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。

探究問題

為何有旋轉盤時，筆跡會消失(巧克力全部融化)？

Ans: 因為微波爐旋轉會讓裡面的整片受熱均勻，筆跡就會全部消失(巧克力就均勻融化)。

為何拿走旋轉盤之後，會有圖案的改變(巧克力產生融化點)？

Ans: 微波會在微波爐內產生駐波，在波峰與波谷時能量最大，就會在波峰與波谷產生熱點，讓筆跡消失或是巧克力融化。

為何要乘兩倍？(補圖說明波長 波峰波谷)

Ans: 因為能量最大的點會是波峰與波谷，最相近的熱點就是鄰近的波峰波谷距離，所以要乘以二才會得到波長。

為何測出微波速度即為光速？(補圖 頻譜)(另外講多一點光速不變)

Ans: 光波與微波都屬於電磁波，因為電磁波不具有靜止質量，可以達到速率的上限，也就是光速。

生活中，有什麼光速不變的例子？

Ans: GPS、宇宙通訊等。