#7346 cn

-CN 件/組

探索太陽能

DISCOVER THE POWER OF SUNLIGHT

頁序 目錄＆產品特色

P1

給家長們的建議＆安全注意事項

P2

零件表

P3

認識太陽

P4

太陽能的發展歷史

P5

全球暖化現象

P6

太陽能電池原理、太陽能電池材料種類

P7

太陽能光電系統、光觸媒

P8

模型 1 直昇機

P9-12

模型 2 機器人

P13-16

模型 3 月球車

P17-20

模型 4 鍬形蟲

P21-24

模型 5 螳螂

P25-29

太陽能的優點與未來的發展

P30

產品特色 ˙ 智高新推出的太陽能實驗組，全新設計，帶給你全然不同的視覺享受。

設計 ˙ 智高這次採用了全新的色彩設計，綠色的積木顛覆了之前傳統色群的積木，擬真出昆蟲的外貌，給你耳目 一新的感受。 ˙ 馬達與齒輪的創新設計，讓模型模擬出昆蟲行動的效果。 ˙ 新型高效能太陽能充電電池盒，可以切換充電 / 放電模式。 ˙ 40 倍馬達，加上新穎的太陽能板設計，能夠提供 3 伏特的電壓，才能夠驅動這麼大體積的模型，是太陽能 積木的嶄新突破。 ˙ 太陽能板與電池盒的連接更便利，只需一個插頭，就能在陽光不足的情況下，利用一般電池驅動你的模型。

學習 ˙ 30 頁彩色說明書示範如何組裝五種模型，除了詳細的組裝步驟圖之外，還有進一步的原理與應用。 ˙ 瞭解太陽能的發展與應用，刺激孩子對地球如何永續經營的好奇與關心。 ˙ 太陽能動力與馬達的結合，進一步瞭解為什麼模型經過太陽的照射就可以動。 ˙ 各式各樣不同的模型，刺激孩子無邊的想像力與創造力。

創新 ˙ 智高有別人沒有的想像力，創造出仿真的昆蟲活動，利用太陽能為動力來驅動所有的模型。甚至，孩子透 過學習後可以加入自己的經驗與想法，引導孩子擁有自己獨特的企圖心與創意思考，組裝出獨一無二的模 型，讓孩子玩得開心，也玩得安心。

1

給家長們的建議 ˙ 請詳讀教學手冊內的安全注意事項。建議您可以依照說明書裡面的步驟組裝模型。很快地您就可以 知道如何組裝零件並且如何組裝您所想要的各種模型。 ˙ 本產品適合八歲以上的兒童，其最大的特色是在創造精巧及有趣的模型的過程中，學習到齒輪傳動 的概念，及太陽能動力的原理。 ˙ 開始組裝模型之前請告訴您的孩子一些電池的注意事項極可能發生的危險。 ˙ 請勿將電線或其他配件插入家用插座，這會造成極度的危險。這個模型只適合使用可充電電池與一 般三號電池 (1.5-Volt, AA/LR6)。

安全注意事項

產品清潔方式

˙ 勿將 3V 太陽能板長時間曝曬於高溫燈泡下已避免晶 片短路。

˙ 僅可以使用稍微沾濕的抹布擦拭。 ˙ 請勿使用清潔劑。

˙ 請準備 60 瓦以上之燈泡讓孩子使用（一般手電筒無 法達到標準），或於晴天在戶外有陽光之區域玩耍。 ˙ 勿使用一般的乾電池充電。 ˙ 勿將不同種類的電池或新、舊電池混和使用。 ˙ 只使用建議或類似種類的乾電池。 ˙ 必須注意電池的正、負極性。 ˙ 不能使電池的正、負極短路。 ˙ 用完的電池必須從電池座內取出。 ˙ 當電池沒電時，請遵照電池上的指示作廢棄物回收。 ˙ 請注意充電電池內所附的警告說明及充電時間。 ˙ 移出或放入電池時，請先關上開關。 ˙ 如果長時間不使用的話，請將電池取出。

