摘    要
本研究是藉由TRIZ理論方法中所提及的相關工具，來解決將太陽能板放置於池塘或養殖漁業的水面上來做太陽能發電，卻會使得水中的動植物缺乏所需的太陽光，造成其死亡的問題。為了避免掉在裝設太陽能板後卻會產生養殖漁業的經濟損失，將會經由元件分析(Function analysis)設計、物質－場分析與76標準解以及39工程參數和40發明原則設計依序探討如何以創意性設計解決動植物照射不到陽光的問題，並提供相關產業一些解決的參考方向。
關鍵詞: TRIZ、太陽能板、動植物、創意性設計

1.發明性問題解決理論簡介
發明性問題解決理論TRIZ源自俄文”Teoriya Resheniya Izobretatelskikh Zadatch “取各單字字首而得，翻譯成英文為 "Theory of Inventive Solving" ，翻釋成中文則為:創新與發明性問題解決方法之理論。其作者是前蘇聯的海軍專利審查員:根里奇·阿奇舒勒(Genrich Altshuller) (1926-1998)。現今的生活裡，有許多簡易的創意性設計，如:組合式鉆板、多功能瑞士刀、感應式水龍頭等等。這些事物大多是由TRIZ理論的幫助下，被發明或改良出來，使得日常生活變得越來越便利，其中所使用到的TRIZ理論方法，是值得應用於發生困難與問題的時候，作為一個導航或指南來引領使用者邁向解決的方向。對使用者來說，其方便性在於分析問題時，可依照完整的思考邏輯，並遵循容易理解的分析步驟與程序，來找出解決問題的方向，過程中，較不會產生找不出解決方法的情形。也因此，本研究將採用TRIZ理論方法中的工具來解決所遇到的難題。
2.水上太陽能板問題說明
本研究致力於探討如何解決太陽能板放置於養殖漁業用的池塘上時，會因為太陽能板阻擋照射在魚池上的光源，進而導致池面下的動植物缺乏陽光。在基礎生物學中有提及，無論是動植物在地球上生存時，都需要仰賴:陽光、氧氣、空氣與水才能持續存活下去，也因此，在太陽能板放置於水面上時，太陽光線無法筆直地傳送給水面下的動植物，進而導致其死亡。為了不讓養殖漁業中所飼養的動植物在加入太陽能板發電後死亡，而造成經濟上的損失。本研究將會使用TRIZ理論方法中所提及的分析與解決工具，來解決這項問題。
本研究將會依序使用到TRIZ理論方法中的三項工具，分別為元件分析(Function analysis)、物質－場分析與76標準解與39工程參數和40發明原則。以這些發明性解決工具按部就班地界定問題的範圍，再來找出這項問題的解決方向，最後提出可行的解決辦法。

圖1 系統簡易示意圖。

3.水上太陽能板問題分析
3.1.元件分析(Function analysis)設計探討
本部分首先針對太陽能板架設於水上進行初步的分析，來了解各元件的作用情形，並找出其問題產生之相關性。由圖1所示為系統的簡易示意圖。圖1中，黃色的區塊為太陽；綠色的區塊為空氣；藍色的區塊為水；其他部分依序有陽光、太陽能板以及魚類。經由圖1知曉系統的全貌後，要先分出系統(System)、子系統(Sub-system)、超系統(Super system)三大類。在本圖中，系統(System)包含:太陽、陽光、空氣、水、太陽能板、魚類，子系統(Sub-system)包含:陽光、空氣、水、太陽能板、魚類，超系統(Super system)包含:太陽。其分類由圖2所示。

圖2 系統分類示意圖。

圖2為系統分類示意圖，在本圖中可分類出上方的超系統與下方的子系統，並將子系統套用進系統問題的產生圖，如圖3所示。

圖3 系統問題產生圖。

圖3為系統問題產生圖，在圖片的下方中，紅色長方形所圈選的區塊為問題產生的區塊(此區塊是太陽光被擋住的區塊)，依據圖3，將子系統中所有的事物作出一個統整，以建構出表1.的關係表格。

 

