高瞻三期計畫課程

再生能源發展的限制（下）

2011/08/07
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再生能源發展的限制（下）(renewable energy – 2)
台中市雙十國中自然領域王淑卿老師/國立台灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

2010年，美國能源部能源訊息局「2010年世界能源展望-高瞻」報告書–全球再生能源生產量（如圖一），指出風力與水力發電除外，以生質能源最具潛力、太陽能與地熱能其次。2009年再生能源成長較2008年增加8％，佔全球能源總量的25％，再生能源科技於 2009年大幅成長，尤其風力發電佔再生能源之冠。太陽能發電從2004 ~2009年之間，由於光伏系統 (photovoltaic system or PV system)的研發也呈現快速成長。光伏系統是由多個組件，包括光伏組件、機械、調節電力輸出的裝置等連接成一個系統，使用一個或多個太陽能電池板將太 陽光能轉換成電能。

圖一、全球再生能源生產量—風力與水力發電除外。（單位：十億千瓦/小時）（資料來源：2010年，美國能源部能源訊息局「2010年世界能源展望-高瞻」報告書，Source: US Energy Information Administration, International Energy Outlook 2010 – Highlights, http://www.eia.doe.gov , November 2010）

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再生能源發展的限制（上）

2011/08/07
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再生能源發展的限制（上）(renewable energy – 1)
台中市雙十國中自然領域王淑卿老師/國立台灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

美國能源部（the United States Department of Energy）於2006年進行全球能源消耗形式分析結果如圖一所示。傳統化石燃料仍是位居全球能源消耗量前3名，包括石油、煤炭、天然氣等，分別佔35.43％、28.15％、23.46％，總共佔了全球87.04％的能源消耗量。其次為水力發電佔6.27％、核能發電佔5.79％、與其他再生能源發電佔0.91％。所有的再生能源發電僅佔了7.18％。可見再生能源發電在發展過程面臨許多限制與挑戰。

圖一、2006年美國能源部（the United States Department of Energy）進行全球能源消耗形式分析圖。（http://upload.wikimedia.org/wiki ... on_by_type_2006.png）

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有機太陽能電池（Organic Solar Cell）

2010/09/23
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有機太陽能電池（Organic Solar Cell）
國立台灣師範大學化學系蕭全佑研究生/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

太陽能電池主要目的是將光能轉換成電能。而有機太陽能電池主要係以具有半導體性質之有機材料製作，其優點：（1）製造成本低（2）化合物結構可設計性（3）材料質輕（4）加工性能好（5）製造大面積的太陽能電池及大量生產（6）高吸光係數（7）具有可撓曲，半透明等特性。但目前亦有多項缺點待克服，如功率轉換效率低，載子遷移率低，高電阻，耐久性差等問題。

依有機材料不同特性，有機太陽能電池又可區分為（1）染料敏化太陽能電池（dye-sensitized solar cells，DSSC），1991年瑞士聯邦理工學院的M. Graumltzel教授的研究團隊，發明具光敏性質之染料吸附於半導體奈米多孔洞結構之TiO2電極，搭配具有氧化-還原性質(I– / I3-)之電解液，製作出光電轉換效率高達7 %之染料敏化太陽能電池，目前這種電池的光電轉換效率最高已超過 11%，其發展潛力備受矚目。（2）小分子有機太陽能電池（Molecular Solar Cells）。（3）高分子有機太陽能電池（polymer solar cells），1981 年時A. Takahashi研究團隊最早將共軛高分子材料使用於製作太陽能電池。目前高分子有機太陽能電池常用的材料為聚 3-己烷基噻吩（poly (3-hexylthiophene), P3HT） 聚合物半導體（p 型材料）、苯基-C61 丁酸甲酯 (phenyl-C61-butyric acid methylester, PCBM)（n 型材料）所組成。其做法是將這兩種有機半導體材料以溶劑溶解後進行混合，而後再塗佈到元件上。均勻混合後的 pn 介面面積能有效提高，增加激子被拆解的機會而提升電池效率。

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風力

2009/11/17
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風力 (Wind Power)
台東專校化學科鍾玉峰退休老師/國立中山大學化學系張祖辛副教授責任編輯

風力 (wind power) 是利用風力渦輪機 (wind turbine) 將風能轉換成有用的能量形式，如電力等。1979年丹麥開始發展風力工業，當時所使用的渦輪機的容量很小，只有20到30千瓦 (KW)，現在已擴大其容量並在許多國家使用，到2008年底渦輪機已達121.2十億瓦 (GW) 的容量。目前風力發電佔世界用電的1.5%，而且在2005年到2008年間快速成長了兩倍，有些國家已達到相當高的風力產能，像丹麥的風力佔了19%的電力生產，西班牙、葡萄牙佔了11%，德國、愛爾蘭佔了7%，現已有八個國家將風力發電用在商業用途上。

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風力農場

2009/11/17
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風力農場 (Wind Farm)
台東專校化學科鍾玉峰退休老師/國立中山大學化學系張祖辛副教授責任編輯

風力農場 (wind farm) 即風力發電廠，安置有一個群組的風力渦輪機 (wind turbine) 來發電的地方（如圖）。這地方可能位於山上、海（或湖）邊或離岸海（或湖）上。每個渦輪機是互相連接，有電壓集合器與互通網路，中大型的風力農場可含數十到大約100個渦輪機，涵蓋面積可達數百平方哩，渦輪機與渦輪機之間的土地可做農業或其他用途。

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鎳鎘電池（Nickel-cadmium Battery）

2009/07/27
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鎳鎘電池（Nickel-cadmium Battery）
國立台灣大學化學系黃俊誠博士/國立台灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

鎳鎘電池是一種使用氫氧化亞鎳（Nickel oxyhydroxide；NiOOH）與金屬鎘（Cd）為電極的蓄電電池，最早於1899年由瑞典的的渥德莫‧甄格（Waldemar Jungner, 1869-1924）發明。在此之前，鉛酸電池是唯一能重複使用的蓄電池。其電池主要構造原理為：位於陽極的鎘和氫氧化鈉（NaOH）中的氫氧根離子（OH–）反應成氫氧化鎘，並附著在陽極上，同時產生電子；電子沿著電線至陰極，和陰極的氫氧化亞鎳反應形成氫氧化鎳(Ni(OH)2)，氫氧化鎳附著在陰極上。因為在陽極半反應中消耗掉的氫氧根離子，在陰極半反應中又產生，故氫氧化鈉溶液濃度不會隨著時間而下降。反應式如下：

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