结合反应曲面法与非线性时变粒子群演算法於太阳能电池倾斜角之最.PDF

南開學報 第九卷 第二期 民國一○一年 1 Journal of Nan Kai, Vol. 9, No. 2, pp.1-10 (2012) 結合反應曲面法與非線性時變粒子群演算法於 太陽能電池傾斜角之最佳化設計 張英彬 南開科技大學 電機與資訊技術系 通訊作者：張英彬 聯絡地址：南投縣草屯鎮中正路568 號 電子郵件：cyp@.tw 投稿日期：2012 年8 月 接受日期：2012 年 11 月 摘 要 目前石化能源逐漸短缺，環境污染問題日益嚴重，利用太陽能電池發電將是解決未來 能源不足的重要途徑。為提高太陽能電池的輸出功率，其安裝角度應隨著裝設地點不同而 調整。因此，本文選取台灣七個城市，利用儒略計時公式，再結合反應曲面法與非線性時 變粒子群演算法求解太陽能電池的最佳傾斜角。反應曲面法常應用於問題的建模與數學統 計分析，尤其在協助研究人員對工程案例中最佳化設計問題提供一套分析、求解程序。工 程案例中大部分皆屬於非線性不可微分之最佳化問題，使用試誤法與傳統最佳化演算法， 不僅耗時並且無法獲得理想最佳值。然而，反應曲面法只能搜尋區域最佳解，因此提出非 線性時變粒子群演算法，能快速收斂至全域最佳解，為驗證所提方法之可行性，本文提出 上述結合方法於太陽能電池傾斜角之最佳化設計。本文結果顯示，太陽能電池的最佳傾斜 角以台北夏季之 -9.36° 及恆春全年之 20.34° 時發電量達最大值，同時計算其全天平均輻 射量與太陽能電池最佳轉換效率，其結果可進一步推廣至建築整合型裝設時之角度評估。 關鍵詞：反應曲面法、非線性時變粒子群演算法、太陽能電池、傾斜角 時未能考慮各變數的交互作用而產生明顯的偏見分析，不僅 壹、緒論 耗時並且無法獲得最佳理想值。因此，為了改善上述的缺點， 科技日益進步的現代社會中，實驗設計方法普遍應用於 有一些最佳化的方法提出，如直交表 (orthogonal arrays) 、田 工業設計及許多領域，以往常利用傳統「試誤法」(trial and 口法 (Taguchi method) 與反應曲面法 (response surface error) 以及「一次一因子法」(one-factor at a time) 的方式尋 methodology, RSM) 等方法，並使用於不同操作條件下的最 找實驗設計或作業條件中變數的最佳值。Andrews, Bishop, 佳化。上述所提三種方法中，葉乃菁（2011 ）曾以反應曲面 and Witte (1996) 學者提出「試誤法」是沒有透過任何的資料 法可同時測定各變數間影響的反應值，此方法同時具有尋找 分析，卻以個人的經驗評估取得所需的值，所以不是一種有 區域最佳化條件功能，因此被廣泛於工程案例設計。 系統性的分析方法，而「一次一因子法」則是以較少的實驗 顧絨瑛（2009 ）則認為太陽能電池在先進國家已漸漸發 變數組合，取得特定條件下有效的計算值，其缺點在於評估 展，主要是政府大力推廣，支持家庭興建太陽能電池建築整 2 結合反應曲面法與非線性時變粒子群演算法於太陽能電池傾斜角之最佳化設計 合型 。太陽能電池發電之優點為市電並聯可以提高電力品 蘇明俊（2003 ）應用儒略日年月之長期紀日法來計算太 質、發電不足時可向