綠色能源：風力與水力
國立武陵高級中學／林威呈 老師
探究與實作─
（六週課程）• 石化燃料的依賴
─ 石油危機： 1973 年第四次中東戰爭 1979 年兩伊戰爭
1990 年波斯灣戰爭
圖片來源：我國風力發電技術之評估及建議，工業防治污染第 94 期
為何發展綠色能源
為何發展綠色能源
• 石化燃料的汙染 ─ 氣候變化
─ 自然界的反噬
圖片來源： https://goo.gl/BhZxdg 世界銀行組織：「二十一世紀的戰爭會是爭奪水源的戰爭」
綠色能源
取之不盡，用之不竭
低污染
太陽能、地熱、水力、風力 海洋能、生質能
前沙烏地阿拉伯石油部長 Sheikh Yamani
「石器時代的結束並不是因為石頭用完了，
而是有更好的替代能源出現。」
甘蔗是太陽能利用效率最高的農作物之一
課程介紹
實作 --
• 2/23 ：分組、焊接 LED 燈
• 3/2 ：寶特瓶製作扇葉，完成風力發電機
• 3/23 ：其他材料製作扇葉，量測最遠可發電距 離
• 4/6 ：實作 ─ 你吃麵它喊燙
• 4/13 ：實作 ─ 風幫你吹涼 探究 --
• 5/4 ：依各組主題進行資料蒐集與統整，上臺 以 ppt 報告，並進行後測
• 完成寶特瓶扇葉風力發電機：達到一定距離 1 0 分
• 完成其他材料風力發電機：達到一定距離 15 分，最遠 20 分
• 完成實驗 你吃麵它喊燙： 20 分
• 完成實驗 風幫你吹涼： 15 分
• 完成實驗紀錄：最高 10 分
• 投影片報告：評分 *0.15
• 後測：分數 *0.1
評分標準
+-
BZ
分組報告
• 分八組報告， 5/4 報告
• 每堂課四組，各組報告約五分鐘
• 根據 評分，每項最高 20 分
• 於 5/4 第二堂報告結束後進行測驗
討論題目（第一組）
1. 風力如何發電（能量形式轉換過程）
2. 風力大小對風力發電機啟動的關係
討論題目（第二組）
• 垂直軸風力發電機與水平軸的比較
討論題目（第三組）
• 適當的風力發電廠位置的特點
討論題目（第四組）
1. 風力發電的優點 2. 風力發電的缺點
討論題目（第五組）
• 國外風力發電主要國家的發展現況
討論題目（第六組）
• 臺灣風力發電現況與未來可能趨勢
• 臺灣風力發電相對於他國的優勢與劣勢
討論題目（第七組）
• 水力發電的主要發電廠類型
大型流水式水力電廠 大型蓄水式水力電廠
抽蓄式水力電廠（臺灣最大的是 ? ）
• 臺灣水力發電量最大之河川
討論題目（第八組）
1. 水力發電的優點 2. 水力發電的缺點
PPT 報告注意事項
• 以圖為主，以字為輔，切忌滿滿都是字
• 配色注意投影後是否清楚 ( 不清楚 )
• 字體足夠大
實作
簡易風力發電機
材料：扇葉材料、發電機、發光二極體 步驟： 1. 設計風扇葉片
2. 連接風扇葉片與齒輪 成果：在 LED 可發光的情形下
比較各組與電風扇之最遠距離
最遠 20 分，依序 18 、 16 ，餘 15 分
（至少距風扇 10 格）
差距兩格磚以同距離計
（ ex : 19 、 18 、 17 、
16
、13 、 12
）簡易風力發電機
注意事項
曾經的葉片
今日任務
• LED 燈簡介
• 焊接 LED 燈至發電機
LED 燈簡介
（別忘了實驗紀錄）1. 一般二極體皆由 P 型、 N 型半導體組合而成
，具有陽極和陰極兩個端子。
2. 發光二極體 (Light-Emitting Diode, LED) 是 一種能發光的半導體電子元件，可以把電能轉 化成光能。
3. LED 在 1962 年出現，早期只能夠發出低光度 的紅光；時至今日，能夠發出的光已遍及可見 光、紅外線及紫外線。
LED 該如何判斷正、
負極呢？
LED 該如何判斷正、
負極呢？
LED 正負極判斷
小片 圓邊 長腳 正極 負極
大片 平邊 短腳
LED 燈小實驗
• 試找出至少需要幾顆 3 號電池才能讓 LED 燈 發光？
1. LED 的電流只能往單一方向流動，可 以從陽極流向陰極，不能從陰極流向陽 極，此種單向導電的特性通常稱為整流
。
2. LED 順向流通時具有順向偏壓，當 電流流過時，輻射出單色光。
3. LED 發出之光線的波長、顏色與其 所使用的半導體材料種類和摻入的
元素雜質有關。光線顏色 波長 ( ｎｍ ) 順向偏壓 (V) 物料種類
紅色 760~610 1.63~2.03 AlGaAs 、 GaAsP
綠色 570~500 1.9~4 AlGaInP 、 GaP
藍色 500~450 2.48~3.7 InGaN 、 ZnSe
紫色 450~380 2.76~4 InGaN
LED 燈特性
你吃麵它喊燙，風幫你吹涼
-
+ BZ
試想
• 完成「當人被電，蜂鳴器會幫你叫」的電路
• 與風力發電機結合
+-
BZ
實驗大綱
• 蜂鳴器、 BJT 電晶體 x 3
• LED 發光二極體
• 9V 電池 ( 含專用接頭電線 )
• 麵包板、電線盒、三用電表
• 發電機、剪刀
• 銲槍
• 已製作好之扇葉
實驗器材
• 雙極性電晶體 (bipolar junction transistor ， BJ T) 依結構區分，有 npn 型及 pnp 型兩種
Base
基極Emitter
射極Collector
集極
Collector
集極Base
基極
Emitter
射極BJT 電晶體簡介
• 達靈頓結構： 1953 年由貝爾實驗室工程師 Sidney Darlington 發明，亦稱為高電流增益 放大器
• 將多個晶體共同接在一個集極的作法（共集 極），此結構提供一個比結構中任意單一個 雙極性電晶體高很多的電流增益。
達靈頓電路
蜂鳴器
C1 B1
E1
C2 B2
E2
C3 B3
E3
- +
-
+
- BZ
+
電路設計圖
1. 麵包板是一塊有很多小插孔的板子，看起來很 像麵包中的小孔，因此而得名。
2. 主要為電子電路的無焊接實驗設計而製造的，
各種電子元件可依需要隨意插拔，免去焊接，
節省電路組裝時間。
麵包板介紹
正面
背面
正面 5 個孔以 背面 金屬條連接
元件插入孔中 與金屬條接觸 達到導電目的
麵包板通斷路圖解
• 因本架構裡有有源電子蜂鳴器，需用大電流使 其驅動，產生「嗶嗶」、 「嗶嗶」的效果
為什麼需要「達靈頓電路」？
蜂鳴器
C1 B1
E1
C2
B2
E2
C3
B3
E3
- +
-
+
- BZ
+
電路設計圖
騎著腳踏車隨時都可風 力發電
在有需要的時候
再將雙手與電線接觸導 通電路利用蜂鳴器與 LED 提 醒前方路人
說好的風呢？
• 焊接兩條電線到發電機上
• 利用寶特瓶做出簡易風力發電機
• 移除 9V 電池，接上風力發電機之兩條電線
