檢視動手學科學/物質科學Ⅲ/簡單的家用儲能設備的原始碼

[[分類:動手學科學/物質科學Ⅲ]]
== 本課次總論 ==
===一、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。
===二、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）。
===三、場地===
*科教館B1R04教室。
*科教館旁停車場。 
===四、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——管鋰電流，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，直流電(DC) 轉 交流電(AC)——提供家用電力輸出
===五、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
===六、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。

==段落一、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>
*<span style='vertical-align:top;'><videoflash>6soNXK9Hkjw</videoflash></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)
==段落二、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：市電(交流電)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>
<span style='vertical-align:top;'>影片:</span>
<table style='border:none'><tr><th colspan=2 style='border:none'>[http://jendo.org/uploadFiles/跨校選修/205/用手機慢動作拍攝日光燈管，看到明暗轉換1.mp4 用手機慢動作拍攝日光燈管，看到明暗轉換]</th></tr><tr><th style='border:none'>
<videoflash src='http://jendo.org/uploadFiles/跨校選修/205/用手機慢動作拍攝日光燈管，看到明暗轉換1.mp4' type=html5 width=212></videoflash>
</th><th style='border:none'>
<videoflash src='http://jendo.org/uploadFiles/跨校選修/205/用手機慢動作拍攝日光燈管，看到明暗轉換2.mp4' type=html5 width=212></videoflash>
</th></tr></table>

===變流(直流電與交流電的轉換)===
*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===
*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。
*交流電與直流電
*:[https://www.youtube.com/watch?v=lYJ-Z8n73i8 介紹影片1]
*:[https://www.youtube.com/watch?v=CeNgukAYjYQ 介紹影片2]
*:目前直流電與交流電兩者間並沒有明顯的孰優孰劣。
*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

==段落三、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：===
*向台電線上申請→→台電派人現場勘查設計外線→→台電施工→→完成後送電
*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
*#以夏日用電700度以上的家庭來說，原先1度要價6.24元，尖峰時只要5.01元，算下來1度就差了1.23元。
*#以夏日用電1000度以上的家庭來說，原先1度要價8.46元，尖峰時只要5.01元，算下來1度就差了3.45元。
*#問：如上題，每月用電1000度以上家庭，每月1000度價差多少?
*#問：如上題，尖峰與離峰又價差3.05元，若以離峰計算1000度，每月價差又多少?
*#問：為何沒人申請?

==段落四、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
*鉛酸蓄電池一般由正極板、負極板、隔板、電池槽、電解液和接線端子等部分組成。正極板為二氧化鉛板（PbO2），負極板為鉛板（Pb）。
*#動力鉛酸電：設計用於啟動汽車引擎的鉛酸電池不適用於深度放電。它們具有大量的薄板，旨在實現最大表面積，從而實現最大電流輸出，並且容易因深度放電而損壞。重複的深度放電將導致容量損失，並最終導致過早失效。
*#深循環電池中專門設計的深循環電池不易因循環而退化，適用於電池定期放電的應用，例如光伏系統、電動載具（堆高機、高爾夫球車、電動汽車等）和不間斷電源。這些電池具有較厚的極板，可以提供較小的峰值電流，但可以承受頻繁放電。可放電至其總容量的很大一部分（通常為 50%–80%），而不會損壞電池，而普通汽車電池只能放電約20%至30%。
===(二)鐵鋰電池===
磷酸鐵鋰電池是一種使用磷酸鐵鋰（LiFePO4）作為正極材料，碳（石墨）作為負極材料的鋰離子電池，單體額定電壓為3.2V，充電截止電壓為3.6V~3.65V。磷酸鐵鋰電池目前常被用作太陽能光伏蓄電池和電動車電池。
*磷酸鐵鋰電池的優點：單電池情況下具有更長的電池壽命，可以頻繁充放電；具有更好的熱安全性和穩定性，更耐高溫和熱失控風險低，節省電池安全設計的成本。
*磷酸鐵鋰電池的缺點：能量密度低於其它的鋰離子電池（如三元鋰）；低溫特性較差；充電功率小，快充承受能力差；需要更高水準的電控技術管理電池組。
==段落五、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>