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只是隨手關燈太落伍,節電靠各地智慧

自己的電自己省_96
・2016/05/13 ・3643字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 530 ・七年級

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本文由經濟部能源局贊助

「有人問我,做一個經濟部長,心裡壓力最大的是什麼事?」經濟部部長鄧振中在 4 月 26 日的智慧節電計畫成果分享發表會說:「臺灣的電力問題絕對是其中之一。除了在供應面要持續拓展替代能源、需求面也要鼓勵全民共同養成好的用電習慣。」

為了養成良好的用電習慣,主打「自己的電自己省」的智慧節電計畫志在讓各地方縣市以節電 2% 為目標,這一年來共有基隆市(-1.92%)、新北市(-1.00%)、新竹市(-0.96%)、臺北市(-0.27%)、桃園市(-0.22%)、台中市(-0.00%)六個縣市達成「用電零成長」的成績。

經濟部部長鄧振中表示,雖然這一年來全臺灣的整體用電仍微幅成長 0.05%,但各縣市低度的用電成長仍值得鼓勵,也可藉著「智慧節電計畫成果分享發表會」和節電有成的縣市互相取經。

1.智慧節電計畫成果分享發表-經濟部部長致詞
智慧節電計畫成果分享發表——經濟部部長致詞。

分享會中的新北市政府分別以節電參與式預算、媽省理工與節電認同券、機關雲端空間和 PFI 採購模式這三個主題向其他縣市分享經驗。

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由下而上的草根民主實驗

節電參與式預算」是嘗試讓公民智慧進入城市治理的新典範,改變了過去「市府請市民配合」的模式,讓市民有機會從政策設計就開始關心、參與自己所在城市的能源未來。

「節電參與式預算重點不在產出偉大計畫,而是讓市民開始學習、關注自己住區的用電情形,整個過程本身就是政策宣傳。」這場由下往上的草根民主實驗,以永和區和蘆洲區的社區大學為示範區,期程共約三個月,兩區市民發展出的提案風格也很不同。

蘆荻社大節電中」的參與者從小學生到新住民都有,因此提案也充滿不同居民的生活經驗和發想特色——例如巡守隊腳踏車、小學生漫畫、家庭主婦圍裙、新住民野餐等等。蘆洲過去從工業區起家,如今也有不少新住民的加入。說明會開始前,蘆荻社大就深入菜市場、公園、神將腳、市場攤商等「庶民出沒地」進行宣傳,最後的宣傳也結合蘆洲大拜拜和神將文化祭,以「人人來參與、投票審預算」為號召,在園遊會設攤讓民眾親身認識不同提案並且現場投票。

同樣是參與式民主,在以住宅區為主、且上班族和高教育族群居多的永和區,過程中的說明會和工作坊的知識溝通成分也更多,產出不少往公園路燈、集合式住宅等公共場域思考的提案方向。最後的審議形式,除了紙本也開放了網路投票,因此獲得更高人次的參與;在投票設計上,永和區也允許市民一次投給四個中意的提案、並且從九個提案中選出前七名共享經費額度。

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同樣著墨於市民參與,臺北市資訊局則以「創意節電黑客松實證計畫」為主打,引進科技圈日益廣泛的「黑客松」活動,吸引許多具有資訊工程背景的大學生參加,發想出許多智慧監測家庭耗電裝置的提案。這些提案多半強調「對使用者友善」,例如利用手機一鍵關燈、以APP統一多個家電的操控介面、或是設計視覺化圖表取代冰冷無感的電費帳單。

節電認同券,比帳單減免更有感

在地的區里是縣市政府嘗試對住宅部門經營節電宣導的必爭之地。「相較於服務業等產業部門可以利用法規去要求節電,一般市民是地方政府比較難觸及和要求的對象。」很多地方政府舉辦以里為單位的節電競賽,新北市環保局則更推出「媽省理工」的頭銜,希望推廣不要集中在里長等少數人的肩上、而能吸引更多婦女和里志工加入節電輔導員的行列,做「有感情」的串門子輔導。