表1 系統各部元件作用情況分析。

表1.為系統各部元件作用情況分析，在表中，所使用的符號表示分別為，將足夠有效作用(Useful function)關係的以正號(+)表示；作用不足(Insufficient function)的關係以負號(-)表示，若會造成害處與不良影響(Harmful relation)的則以(H)表示。總結表1.所歸納出的關係，可再畫出圖4的構圖。

圖4 圖示分析。

圖4為圖示分析，經由圖的左半邊，可得到太陽能板與太陽和動植物之間的作用關係，與彼此間的相關利害狀況(可發現太陽能板對動植物有害；陽光對動植物作用不足)。其可簡化成圖5的樣貌，如下圖所示。

圖5 簡約圖。

圖5為元件分析的簡約圖，此方法將可以構出圖6的示易圖。

圖6 元件分析解決方法。

圖6為經由元件分析所得出的解決樣貌，其方法是將太陽能板從原先平放於水面上，改成傾斜放置，使太陽光被太陽能板阻擋的面積減小，水面能被照射到的面積增加(圖6紅色長方形圈選區塊可對照圖5的右半邊與本文圖3的問題產生區塊)。但是圖6的解決方法效果有限，所以接下來會再以物質－場分析與76標準解來做進一步的分析與解決。
3.2.物質－場分析與76標準解
本部分主要致力於以物質－場分析與76標準解之概念進行創意設計來解決本文圖4的問題，首先先將圖4的示意圖轉換成圖7的構圖。

圖7 物質－場分析模型。

圖7為物質－場分析模型，在此圖中所示的模型，是參考圖4後歸納出的相關作用(其中F1:為太陽能板阻擋陽光的情況下；S1:為動植物；S2:為太陽光)，此模型可對照本文圖3的問題產生圖，來了解在太陽能板阻擋了原先可以照射進水中的太陽光之情況下，太陽光對動植物呈現照射不足的結果(以虛線表示)。通常此種問題模型可找到一個以上的相關解決模型。而本次所選用的解決模型為TRIZ理論方法中所提及的76標準解第2類中的2.2.1(註：內容是對於一個控制性差的場、可增加一個較易控制的場；或用較易控制的場來作取代)，如圖8所示。

圖8 76標準解之解決模型。

圖8為76標準解之解決模型，在此圖中的相關作用(F2:為在反面鏡的反射作用下；S1:為動植物；S2’:為經由反面鏡所反射的太陽光)，其所使用的原理為基礎物理學中的鏡面反射作用，如圖9所示，可以用來解決圖7中S2照射不足的問題。

圖9 鏡面反射作用。

依據圖9的原理將可以構出圖10的樣貌。

圖10 76標準解之解決方法。

圖10為76標準解之解決方法，此圖可參照本文圖2中的太陽能板，將原本貼於水面上的太陽能板，藉由四根柱子抬起，再加裝鏡子，其中一共分成兩種鏡子:第1次反射所用的鏡子(為編號1，放置於柱子旁)與第2次反射所用的鏡子(為編號2，貼於太陽能板的背光面)。當太陽光(以紅色箭頭表示)照射在編號1上時，鏡子會產生反射作用(以藍色箭頭表示)，將太陽光反射至太陽能板的背光面(即為編號2)，此時編號2會再以反射作用(以橘色箭頭表示)將反射過來的陽光再反射進原先被太陽能板擋住的水面(可參照本文圖3所示)，使在水面下的動植物可以獲得太陽光。
此一76標準解的方法可以解決水面下的動植物無法獲得陽光的問題，但是圖10的方法還是會有其他問題，於是便利用下一個39工程參數和40發明原則再進行一次分析與解決。

3.3.39工程參數和40發明原則設計探討
本部分主要利用創意性問題解決理論之39工程參數和40發明原則，來探討使用76標準解所獲得的解答(如本文圖10所示)，其衍生出的問題該如何解決。首先先以目標、解決方法與新問題三者做歸納，來探討如何解決問題，如表2.所示。

目標	使水中動植物可獲得太陽光。
解決方法	將太陽能板架高，同時裝設反面鏡，用以反射陽光至水中的動植物。
新問題	將太陽能板架高，會導致其結構變得不穩定而容易塌陷；此外反面鏡容易損壞，也不容易維護。

