為奈及利亞農村地區開發具備客製化直流充電器的手機充電太陽能系統
隨著行動電話的普及，即使在偏遠地區，手機也成為不可或缺的溝通工具。然而，偏遠地區往往缺乏穩定的電力來源，無法滿足手機頻繁充電的需求。傳統依賴發電機充電，不僅成本高，還會加重環境污染。因此，該研究目的是設計並實施一套太陽能充電系統，以供偏遠地區居民使用。
►系統設計與構成
1.系統構成：該系統由太陽能面板、太陽能電池、充電控制器、充電插座及連接電纜等組成。並採用木製外殼，設計成移動式的太陽能充電亭，便於安裝和搬運。
2.太陽能電池儲存設計：選用12V直流電池，透過深度放電公式計算出最佳儲存容量為100安培小時(Ah)，以確保能穩定供電一天。
3.太陽能面板規模設計：根據當地的日照資料選用280瓦的單晶面板，以確保足夠的發電量。系統的效率約58%，適合長時間提供穩定電力。
4.充電控制器與插座：使用PWM（脈寬調變）型充電控制器，額定電流13安培，並選用安全因子以確保穩定性。
因此，該研究的目的是設計並實現一個以太陽能為基礎的手機充電系統，針對無電網覆蓋的偏遠地區進行優化，使用可回收材料以降低成本並提高環保效益。該系統透過太陽能板供電，並使用重新配置的廢棄AC充電器轉換為直流（DC）充電器，以應對不同手機的充電需求。
►廢棄充電器的再利用
為了節省成本並達到環保目的，該系統選擇回收利用廢棄的AC充電器。研究人員在當地社區收集損壞的充電器，經過重新配置後改裝為定制的直流充電器。具體方法是拆除內部AC轉換元件，並使用LM7805穩壓器將輸出電壓調至5V，適合手機電池需求。此方式不僅降低了系統成本，還有效減少電子廢棄物。
►系統安裝與測試
整個充電系統被安裝在一個木製的充電亭內(圖2)，配備可移動的太陽能板支架，方便最大化太陽能吸收效率。此外，亭體底部設置了兩個輪子，便於移動以應對不同地點的需求。
在測試階段，該系統對多款不同型號的安卓手機進行了充電測試，結果顯示所有測試手機在3小時內均充滿電，驗證了系統的有效性和可靠性。該系統最多可同時充電48台手機，充分滿足偏遠地區居民的需求。
圖2. 手機充電系統測試情形(左圖)與底部儲能電池(右圖)
資料來源：Orovwode et al. (2024)
此外，因為具備小型儲能電池，太陽能發電也可做為農村地區夜間照明之電力來源，使得當地夜間更加明亮，夜間出行更安全(圖3)。
圖3. 太陽能也可做為農村偏遠地區夜間照明之電力來源
資料來源：FSD Uganda (2024)
此太陽能手機充電系統通過環保材料和再生能源的使用，成功解決了偏遠地區的充電問題。未來，研究人員計劃進行技術經濟分析，以進一步優化系統的成本效益。此外，考慮到不同地區對於可再生能源的需求，研究建議在其他偏遠地區推廣這種低成本、環保的充電解決方案。
這一系統的設計符合聯合國2030年可持續發展目標中的環保及經濟效益等指標，不僅改善了偏遠地區居民的生活質量，也體現了資源再利用與環保的理念。通過此系統，偏遠地區的居民將能夠享受到低成本、安全穩定的手機充電服務，有助於減少化石燃料的使用與污染排放。
►建議
▼透過本篇研究，可以思考偏鄉農村地區或是離網地區在電力上運用的模式，小規模的太陽能發電系統儘管不具備經濟效益，但仍為農村服務做出貢獻。
▼台灣各地公共設施通常提供免費充電設施，例如高鐵、台鐵或一些公共服務區域，若是將此概念應用於這些免費充電設施，或者擴展至景點區域，相信更能達到減碳效益。
參考文獻
Orovwode, H., Matthew, S., Adebisi, O. I., Olanipekun, A. J., & Amuta, E. O. (2024). Development of a solar system for charging mobile phones with customized DC chargers for rural areas in Nigeria. International Journal of Systematic Innovation, 8(1), 63-69. https://doi-org.proxyone.lib.nchu.edu.tw:8443/10.6977/IJoSI.202403_8(1).0006
FSD Uganda . (2024). Managing the complexities of insurance partnerships Turaco and Fenix International. https://cenfri.org/wp-content/uploads/Complexity-of-partnering-to-provide-microinsurancepartnerships_-Turaco-and-Fenix-International.pdf