2008 位的「媽省理工」經過培訓和資格認證,對自己節電輔導員的身分更具有認同感、也讓鄰居們更信任他們,2.5萬戶以上的家庭都完成了居家節電輔導。如果做好資源回收,也可以去里長那裡累積點數、免費換取 LED 燈。除了區里,新北市也直接開放所有居住(包括租屋)在新北市的居民參加「節電認同券」計畫。同樣是從電費來評估省電的進步程度,新北市環保局表示回饋超商購物券的方式比電費帳單直接減免「更有感」

https://www.youtube.com/watch?v=44TMSrhaXJU

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「也許只是兩百元的獎勵,但是我太太帶著鄰居好友們一起去超商喝下午茶,好友們好奇問她為什麼有購物券……無形之中讓更多人認識了這個計畫。市民反映這個計畫和抽獎相比更踏實,因為是幾分努力就會換得幾分成果(購物券額度);有簡訊主動提醒也很貼心有感。有參與認同券計畫者,節電率比起新北市整體平均節電率高了 1~2%。」

新北市環保局也深入分享,節電認同券的參加者以 30~50 歲擅長資訊操作者居多,和媽省理工以 50~60 歲的年齡分布恰好相反;觀察居住型態,套房的節電率可達 37%,遠遠超出華廈大樓,而小家庭與單身者也比起大家庭與三代同堂更容易達成省電目標。

創新採購模式

為了達成機關節電目標,新北市除了為市府建築引進雲段智慧管理系統,還採用了創新的 PFI 採購模式(Private Finance Initiative,民間財務主導公共建設),突破傳統採購限制,徵求民間融資提案、全面換裝 LED 節能路燈,在不增加政府財政負擔的狀況下快速提公共服務水準(6 年縮短為 1 年),在換裝後的一年來已經節省 1 億元的電費、在機關部門創下了 13.5% 的漂亮節電率。

新北市政府分享經驗,過去的採購契約是「多裝多拿」的付款方式,每當遇上天災等不可抗力的路燈維修因素,地方政府就必須無止盡的吸收成本、逐年編列預算分批換裝;現在 PFI 採購模式改採固定支付金額,使承包商在平時就會努力維護路燈壽命、減少重複裝設的成本。市府方採分期付款機制,且依路燈服務效果「先享用後付費」,在全額付款前就可讓全市獲得一次性的換裝成果。

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同樣從機關財政的角度切入,高雄市政府重點分享導入 ESCO(Energy Service Company,能源服務公司)採購的推動模式,此模式允許市府機關無需先編列採購經費,而是將節省下來的電費作為支付 ESCO 廠商的費用。因為採「先服務、後付款」模式,更保證節能績效,估計一年可節省 157 萬度電、相當於 486 萬的電費。

5.高雄市-高雄市ESCO採購示範SOP手冊及推廣方式
高雄市 ESCO 採購示範 SOP 手冊及推廣方式。

汰換水銀路燈,基隆節電第一名

節電總成績以 1.92%(約 2204 萬度電)奪得第一名的基隆市,關鍵就在於汰換全市 80% 以上的水銀路燈為 LED 燈泡。以七堵區為例,換裝 4,818 盞LED路燈後,節電效益可達一年 719.9 萬度電。

基隆市政府同時補助社區及公寓大樓推動節能、為提出需求的單位提供現場輔導的服務、重點診斷市立醫院的用電設備、媒和在地 ESCO 公司替社區與服務業者改善節能效益等等。公家機關為了帶頭示範,也開展屋頂太陽能光電系統、屋頂風力發電系統等計畫,在機關部門取得 16.19% 的節電成績。

新竹市取得總節電率的全國第三名,在住宅部門強調「用電行為改變」和「老久電器汰換」兩大重點,除了從集合式住宅公設的照明系統更新下手,也以各里為單位舉辦節電績優競賽、將節電經驗橫向擴散至各里,在住宅部門達到了 2.11% 的高節電率。

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新竹市過去一年來新設的運動中心、水資源回收中心、文化局演藝廳、以及增設實驗機組的國家同步輻射研究中心,共替新竹市增加了約 200 萬度的年用電;但其他政府機關的節電率達到了 2.34%~4.53%。市政府亦推動了 LED 路燈的換裝,新設的 23,736 盞路燈,為新竹市節省了 1,007 萬度電。

因地制宜,鼓勵寺廟汰換神明燈泡

臺南市政府考量到市區和郊區的用電特質差異大,推出「節電 37 區,區區有意思」,讓各行政區各自施展身手,每個月的節電達標行政區也都越來越多。比較有趣的是,因為臺南寺廟多,區公所特地協助寺廟汰換 LED 神明燈泡,讓節電政策更走入在地。除此之外,也鼓勵市民汰換老舊家電即可抽獎送 LED 燈泡、輔導服務業用電大戶和大專校園、協助 40 處低碳社里更換節能燈具。

