Transcript 太陽能在綠色學校的應用
太陽能在綠色學校的應用 組員:鄧至廷 張筱梅 楊鴻毅 許傳民 蕭光庭 壹、研究動機 近年來，能源短缺一直是世界各國急於克 服的問題。有許多替代能源被發現，太陽 能便是其中之一，它可以運用在民生上， 也能節能減碳，減少地球污染，因此我們 決定研究太陽能這個主題。剛好學校裡有 一些關於太陽能的物品，也有在一間教室 裝設太陽能板，我們希望可以運用週邊的 資源，多多了解太陽能，便開始著手研究 太陽能。 貳、研究目的 太陽能板運用到的原理有哪些？ 太陽能板在不同時間、地點、角度發電 的結果如何？ 太陽能在學校有甚麼應用？ 參、研究設備與材料 太陽能車、長尺、 記錄工具、太陽能 玩具(螺旋槳) 、燈 光(仿太陽光)70度 角、量角器 肆、研究過程與結果 一、太陽能板運用到的原理有哪些？ 太陽能板可以分為兩種功能： 1. 集熱板吸收熱量：將熱量傳至水槽將水 加熱。 2.發電用：目前市面上普遍三種太陽電池晶 片為：單晶多晶 與 薄膜(非晶矽) 等類型。 而現今我們直接轉換太陽能的方式有兩種： (1) 收集熱能 (2) 轉換光能。 二、太陽能在不同時間、地點、角度發電 的結果如何？ 實驗一：太陽能板在早上8：00、中午12：40、下 午4：00(不同時間)的發電情形。 研究器材：太陽能車、長尺、記錄工具。 實驗步驟： (一)將太陽能車放置於起點。 (二)計時三十秒。 (三)三十秒後，固定住太陽能車。 (四)紀錄太陽能車在三十秒內所跑的距離， 並和其他距離比較。 結果如下： 測量時間 第一次測量 第二次測量 距離(公分) 距離(公分) 早上8：00 132cm 135cm 中午12：40 195cm 181cm 下午4：00 111.5cm 100.5cm 實驗二：太陽能板在操場、走廊(不同地點)的發 電情形。 研究器材：太陽能車、長尺、記錄工具。 實驗步驟： (一)將太陽能車放置於起點。 (二)計時三十秒。 (三)三十秒後，固定住太陽能車。 (四)紀錄太陽能車在三時秒內所跑的距離， 並和其他距離比較。 結果如下： 測量地 點 第一次測量距 第二次測量距離 離(公分) (公分) 操場 161cm 164cm 走廊 151cm 154cm 實驗三：太陽能板在30度角、45度角、60度角、 90度角和180度角(不同角度)的發電情形。 研究器材：太陽能玩具(螺旋槳)、燈光(仿太陽 光)70度角、量角器、記錄工具。 實驗步驟： (一)拿出量角器，將太陽能玩具上的太陽 能板調整至適合的角度。 (二)將太陽能玩具(螺旋槳)平放至燈光下。 (三)觀察其旋轉的情形。 (四)記錄並和其他轉動情形比較。 結果如下： 太陽能 螺旋槳旋轉情形 板角度 30度 轉速偏慢，有時會停停頓頓， 不順暢。 45度 轉速比30度快一點，正常轉動。 60度 轉速偏快。 轉速一樣偏快，比60度再慢一 90度 些。 180度 螺旋槳靜止不動。 三、太陽能在學校有甚麼應用? (一)、請問下雨天會影響到太陽能熱水器嗎？ 我們的太陽能板主要是放在傳達室上面， 主要是真空管，當然太陽的強弱本來就會 影響到，所以下雨天會影響到太陽能熱水 器。但是以南部的來講，我們的太陽能熱 水器，它如果沒有直接照到太陽，它會自 動充電，所以當它連續一兩天沒辦法吸收 到太陽能的熱的時候，可以設定讓它自動 加熱。 (二)、請問太陽能板發的電還能用來做什麼？ 太陽能板的電有強弱大小，如果比較小，就只能做比 較小的用途，像太陽能路燈，太陽能板不用太大，電 力也不用太強。這間能源教室，也是用太陽能，不過 我們這邊看不到太陽能板，它們放在中間那一棟誠正 樓的樓頂，共有16片，可以發3.6度的電，再經過轉 換，一天可以存到10度的電。這間教室一天可以用到 5~7度的電，那你們一般的普通教室，一天大概用 7~10度的電，也就是說它的用電比較省，那剩下的 電它要怎麼用出去？