注意 不正確的使用電池可能會產生漏電的現象，這有可能 造成電池周邊環境的損害、火災的可能性及人員的傷 害。

警告 這組玩具並不適合 3 歲以下的幼兒使用，其中包含小 朋友可能吞食的細小零件。請將玩具放在幼兒無法取 得之處。

2

零件表

3

1

2

3

x2

x4

x1

4

x3

5

6

7

8

x3

x7

x4

9

10

11

x4

x2

x2

x4

19

20

21

22

x1

x1

12

13

14

15

16

17

18

x4

x4

x4

x4

x1

x1

x4

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

x3

x8

x4

x4

x8

x1

x2

x1

x1

x6

x14

x10 x7

34

35

36

37

38

39

40

41

42

x2

x1

x1

x2

x1

x1

x2

x2

x1

1

五孔超長條（底無孔）

2

五孔超長條(側二孔)

3

五孔長條

4

三孔長條

5

三孔超長條

6

三孔超長條(側兩孔)

7

90度連接器（右）

8

90度連接器（左）

9

1/4圓長條

10

13孔扁長條

11

五孔方塊

12

7孔圓角扁長條

13

7孔圓角長條

14

三孔圓角長條

15

牛角形

16

三孔轉接頭

17

扁三角體

18

三角連接器

19

關節

20

龍頭

21

身體主體

22

扁正方體

23

小齒輪

24

軸扣

25

凸輪連接器

26

自轉軸（短）

27 長結合鍵

28

小綠能飾蓋

29

1/4小綠能飾蓋

30

側面外殼（右）

31

側面外殼（左）

32

中齒輪（4孔）

33

短結合鍵

34

齒輪固定器

35

40倍馬達盒

36

3V太陽能板

37

7公分長軸

38

3V單孔雙用電池座 (雙切開關)

39

粗水管20公分

40

馬達短軸

41

足部主體

42

扳手

認識太陽 我們都知道，生物賴以為生的三種元素就是：「太陽」、「空氣」、「水」，我們生活的地球所位於的這個星系 稱為太陽系，而太陽就是整個星系中心的恆星。 太 陽 的 直 徑 大 約 是 1,392,000 6 （1.392x10 ）公里，相當於地球 直徑的 109 倍，是一個組成元素幾 乎就是熱電漿與磁場交織的球體， 質量大約是 1.987x10 30 kg（相當於 地球的 330,000 倍）。

中心（絕對溫度攝氏一百五十萬度）

輻射層

對流層

以化學成分來看，太陽質量的大約 四分之三都是氫氣，而剩下的四分 之 一 幾 乎 都 是 氮， 其 他 的 重 元 素 質量皆少於 2％，包含氧、碳、氖 等 等。 太 陽 的 表 面 溫 度 大 約 接 近 6000°C，它的能量來自於氫融合成 氦的核融合反應。太陽的核心每秒 鐘燃燒 6.2 億噸的氫。（圖 1）

光球層

日冕

圖1

春分（約 3 月 21 日）

冬至（約 12 月 22 日）

太陽光中的能量透過光合作用等方式滋 養著地球上所有生物的生長，也支配著 地球的四季氣候和天氣。（圖 2） 以平均距離算，光從太陽到地球大約需 要經過 8 分 19 秒。太陽一直以來都深深 影響著地球，在許多文化裡都可以看到 人類將太陽當作神來崇拜。

夏至（約 6 月 22 日） 秋分（約 9 月 23 日）

對太陽的正確科學知識是一直到 19 世紀 初，才有科學家對太陽的物質組成和能 量來源有稍微的認識。一直到今天，人 類依然在試圖更瞭解太陽，有關太陽活 動機制的方面，還有大量的未解之謎等 待著人類來破解。

圖2

4

太陽能的發展歷史 由於太陽是這麼一個質量巨大的星體，它所產生的能量也是超越我們想像的。從有人類的歷史以來，我們就一直嘗 試運用各種能源，火是據說人類最早能自由控制的能源。人類用火來照明、煮食等等，或甚至可以用來阻退敵人， 但最初人類由大自然中取得火，卻不知道如何自行生火。後來隨著時代的演變，如今我們已經很容易就可以從打火 機、火柴、瓦斯爐來生火了。進一步的，我們開始思考太陽的熱能可以讓我們運用在什麼其他的地方。 其實從 19 世紀早期開始科學家就 發現了由光產生電的現象（即為俗 稱的光生伏打），然後就一直致力 於 太 陽 能 電 池 的 發 明， 一 直 到 在 1954 年美國的貝爾實驗室發明了 第一塊有實際應用價值的太陽能電 池之前（圖 3），許多的科學家都 做了無數次失敗的實驗與嘗試，如 1883 年製造出來的第一塊太陽能電 池，其效率只有 1％。 1950 年代開始，隨著對半導體物理 性質的認識加深，以及加工技術的 進步，太陽能電池隨著科技的腳步 也慢慢的開始被廣泛的運用。 貝爾實驗室發明了第一塊有實際應用價值的太陽能電池