800px-台南市孔廟大成殿外觀右側
台南廟宇眾多,政府鼓勵將傳統燈泡汰換為LFD燈,照片為台南孔廟。圖/wikipedia

從服務業能源大戶下手

臺中市在服務部門針對市內能源大戶下手,包括大型量販店、觀光旅館和百貨公司,協助量身打造節能方案;在居民方面則選擇住宅屋齡較高者為優先執行對象、依住宅特性設定照明時間以節省用電;並汰換公有停車場、公有市場、區公所等場所的燈具為 LED 燈,一年下來大幅節省了 14 萬度電,整體節電 0.00%,達成了用電「零」成長的初步成績。

本預期服務業部門比起住宅部門更容易節電的桃園市,針對能源大戶舉辦節能診斷輔導、並且補助智慧節電服務業,不過從全國的服務業部門用電率不減反增了 0.8% 便可窺知,要提昇業者更換老舊設備的意願仍是未來的桃園挑戰。儘管桃園市遇到人口和店家新增,但在住宅部門仍有節電佳績,達成了 0.22% 的整體節電率、成為全台第五名的節電縣市。

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8.經濟部部長與縣市代表大合照
經濟部部長與縣市代表大合照。

開拓替代能源的工作是從供應端控制節電,而使用端無論是一般民眾、服務業或製造業者、甚至是公家機關,也都有能力達成自己能做的節電工作。各縣市從智慧節電計畫中絞盡腦汁薈萃出的方案,證明了節電好習慣不只是隨手關燈這麼單純,地方的智慧自會發展出符合地方條件的節電特色,替遙遠的北極熊敬上一份心意。

 

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自己的電自己省_96
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台灣能源主要都是進口的,但你知道嗎,我國有98%都是仰賴國外能源,所以節電只能靠你我做起,自己的電自己省!! http://energy-smartcity.energypark.org.tw/

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ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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本文與 威力暘電子 合作,泛科學企劃執行。

想像一下,當你每天啟動汽車時,啟動的不再只是一台車,而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機,後果會有多嚴重?方向盤可能瞬間失靈,安全氣囊無法啟動,整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情,而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天,我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟,汽車的「大腦」—電子控制單元(ECU),是如何從單一功能,暴增至上百個獨立系統?而全球頂尖的工程師們,又為何正傾盡全力,試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化?

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代,當時的汽車工程師們面臨一項重要任務:如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力?「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現,關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間:火星塞的點火時機,也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內,這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一!引擎效率就能提升整整一成!這不僅意味著車子開起來更順暢,還能直接省下一成的油耗。那麼,要如何跨過這道門檻?答案就是:「電腦」的加入!

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工程師們引入了「微控制器」(Microcontroller),你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法,在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內,精準計算出最佳的點火角度,並立刻執行。

從此,引擎的性能表現大躍進,油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元(ECU)的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功,在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像:「這 ECU 這麼好用,其他地方是不是也能用?」於是,ECU 的應用範圍不再僅限於點火,燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車,甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而,問題來了:這麼多「小電腦」,它們之間該如何有效溝通?

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為了解決這個問題,1986 年,德國的博世(Bosch)公司推出了一項劃時代的發明:控制器區域網路(CAN Bus)。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上,就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是,CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如,煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息,絕對能搶先通過,避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題,但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線,並連接各種感測器和致動器。結果就是,一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里,總重量更高達 50 到 60 公斤,等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面,大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束,簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障,無疑讓人一個頭兩個大。

大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。/圖片來源:shutterstock

汽車電子革命:從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代,汽車電子架構迎來一場大改革,「分區架構(Zonal Architecture)」搭配「中央高效能運算(HPC)」逐漸成為主流。簡單來說,這就像在車內建立「地方政府+中央政府」的管理系統。

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可以想像,整輛車被劃分為幾個大型區域,像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙,就像數個「大都會」。每個區域控制單元(ZCU)就像「市政府」,負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合,並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理,就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台(HPC)擔任,統籌負責更複雜的運算任務,例如先進駕駛輔助系統(ADAS)所需的環境感知、物體辨識,或是車載娛樂系統、導航功能,甚至是未來自動駕駛的決策,通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中, 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子,便精準地切入了這個趨勢,致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢,威力暘提供的解決方案,就像是將好幾個「分區管理員」的職責,甚至一部分「超級大腦」的功能,都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力,可同時支援 ADAS 與車載娛樂,還能兼容多種通訊協定,大幅簡化車內網路架構。如此一來,車廠在追求輕量化和高效率的同時,也能顧及穩定性與安全性。

