與未來展望 69 6-1 結論 69 6-2 未來展望 70

    [1] 太陽能發電系統，取自: 盟立自動化股份有限公司網頁: http://www.mirle.com.tw/webc/html/news/show.aspx?num=679&kind=2
    [2] 杜修銘，多重焦距之聚光元件應用於聚光型太陽能電池系統，國立中央大學能源工程研究所碩士論文，2016年
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    [4] L. M. Fraas, W. R. Pyle, and P. R. Ryason, “Concentrated and piped sunlight for indoor illumination” Appl. Opt. 22, 578-582(1983)
    [5] 崔智宣，”LED光源暨LED與太陽光混和照明於室內照明之模擬與分析”，國立中央大學光電科學與工程學系博士論文，2012年
    [6] 李儼鵬，”二次太陽能集光器”，國立中央大學光電科學與工程學系碩士論文，2012年
    [7] R. Winston and H. Hinterberger, “Principles of cylindrical concentrators for solar energy” Solar energy 17, 255-258(1975)
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    [11] 光度學，取自: 宸宇事業有限公司網頁: http://www.aliva.com.tw/tech_5.html
    [12] 太陽光發電，取自: kasahara-g.co網頁: http://www.kasahara-g.co.jp/sun/
    [13] 盛達室內智慧照明解決方案，取自: 盛達網頁: http://www.billion.com
    [14] 色度學，取自: 宸宇事業有限公司網頁: http://www.aliva.com.tw/tech_36.html
    [15] CIE1931色度座標圖，取自: 中原大學照明及色彩研究中心網頁: http://lcrc.cycu.edu.tw/lamptest.aspx?pid=2
    [16] CCT，取自LED知識庫網頁: http://steinled.blogspot.tw/2011/06/cct.html
    [17] 燈具測試內容，取自: 中原大學照明及色彩研究中心網頁: http://lcrc.cycu.edu.tw/lamptest.aspx?pid=2
    [18] C. Wei, S. C. Lo, P. F. Hong and J. Y. Lee, “Compound parabolic concentrator design for red, green, blue, and white LED light mixing” JJAP(2016)
    [19] Web page from: Power From The Sun.net: http://www.powerfromthesun.net/Book/chapter09/chapter09_files/image011.jpg
    [20] 產品規格，取自: 泰仕電子工業股份有限公司: http://www.tes.com.tw/product_detail.asp?seq=76
    [21] Web page from: OEM-Optical.com: http://www.oem-optical.com/TECHNIQUIP_FOI_Light_Sources.html

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