圖3

直至今日，在美國、日本、以色 列、澳洲等國家都大量的使用太 陽 能 裝 置 發 電 廠（ 圖 4）， 許 多 國家的政府也提倡綠能環保，並 推出許多太陽能補助專案。 例如住家鋪設太陽能板可以得到 政府的補助，而且由於太陽能板 可以蓄電，每個月若有儲存多餘 的電力時，電力公司還會跟你買 下這些多餘的電力，讓你賺錢。

圖4

5

世界龍頭科技大廠紛紛建立太陽能電廠，打造再生能源供電系統

全球暖化現象（Global warming） 其實人類會開始想要發展太陽能，最主要的原因就是由於全球的暖化現象日益嚴重。全球暖化是源自於溫室效 應，而什麼是溫室效應？ 溫室是在農業中常被用來維持溫 度的空間，讓植物能在控制的溫 度下生長（例如在寒帶地區想種 植熱帶植物時，就需要溫室）。 地球的大氣層就扮演溫室的角色， 當太陽光輻射的光與熱反射回太 空時，大氣層中的氣體會吸收這 些光和熱，而被大氣層包裹住的 地球，就可以保持在一定的溫度。 （圖 5）大氣層中這些會吸收光與 熱的氣體，我們就稱做「溫室氣 體」。

玻璃阻隔熱能

太陽光輻射

地表反射熱能 圖5

圖6

而全球暖化現象就在於，人類製造 了過多的溫室氣體，這些氣體主要 有二氧化碳（CO 2 ）和水蒸氣，還 包括甲烷 (CH 4 )、氟氯碳化物類 ( 含 CFCs、HFCs 及 HCFCs)、 全 氟 碳 化 物 (PFCs)，及六氟化硫 (SF 6 ) 等。 （圖 6）

氫氟碳化物 氧化亞氮

當工業革命之後，溫室氣體的排放 量急速增高，導致地球溫度的上升 速度是之前一百年的雙倍以上，這 些都是源自於人類的活動，如燃燒 化石燃料及大量砍伐樹林等。

甲烷 二氧化碳

現今人類發展所有綠色能源（包含太陽能、水力、風力、地熱等等發電），就是希望能夠取代目前所使用的傳統能源， 並解決全球的暖化現象。（綠色能源最主要的特色就是不會排放溫室氣體）

6

太陽能電池原理 太陽能電池是利用矽（Si）為主的半導體材料，作為電晶體及積體電路元件，利用光伏特效應（Photovoltaic effect）技術（有光線照射就可產生電力）。電池的基本結構是 P 型與 N 型的半導體連接而成的，我們稱這種 結構為一個 PN 接面。 由於有效載子濃度不同，在 PN 接 合處會產生一個由 N 流向 P 的電 場，當光子被半導體吸收時，所 產生的電子會受電場作用而移動 至 N 型，而電洞則移動至 P 型， 被兩側的電極所收集，接線之後 就可以產生電力。（圖 7）

太陽能 電極

N 型半導體 太陽能電池產生的電是直流電， 所以當要提供電力給家用電時， 都需加裝逆變器才能加以利用。

P 型半導體 反射防止膜

負載 電流

電極

圖7

太陽能電池材料種類 太陽能電池的材料種類可分為：矽晶、化 合物半導體、有機半導體，主要的矽晶還 能再分為：單晶矽、多晶矽以及非晶矽。 （圖 8）

單晶矽

非晶矽 多晶矽

圖8

7

此圖為較具代表性的太陽能電池製造方 法。單晶矽是最早被發明出來的太陽能電 池，但缺點是製造方面複雜且成本也高。 後來開發的多晶矽半導體雖然轉換的效率 比較低，但成本也相對低許多。 目前市面上主要還是這兩種為主，而非晶 矽太陽能電池是目前最新的技術，製造所 花費的能源、材料、成本等等都大幅降 低，被期待是更具有低成本特色的太陽能 電池。

