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能源－太陽能電池
- 1. 替代能源 第21組 國立成功大學 材料95 陳漢萭 6 月7 號 生科96 林昭宏 工設97 蘇逸輝 歷史96 蘇俊榮
- 3. 大綱 前言 太陽能 氫能源 結論 分配工作 參考資料與文獻
- 4. 前言 能源產業在21世紀面臨能源安全、環境保護及經濟 成長等三大挑戰。 在能源安全(Energy Security)上，面臨如石油資源 逐漸減少的限制，以及需要有不同能源的最佳組合 使用； 在環境保護方面(Environment Protection)，全球暖 化的問題亟待解決與改善； 要維持經濟成長(Economic Growth)，必須持續不斷 地進行與能源相關的經濟及區域活動，同時又要能 創造新的產業。
- 5. 太陽能 淺談利用太陽能的原理、方法、優缺 點､未來發展
- 6. “免費”的天然能源 太陽是一個由氫、氮、瓦斯所組成的，由 於內部的核熔合反應產生了光和熱，經輻 射太空進入地球每高達 百萬度 ﹝magawatt-hour﹞之多。其中大約35% 被反射回太空去，18%被大氣層所吸收， 47%到達地面。單到達地面的這一部份， 就等於全世界 商業上年用量的一萬三千 倍！ 因此若不好好利用大概算是一種浪費 吧!
- 7. 太陽能的優點 太陽能是人類可以利用的最豐富的能源。 太陽能是到處都有的，不需要運輸。 太陽能是一種清潔的能源。 太陽能的系統又稱作「無變量的能源系 統」。 太陽能具安全性 。
- 8. 太陽能的缺點 太陽能的利用裝置必須具有相當大的面 積。 太陽能受氣候、晝夜的影響。
- 9. 目前發展 太陽能的技術，大約分為兩個面向 一為熱能的太陽能熱水器， 二為由光直接轉換電的太陽能電池。
- 10. 利用太陽能的模式 太陽能可以直接轉換為其他能量來加以利 用。轉換形式，目前有下列三種類型: (1)通過光合作用利用太陽能 (2)利用光生伏打效應使太陽能轉化成電能 (3)聚集太陽能加以利用
- 11. 太陽能電池板原理 由於太陽能是[稀薄]和[間歇性]的能源，所 以必須要廣闊的面積才能收集到足夠人類 使用的能量。 太陽能可以直接轉換為其他能量來加以利 用。太陽能板由半導體製成，可以吸收陽 光，然後再把太陽能轉化成電力，供我們 日常使用。
- 12. 材料 太陽能光電池（Solar cell）又簡稱太陽能 電池，它是一種光電半導體薄片，是利用 太陽光直接發電。此類的薄片只要照到 光，短時間內便可輸出電壓及電流。現階 段來說，矽 （silicon）是太陽能電池的主 要原料。然而，矽又可分為：單結晶矽、 多結晶矽、非結晶矽等三類。因為單晶的 效率較高，非晶的價格最為便宜，所以市 場 大多為單晶矽及非晶矽兩大類。
- 13. 太陽能電池板的應用 照明、交通、建築、通訊、玩具、發電 廠、號誌…等。
- 14. 太陽能車 太陽能車，便是利用太陽能電池最明顯的 例子。太陽能車在經過幾年來的改良後， 開始發現只有太空式晶片，可以經得起長 時間的震動，為目前最常使用的原件。
- 15. 太陽熱能發電廠 假如太陽熱能集中於一點時會產生高溫， 利用此高溫形成高壓、高溫的蒸氣，蒸氣 旋轉汽輪機，就可以發電，蒸氣的產生除 了水以外也可以使用流體。
- 16. 太陽能的聚熱法： 塔聚熱式：地面舖設許多平面鏡，將太陽光反 射，集中於塔上。反射鏡必須面向太陽傾斜。 圓柱狀拋物面式：運用反射鏡將太陽光反射之後 集中於焦點的管子當中。 曲面聚熱式：利用平面鏡排成曲面，將管子隨時 移動至焦點上收集太陽熱。 球狀拋物面式：利用反射鏡將太陽熱能反射於焦 點上，反射鏡必須面向太陽跟著轉動。