表2 問題定義與分析表。

依照表2.中的解決方法與新問題兩者的描述中，可以找出四個相關的39工程參數，來對應其改善與惡化的關係，分別找出:8.固定件體積、18.亮度將用於改善的部分；13.物體穩定性、16.故定件耐久度將用於惡化的部分。將以上四個工程參數套用進表3.來分析，如下圖所示。

惡化 改善	13.物體穩定性	16.固定件耐久度
8.固定件體積	28,34,35,40	34,35,38
	28.置換機械系統 34.拋棄及再生零件 35.變化物理或化學狀態 40.複合材料	34.拋棄及再生零件 35.變化物理或化學狀態 38.使用強氧化劑
惡化 改善	13.物體穩定性	16.固定件耐久度
18亮度	3,27,32
	3.局部特性 27.拋棄式 32.改變顏色

表3 衝突矩陣表。

經由本表的分析，可得到許多的發明原則，將可提出改善設計的方向。以下將會分別挑選原則3：局部特性、原則28：置換機械系統以及原則40 : 複合材料，來做改良。
原則28：置換機械系統：將本文圖10的太陽能板置換成與本文圖6相似的構造；並且將鏡子從圖10的傾斜置換成與柱子相結合，如圖11所示。

圖11 經原則28.改良之示意圖。

原則3：局部特性：利用局部特性進行外加鏡子和圖11中的橫向柱子相結合，使其在使用時可以擁有反射太陽光的表面與使系統穩固的結構。
原則40 : 複合材料：將撐起太陽能板的柱子(如圖11所示)，用複合材料取代，可以避免掉水質侵蝕其表面，使系統穩定性不足而造成損壞，並危及整個架構的安全，可用如玻璃纖維或碳纖維；另外鏡子可利用電鍍鎳層和鋁基複合材料來製作[4]。
綜合以上三個發明性原則，可得到圖12的運作圖示。

圖12 39工程參數與40發明原則改良圖。

圖12為39工程參數與40發明原則的改良圖，圖中的標示可參照本文圖10(紅色箭頭表示太陽光；藍色箭頭表示第一次反射的太陽光；橘色箭頭表示第二次反射的太陽光；編號1表示第一次反射的鏡子；編號2表示第二次反射的鏡子)，其中的反射的光線因曲型鏡面，可能會做第三次或第四次反射至系統個處。
4.水上型太陽能板創新反射太陽光給予動植物之系統裝置
經由歸納本文所提元件分析(Function analysis)設計探討、物質－場分析與76標準解探討以及39工程參數和40發明原則設計探討等三種創意設計的討論後，得出將本文圖6與圖10相互結合成圖12的解決方法，來實現將太陽能板放置於水面上的同時又可以兼顧水面下動植物的生命安危。圖13為最終設計圖。

圖13 最終設計圖。

然而綜整後，本研究依舊有一項缺陷，就是不同於市面上看到的水域型太陽能板的放置範圍，此研究所假設的水池範圍較一般所認知的差距較大(本文的水池比較小)，也因此此研究可適用的地區普遍較少。
5.總結與未來展望
本文藉由TRIZ發明性問題解決理論進行水上型太陽能板之創意性工程設計，主要致力於利用三種TRIZ常用創意性發明技巧工具，進行太陽能板與水下動植物可同時生存之設計，過程中經由三種創意工具方法進行安全性設計的操作原則下，進而獲得相關創意產出，分別是：1.元件分析後，找出本文圖6的解決方法；2. 物質－場分析與76標準解分析後，找出圖10的解決方法；3.39工程參數和40發明原則設計後，獲得三種發明原則(原則3、原則28以及原則40)，來做進一步的改良，並將本文圖6與圖10的方法，結合成本文圖12的結果(由本文圖13所示)，其具有相當創新與可行性，並推薦其為未來在不知如何解決水下動植物死亡時有更好的選擇，對於在創意性工程設計技巧提供相當程度的幫助與參考價值。

 

參考文獻