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【潔能講堂】充電露營燈/蔡依帆老師

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July 20, 2022
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 【潔能講堂】充電露營燈/蔡依帆老師

講師:蔡依帆 老師 / 基隆市立銘傳國中
本次講堂演講現場為「2022永續能源跨域應用人才培育聯盟計畫之教師增能工作坊」

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July 20, 2022
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  1. 自製充電露營燈 自製充電露營燈 基隆市銘傳國中│蔡依帆 基隆市銘傳國中│蔡依帆 1

  2. 有什麼功能?(影片) 有什麼功能?(影片) 充電:以二極體限制手搖發電及太陽能發電的電流方向, 使任㇐發電方式所產生的電力可經由充電管理IC對電池 充電,而不至於逆向流入另㇐發電裝置。 發電:當開關打開,18650電池即供電使LED燈條亮起, 此時也可同時使用太陽能或手搖柄,㇐邊耗電㇐邊發電。 充電:以二極體限制手搖發電及太陽能發電的電流方向, 使任㇐發電方式所產生的電力可經由充電管理IC對電池 充電,而不至於逆向流入另㇐發電裝置。

    發電:當開關打開,18650電池即供電使LED燈條亮起, 此時也可同時使用太陽能或手搖柄,㇐邊耗電㇐邊發電。 2
  3. 課程架構 課程架構 課程目標 認識綠能的 型態與轉換 完成充放露 營燈的實作 實施對象 八年級 九年級

    核心知識 綠能發電的 原理與能源 轉換 充電管理IC 接線與應用 操作技能 電子零件銲 接、配置與 測試除錯 電路實作與 工序規劃 課綱對應 能源與動力 3
  4. 課程實施 課程實施 綠色能源的美 麗與哀愁 • 認識能源的種類。 • 生活常見電器的 能源標章。 •

    太陽能、風力、 水力發電的科技 與社會議題。 認識常見的綠 能發電材料 • 太陽能板的規格 判讀及選用搭配。 • TT馬達的規格辨 別與選用搭配。 • 充電管理IC的規 格辨別與選用搭 配。 充放電路原理 與實作 • 充放電路的設計 與運作說明。 • 認識二極體的功 能與使用方式。 • 電路實作、測試 與除錯。 4
  5. 作業配分 作業配分 學習單40% • 填寫正確 • 心得與反思 電路功能40% • 功能正常

    • 佈線整齊 零件配置20% • 操作順手 • 各功能不互 相干擾 5
  6. 學科知識 學科知識 6

  7. 能源種類 能源種類 再生能源 來自大自然、在可預見的未來 裡不會消耗殆盡的能源 太陽能、風力、潮汐能、地熱 能、生質能… 再生能源 來自大自然、在可預見的未來 裡不會消耗殆盡的能源

    太陽能、風力、潮汐能、地熱 能、生質能… 非再生能源 無法在短時間內再生,且消耗速 度遠超過再生速度 煤炭、石油、天然氣等化石燃料; 核燃料;礦產 非再生能源 無法在短時間內再生,且消耗速 度遠超過再生速度 煤炭、石油、天然氣等化石燃料; 核燃料;礦產 7
  8. ㇐次能源(初級能源) ㇐次能源(初級能源) 從太陽輻射或月球引力 直接轉化而來的能源, 包括化石燃料、鈾礦、 陽光、潮汐、風能等 都是在人類有歷史以來 就存在的,可直接取得 並利用 又可細分為再生/非再生

    能源 從太陽輻射或月球引力 直接轉化而來的能源, 包括化石燃料、鈾礦、 陽光、潮汐、風能等 都是在人類有歷史以來 就存在的,可直接取得 並利用 又可細分為再生/非再生 能源 8
  9. 二次能源(次級能源) 二次能源(次級能源) 由㇐次能源經過加工轉 換以後所得,包括電能、 熱能、汽柴油、液化石 油氣和氫氣等 只能由初級能源加工轉 換以後得到,因此嚴格 來說應該稱為「二次能」 由㇐次能源經過加工轉