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2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

萬無一失的「汽車大腦」:威力暘的四大策略

然而,「做出來」與「做好」之間,還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯?具體來說,威力暘電子憑藉以下四大策略,築起其產品的可靠性與安全性:

  1. AUTOSAR : 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層(RTE)和基礎軟體層(BSW)。就像在玩「樂高積木」,ECU 開發者能靈活組合模組,專注在核心功能開發,從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
  2. V-Model 開發流程:這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般,左側從上而下逐步執行,右側則由下而上層層檢驗,確保每個階段的安全要求都確實落實。
  3. 基於模型的設計 MBD(Model-Based Design) 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具,把整個 ECU 要控制的系統(如煞車),用數學模型搭建起來,然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前,就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷,,並驗證安全機制是否有效。
  4. Automotive SPICE (ASPICE) : ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」,它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性,而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」,也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化,並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作,其能否正常運作,自然被視為最優先項目。為此,威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準:ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統(特別是 ECU)的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」,從概念、設計、測試到生產和報廢,都詳細規範了每個安全要求和驗證方法,唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略,威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準,才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而,ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡,「大腦」變得更集中、更強大後,汽車產業又迎來了新一波革命:「軟體定義汽車」(Software-Defined Vehicle, SDV)。

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軟體定義汽車 SDV:你的愛車也能「升級」!

未來的汽車,會越來越像你手中的智慧型手機。過去,車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」,想升級?多半只能換車。但在軟體定義汽車(SDV)時代,汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」,能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA(Over-the-Air)技術,車廠能像推送 App 更新一樣,遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過,這種美好願景也將帶來全新的挑戰:資安風險。當汽車連上網路,就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭,輕則個資外洩,重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV,業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略,確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程,到安全認證,這些努力,讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新,也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力,威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota,以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈,更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴,以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈,並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產,驗證其流程與品質。

毫無疑問,未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷,交由電腦判斷,比交由人類駕駛還要安全的那一天,離我們不遠了。而人類的角色,將從操作者轉為監督者,負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全,人類甘願當一個「最弱兵器」,其實也不錯!

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有興趣的事就可以做很久——張允崇專訪
顯微觀點_96
・2024/09/07 ・2954字 ・閱讀時間約 6 分鐘

本文轉載自顯微觀點

首圖用
圖/顯微觀點

「從高中生開始到大學生,甚至到研究所碩士、博士,其實你只要做一件事-叫做找到有興趣的問題」。

從藍光 LED 起始的奈米研究之旅

中研院應用科學研究中心副研究員張允崇近年致力於光電推廣教育工作,不僅作為國際光電工程學會 SPIE 的光學推廣委員會成員,還擔任中華民國光電學會教育委員會主任委員,並已連續舉辦兩屆光電學會光電教具創作競賽

張允崇自台灣大學物理系畢業後前往北卡羅萊納州立大學攻讀電機博士。時值台灣開始發展半導體的年代,加上他對光學和雷射很有興趣,因此選擇光電半導體作為研究領域,其中又以藍光 LED 為其研究重點。

LED(發光二極體,light-emitting diode)是一種半導體光源。當電流通過這個半導體電子元件時,電子與電洞複合以光子的形式釋放能量,而發出單色光。光線的波長、顏色則和採用的半導體材料種類以及故意摻入的元素雜質有關。

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一開始以磷化鎵砷(GaAsP)為材料的 LED 僅能發出紅光且效率低,因此僅作為指示燈使用。而後雖出現可發出綠光的 LED,但一直缺少藍光 LED,就無法以光的三原色-藍、綠、紅,來任意組成不同的顏色,尤其是可供照明的白光。

直到 1993 年,日本日亞化學(Nichia Corporation)的中村修二成功把鎂摻入,成功以氮化鎵和氮化銦鎵(InGaN)開發具有商業應用價值的藍光發光二極體。

有了藍光 LED 後,白光 LED 也隨即問世。因此 2014 年諾貝爾物理學獎也以「發明高亮度藍色發光二極體,帶來了節能明亮的白色光源」的理由,將獎項頒給中村修二,以及製成高品質 GaN 並首次以 pn 結構完成藍色 LED 的日本科學家赤崎勇與天野浩。

