本研究的目的有兩方面，其一為設計一個高精度的影像處理器，其可被用於高聚光型太陽光電（HCPV）系統的太陽追蹤器中。另一方面是將影像處理器，整合入一台精簡型的HCPV硬體模型，並在實驗室環境中，進行即時的模擬追蹤。影像處理器估計太陽中心位置的誤差，需要求在0.1°範圍內，以確保陽光垂直穿透各個菲涅耳透鏡，並聚焦於HCPV系統平板上所分佈的3×3平方毫米太陽能電胞表面。這影像處理器所包含的程序有太陽影像擷取，HSL顏色轉換，兩值化轉換，影像辨識和分離及太陽中心估計。藉由觀察太陽直徑的幫助，一個根據二分法自我檢查的程序在處理器中重複執行，以進一步提高太陽中心估算的精度。經實際的太陽影像測試結果顯示，即使在一些惡劣的天氣條件下，仍可在0.5秒內找到太陽中心位置且誤差小於1.24×10-3度。此外，本研究建構一套模擬太陽運動及CCD追蹤的實驗測試模組，並由一個微步進和兩個交流伺服馬達驅動模組中運動及追蹤機構。研究系統整合的效果及評估影像處理器的誤差特性。本模組模擬太陽運動之速率約為真實太陽移動速率之50倍，以加快模擬的過程。追蹤機構中，主要以PD控制法則為主，並藉由決策樹方法根據一年當中的日期選擇不同組的PD參數。模擬結果顯示，追蹤的誤差小於0.096°低於規定的要求，因此本研究所提出之太陽影像追蹤的方法，應該能夠在追蹤實際且運動速率較慢的太陽時，有令人滿意的表現。

The objectives of this study are two-fold. One is to design a highly accurate image processor that can be used in the solar tracker for the high concentrated photovoltaic (HCPV) system. The other is to integrate the processor to a simplified HCPV hardware model for real-time tracking simulation in a laboratory environment. The requirement for the processor is to estimate the center location of the sun within 0.1° error, keeping the sunlight to impinge vertically through Fresnel lens on to each 3×3 mm2 HCPV solar cell distributed on the panel surface. The processor includes the procedures of solar image acquisition, HSL color conversion, two-value transfer, image identification and isolation, and solar center estimation. With the help of observed solar diameter, a self-check iteration scheme based on the bisection method is implemented in the processor to further enhance the accuracy of the solar center. Actual pictures with solar image are tested and the results show that the solar center can be found even in some worst weather conditions within 0.5 sec and 1.24×10-3 degrees of error. In addition, a hardware testbed of solar motion simulator and CCD tracking mechanism driven by a micro-stepping and two AC servo motors is built to study the effect of system integration and evaluate the error characteristics of the processor. The solar motion is about 50 times of the real sun’s to expedite the simulation speed, and the PD control law is used on the tracking mechanism with decision tree to select different set of PD parameters, determined by the days of the year. The simulation results indicate the tracking error is no more than 0.096°, which is less than specified requirement and shall be able to track the real and slower sun’s motion with satisfactory performance.

【1】 中國國際新聞網-2010年俄羅斯斯林火災 (2013年5月13日)
http://big5.cri.cn/gate/big5/gb.cri.cn/27824/2011/08/10/5411s3334167.htm
【2】 百度百科-2010年俄羅斯斯林火災 (2013年5月7日)
http://baike.baidu.com/view/4074812.htm
【3】 維基百科-洪災 (2013年5月13日)
http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%B4%AA%E7%81%BE
【4】 中國日報-2010年巴基斯坦水災(2013年5月6日)
http://dailynews.sina.com/bg/news/int/int/chinesedaily/20100817/00021746627.html
【5】 丁仁東，“二十一世紀天災”，科學教育月刊,第339期, 2011年。
【6】 科技商情-太陽能電池模組最佳化組態與產出電能評估(2013年5月11日)
http://www.digitimes.com.tw/tw/dt/n/shwnws.asp?CnlID=13&id=0000305512_GX94UKIZ2PAPJO1MB891N&ct=1&OneNewsPage=2&Page=1
【7】 MoneyDJ-HCPV轉換率創44%新高 (2013年5月7日)
http://www.moneydj.com/kmdj/news/NewsViewer.aspx?a=39aa301f-9bbe-4446-8895-124405c66d9b.
【8】 核能研究所-聚光型太陽能發電現況(2013年5月2日)
http://ksp.iner.gov.tw/HCPVWebSite/Result.aspx
【9】 Davis, M., Lawler, J., Coyle, J., Reich, A. and Williams, T.，“MACHINE VISION AS A METHOD FOR CHARACTERIZING SOLAR TRACKER PERFORMANCE”, 33rd IEEE, PVSC, 2008.
【10】 Song Xiaofang and Guo Wenchen, “A Sun Spot Center Orientation Methol Based on Ellipse Fitting in the Application of CPV Solar Tracker”, International Conference on Intelligent System Design and Engineering Application ,2010.
【11】 Yang Song, Wenjun Huang, and Xuemei Zhu,“A Vision-based Fault Diagnosis System for Heliostats in A Central Receiver Solar Power Plant”, Proceedings of the 10th World Congress on Intelligent Control and Automation, Beijing, China, July 6-8, 2012.
【12】 廖建棠，“以支持向量機為基礎之高聚光型太陽能電池追日感測系統”，國立成功大學電機工程學系碩士論文，2009年。
【13】 陳麒峯，“追日偏差量測技術開發與聚光太陽光電系”，國立中央大學能源工程學系碩士論文，2010年。
【14】 張智凱，“被動式雙軸太陽追蹤器之追控系統開發”， 國立中央大學能源工程學系碩士論文，2008年。
【15】 曾英瑞，“高精度影像追蹤技術之研發應用於高聚光型太陽能供電系統” ，國立成功大學航空太空工程學系碩士論文，2011年。
【16】 維基百科-RGB與HSL色彩模型轉換公式(2013年5月9日)
http://zh.wikipedia.org/wiki/HSL%E5%92%8CHSV%E8%89%B2%E5%BD%A9%E7%A9%BA%E9%97%B4
【17】 G. Woods edited “Digital Image Processing” 2nd Ed., Prentice Hall, pp. 560-564 , 2003.
【18】 泰洛科技股份有限公司，”影像處理”, 第三章，P14-15。
【19】 Vincent, O. R. and Folorunso, O., “A Descriptive Algorithm for Sobel Image Edge Detection”, Proceedings of Informing Science & IT Education Conference ,2009.
【20】 維基百科-克卜勒定律(2013年5月13日)
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%BC%80%E6%99%AE%E5%8B%92%E5%AE%9A%E5%BE%8B
【21】 維基百科-半軸長(2013年6月7日)
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%8D%8A%E9%95%B7%E8%BB%B8
【22】 陶政慷，“三維地理資訊系統在都市建築日照之應用-以陰影遮蔽及太陽輻射效能分析為例”，國立中山大學海洋環境及工程學系碩士論文，2005年。
【23】 維基百科-二分法(2013年6月24日)
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E4%BA%8C%E5%88%86%E6%B3%95
【24】 張智凱，“被動式雙軸太陽追蹤器之追控系統開發”，國立中央大學機械工程學系碩士論文，2008年。