    換以後所得,包括電能、 熱能、汽柴油、液化石 油氣和氫氣等 只能由初級能源加工轉 換以後得到,因此嚴格 來說應該稱為「二次能」 9
  10. 能源轉換與耗損─如何辨識節能家電 能源轉換與耗損─如何辨識節能家電 能源效率:能源利用過程中,發揮作用與實際消耗的 能源之比例 能源效率:能源利用過程中,發揮作用與實際消耗的 能源之比例 10

  11. 能源轉換與耗損 能源轉換與耗損 冷氣機看EER (Energy Efficiency Ratio,能 源效率比),單位:Kcal/h.w 即每小時可從室內移走多少熱 量 電冰箱看EF

    (ENERGY FACTOR,能源因數 值),單位:公升/度/月 即㇐度電能使幾公升的食物保 存㇐個月 冷氣機看EER (Energy Efficiency Ratio,能 源效率比),單位:Kcal/h.w 即每小時可從室內移走多少熱 量 電冰箱看EF (ENERGY FACTOR,能源因數 值),單位:公升/度/月 即㇐度電能使幾公升的食物保 存㇐個月 11
  12. 能源轉換與耗損 能源轉換與耗損 12 除溼機看EF (ENERGY FACTOR,能源因數 值),單位:公升/度 即每消耗1度電能去除空氣中多 少水量 空氣清淨機看能源效率

    值,單位:CASR/W 即每㇐瓦電可以產生多少潔淨 空氣 除溼機看EF (ENERGY FACTOR,能源因數 值),單位:公升/度 即每消耗1度電能去除空氣中多 少水量 空氣清淨機看能源效率 值,單位:CASR/W 即每㇐瓦電可以產生多少潔淨 空氣
  13. 能源轉換與耗損 能源轉換與耗損 能源效率:能源利用過 程中,發揮作用與實際 消耗的能源量之比例 瓦斯爐、熱水器等製熱 產品 看熱效率 單位:% 即加熱升溫後水吸收的熱值與

    燃燒消耗瓦斯的熱值的比率 能源效率:能源利用過 程中,發揮作用與實際 消耗的能源量之比例 瓦斯爐、熱水器等製熱 產品 看熱效率 單位:% 即加熱升溫後水吸收的熱值與 燃燒消耗瓦斯的熱值的比率 13
  14. 綠色能源的正反議題 綠色能源的正反議題 太陽能:輻射能→電能(光電效應) 美國航太用 33.3% 效率太陽能電池,有望 2022 年稍晚商轉 太陽能板製造與回收的高污染(綠色的兩難─當光電搶地) 太陽能:輻射能→電能(光電效應)

    美國航太用 33.3% 效率太陽能電池,有望 2022 年稍晚商轉 太陽能板製造與回收的高污染(綠色的兩難─當光電搶地) 14 太陽能板製程廢溶液處理費高4千桶丟雲林大埤鄉 彰化魚塭旁棄置800片太陽能板包商、地主遭法辦
  15. 綠色能源的正反議題 綠色能源的正反議題 風力發電:風力氣流→機械能→電能 理論上葉片氣動轉換之極限效率為59.3%,經由機電轉換後的輸出效率約在 20~40% 之間 • 風機的低頻噪音與對生態的影響(風車下的失眠夜) 風力發電:風力氣流→機械能→電能 理論上葉片氣動轉換之極限效率為59.3%,經由機電轉換後的輸出效率約在

    20~40% 之間 • 風機的低頻噪音與對生態的影響(風車下的失眠夜) 15 風力發電正在破壞另㇐種生態平衡
  16. 綠色能源的正反議題 綠色能源的正反議題 水力發電:流水位能→機械能→電能 水能轉換成電能的最高效率可達90% 大量碳排放與大面積生態棲地破壞 水力發電:流水位能→機械能→電能 水能轉換成電能的最高效率可達90% 大量碳排放與大面積生態棲地破壞 16 水壩興建後溫室氣體排放量增加3倍

    大面積興建水庫將驅逐生物 降低生物多樣性
  17. 材料與工具 材料與工具 17

  18. 材料與規格 材料與規格 18 名稱 規格 數量 雷切曲柄 - 1 太陽能板

    5.5V/160mA 0.88W 1 TT馬達 1:120 1 充電板 輸入5V,輸出1A,過充過放保護 1 按鈕開關 AC250V-6A 21*15*25mm 1 二極體 1N4007 DC1000V-1A 2 充電電池 18650 1 電池盒 單顆入 1 LED燈條 5050, 3V 5燈*2段 外盒 塑膠便當盒 1
  19. 使用工具 使用工具 19 名稱 銲接工具 銲錫 電子尖嘴鉗 電子斜口鉗 剝線鉗 雙面膠