太陽能光電系統 一般來說太陽光電系統可以根據與商用電力系統間的關係做大致上的區分，與商用電力系統完全無關，不需 要其他補助電源的系統稱為「獨立型系統」，一般適用於一些偏遠地區，很難架設電線的地方，或是必須花 費柴油發電等燃料運輸成本的地方 來說，獨立型系統都是相當有利的系 統。 太陽能光電模組

在日本，太陽能家用光電系統已成為 住宅用的核心系統，並且已漸漸普 及。（圖 9） 新設雙向電表

太陽能光電系統適合在日照充足的地 區，你覺得在地球上哪些地區最適合 呢？

家電負載

家用光電系統 Q 與 A

即設電表

Q: 一般透天住宅的屋頂可裝設多大容 量的太陽光電發電系統 ?

A: 若使用單晶或多晶模組產品，在平 圖9 屋頂設置條件下（須考慮太陽光電模 組前後排列），通常 1 瓩 (kWp) 的太陽光電系統約需 10 平方公尺 ( 約 3 坪 ) 的設置面積，在斜屋頂設置條件下， 則約為 7~8 平方公尺。選擇不同轉換效率的模組產品，亦會影響可裝設的系統容量；相同面積下，使用較高轉 換效率的模組產品，可裝設的系統容量會較大。

光觸媒 光觸媒指的就是碰觸到「光」的媒介， 它是一種具有促進化學反應效果的物 質，所以也稱光催化。( 圖 10）

光觸媒 正孔

有害 有機化合物

電子

CO 2

陽光紫外線 分解

分解

在科學界裡一直都是各國爭相研究的 題目，也出現了各式各樣的紫外線反 應性氧化物半導體，大家都在研究什 麼樣性質的媒介才能有最大的功效。

常 用 的 光 觸 媒 有 磷 化 鎵 (GaP)、 砷 化 鎵 (GaAs)、 氧 化 鋅（ZnO） 等 等，但最常被使用的始終是二氧化鈦 (TiO2 )。因為二氧化鈦 (TiO 2 ) 的氧 化能力強、化學性安定又無毒。二氧 圖 10 化鈦是一種半導體，分別有金紅石型 （Rutile）、銳鈦礦型（Anatase）與板鈦礦型（Brookite）等三種結晶結構，但其中只有銳鈦礦結構具有光觸媒特性。 但反應速度要有理想的效果，還需要透過奈米科技的製作。

