動手學科學/物質科學Ⅲ/簡單的家用儲能設備

簡單家用儲能設備——課程設計

目的

1. 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。
2. 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。
3. 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

1. 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。
2. 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。
• 科教館停車場。

材料準備

1. 太陽能光電板（50W 以上）——提供再生能源輸入
2. 太陽能充電控制器——管理電流，防止過充/過放
3. 儲能電池（鋰鐵電池或鉛酸電池，12V 以上）——存儲電能
4. 逆變器（300W 以上，DC 轉 AC）——提供家用電力輸出

活動流程

1. 基礎概念講解
2. 簡單儲能系統演示
3. 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。

二、電力的長距離輸送

逆變器

• 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
  • 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
  • 什么是 “整流器” ？| AC 转 DC | 工作原理及实际应用
  • 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

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

五、儲能設備同時支持「家庭電力備援」與「露營」(前 40 分鐘)

探究問題

為何長距離輸送電力運用交流電？

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

利用離峰與尖峰電價差，能怎麼「福國利民」？

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)
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

目前家用儲能設備每度成本多少？

Ans: 目前電芯每度大約3000元，電池每度8000元。

如何讓家用儲能設備同時支持「家庭電力備援」與「露營」？

Ans: 讓設備增加可移動性，比如說改成行李箱或手提。