- 17. 塔聚熱式太陽能發電場
- 18. 太陽熱能屋 以下3種不同的太陽熱能屋將太陽熱能運 用在不同的地方。 在屋頂上排滿蛇管，通入冷水就可以儲存 溫水。 在牆壁上面裝置儲熱器，白天聚熱而到晚 上在徐徐放熱。 在牆壁上面裝置聚熱器，用太陽熱能來加 熱空氣。
- 19. 太陽能的新技術發展 光化學廢水處理裝置。 用二氧化鈦系列光觸媒 來淨化廢水的有機物質 或重金屬，廢水流入透明的管道內，太陽光使光 觸媒 發生作用，對污染物質進行分解。 大氣污染處理系統。 可淨化硫化物及氮化物等 氣態的有毒氣體，利 用對太陽光紫外線照射反應能力很強的光觸媒， 使有毒氣 體氧化成無害物質。
- 20. 展望未來 降低成本，合乎整體的經濟效益。 增加太陽能電池的壽命。 增加轉換效率。
- 21. 氫能源 淺談儲氫材料與燃料電池
- 22. 氫 氫是宇宙間含量最豐富的元素。它的原子核就是一個質 子，外面環繞著一個電子。兩個氫原子與一個氧原子結 合，構成生命所必須的水。法國化學家拉瓦錫發現氫元 素後給它命名為Hydrogen，在希臘文中的意思就是「水 之源」。兩個氫原子結合成為氫分子，氫氣在氧氣中容 易燃燒，釋放出熱量並生成水。由於氫氧結合不會產生 二氧化碳、二氧化硫、煙塵等普通化石燃料所產生的污 染物，氫氣被視作未來的理想清潔能源。而利用氫能源 的主要方式，將是燃料電池。 圖１為氫原子模型
- 23. 什麼是氫能材料 所謂『氫能材料』，簡單來說，就是可以 儲存氫的材料。 使用氫氣做為能源原料，其產物只有水蒸 氣，並不會產生二氧化碳等溫室氣體，是 一種符合環保的高效率能源。 但是氫原子一般是以氣態形式存在，，如 何妥善地處理氫氣儲存和運輸的限制，也 就成為發展的主要關鍵。
- 25. 儲氫材料的優勢 目前儲氫金屬（合金）的儲氫密度（單位體積的 儲氫容量）已經可以達到1500cm3/cm3，遠高 於液態氫的784cm3/cm3及高壓氫氣壓力瓶在 200大氣壓所能儲存的200cm3/cm3。利用儲氫 合金來儲存運送高純度（99.9％）氫氣，除了沒 有爆炸的危險，並具有貯存時間長且無損耗等優 點，是一個既安全又有效的方法。
- 26. 儲氫材料的原理及特性 所謂金屬氫化物的儲氫原理，是使大量的氫氣為 金屬所吸收，並且轉變成金屬氫化物的形式儲 存，氫就以固態結合的形式儲存於其中。氫和金 屬氫化物之間可以進行可逆反應，當外界有熱量 加給金屬氫化物時，它就分解為儲氫合金並釋放 出氫氣，其反應式如下式所示： Μ + n / 2 Η2 « ΜΗn + ΔΗ 式中，M：儲氫合金，MHn：金屬氫化物， ΔH：反應熱。
- 27. 儲氫材料的原理及特性 利用儲氫合金材料儲存與輸送氫，有以下 特點： 一、體積儲氫密度高； 二、不需要高壓容器和隔熱容器； 三、安全性好，沒有爆炸的危險； 四、可得到高純度的氫。
- 28. 儲氫合金 一、稀土鑭鎳，具有優良的吸氫特性，較易活 化，當釋放溫度高於40℃時，放氫迅速，但是 價格昂貴； 二、鐵鈦合金，是目前使用最多的儲氫材料，儲 氫量大，且價格低廉，還可以在常溫常壓下釋放 氫，給使用者帶來很大的方便； 三、鎂系合金，是吸氫量最大的金屬合金元素， 可以高達6wt.％以上，但需要在290℃條件下才 能釋放氫，而且吸收氫的過程十分緩慢，因此在 使用上受到限制； 四、釩、鈮、鉛等多元素系，這些金屬本身是稀 貴金屬，只能適用於某些特殊場合。
- 30. 奈米碳管 早在1985年Kroto等人即意外發現C60的存在而提出了足 球模型，此發現對碳化合物的研究有著重大突破，但當 時對於C60的特性及其應用發展並不清楚。直到1991年 Iijima提出奈米碳管的概念後，才促使相關單位朝此領域 進行積極的研究與開發。
