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動手學科學/物質科學Ⅲ/簡單的家用儲能設備
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[[分類:動手學科學/物質科學Ⅲ]] 簡單家用儲能設備——課程設計 === 目的 === #理解能源儲存與供電的基本概念:學習電能如何儲存與釋放,認識家用儲能設備的應用。 #動手實作微型儲能系統:組裝並測試太陽能發電與蓄電裝置,建立基礎電學與能源轉換的概念。 #探討能源自主與防災應用:了解微電網如何在災害時提供緊急電力,思考儲能系統在未來生活中的可能性。 === 原理 === #電能儲存與轉換 #*利用太陽能光電板將光能轉換為直流電(DC)。 #*透過控制器調節輸入電壓,保護電池並確保穩定充電。 #*鋰鐵電池(或其他安全儲能設備)用於儲存電能,以供日後使用。 #*逆變器將直流電(DC)轉換為交流電(AC),提供給家用電器使用。 #微電網與獨立供電 #*當主電網供電正常時,儲能系統可與電網並聯,協助負載平衡,減少耗電成本。 #*當停電或災害發生時,儲能系統可轉換為獨立供電模式,確保基本用電需求(如照明、通訊設備)。 ===場地=== *科教館B1R04教室。 *科教館旁停車場。 === 材料準備 === #太陽能光電板(50W 以上)——提供再生能源輸入 #太陽能充電控制器——管理電流,防止過充/過放 #儲能電池(鋰鐵電池或鉛酸電池,12V 以上)——存儲電能 #逆變器(300W 以上,DC 轉 AC)——提供家用電力輸出 === 活動流程 === #基礎概念講解 #簡單儲能系統演示 #應用與討論 #*可模擬災害情境,測試設備是否能獨立供電 #*討論如何設計更完善的家用儲能系統 #*反思能源自主的重要性 === 注意事項 === *電路安全:所有連接需確認正確,避免短路與過載。 *電池使用:避免過放電與過充,延長電池壽命。 *逆變器功率限制:不可超過逆變器的額定負載,避免損壞設備。 *戶外操作安全:太陽能板應避免潮濕與積塵影響效率。 *適當散熱:確保電池與逆變器的散熱環境,避免過熱。 ==一、上次活動的討論== *關於兩個禮拜前指派的,請分享你的觀察~ *是否還記得功率? **要分辨是否為高功率電器最簡單的方式,就是看該電器能不能「即時產生熱能」。 **常見的耗電電器包括廚房裡的電鍋、烤箱、微波爐、洗碗機,高功率電器不能使用延長線,若不當使用,可能會引起火災。 ===實作:電流熱效應=== *材料準備 **鋁箔紙1捲 (上次用的) **電池 數顆 (盛暐帶上次用的) **鱷魚夾 8個 (金電子可買) *實驗步驟 *#將兩張鋁箔紙,一端剪成細條狀 *#利用鱷魚夾夾住未剪的一端 *#裝入電池後,將兩端細條狀的相互碰觸(也可以嘗試不同樣貌的細條) **<span style="color:red">提醒:由於長時間碰觸會有高溫,請小心</span> ===電器的功率=== *這些電器那些屬於高功率?那些屬於低功率? *關於一度電 **「度」就是家裡使用了多少電的計量單位,1度電=1000瓦(W).1小時(Hr)=1千瓦小時(kWh) **如果有顆50W的燈泡,一度電可以讓她亮多久? Ans:20小時 *課題思考:你覺得一天需要多少電來用來維持基本生活?(先不考慮娛樂) **根據大家蒐集的數據,幫你自己規劃一下,你要怎麼組合?(至少要有水、冰箱可以用) ==二、電力的長距離輸送== *電的形式:分成直流電(愛迪生)與交流電(特斯拉) **直流電(Direct Current,DC):電流的方向為固定方向,不會隨時間的變化而產生改變,用圖形來表示就是一條直線。 **<img src="http://jendo.org/uploadFiles/跨校選修/205/DC.png" width=300px> **交流電(Alternating Current,AC):電流的方向會發生週期性變化,家庭用電大約是以每秒60次的頻率變動,用圖形來表示就是反覆曲線。 **<img src="http://jendo.org/uploadFiles/跨校選修/205/AC.png" width=300px> ===實作:電的觀察=== #開啟手機,切換至攝影模式。 #調整成240Hz模式。 #對著天花板的燈錄影,再觀看結果。 #改對著老師帶來的燈泡錄影,重複一次。 *<span style="color:red">本次實驗結果依手機狀況決定</span> ===電的儲存=== *由以上實驗可以知道,現今發電系統使用交流電,但是儲存需要存成直流電的形式 *整流器與逆變器 *整流器(英文:rectifier),為電源供應器的一部份,是將交流電轉換成直流電的裝置或元件,屬於一種變流器。 *相反的,把直流電轉換為交流電的裝置稱之為「逆變器」,也是一種變流器。 ===實作:橋式整流器=== *示波器 × 1 (各組共用,先接好先用) *三用電表 × 4 (檢測輸入與輸出電壓,沒有也沒關係) *麵包板 × 4 (上次購買的) 剪刀 × 4 *變壓器 × 4 (PT-12變壓器) *麵包板單芯線紅黑各1捲 (0.5mm) 10m (金電子) *二極體 1N4007 × 16 *電阻 1kΩ × 4 <img src="http://jendo.org/uploadFiles/跨校選修/205/橋式整流.png" width=300px> ===參考資料=== *逆變器 **[https://www.youtube.com/watch?v=CeNgukAYjYQ 均一平台-直流電交流電介紹] ***可以講解的小活動 電流熱效應 電流越大,造成的熱損失越多 **[https://www.youtube.com/watch?v=6soNXK9Hkjw 演示影片] ***影片中我們可以用不同寬度的鋁箔紙模擬電流大小,甚至可能燒起來 **因不想讓電流熱損耗太多,所以電流需要小。功率是電流乘上電壓,所以就需要很高的電壓。 **目前直流交流並沒有明顯的優缺點。 *整流器與逆變器原理 **[https://www.youtube.com/watch?v=NVtseaP37a0 什么是 “整流器” ?| AC 转 DC | 工作原理及实际应用] **[https://www.youtube.com/watch?v=FZ_pRgHQsxA 2分钟看懂逆变器,外婆看了都说行!【库说电路】] *可行實驗: **用手機慢動作拍攝日光燈管,看到明暗轉換 ==三、離峰與尖峰電價差== ===(一)當前電價:=== *120度以下部分 每 度 1.68元 *121~330度部分 每 度 2.45元 *331~500度部分 每 度 3.70元 *501~700度部分 每 度 5.04元 *701~1000度部分 每 度 6.24元 *1001度以上部分 每 度 8.46元 ===(二)時間電價:=== *以夏月為例,尖峰時間09:00~24:00電價為5.01元 *以夏月為例,離峰時間00:00~09:00電價為1.96元 *每月總度數超過2000度之部分 每度 加 1.02 *#1.以夏日用電700度以上的家庭來說,原先1度要價6.24元,透過時間電價,離峰時只要1.96元,算下來1度就差了4.28元。 *#2.問:如上題,每月用電1000度以上家庭,算下來1度差多少? *#3.尖峰與離峰價差3.05元, ==四、磷酸鐵鋰電池== ===(一)深循環電池(鉛酸)=== 二氧化鉛 / 硫酸鉛(介質) / 金屬鉛 ===(二)鐵鋰電池=== ==五、儲能設備同時支持「家庭電力備援」與「露營」(前 40 分鐘)== ===(一)移動到基河路396巷停車區=== ===(二)參觀車用發電與儲能設備=== ===(三)車用電池帶動吹風機=== ===探究問題=== <details><summary>為何長距離輸送電力運用交流電?</summary> <p></p> <dl><dd>Ans: 因為這樣才能降低電流,減少功率的損耗,而逆變器(將直流電轉換為交流電的電力電子裝置)就變得很必要</dd></dl> <p></p></details> <details><summary>利用離峰與尖峰電價差,能怎麼「福國利民」?</summary> <p></p> <dl><dd>Ans: 利民:吸收投資設備的成本,可以有更多經費建置家用儲能設備(磷酸鐵鋰電池)<br/>福國:減少電廠的總量,減少對環境的影響,減少政府支出,讓國家運作更有彈性</dd></dl> <p></p> </details> <details><summary>目前家用儲能設備每度成本多少?</summary> <p></p> <dl><dd>Ans: 目前電芯每度大約3000元,電池每度8000元。</dd></dl> <p></p></details> <details><summary>如何讓家用儲能設備同時支持「家庭電力備援」與「露營」?</summary> <p></p> <dl><dd>Ans: 讓設備增加可移動性,比如說改成行李箱或手提。</dd></dl> <p></p></details>
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