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太陽能電池短路電流配合光感測器追日控制器開發

太陽能發電系統目前主要都以固定式為主，為了提升其發電效率，勢必要將太陽能模組隨時正對太陽來達到高功率輸出。追日系統主要分成主動式及被動式兩種追日方法，分別利用光感測器及太陽軌跡公式來進行追蹤，而都有其各自的優缺點。光感測器法雖然成本較低、安裝精度要求不高，但容易受環境及天氣影響追日效果；軌跡公式法雖不會受到天氣影響，但機構安裝誤差要小、定位必須精確，而機構長時間使用後會出現老化、變形，所以需要時常校準，造成成本較高。 　　本研究提出短路電流法，利用太陽能板本身的輸出電流當作追蹤訊號，經由dsPIC控制太陽能追蹤器，達到追日效果。此方法不受機構老化、變形及安裝誤差等影響，仍可找到最大輸出功率的位置，混合光感測器做初定位及粗調來增加追蹤精度。

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以DSP控制器實現同步馬達主動式減震與三相整流充電控制系統

本論文以數位訊號處理器整合的馬達驅動和量測模組，實現向量控制座標轉換的方法，控制永磁同步電動機，以轉速的誤差經過比例積分控制器算出q 軸電流的命令，d軸電流控制命令為零，透過電流誤差以及座標反轉換，再經過空間向量脈寬調變算出功率開關切換的命令，進而達到電流以及速度控制的架構。偵測發電機每一個週期的最高轉速，調整速度的命令，使系統能夠維持穩定轉速，達成主動式減震的目的。發電機透過三相全橋式開關整流器，可以整流出直流電壓，經由三相電流的關係，控制功率開關的切換，利用功率開關和發電機等效的電感來達到升壓的效果，以直流端電壓的誤差經過比例積分控制器算出電壓的命令，進而控制直流端電壓的穩定。

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以DSP實現太陽能電池最大功率追蹤控制

由於太陽能電池輸出功率會隨著太陽光照度與溫度的改變而有所變化，使得太陽能電池並非隨時都工作在最大功率點上，因此浪費了許多能量，而本研究的目的為設計一最大功率追蹤控制器控制太陽能電池，使太陽能電池能夠適應外在因素的改變一直保有最佳功率輸出，此即是本研究的最大目的。 本研究主要是由dsPIC30F4011數位訊號處理器作為控制核心，透過dsPIC30F4011的10 bit A/D轉換模組量測太陽能電池輸出電壓與輸出電流，然後經由增量電導法與升壓型電路轉換器改變阻抗，使得太陽能電池輸出最大功率，並以Labview人機介面紀錄太陽能電池輸出資訊。

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金屬發泡材應用於質子交換膜燃料電池之兩相流場模擬分析

本文為首次利用unsaturated flow theory ( UFT )兩相流理論，建立三維，穩態以及非等溫之質子交換膜燃料電池模型，討論兩相流理論應用於金屬發泡燃料電池數值模型之結果，與實驗數據相互對照討論模型之適用性，並且藉由改變流道設計、金屬發泡材滲透率、入口加濕溫度、陰極入口當量比以及氣體擴散層性質來探討不同的操作條件的流場特性以及對性能之影響。 本文的模型包括集電板、流道、氣體擴散層、微孔層、觸媒層以及質子交換膜六層結構，以Darcy''s model計算金屬發泡材應用於流道中以及氣體擴散層等多孔材質結構之流場；考慮陰極反應產生之水為氣態並且在流場中產生凝結相變，液態水在流場中的動態受氣體拖曳力與毛細壓力影響。透過商用求解器Fluent，並且藉由撰寫user define function ( UDF )達到計算兩相模型之需求。 研究結果顯示目前模型在高電流密度操作條件下，凝結相變的量過小，導致在高電流密度下質傳限制的效應不明顯，因此較適用於低電流密度下的操作條件；在流道設計方面，金屬發泡材流道的性能優於蛇型流道，對稱型出入口設計對於性能無明顯之提升。而降低金屬發泡材滲透率可提升電池之性能，且主要由in-plane方向的滲透率影響，當滲透率小於氣體擴散層之滲透率時，性能有明顯之提升。模擬結果也顯示金屬發泡材燃料電池在入口加濕溫度與操作溫度相同時有最好的性能，當入口加濕溫度高於操作溫度時，液態水生成的量會過高導致性能之下降。另外也發現陰極入口之當量比提高可提高液態水排除的能力；在氣體擴散層結構方面，微孔層有助於液態水往氣體體擴散層方向擴散，但在水凝結量不大時，微孔層對於氧氣的擴散反而造成阻礙。