H 2O

8

直升機 模型 1 所需零件 1

3

4

x1

x1

14

x3

8

10

11

12

13

x2

x2

x2

x4

x1

5

6

7

x2

x3

x4

x4

16

19

20

23

25

27

28

29

x1

x2

x5

x2

x2

x8

x1

x2

30

31

32

33

35

36

37

40

x1

x1

x5

x7

x1

x1

x2

x2

2 1

1 2

3

9

3

4

模型

1 直升機

5 6

7

9 8

10

直升機 模型 1

10

11

13

12

14

11

模型

1 直升機

15

完成 電池盒組裝

12

機器人 模型 2

所需零件 1

5

6

7

9

11

14

15

19

20

x1

x2

x4

x2

x2

x4

x2

x3

x6

x2

27

30

31

32

33

35

36

40

41

x8

x1

x1

x2

x7

x1

x1

x2

x2

1

2

13

模型

3

2

機器人

4

5

6

7

14

機器人 模型 2

8

15

模型

2

機器人

9

完成

電池盒組裝

16

月球車 模型 3 所需零件 1

2

3

4

5

6

7

11

12

14

15

x2

x2

x1

x2

x1

x7

x1

x4

x2

x1

x4

16

17

18

19

20

23

26

27

28

30

31

x1

x1

x4

x7

x6

x1

x4

x7

x1

x1

x1

32

33

35

36

37

40

41

x6

x14

x1

x1

x1

x1

x1

1

共兩組

2

4

3

1 3 2 17

模型

3 月球車

5

6 共兩組

7

8

1

共兩組

2

1

9 2 1 1

18

月球車 模型 3

11 10

12

13

14

19

模型

3 月球車

15

完成

電池盒組裝

20

鍬形蟲 模型 4 所需零件 1

2

4

x2 x2 15

5

x1 x2

6

7

8

9

11

12

13

14

x7

x1

x3

x2

x4

x4

x4

x2

27

28

29

x1

x2

16

18

19

20

21

23

24

25

x2 x1

x4

x6

x7

x1

x1

x4

x2 x8

30

31

32

33

34

35

36

37

40

x1

x1

x2

x14

x2

x1

x1

x1

x1

1

2

2

21

1

模型

4

鍬形蟲

3 4

5

6

7 8

22

鍬形蟲 模型 4

9

10

11

2

1

12 2

13 共兩組

23

模型

4

鍬形蟲

14

完成

電池盒組裝

24

螳螂 模型 5 所需零件 1

2

4

x2

x4

x3

18

19

x4 x10

5

6

7

x3

x7

x4

8

10

11

13

14

15

x4

x2

x4

x4

x4

x4

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

x7

x1

x1

x3

x8

x4

x2

x8

x1

x2

30

31

32

33

35

36

37

x1

x1

x4

x8

x1

x1

x2

39

x1

40

x1

2

1

把 20 公分長的管剪成兩段 10 公分

3

25

4

共兩組

模型

5

5

螳螂

6

7

8

9

10

26

螳螂 模型 5

11

13 12

C 孔C Hole

14共四組

C 孔C Hole

15共四組

16共兩組

27

模型

17 共兩組

5

螳螂

俯視圖

18 19

20

28

螳螂 模型 5

21

22

完成

電池盒組裝

1

29

2

太陽能的優點與未來的發展 綜合以上的理論看來，太陽能光電系統勢必是未來能源的趨勢。因為太陽是人類永 久性的能源，取之不盡、用之不竭。 最明顯的優點如： ˙ 太陽能是到處都有的，不需成本。 ˙ 太陽能不會帶來污染，不會排出污染的物質。 ˙ 太陽能不像核能發電有放射或核爆的危險性。 但是太陽能也有他還無法克服的困難，這些困難也是目前太陽能還無法普及的最大 原因，需要科技一步一步的克服。如： 一、太陽能板的裝置佔有相當大的面積。由於太陽光的面積大，能量密度低，非常 的分散，所以要蒐集足夠利用的能源相對需要面積夠大的面板。 二、太陽能會受氣候以及天色的影響。例如到了晚上，太陽已經消失的時候，使用 太陽能家電就勢必要有儲存裝置，不然到了晚上家電都無法使用了。但這種儲存裝 置就增加了技術及成本上的 負擔。 三、雖然太陽能本身是不會 製造任何污染，但太陽能板 的製作需要純度極高的半導 體，製作這些半導體需要消 耗很大的能量，過程中也會 產生污染。 結論： 整體來說，太陽能發電是一 種勢在必行的方向，但目前 科技上還有很多要突破的瓶 頸，有待未來的科學家來創 新，帶領人類走向未來的綠 能新領域！

球形玻璃太陽能發電機 作為一款支援「電遷移」（Electro-

mobility）獨立式充電站，發電機 採用了球形透鏡和特殊的幾何結 構，以便能夠比現有的光電平板提 升 35% 的能源利用效率。

30

#7400-CN 5 模型 擬真風力發電組 77 件/組

#7399-CN 5 模型 太陽能越野車 37 件/組

#7362-CN 22 模型 4.5伏可充電 272 件/組 太陽能專業組

#7323-CN 15 模型 水力發電 165 件/組

#7375-CN 30 模型 超級水動能 176 件/組

#7363-CN 22 模型 金屬燃料電池 91 件/組

#7401-CN 6 模型 多功能風帆車 40 件/組

#7402-CN 5 模型 超輕量滑翔機 44 件/組

#7403-CN 5 模型 彈力陸海空 71 件/組

MADE IN TAIWAN 本期內容之著作權，依法由智高實業股份有限公司享有 未經正式書面授權‧禁止轉貼節錄 © 智高實業股份有限公司 2015 - ALL RIGHTS RESERVED