2001 年博士學位並於 2003 年返台至成大任教的張允崇說,當時藍光 LED 領域正好當紅,因此博士班期間以及回台任教之初,便以此為研究材料進行研究。

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但很快地,藍光 LED 材料愈來愈便宜且效率也已提升很多,相關應用和研究到達瓶頸,要再突破已非易事。相關領域的學者不是已經放棄,就是必須做出變化。張允崇亦是如此。

台灣從 2003 年開始,投入新台幣約 250 億元執行「奈米國家型科技計畫」,推動奈米科技發展。因此,張允崇也將研究視角轉向開發各種不同奈米製程,其中一個便是奈米球鏡微影術(Nanospherical-Lens Lithography,NLL)。

奈米球鏡微影術是使用奈米球將入射的紫外光聚焦於下方光阻,藉以製作出大面積的金屬圓盤陣列,這樣不僅可以大面積生產,使用的設備也是產業界既有生產設備,成本相對低廉。

「到 2018 年,我們幾乎可以宣稱我們是全世界做奈米球做厲害的人」。但張允崇表示,儘管奈米球鏡顯微影術可以大面積、有效率地提升製程產量,但在學術發表上外界期望看到「新功能」,加上後來到中研院任職,資源較多,便不再限制於奈米球上,而是開發各種奈米製程和新功能。

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張允崇
擔任 2024 Taiwan顯微攝影競賽評審的張允崇認為,像顯微攝影這樣「較為學術」的攝影競賽,加分之處在於拍攝者發揮創意,在平凡無奇圖案中找到有趣的地方,例如某個角度像朵花或是用不同的染色變成有趣的圖案。圖/顯微觀點

直觀研究取代考試教學

「我可以講 30 分鐘的研究,沒有任何一個公式在投影片裡」,張允崇笑稱因為自己的數學不太好,所以研究的題目「數學不會太多」。

他以奈米金屬為例,儘管背後有很多數學推導,但在他們實驗室的研究開發中,便僅以「奈米顆粒對環境折射率非常靈敏」的直覺,進一步對其作為感測器進行研究。

但與其說是「受限於數學不好」,不如說張允崇更看重科學直覺和實作,這不僅表現在他的研究,也體現在他的教學和近年致力推廣的光電教具創作競賽中。

張允崇提到之所以投入光電教具創作競賽,起因於他參與國際光電工程學會(International Society for Optics and Photonics, SPIE)的年會時,擔任其中一個類似教具競賽的外展活動評審,氣氛不錯。

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加上當時張允崇在台大物理系兼職,教授光電半導體課程。「考試學到的東西很有限」,比起考試他更希望學生能從做中學,因此便參考年會外展活動的概念,讓學生執行期末計畫。

「當時想法只是覺得課堂裡好的作品可以到國際參賽,就像區域競賽比得好,比全國再比國際」。張允崇後來遇到一些志同道合的老師,才將全國競賽籌備起來。

不過,競賽今年邁入第三屆之際,回顧這一路走來,張允崇認為,競賽帶來的收穫、好處和原本初衷略有不同。而最大的好處在於讓學生「提早認識實驗室」。

他表示,許多學生到大三、大四要做專題進實驗室時,早已聽從學長姐和外界的聲音「立志進台積電」。

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「現在多學生大三大四就直接聽學長姐說哪一個領域很好,可以去台積電啊。如果你研究所找了老師就是做這個領域,你就被他綁住了,博士班再讀(其他領域)好了,其實也跳不太開了。」張允崇說,不只選錯路不易回頭,進而出現「學用落差」外,學術熱忱也不易被點燃。

但藉由教具競賽,讓大一、大二的學生及早進實驗室「東摸摸、西摸摸」。「大一暑假找一個老師,不喜歡;大二可以換一個、大三再換一個,老師沒有再看到你也不會覺得怎麼樣」,張允崇表示,就算學生不用跟著老師的計畫題目,教具做不出來也沒關係,單純和老師討論教具專題也能略知實驗室的研究內容,進而評估是否對該領域有興趣。

張允崇說,考試答案都是已知的,學生也只是努力搞清楚老師「要考什麼」。但工作、研究卻不是如此,答案都是未知的,因此培養解決問題的能力,包含問對人找到解決方法,更為重要。

而要培養解決問題能力,最快方式就是進實驗室直接動手做。由於實驗室基礎能力需要的是各種能力的展現,不僅限於書本與公式;例如自動控制需要電腦程式能力、有些人手巧適合精工,甚至 3D 繪圖等。學生及早進入實驗室,就算「自認不適合讀書」,也能從中發現自己的專長和定位。