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應用金屬發泡材為流道之質子交換膜燃料電池之研究

第一部份，我們說明了在質子交換膜燃料電池中使用金屬發泡材取代流場的實驗結果。這些實驗結果表明，質子交換膜燃料電池使用金屬發泡材為流場的重要特點，是比一般石墨板燃料電池更能提升電池的性能。實驗中比較了不同性質的金屬發泡材與石墨板燃料電池間的極化曲線。文中將說明質子交換膜燃料電池用金屬發泡材為流道所具有的特點。 由於金屬發泡材的高孔隙率（可達80 ％以上），質傳限制的現象並不像在傳統的質子交換膜燃料電池上明顯。另一個有趣的現象是，發泡材金屬的導電性能扮演著重要的角色，這個現象很少出現在傳統的質子交換膜燃料電池。雖然有一些技術上的挑戰，例如；取代金屬發泡材流道板。但金屬發泡材其獨特的質傳現象，加上其重量輕，使得金屬發泡材在燃料電池上的應用具有非常大的吸引力。 第二部份，我們報告如何藉由流場設計促進使用金屬發泡材為流道之質子交換膜燃料電池的性能。這些研究結果可以讓我們能更深入了解金屬發泡材的流場分布對於電池性能的影響。我們使用各種不同的金屬發泡材流場並將其極化曲線與傳統石墨雙極板燃料電池之極化曲線比較。實驗結果顯示，使用改良之金屬發泡材流場可提升燃料電池之性能。數種金屬發泡材流場設計與其特點在本文內有詳細的分析。 因為氣體流動會受入口設計與發泡材的幾何外型所限制，不同的流場設計會影響到流動模式。我們的研究指出使用單區的金屬發泡材燃料電池，對流效果在角落會較低。將金屬發泡材劃分為多區域與使用多個入口後，能夠有效地增加氣體之分散與傳輸。本研究同時也利用交流阻抗儀測量金屬發泡材燃料電池的阻抗特徵。由奈奎斯特圖與波德圖可證實金屬發泡材燃料電池的各項阻抗 (歐姆阻抗、活化阻抗與質傳阻抗) 皆小於傳統的石墨雙極板燃料電池者。

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以急冷旋鑄法及機械冶金法製備Zn4Sb3熱電塊材及其熱電性質之研究

能源短缺以及環境污染問題越來越嚴重，尋找替代性能源方案是刻不容緩。熱電發電原理根據某些材料特有的熱電(Thermoelectric)特性，材料在無做功的情形下，可以將熱能和電能做互相轉換。半導體熱電材料發電模組係根據 Seebeck 熱電原理，只要在材料兩端建立溫度差，發電模組的線路即可獲得電位差，此現象不須外加做功即可將熱能轉換電能，具有體積小、無做動部件、無噪音、無汙染、維修成本低廉等優點。熱電材料的優劣取決於材料的 ZT 值，Z是熱電優值(Figure of merit)，定義為 α2σ/κ，其中α=ΔV/ΔT，為材料的Seebeck 係數；σ 是材料的導電率；κ 是材料的導熱率，T 是絕對溫度。因此可以看出一個優良的熱電材料需要高Seebeck 係數、高導電率、低熱傳導率。現階段而言，熱電值大多在 1以下，無法有更出色的應用，本研究將利用急冷旋鑄法製備具有奈米晶粒 Zn4Sb3 中溫型熱電材料粉末，並以熱壓燒結製作具有奈米結構的熱電塊材，以求增進功率因數(α2σ)和降低熱導性，最後探討熱電材料在不同急冷旋鑄條件下之晶粒尺度、微結構的不同以及利用不同熱壓粉末燒結條件對熱電塊材特性之影響。

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連續模糊控制系統之非二次穩定性分析

本篇論文主要研究連續時間強健 (Robust) 控制系統及連續時間 Takagi-Sugeno(T-S)模糊控制系統的非二次(non-quadratic)穩定寬鬆條件; 我們利用波雅定理(Polya Theorem)的代數性質加上寬鬆矩陣變數(slack matrix variables)來建立一組寬鬆的線性矩陣不等式(LMI)，因為非二次(non-quadratic)穩定的分析加上寬鬆矩陣變數 (slack matrix variables) 的使用，使得此組線性矩陣不等式(LMI)的求解保守性更進一步的降低，亦即當使用波雅定理(Polya Theorem)時，齊次多項式的階數不用太高，就可以找到解，這是本論文最大的優點；最後會提出幾個例子來證明我們理論的優越性。 關鍵字：強健(Robust)控制系統 Takagi-Sugeno(T-S)模糊控制系統、 非二次 (non-quadratic)穩定、 波雅定理 (Polya Theorem)、寬鬆矩陣變數(slack matrix variables)、 線性矩陣不等式 (LMI)

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1.7 伏特奈米發電機-以直寫式近場電紡織奈米纖維並透過原位極化製作於可撓性基底

