2025臺灣能實作競賽 大專綠能創新組 創意應用特別獎

 

國立中興大學機械工程學系/鄧朝櫳、王耀霆、郭青霖

國立中興大學機械工程學系

指導老師

國立中興大學機械工程學系/林楷翔老師

 

■ 作品運作說明

本系統由分光鏡、聚光鏡、蛇行流道與機電控制四部分組成。分光鏡將太陽光中 300–800 nm 波段反射至鈣鈦礦太陽能板發電，其餘波段則穿透至聚光鏡進行熱能回收。聚光鏡將穿透光匯聚至銅管，使水流吸熱升溫產生熱水。蛇行流道設於太陽能板背面，循環水流帶走多餘熱量，維持電池低溫以提高發電效率，並同時回收熱水。機電控制部分利用 DS18B20 感測器監測溫度，當面板高於 35 °C 時自動啟動冷卻迴路，降至 30 °C 時關閉，達到穩定與節能效果。整體設計可同時輸出電能與熱能，兼顧光電效率與熱能利用，並有效解決傳統 PV/T 系統中電池需低溫與集熱需高溫的矛盾。

■ 創意特色

本系統兼顧熱能與電能輸出。利用分光塗層將高能光子（300–800nm）反射至鈣鈦礦太陽能電池產生電能，低能光子（>800nm）則穿透至聚光鏡，匯聚後傳遞至集熱管以產生可利用熱能。背面設有鋁製蛇行流道，水流通過可帶走多餘熱量，防止面板過熱導致發電效率下降。相較於單一太陽能發電或熱回收系統，本設計結合分光與聚光技術，在相同面積下藉由垂直空間利用，同時達成電力供給與熱能回收，使整體能源使用效率提升。系統結構簡單，分光鏡與聚光鏡皆為被動式元件，若損壞可單件更換維持運作。搭配溫度感測與幫浦控制系統，當面板溫度過高時自動啟動冷卻迴路，降溫後關閉水路，避免幫浦過度運轉，確保系統安全、穩定且節能。

■ 發展潛能

a.發電與熱能並行：本裝置運用分光鏡與聚光鏡技術，將（300–800nm）波段反射至鈣鈦礦太陽能電池產生電能，（> 800nm）波段則用於熱能回收。結合蛇行流道水冷系統可維持電池低溫運作，提高光電轉換效率並回收熱水，實現電熱雙輸出，提升能源利用率。
b.提升空間效益：傳統太陽能系統僅具單一功能，導致空間利用率低。本研究將發電與集熱整合於單一模組，藉垂直空間配置，同面積下可同時獲得電能與熱能輸出，特別適合屋頂與受限場域。
c.創新與前瞻性：本系統結合鈣鈦礦太陽能電池、分光與聚光技術，提出兼具發電與集熱的新型PV/T架構。其設計突破傳統矽晶太陽能板限制，具高整合性與高效能特性。