沒有辦法存下來，所以我們想說 除了每天盡量把電用完，剩下的就把它牽到隔壁去， 可以讓電動機車充電用。基本上太陽能板發的電，可 以用在任何東西，但前提就是，它的用電量不可以超 過太陽能板的發電量，像冷氣沒辦法，因為冷氣太耗 電了，我們的電力沒辦法供冷氣使用，不然其實這間 教室的電就跟一般台電的所提供電力是一樣的。 (三)、請問裝了太陽能板，為您們帶來什麼好 處？ 太陽能板有很多好處，第一個，學校可以 用來教育，所以我們裝這個太陽能板有教 育和宣導的作用，讓學生可以知道原來太 陽能發電可以供給他們上課的電；第二個 這間教室的用電可以實際的提供學校所需 的用電，但是目前有一個很大的困境就是 太陽能板的費用還是很高。但像它這樣一 個教室，比如說它放在離島或災區的話， 萬一颱風來了，學校全部都會停電，那時 候如果可以靠自己發電，那對那些部落， 會有很大的幫助，就是看你怎麼樣的使用， 其實太陽能算是一個很潔淨的能源。 (四)、請問學校裡總共裝了幾瓦太陽能板？ 我算給你看，我們這間是3.6k瓦，那麼傳 達室那邊大概是900瓦，其它的電力大概加 起 來會有100瓦左右， 加上我們的太陽能路 燈，加起來就有4.6k瓦左右，所以我們全校 大概裝了4.6k瓦。 (五)、請問裝了太陽能板總共為學校省了多少電 費？ 因為我們裝設太陽能板的時間不太一樣，我沒 辦法這樣一個一個解釋，如果以數據上來講 的話，1k瓦就是省1度的電，那麼以我們這間 教室來講，我們這間教室從開始到現在已 經省了550度的電。那我們的傳達室，你到前 面去看看那個儀表板，它上面好像4600多，表 示那一間也省了4650的電，那4650+550也就 是說我們也省了快要5000多度的電 ，1度電我 們大約換算成4塊錢，大約兩萬塊吧！ (六)、請問未來還會再裝更多太陽能板嗎？ 如果有人願意提供的話我們當然願意做啦！ 但是因為太陽能目前還是很貴，所以你看 它目前省了兩萬塊，其實光這間的設備就 一百多萬，所以它的效應還有待評估。但 是學校目前來說不會再裝了，因為它的回 收效應還是太低。如果可以的話，我們會 裝在傳達室，第一個它能夠發電，可以降 低傳達室室內的溫度，因為傳達室很熱而 太陽能板能遮蔭，而且那邊也有展示的功 能，人家一看就很清楚。 (七)、請問學校裡有沒有可以提供我們做實驗 的器材？ 學校大部份買的都是一些教具，我們自己 也可以做一些太陽能鍋，但是這些教具大 部分都是現成的，如果是要做太陽能板的 我們目前沒有這個設備，因為你要做太陽 能板的時候，它需要一個發電玻璃，取得 比較困難，而且它還要在特定的環境下， 像是無塵的環境才能做。所以如果只是需 要一些太陽能車或者太陽能玩具，我們學 校有很多這類的器材可以使用。 (八)、如果我們要利用太陽能來自製一些日常生 活的用品，主任可不可以給我們一些建議？ 太陽能板的發電量和它的面積是有關的，所以 如果是日常生活用品的話，我們的生態池有買 一個小的太陽能板，大概可以發10瓦的電，它 可以用在噴泉，或是控制水的流動，這就可以 當個日常生活的使用。基本上，日常生活中用 的很多，就是說你怎麼樣去把太陽能板，接到 小的電器去，那為什麼現在有太陽能計算機這 部分，因為計算機它只需要小的發電的東西。 所以這個太陽能的在日常生活中的這個用途呢， 我也只能提供你們方向。 (九)、請問為什麼矽晶片適合用來製作太陽能 電池？ 矽他基本上有分單矽或多矽，經過實驗之 後，它大概可以發15~17%的電，這是目前 科學家找到的最便宜，而且發電量最高的 的材料，當然也有找到一些複合體的材料， 發電量到30%，但是它的材料貴。如果東 西要普遍發展的話，它的材料一定要非常 便宜，容易取得，發電量又要高，所以目 前我們只有找到矽可以符合這樣的條件， 還沒有辦法突破。 (十)、請問何謂「太陽能電池」？ 