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從半導體到奈米光學,再到生物感測,張允崇的研究領域很廣,「奈米領域所有問題都有興趣」。他笑稱,「優點是領域很廣,但缺點是『你問我做什麼題目,我講不出來』」。但只要找到有興趣的東西,就可以做好一件事,「因為你會願意花很多時間」。

電子顯微鏡
使用電子顯微鏡拍下的奈米球,如同擺放在球釘上的高爾夫球。圖/顯微觀點

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顯微觀點_96
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從細微的事物出發,關注微觀世界的一切,對肉眼所不能見的事物充滿好奇,發掘蘊藏在微觀影像之下的故事。

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只是隨手關燈太落伍,節電靠各地智慧
自己的電自己省_96
・2016/05/13 ・3643字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 530 ・七年級

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本文由經濟部能源局贊助

「有人問我,做一個經濟部長,心裡壓力最大的是什麼事?」經濟部部長鄧振中在 4 月 26 日的智慧節電計畫成果分享發表會說:「臺灣的電力問題絕對是其中之一。除了在供應面要持續拓展替代能源、需求面也要鼓勵全民共同養成好的用電習慣。」

為了養成良好的用電習慣,主打「自己的電自己省」的智慧節電計畫志在讓各地方縣市以節電 2% 為目標,這一年來共有基隆市(-1.92%)、新北市(-1.00%)、新竹市(-0.96%)、臺北市(-0.27%)、桃園市(-0.22%)、台中市(-0.00%)六個縣市達成「用電零成長」的成績。

經濟部部長鄧振中表示,雖然這一年來全臺灣的整體用電仍微幅成長 0.05%,但各縣市低度的用電成長仍值得鼓勵,也可藉著「智慧節電計畫成果分享發表會」和節電有成的縣市互相取經。

1.智慧節電計畫成果分享發表-經濟部部長致詞
智慧節電計畫成果分享發表——經濟部部長致詞。

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分享會中的新北市政府分別以節電參與式預算、媽省理工與節電認同券、機關雲端空間和 PFI 採購模式這三個主題向其他縣市分享經驗。

由下而上的草根民主實驗

節電參與式預算」是嘗試讓公民智慧進入城市治理的新典範,改變了過去「市府請市民配合」的模式,讓市民有機會從政策設計就開始關心、參與自己所在城市的能源未來。

「節電參與式預算重點不在產出偉大計畫,而是讓市民開始學習、關注自己住區的用電情形,整個過程本身就是政策宣傳。」這場由下往上的草根民主實驗,以永和區和蘆洲區的社區大學為示範區,期程共約三個月,兩區市民發展出的提案風格也很不同。

蘆荻社大節電中」的參與者從小學生到新住民都有,因此提案也充滿不同居民的生活經驗和發想特色——例如巡守隊腳踏車、小學生漫畫、家庭主婦圍裙、新住民野餐等等。蘆洲過去從工業區起家,如今也有不少新住民的加入。說明會開始前,蘆荻社大就深入菜市場、公園、神將腳、市場攤商等「庶民出沒地」進行宣傳,最後的宣傳也結合蘆洲大拜拜和神將文化祭,以「人人來參與、投票審預算」為號召,在園遊會設攤讓民眾親身認識不同提案並且現場投票。

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同樣是參與式民主,在以住宅區為主、且上班族和高教育族群居多的永和區,過程中的說明會和工作坊的知識溝通成分也更多,產出不少往公園路燈、集合式住宅等公共場域思考的提案方向。最後的審議形式,除了紙本也開放了網路投票,因此獲得更高人次的參與;在投票設計上,永和區也允許市民一次投給四個中意的提案、並且從九個提案中選出前七名共享經費額度。

同樣著墨於市民參與,臺北市資訊局則以「創意節電黑客松實證計畫」為主打,引進科技圈日益廣泛的「黑客松」活動,吸引許多具有資訊工程背景的大學生參加,發想出許多智慧監測家庭耗電裝置的提案。這些提案多半強調「對使用者友善」,例如利用手機一鍵關燈、以APP統一多個家電的操控介面、或是設計視覺化圖表取代冰冷無感的電費帳單。

