太阳能电池最佳化设计

　　即便目前看似处于景气寒冬，但洁净能源相关概念的技术与产品，在全球能源短缺、环保意识抬头前提下，成为市场热门技术与产品，其中以太阳能电池的发展最为可行，也是目前各国致力投入开发的洁净能源新重点.

　　先讨论什么是太阳能电池，其实，太阳能电池为整个太阳能发电模组的总称，太阳能电池为使用一可受光而发电的半导体薄片，受光照后可产生电压与电流，可称为Solar cell太阳能电池，其产生的光电压（Photovoltaic）其实是透过半导体吸收外在光线，透过物理反应激发电子，而激发的电量足以驱动电子电路。而将太阳光经太阳能电池板商集到的小电力，再将?多电力来源（数量较多的太阳能板）加总起来的太阳能模组，所组成的单位电力即为太阳能电池。

　　在目前使用的各式太阳能电池中，以非晶硅的光电转换效率为最差，约仅有5～6％，此多用于玩具或是非商业用途的小电力商品，市场最常见的单晶硅、多晶硅太阳能电池电池效率在15％上下，此为太阳能电池模组的构成主要核心元件，除影响整体模组氧品的成本外，也直接左右模组的输出能力。

太阳能电池受光角度影响发光效率甚巨，主动追踪系统辅助，可强化整体发电效率。

　　虽然太阳能电池模组标示的发电效率不同，但还需要搭配各种强化发电效率的装置、设备，让整体发电效能可以发挥极致表现，其中设计最关键的即为追日系统，又称太阳光追踪系统。

　　太阳能发电的关键在于，电池本身的效能与受光强弱，电池效能在选择模组素材就已经受到限制（例如选择砷化?太阳能电池，就拥有较高转换效率），这属于先天的零组件条件限制，但若后天能在透过系统予以强化发光效能，即利用集日或追日系统达到使用日照最佳化状态，也可让整体发电效能进一步强化，而透过系统提升发电效能的方法，要比选用高效能、高成本的太阳能板要更为经济实惠许多。

　　以追日系统为例，传统太阳能板（电池模组）设定方式为固定式设计，这会造成当太阳每日运行角度不同，与光照方向改变，就会让整体发电效率受到影响。而追日系统除可在太阳能电池设置时就先设定最佳受光位置、角度，透过光侦测系统反馈测试数据，驱动定位马达改变太阳能板最佳受光角度、位置，亦可让太阳能电池模组有日照的条件下，维持最佳受光状态（即太阳光方向与太阳能电池集电板呈现90度时），维持比固定式设置环境还要好的发光效率。

　　由于追日系统为?将电池模组与太阳位置、太阳光线角度同步移动的设计方式，自然可以利用物理特性将太阳能电池模组始终维持最佳化的角度位置。目前追日系统的设计，常见也有主动式与被动式两种设计。

　　以成本要求观察，其实太阳能电池设置多为固定位置，因此，太阳光的最佳日照角度、方向，可透过有计划的环境数值资料商集得出，有了各季节、每日不同时段的最佳日照资料后，即可累积成驱动追日系统电池角度、位置基本资料库，此追日系统所需要的只是驱动马达、驱动机械组件与控制马达运作状态单晶片电路即可完成系统设置目标，另系统需再整合时间同步机制，维持追日角度驱动的最佳状态。

　　但此种设计虽然省下主动式追日系统的即时日照侦测、追踪电路与零件成本，且追日角度每日便话语季节差异，也可透过电脑换算取得相对数值，但实际上此种系统仍无法达到最佳化日照追踪的目的，虽然已经接近最佳日照角度，但可能因为系统时间误差、参考资料库误差与驱动机制误差等因素，影响系统?确度。

　　若改用主动式日照追踪系统，例如利用FPGA或系统单晶片开发日光追踪系统，用于改变太阳能板的最佳发电角度与位置，透过系统即时感测目前日照最佳发电角度、位置，即可让太阳能电池系统维持最佳发电效率。

　　而太阳能电池的设置，绝对不会只有单一设置而已，为达有效率发电同时增加其发电功率，多数设置环境会?阵列式设置为主，而太阳能发电阵列其实只需要一组主动日照追踪系统，搭配同步装置同时驱动整区太阳能阵列受光角度。而驱动太阳能发电阵列的方式，常见为利用马达驱动，为了减少控制问题干扰，设计方法可将系统的马达进行去藕设计，也就是2组马达为各自独立的驱动系统与架构，互不干扰也互不为对方负载，此可实现以最精简的系统提供高效率的驱动设计要求。

　　硬体设计方面，系统需先针对驱动机制进行最佳化设计，另针对系统的平衡定位进行自动调整，即是在太阳能板或架构上，设置倾斜感应开关，避免当发生太阳能板?脱、故障或损坏时，驱动马达依旧进行驱动控制，造成更严重的机械性损坏，也能维持整个发电系统最低的营运成本。

　　另系统也必须针对太阳能电池进行转换效率最佳化侦测，藉此调整最佳化日照效率。例如，在太阳能电池加装A/D（类比/数位）转换器，将电池储能资讯即时反馈给系追踪系统处理，让追踪系统可以维持最佳转换效率的马达驱动角度，让太阳能板的受光效率达最高。

　　而系统逻辑可以用嵌入式系统进