那只是一個噱頭，我們太陽能它所接收的 部分產生電，要靠一個儲存裝置，才能夠 蓄電，那因為蓄電池它是一種消耗品，每 2~3年就要換一個，所以我們決定改用所謂 的「四電並聯」，就是說當我照到太陽的 時候，會自動把台電的電切掉，那沒有太 陽能的時候，會自動把它轉回台電的電， 所以你在使用上不會有影響。其實問題在 於你太陽能板的電到底要不要儲存，你如 果要儲存，就要用電池，你如果不要儲存， 就即發即用。 (十一)、校園太陽能設備 位置：能源教室 名稱：太陽能玩具 位置：人文廣場 名稱：太陽能路燈 位置：傳達室上方 名稱：太陽能板 位置：能源教室 名稱：太陽能玩具 車 位置：傳達室 名稱：太陽能儀表 板 位置：草地 名稱：太陽能板 位置：能源教室 名稱：太陽能鍋 位置：能源教室 名稱：能源運用展示模 型 研究討論1 一、從這個實驗中，我們發現在中午12：40 時，太陽能板的效率最好，我們認為這是 因為中午的時候，日正當中，太陽能板較 不會因角度的問題，而無法完全照到陽光， 因此效果遠比早上8：00和下午4：00來的 好。不過我們發現，雖然早上8：00和下午 4：00的陽光不夠強，但也不至於無法發電， 所以只要有陽光，太陽能板都能夠發電。 研究討論2 二、從這個實驗，我們發現，操場較走廊來 的寬廣，受光面積大，遮蔽物少，較不影 響太陽能車的行徑，走廊則是因為陽光較 弱，但也不至於完全不會動。我們推測， 樓層較高且受光面積更大的頂樓效果一定 更明顯。這也就是為什麼，太陽能板總是 裝在頂樓了。 研究討論3 三、從這個實驗，我們發現60度角在這個實 驗中，是最剛好的角度。不過我們所學的 幾乎都是23.5度角，我們認為是燈光的角度 關係，但是燈光不能移動，所以我們的結 論是，太陽能板如果能夠隨光的角度轉動， 效果一定會更棒。 研究結論1 一、太陽能的原理是利用半導體導電，因為 它們的電阻比導體還高。 二、太陽能板的擺放角度的實驗結果是60度 ＞90度＞45度＞30度＞180度 三、太陽能板的擺放時間的實驗結果是中午 ＞上午＞下午 研究結論2 四、太陽能板的擺放地點的實驗結果是操場 ＞頂樓＞走廊 五、太陽能板在本校的應用主要是傳達室以 及環保教室的電力供應和太陽能熱水器、 太陽能路燈。 建議1 我們建議學校方面可以多設置一些太陽能 板，並在學校建設能源較是讓學生們能了 解太陽能的用途，不過由於太陽能板的成 本過高，所以可以向政府方面請領補助。 建議2 而政府方面應該要多多推廣太陽能，及其 他的綠色能源，並增加裝設太陽能板的補 助金額，降低補助門檻，增加各種補助方 案，提高國民裝設太陽能板的意願。讓太 陽能板成為家家都有的必備器材，迎向真 正的全民綠色生活。 參考資料及其他 一、書籍資料： (一)郭震唐（民73），太陽能，圖文出版社。 (二)大林辰藏審閱（民80），太陽能發電， 地球編輯暨資料中心主編。 (三)胡湘玲（民98），太陽能源 =Our energy future :powered by sun，天下遠見 出版社。 (四) 沈輝、曾祖勤（民97），太陽能光電技 術 =Solar energy & photovoltaic technology，五南圖書出版社。 參考資料及其他 (五) 高筱爵、張義鋒（民69），太陽能之應 用，徐氏基金會出版社。 (六)林淑堯（民72），太陽能發電，世一出 版社。 (七)谷下市松（民70年），太陽能基礎與應 用，復漢出版社。 (八)、Photon 8-2011 參考資料及其他 二 網路資料 (一)、太陽能板原理URL： http://onspring107.blogspot.com/2010/07/ blog-post_3904.html (二)、太陽能源URL： http://content.edu.tw/primary/nature/ph_ hs/phnet/overview/g1/l217-1.htm 感想