- 31. 奈米碳管
- 32. 奈米碳管儲氫原理 利用中空的多層奈米碳管可將氣體凝結成 液體而存於管中，這將使碳管的氣體吸附 量大幅增加且單層奈米碳管吸附氫氣的能 力遠遠超過活性碳，故若能將奈米碳管有 效的應用於燃料電池中，將會是燃料電池 的一大突破。
- 33. 未來的綠色能源──燃料電池 燃料電池 （ Fuel Cell ） ，是一種發電裝置， 正如其名 ， 是繼續添加燃料以維持其電力，只 要不斷地供應燃料，就會持續地輸出電力。 其所需的燃料是「氫」 、甲醇、乙醇、天然氣 或其他的碳氫化合物，氧化劑則可以用空氣中的 氧，而副產物是熱、純水或較少量的二氧化碳， 其之所以被歸類為新能源，原因就在此。
- 34. 燃料電池的重要性 使用氫為燃料； 為高效率熱電共生系統； 可創造新產業； 適合於天然氣、石油、生質能、電力及熱 能等不同能源的最佳組合使用，衍生出如 零污染、能源節約、二氧化碳減量等，皆 符合對於未來社會的期待。
- 35. 運作原理 電池含有陰陽兩個電極，分別充滿電解液，而兩個 電極 間則為 具有滲透性的薄膜所構成。氫氣由燃料電池的陽 極進入，氧氣（或空氣）則由陰極進入燃料電池。經由 催化劑的作用，使得 陽極的氫原子 分解成兩個氫質子 （ proton ） 與兩個電子 （ electron ） ，其中質子 被 氧『 吸引』到薄膜的另一邊，電子則經由外電路形成電 流後，到達陰極。
- 36. 運作原理 在陰極催化劑之作用下，氫質子、氧及電子，發生反應 形成水分子，因此水可說是燃料 電池唯一的排放物。 燃料電池所使用的「氫」燃料可以來自於任何的碳氫化 合物，例如天然氣、甲醇、乙醇 ( 酒精 ) 、水的電解、 沼氣…等等。由於燃料電池是經由利用 氫及氧的 化學 反應，產生電流及水，不但完全無污染，也避免了傳統 電池充電耗時的問題，是目前最具發展前景的新能源方 式，。
- 37. 未來的挑戰與期待 目前固態儲氫方式存在的問題為： (1)如何提高儲氫材料的儲氫量以及降低材 料成本，節約貴重金屬。 (2)國際能源總署（IEA）確定了未來儲氫 材料的標準，其儲氫重量密度應大於6wt. ％，並且能在溫和條件下吸放氫。
- 38. 未來的挑戰與期待 實用儲氫合金應具備的特性包含： 儲氫量大、 容易活化、 吸釋放氫之溫度與壓力適當、 吸放氫反應速率快、 使用壽命長、 成本低廉…等。
- 39. 結語 看地球如此美麗，但在人類的揮霍無度下，此等 美景能維持多久？你不需要會做太陽能，也不需 要會做燃料電池，但是可以看看你的腳下是否有 垃圾，有的話，撿起來吧，零污染的環境將從你 的腳邊開始！
- 40. Thanks for your Listening
- 41. 工作分配 材料95 陳漢萭 資料收集、口頭報告 生科96 林昭宏 資料收集、口頭報告 工設97 蘇逸輝 資料收集、簡報製作 歷史96 蘇俊榮 資料收集、簡報製作
- 42. 參考文獻 台灣燃料電池資訊http://www.tfci.org.tw/ 台灣經濟研究院http://www.tier.org.tw/ 行政院國家科學委員會http://web.nsc.gov.tw/ 經濟部能源局--能源報導http://www.tier.org.tw/energymonthly/ 太陽能科技島http://www.solar-i.com.tw/ 人民網 http://www.people.com.cn/ 你的公共電視http://www.pts.org.tw/