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研究生: 陳弘勳
Chen, Hung-Hsun
論文名稱: 環境遮蔭對全日空輻射量測之誤差及推估研究
Error Estimation of Solar Global Radiation and Correction due to Shielded Environment
指導教授: 張克勤
Chang, Keh-Chin
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 航空太空工程學系
Department of Aeronautics & Astronautics
論文出版年: 2018
畢業學年度: 106
語文別: 中文
論文頁數: 65
中文關鍵詞: 太陽能全天空輻射量環景遮蔽度全日空日射計
外文關鍵詞: solar energy, global solar radiation, shelter view factor, pyranometer
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  • 在能源缺乏之下,各國皆開始重視再生能源,極度依賴外國能源進口之台灣更是重視再生能源的發展,也因此政府亦鼓勵太陽能方面的研發。然而只要是太陽能技術的應用,都須使用國內氣象站全日空輻射量的參數,因此國內氣象站所提供的太陽能源數據 (全日空輻射量) 應力求準確。然而氣象站受周遭高樓林立等不可抗力之因素的環境,阻擋了應要接收到的太陽輻射量,因此有低估全日空輻射量的可能。本研究將從此出發,在不移動儀器設備的情況,以環景遮蔭度作為修正指標,修正因環境周遭建築物、路樹或其他儀器所造成低估之現象,把低估的全日空輻射量盡可能彌補回來。根據本研究之測試,澎湖與台東兩站環景遮蔭度分別是11.8 % 與5 %,以此環景遮蔭度作為指標,針對澎湖與台東2個氣象站數據,以空曠環境且與氣象站相距不遠之處為標準件架設之地點進行比對和修正。修正後相對誤差除澎湖馬公氣象站提供的異常數據之外,發現氣象站所量得數據皆有較低之趨勢,台東從2016年有12.75 % 的誤差量並且校正量9.11 %、2017年有13.17 % 的誤差量並且校正量達8.76 %;澎湖2015年有13.03 % 之誤差量並校正3.37 %、2016年有12.63 % 並且校正量達4.28 %、2017年有24.17 % 之誤差量並且校正量達3.6 %。本研究亦就氣象站量測太陽輻射量儀器可能的誤差進行校對與分析。

    During the installation of pyranometers at weather stations used to measure global solar radiation, obstacles in the surroundings often cannot be avoided. Investigation of the sheltering effect on the measurement of global solar radiation is performed by introducing a shelter view factor. Evaluation of the shelter view factor is made by means of a fisheye-lens photograph together with the calculation method developed by Steyn (1980).
    Taitung Weather Station and Penghu Weather Station are chosen for the study. The shelter view factor for the pyranometer installed at Taitung Weather Station is estimated to be 11.8%, and that for the Penghu Weather Station is estimates to be 5%.
    Measurements of global solar radiation are conducted at a place located near the weather stations but under conditions in whitch there is a zero shelter view factor.
    It is suggested that there is a need for correction if the sheltering effect in the measurement of global solar radiation at weather stations with the exception of those are not subject to surrounding obstacles in the sky dome.
    In this study, as much as a 9.11% correction was found at Taitung Weather Station, and as much as a 4.28% correction was found at Penghu Weather Station.

    目錄 中文摘要 I Abstract II 致謝 V 目錄 VI 圖目錄 X 符號說明 XV 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 參考文獻 2 1.3 研究動機與目標 3 第二章 實驗設備與地理位置 4 2.1 實驗儀器與設備 4 2.1.1 相機與魚眼鏡頭 4 2.1.2 相機三角架 4 2.1.3 方位標示環 4 2.1.4 雷射測距儀 5 2.1.5 方格木板 5 2.1.6 全天空日射計 5 2.1.7 全天空漫射計 6 2.2 地理位置與氣候描述 6 2.2.1 澎湖馬公氣象站 7 2.2.2 國立澎湖科技大學 7 2.2.3 台東氣象站 7 2.2.4 國立空中大學台東學習指導中心 8 第三章 實驗理論與研究方法 9 3.1 相關理論 9 3.1.1 全天空日射量組成 9 3.1.2 太陽軌跡公式 10 3.1.3 漫射假設與計算 11 3.1.4 反射假設與計算 11 3.1.5 漫射校正係數計算 12 3.1.6 空間角 13 3.1.7 sky view factor 13 3.2 研究方法 14 3.2.1 魚眼相機適性測試 14 3.2.2 太陽軌跡圖繪製 14 3.2.3 逐時計算數據 15 3.2.4 照片二值化 15 3.2.5 照片面積 VS 空間角分析 16 3.2.6 sky view factor 計算 16 3.2.7 日射量修正方法 17 3.2.8 現場拍攝流程 17 3.2.9 現場拍攝之照片處理 18 3.2.10 建造反射模型 18 第四章 結果與討論 19 4.1 日射計衰退估算 19 4.2 台東數據校正 19 4.2.1 台東氣象站環境遮蔭評估 20 4.2.2 台東氣象站數據校正結果 21 4.3 澎湖數據校正 21 4.3.1 澎湖馬公氣象站環境遮蔭評估 22 4.3.2 澎湖馬公氣象站數據校正結果 23 4.4 誤差分析 24 4.5 唯獨環景遮蔭所造成之誤差假設下修正 25 第五章 結論與建議 27 5.1 結論 27 5.2 建議 28 文獻回顧 29 附錄 63 附錄A look up table製作 63 附錄B 方格板拍攝流程 63 附錄C 粗估反射量計算 64

    文獻回顧
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