本論文為利用近場電紡織技術，製作與研究壓電奈米纖維發電機，並且改良及比較壓電纖維的電紡織生產技術效率，主要重點為(1)利用近場電紡織技術可控制單根壓電奈米纖維排列特性製造奈米發電機，並且設計串聯與並聯兩種不同電極排列方式的基板(2)奈米發電機量測與應用，(3)藉由泡棉材料的多孔特性改良傳統電紡織技術的生產效率。 (1)利用近場電紡織技術製作壓電奈米纖維發電機 利用近場電紡織與電極圖形設計製作高電壓輸出的壓電奈米發電機。使用纖維狀的壓電高分子材料製造的奈米發電機具有高能量轉換效率且穩定輸出，故本章學生以直寫(direct-write)方式將壓電高分子PVDF（聚偏氟乙烯）沉積在可撓性基底上製作PVDF的奈米發電機。並且設計一個簡單但效果良好的電壓和電流疊加電極基板。 (2)奈米發電機量測與應用 同時把PVDF奈米纖維陣列串聯和並聯的條件下，製作完成的奈米發電機能夠產生約1.7 V電壓和300nA電流的峰值輸出。這一成果將原本過去只有單根壓電奈米纖維的電壓和電流輸出大幅度增加。此外學生將奈米發電機的交流輸出進行整流，顯示了儲能和充電應用的技術可行性。並且針對發電機的穩定性與人體應用分別進行測試。 (3)藉由泡棉材料的多孔特性改良傳統電紡織技術的生產效率 本章研究內容為改良傳統電紡織技術之生產效率。學生以不同尺寸的多孔材料作為電紡織噴嘴的裝置，取代過去僅有單一噴嘴的設計。且使用10％的PVDF（聚偏氟乙烯）和7％的PEO（氧化聚乙烯）高分子溶液分別作為提高生產率實驗的材料作為驗證。該電紡織生產方式(藉由泡棉材料)可以在相對較低的電壓（DC6〜7KV）下生產大量奈米纖維。實驗結果顯示，每單位面積的射流數為85〜150 jets/cm2，比傳統的單一噴嘴高一到兩個數量級。

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白光發光二極體之環形螢光粉光學結構研究

本論文以LED螢光粉層的光學結構為重點，以初階的光學模擬搭配實驗驗證，探討穿透式與反射式螢光粉結構，在LED封裝光學結構的效率變化。在穿透式螢光粉架構提出環形螢光粉白光LED架構，由一倒錐透鏡與透鏡側面圍繞呈環形的螢光粉層結構組成，我們優化倒錐半角相對臨界條件，降低螢光粉反射回之光線被晶粒吸收的機率，獲得螢光粉封裝萃取效率達94%。並找到克服大晶粒中信漏藍光之臨界條件。因中間全反射面上方(螢光粉反射)，與螢光粉側面(螢光粉穿透)之出光機制不同，其B/Y很難一致，加上全反射面光滑度的影響，故有空間分布色溫差異大之缺點。因此進一步提出改善架構，反射環形螢光粉白光LED架構。 在反射式的螢光粉結構中，提出在螢光粉反射層加入反射材料-硫酸鋇(BaSO4)，並以不同配比試片，驗證出單一螢光粉獲得高演色性的機制(CCT 5500K， CRI 80附近)。最後將倒錐半角臨界條件透鏡設計結合上述機制，應用在2×2 mm2 晶粒的螢光粉白光LED架構，成功驗證出兼具高效率，與高演色性的螢光粉光學結構。

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添加Ti顆粒對MgZnCa非晶質合金之機械性質研究

由於醫學的進步，人類開始改善醫療環境及方法，甚至減少手術次數，減輕因醫療手術所產生的痛楚，因此能夠在體內被分解的可生物降解性材料受到了極大的關注。鎂鋅鈣塊狀非晶質合金材料具有較好的機械性質、生物相容性以及均勻的生物降解能力，適合用於骨釘、骨板等骨科植入物，但在室溫下的壓縮變形使得材料呈現粉碎性的破壞，為非常脆性的材料，進一步的應用較為困難。本實驗以Mg60Zn35Ca5為基材，添加球型延性Ti金屬顆粒製成非晶質合金複合材料，添加不同比例Ti顆粒進行壓縮試驗，結果顯示添加Ti金屬顆粒後破壞強度由655MPa提升至1187MPa，且可達到最高5.4%的塑性變形量。鎂基非晶質合金之彈性係數與所添加的Ti顆粒不同，因此能夠吸收裂紋(crack)的能量，阻止其快速傳遞與增生，但因Ti金屬顆粒與MgZnCa非晶質合金基材的附著力不佳，僅能吸收較弱的裂紋能量，但能使較強裂紋的傳遞距離拉長，減緩材料被破壞的時間。