節電認同券,比帳單減免更有感

在地的區里是縣市政府嘗試對住宅部門經營節電宣導的必爭之地。「相較於服務業等產業部門可以利用法規去要求節電,一般市民是地方政府比較難觸及和要求的對象。」很多地方政府舉辦以里為單位的節電競賽,新北市環保局則更推出「媽省理工」的頭銜,希望推廣不要集中在里長等少數人的肩上、而能吸引更多婦女和里志工加入節電輔導員的行列,做「有感情」的串門子輔導。

2008 位的「媽省理工」經過培訓和資格認證,對自己節電輔導員的身分更具有認同感、也讓鄰居們更信任他們,2.5萬戶以上的家庭都完成了居家節電輔導。如果做好資源回收,也可以去里長那裡累積點數、免費換取 LED 燈。除了區里,新北市也直接開放所有居住(包括租屋)在新北市的居民參加「節電認同券」計畫。同樣是從電費來評估省電的進步程度,新北市環保局表示回饋超商購物券的方式比電費帳單直接減免「更有感」

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https://www.youtube.com/watch?v=44TMSrhaXJU

「也許只是兩百元的獎勵,但是我太太帶著鄰居好友們一起去超商喝下午茶,好友們好奇問她為什麼有購物券……無形之中讓更多人認識了這個計畫。市民反映這個計畫和抽獎相比更踏實,因為是幾分努力就會換得幾分成果(購物券額度);有簡訊主動提醒也很貼心有感。有參與認同券計畫者,節電率比起新北市整體平均節電率高了 1~2%。」

新北市環保局也深入分享,節電認同券的參加者以 30~50 歲擅長資訊操作者居多,和媽省理工以 50~60 歲的年齡分布恰好相反;觀察居住型態,套房的節電率可達 37%,遠遠超出華廈大樓,而小家庭與單身者也比起大家庭與三代同堂更容易達成省電目標。

創新採購模式

為了達成機關節電目標,新北市除了為市府建築引進雲段智慧管理系統,還採用了創新的 PFI 採購模式(Private Finance Initiative,民間財務主導公共建設),突破傳統採購限制,徵求民間融資提案、全面換裝 LED 節能路燈,在不增加政府財政負擔的狀況下快速提公共服務水準(6 年縮短為 1 年),在換裝後的一年來已經節省 1 億元的電費、在機關部門創下了 13.5% 的漂亮節電率。

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新北市政府分享經驗,過去的採購契約是「多裝多拿」的付款方式,每當遇上天災等不可抗力的路燈維修因素,地方政府就必須無止盡的吸收成本、逐年編列預算分批換裝;現在 PFI 採購模式改採固定支付金額,使承包商在平時就會努力維護路燈壽命、減少重複裝設的成本。市府方採分期付款機制,且依路燈服務效果「先享用後付費」,在全額付款前就可讓全市獲得一次性的換裝成果。

同樣從機關財政的角度切入,高雄市政府重點分享導入 ESCO(Energy Service Company,能源服務公司)採購的推動模式,此模式允許市府機關無需先編列採購經費,而是將節省下來的電費作為支付 ESCO 廠商的費用。因為採「先服務、後付款」模式,更保證節能績效,估計一年可節省 157 萬度電、相當於 486 萬的電費。

5.高雄市-高雄市ESCO採購示範SOP手冊及推廣方式
高雄市 ESCO 採購示範 SOP 手冊及推廣方式。

汰換水銀路燈,基隆節電第一名

節電總成績以 1.92%(約 2204 萬度電)奪得第一名的基隆市,關鍵就在於汰換全市 80% 以上的水銀路燈為 LED 燈泡。以七堵區為例,換裝 4,818 盞LED路燈後,節電效益可達一年 719.9 萬度電。

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基隆市政府同時補助社區及公寓大樓推動節能、為提出需求的單位提供現場輔導的服務、重點診斷市立醫院的用電設備、媒和在地 ESCO 公司替社區與服務業者改善節能效益等等。公家機關為了帶頭示範,也開展屋頂太陽能光電系統、屋頂風力發電系統等計畫,在機關部門取得 16.19% 的節電成績。

新竹市取得總節電率的全國第三名,在住宅部門強調「用電行為改變」和「老久電器汰換」兩大重點,除了從集合式住宅公設的照明系統更新下手,也以各里為單位舉辦節電績優競賽、將節電經驗橫向擴散至各里,在住宅部門達到了 2.11% 的高節電率。

新竹市過去一年來新設的運動中心、水資源回收中心、文化局演藝廳、以及增設實驗機組的國家同步輻射研究中心,共替新竹市增加了約 200 萬度的年用電;但其他政府機關的節電率達到了 2.34%~4.53%。市政府亦推動了 LED 路燈的換裝,新設的 23,736 盞路燈,為新竹市節省了 1,007 萬度電。

