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1、高中職綠色能源暨非核家園教學模組高中職綠色能源暨非核家園教學模組主題五主題五 太陽能及風能的發展與應用太陽能及風能的發展與應用國立台中師範學院環境教育中心編製國立台中師範學院環境教育中心編製中華民國中華民國 93 年年 10 月月1目目 錄錄壹、主題：太陽能及風能的發展與應用.2 貳、教學目標.2 叁、教學簡案.2 肆、課程內容.3 一、何謂再生能源.3 二、除了水力能外，太陽能及風能是目前發展最成熟的再生能源技術。.4 三、太陽能的發展及應用.5 (一)太陽熱能應用的技術原理 .5 (二)太陽電能應用的技術原理 .8 (三)製備太陽能電池實驗 .14 (四)太陽能目前應用的困難 .16 四、
2、風能的發展及應用.17 (一)風能應用 .17 (二)風力發電原理 .18 (三)風車種類 .20 (五)風力機位置的選擇 .21 (六)風力發電應用的困難 .24 伍、對策與方法.25 陸、參考文獻.262主題五主題五 太陽能及風能的發展與應用太陽能及風能的發展與應用壹、主題：太陽能及風能的發展與應用壹、主題：太陽能及風能的發展與應用貳、教學目標貳、教學目標一、認知：1.了解可能遭遇之能源危機，及節約能源的重要性。(高中基礎物理 7-3 地球的能源，7-4 能源的有效利用與節約；高中基礎化學 4-2 能源與生活)2.了解何謂再生能源。(高中基礎物理 7-1 核能，7-3 地球的能源；高中基礎
3、化學 4-2 能與能源，4-4 其他能源)3.了解目前除了水力能外，太陽能及風能是目前發展最成熟的再生能源技術。(高中基礎物理 6-1 電的認識，7-1 能量的形式和轉換；高中基礎化學 4-2 能源與生活，4-4 其他能源；高一基礎地球科學(全) 10-2 活生生的太陽；高三地球科學（下）第四章 太陽；高一基礎地球科學(全) 8-1 風的成因)4.了解再生能源中太陽能的實際應用。(高中基礎物理 6-1 電的認識，7-1 能量的形式和轉換；高中基礎化學 4-2 能源與生活，4-4 其他能源；高一基礎地球科學(全) 10-2 活生生的太陽；高三地球科學（下）第四章 太陽)5.了解再生能源中風能的實
4、際應用。(高中基礎物理 6-1 電的認識，7-1 能量的形式和轉換；高中基礎化學 4-2 能源與生活，4-4 其他能源；高一基礎地球科學(全) 8-1 風的成因)二、情意：培養在日常生活中節約能源的習慣，並注意再生能源的新資訊。 （高中基礎物理7-4 能源的有效利用與節約；高中基礎化學 4-2 能源與生活）三、技能：1.如何設計、計算太陽能板所需數量。 （高中基礎物理 7-1 能量的形式和轉換；物質科學物理篇下冊 8-3 能量守恆）2.製作簡單的太陽能電池。(高中基礎物理 6-1 電的認識；高中基礎化學 4-2 能源與生活)叁、教學簡案叁、教學簡案一、單元名稱：太陽能及風能的發展與應用二、施教
5、對象：高中職三、教學時數：三節課(150 分鐘)四、學生預備知識：31.對能源有初步的認知。2.有節約能源的概念。3.對太陽能及風能簡單應用有初步的認識。4.對發電原理有初步的概念。五、教學過程：1.討論再生能源的種類及用途。(請學生發表)2.以投影片或電腦媒體簡介，或以圖片展示再生能源的實際應用情形。(使學生了解目前再生能源的應用情形)3.引導、並讓學生了解除了水力能外，太陽能及風能為目前數種再生能源中應用最廣的二種。(含 1、2 兩點共 30 min)4.請學生分組，分別收集太陽能及風能目前之應用情形及所遭遇問題的資料，並彙整成一簡報。 （課後作業 5 min）5.以投影片介紹太陽能的實際
6、應用，並討論目前應用時的困難。(請學生發表看法 15 min)6.教導學生太陽能的應用原理、設計及計算。 （計算太陽能加熱及太陽能發電例題 25 min）7.製作太陽能電池。(實驗 30 min)8.以投影片介紹風能的實際應用，並討論目前應用時的困難。(請學生發表看法 20 min)9.教導學生風能的原理、設計及計算。 （計算風能發電例題 20 min）10.歸納總結：讓學生了解開發利用太陽能及風能的目的在於能源多元化、減少及節約化石能源的使用、發展再生能源，以達到能源永續利用的目的。(5 min)本模組藉由大量彩色圖片的輔助、實驗的實際操作，再加上討論分析活動，就太陽能及風能的原理、應用及設
7、計，設計了三節課的教學內容，其目的是希望學生能有充分的時間，可以利用以上課程詳實的了解此兩項再生能源之運用。藉由實驗引發同學的興趣，並由分組討論使同學皆參與其中。最後以測驗方式掌握同學對此課程之了解程度。肆、課程內容肆、課程內容一、何謂再生能源指那些取之不盡的天然資源，例如太陽能、風能、地熱能、水力能、潮汐能、生質能等，都是透過轉化自然界的水、風、太陽光等能量成為能源，過程中不會產生污染物，且可長時間供應使用，不曾有資源耗竭的問題，又稱為可再生性能源。4根據經濟部能源委員會九十一年五月臺灣能源統計年報（九十年） 資料顯示，在技術與成本的限制下，預估世界石油蘊藏量只可再開採四十年，天然氣可開採六
8、十二年，煤炭可開採二百二十七年，而核能發電的燃料源自鈾礦，預估尚可開採七十七年（若核燃料回收未再重新處理運用） 。可看出現在全世界依賴最深的主要能源石油及天然氣，在二十一世紀的前半，就將日趨枯竭(郭博堯，2002)。面對此情況，我們除了應該節約使用有限的油氣及煤外，同時應儘速開發台灣豐碩的水力能、風能、太陽能、地熱能、海洋溫差能、潮汐能及波浪能等寶貴的再生能源，改進我們的經濟及生活環境。其中世界各國運用最廣的再生能源，除了水力能之外，就數太陽能及風能。二、除了水力能外，太陽能及風能是目前發展最成熟的再生能源技術。水力為最傳統的再生能源之一，水力發電技術也是再生能源中最成熟者(再生能源網，200
9、4)。水力發電一般可分為川流式、水壩（庫）式及抽蓄式發電。抽蓄式發電是在白天用電尖峰時水庫放水發電，夜間時則利用過剩的電力，把水抽上水庫（電能轉換為位能） ，以供白天用電尖峰時發電。水力發電流程如圖 5-1。圖 5-1 水力發電流程圖(資料來源：http:/ 5-1 可見太陽能及風能為目前各國致力發展的技術。表 5-1 各先進國再生能源設置量在 2010 年以前要增加的倍數(以 1995 年為基準)美國日本韓國歐聯太陽能1.9 倍5.5 倍以上13 倍15.4 倍風能8 倍17 倍以上315 倍16 倍生質能1.5 倍8 倍以上7.5 倍30 倍5光電 (PV)能源230 倍以上17 倍100 倍(資料來源：http:/news.ngo.org.tw/issue/energy/sub-energy00071101.htm)自從 1973 年第一次石油危機發生，世界各國警覺到化石能源的獨佔性及有限性，因此積極開發太陽能源應用科技，以期利用太陽能源應用之技術減低對化石能源的依賴性。時至於今，並未達成太陽能源的利用作為化解石油危機的功能。反