    剪刀 三用電表
  20. 太陽能板 太陽能板 只有光電轉換功能,本身無法儲電 輸出電壓/電流大小視陽光而定 用來充電需經過升壓、穩壓 有單晶矽/多晶矽兩種 只有光電轉換功能,本身無法儲電 輸出電壓/電流大小視陽光而定 用來充電需經過升壓、穩壓 有單晶矽/多晶矽兩種

    20
  21. 太陽能板 太陽能板 21 效能 5.5V/1W (P=I*V換算後為 182mA) 3V/150mA 5V/120mA 0.7W

    4V/200mA 種類 單晶矽 多晶矽 多晶矽 多晶矽 尺寸 80*100mm 60*55mm 90*130mm 80*80mm
  22. TT馬達(電動機)→反向變成發電機 TT馬達(電動機)→反向變成發電機 22 減速比 扭力 發電速度 1:48 小 慢 1:120

    中 適中 1:220 大 快
  23. TT馬達手搖發電的關鍵─曲柄 TT馬達手搖發電的關鍵─曲柄 23

  24. 充電板(充電管理IC) 充電板(充電管理IC) 穩壓充電板 穩壓充電板 24 穩壓升壓充電板 穩壓升壓充電板 輸入電壓: 3.7V~5.5V 輸出電壓:5V

  25. 充電板(充電管理IC) 充電板(充電管理IC) TP4056鋰電池充電板 1. 鋰電池充電處理晶片 2. 電池過充過放保護 3. 電池斷路開關 4.

    輸入 5. 充電 6. 輸出 7. 充電指示燈 8. 充電截止指示燈 TP4056鋰電池充電板 1. 鋰電池充電處理晶片 2. 電池過充過放保護 3. 電池斷路開關 4. 輸入 5. 充電 6. 輸出 7. 充電指示燈 8. 充電截止指示燈 25 1 2 3 4 5 6 7 8
  26. 充電板(充電管理IC) 充電板(充電管理IC) TP4056充電板 接線參考與注意事項 TP4056充電板 接線參考與注意事項 26

  27. 充電板(充電管理IC)與升壓模組搭配 充電板(充電管理IC)與升壓模組搭配 27

  28. 充電露營燈電路圖 充電露營燈電路圖 28 充電板已經有防 逆充,為什麼還 要有2顆二極體? 二極體是確保 「只能發電, 不會吃電」

  29. 製作步驟 製作步驟 29

  30. 預先想好電子零件位置並打洞 預先想好電子零件位置並打洞 1. 太陽能板走線 2. TT馬達軸心穿出 3. 燈條開關按鈕(大孔) 4. 燈條走線

    1. 太陽能板走線 2. TT馬達軸心穿出 3. 燈條開關按鈕(大孔) 4. 燈條走線 30
  31. 1)銲tt馬達與太陽能板紅黑線 1)銲tt馬達與太陽能板紅黑線 31 加束帶 保護銲點

  32. 2) 銲接二極體 2) 銲接二極體 32 二極體注意方向 並套入熱縮管 太陽能板 tt馬達 +

    _ + _
  33. 3) 銲接電池 & OUT紅黑線 3) 銲接電池 & OUT紅黑線 33 OUT+OUT-

    銲好空線備用 B+ B- 與電池盒銲接
  34. 4) 二正、二負分別銲到充電板的+ / - 4) 二正、二負分別銲到充電板的+ / - 34

  35. 5) 銲好兩段並聯燈條 5) 銲好兩段並聯燈條 35

  36. 6)連接充電板OUT、開關、燈條 6)連接充電板OUT、開關、燈條 36 OUT - SW OUT +

  37. 7)曲柄鎖上小螺絲 7)曲柄鎖上小螺絲 37

  38. 充電功能測試 充電功能測試 1. 把任何裸露的線頭絕緣 2. 測試發電:紅燈-充電中;藍燈-充電飽和 1. 把任何裸露的線頭絕緣 2. 測試發電:紅燈-充電中;藍燈-充電飽和

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