因地制宜,鼓勵寺廟汰換神明燈泡

臺南市政府考量到市區和郊區的用電特質差異大,推出「節電 37 區,區區有意思」,讓各行政區各自施展身手,每個月的節電達標行政區也都越來越多。比較有趣的是,因為臺南寺廟多,區公所特地協助寺廟汰換 LED 神明燈泡,讓節電政策更走入在地。除此之外,也鼓勵市民汰換老舊家電即可抽獎送 LED 燈泡、輔導服務業用電大戶和大專校園、協助 40 處低碳社里更換節能燈具。

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800px-台南市孔廟大成殿外觀右側
台南廟宇眾多,政府鼓勵將傳統燈泡汰換為LFD燈,照片為台南孔廟。圖/wikipedia

從服務業能源大戶下手

臺中市在服務部門針對市內能源大戶下手,包括大型量販店、觀光旅館和百貨公司,協助量身打造節能方案;在居民方面則選擇住宅屋齡較高者為優先執行對象、依住宅特性設定照明時間以節省用電;並汰換公有停車場、公有市場、區公所等場所的燈具為 LED 燈,一年下來大幅節省了 14 萬度電,整體節電 0.00%,達成了用電「零」成長的初步成績。

本預期服務業部門比起住宅部門更容易節電的桃園市,針對能源大戶舉辦節能診斷輔導、並且補助智慧節電服務業,不過從全國的服務業部門用電率不減反增了 0.8% 便可窺知,要提昇業者更換老舊設備的意願仍是未來的桃園挑戰。儘管桃園市遇到人口和店家新增,但在住宅部門仍有節電佳績,達成了 0.22% 的整體節電率、成為全台第五名的節電縣市。

8.經濟部部長與縣市代表大合照
經濟部部長與縣市代表大合照。

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開拓替代能源的工作是從供應端控制節電,而使用端無論是一般民眾、服務業或製造業者、甚至是公家機關,也都有能力達成自己能做的節電工作。各縣市從智慧節電計畫中絞盡腦汁薈萃出的方案,證明了節電好習慣不只是隨手關燈這麼單純,地方的智慧自會發展出符合地方條件的節電特色,替遙遠的北極熊敬上一份心意。

 

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自己的電自己省_96
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台灣能源主要都是進口的,但你知道嗎,我國有98%都是仰賴國外能源,所以節電只能靠你我做起,自己的電自己省!! http://energy-smartcity.energypark.org.tw/

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用 LED 燈傳資料?探秘可見光通訊的前世今生
數感實驗室_96
・2024/06/22 ・768字 ・閱讀時間約 1 分鐘

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本文由 國立臺灣師範大學 委託,泛科學企劃執行。 

今天我們來聊聊一種超酷的通信技術——用 LED 燈來傳遞訊息。

你可能會疑惑,LED 燈怎麼能傳數據?其實,這背後的原理並不難理解。無線電波是電磁波的一種,而 LED 發出的「可見光」也是電磁波的一部分,只是頻率更高。既然都是電磁波,那用光來通信似乎也很合理。

光通信並不是新鮮事。早在周朝,人們就用烽火台來傳遞戰情;我們熟悉的發明家貝爾也發明過光電話(Photophone),且 1880 年 4 月 1 日,貝爾還成功地用光電話在 200 多公尺的距離上實現了通信。

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然後?就沒有然後了,光通信技術沉寂了一百多年,直到太空通信中找到了新的用途。

可見光通訊帶來了通信技術的全新篇章。當然,我們也要提到,像遙控器和一些太空通信其實用的是紅外線,但這些都和可見光屬於同一大類——電磁波通信。所以,嚴格來說,可見光通訊也是電磁波通信的一部分。

未來的世界,燈光不僅僅是照明工具,更是我們連接信息世界的橋樑。

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數感實驗室_96
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數感實驗室的宗旨是讓社會大眾「看見數學」。 數感實驗室於 2016 年 4 月成立 Facebook 粉絲頁,迄今超過 44,000 位粉絲追蹤。每天發布一則數學文章,內容包括介紹數學新知、生活中的數學應用、或是數學和文學、藝術等跨領域結合的議題。 詳見網站:http://numeracy.club/ 粉絲專頁:https://www.facebook.com/pg/numeracylab/