「其實,保溫就是家中耗電頭號敵人,尤其熱水瓶非常耗電,它透過反覆的加溫與降溫來控制溫度,」工研院綠能與環境研究所電能技術組長何無忌,儼然成為省電達人。
曾經用過只有800元的保溫瓶,後來卻發現原來一年又得花800元的電費,「如果這個時候,有個可隨身攜帶的電表,馬上可以測量用電情況,就知道該如何省電,」何組長一直希望找出便宜又方便的辦法,喚起大家節能省電的意識,他首先提出便利貼的概念。
市場首創:電表便利貼
小小一張便利貼,往往容易讓人忽略它的價值,其實卻是既方便又好用。工研院研發「電表便利貼」的過程也是如此,看似不起眼的東西,背後卻隱藏複雜的學問。
簡單的說,這項技術就是讓使用者不需實際接觸電力傳輸的金屬導線,或動用到任何工具,只需將電表便利貼直接扣合於一般的電源線,如同中醫把脈的最高境界——懸線把脈,即可獲得用電資訊。
雖名為便利貼,但這項技術卻花了兩年多的時間,一開始困難重重。何無忌表示,「很多學電的專業並不看好這項研究,因為這件事太難了,用貼的或黏在電線上,而不直接透過電源來測量,有其困難度。但可能因為我是學微機電的,不是這項專業,反而可以think out of the box(跳脫原本思考框架)」。
何組長堅持「便利貼」的想法,同時找來新的團隊一起腦力激盪。首先,他們要先解決電流的問題,拋開一定要「侵入式」才能精準測量的觀念。團隊花了很多時間在專利上搜尋,也找大學一起合作,經過整整兩年的時間,才驗證這個方向是可行的。
在這當中,不少人提出懷疑,更有人認為,便利貼就算做出來又有甚麼了不起的?但何組長卻堅持,「如果這項技術有這麼簡單,為什麼市面上沒有?」一一排除各項異議的聲音。
量產技術能力是關鍵
其實,德國的學術單位做過類似的研究,但卻未能量產。實驗證明利用電流磁場與震盪,不必接觸就可以測量電壓,但條件是必須處在「真空的狀態下」,真空就代表高成本,這也是未能量產的原因。
「當然,我們不可能用真空測量,這並不符合成本效應,」參與研發的梁佩芳組長解釋,但要在一般的狀態,又要不接觸的情況下測量,必須先確定外界的電磁波是否會干擾測量結果。後來證明,周遭的電磁波屬於高頻,但一般的家電,頻率較低,不至於受影響。
再來「定位」也是關鍵。電表便利貼內部設有兩個感測器,利用兩個高度差,將訊號抓出來,但在測量時,可能因為擺置的方向不同,或電線本身的粗細不同,感測可能不同,訊號會有差異,影響測量的精確度。
「同樣的裝置與成本,是否可達到使用者所要的精準度,但使用者所期待的精確度到底多少?」梁佩芳組長發現,一般消費者希望知道的是基本的資訊,並不是精確地用來計算電費,原本傳統電表的誤差在1%左右,而電表便利貼的誤差則控制在5%以內,雖不是十分精確,但可達到使用者的預期。
整個工作團隊共有7人,主要研發人員共5位,在有限的經費與資源下,可以說是小兵立大功。林政廷經理開玩笑地說:「研發過程中面臨的一大挑戰,就是5個人有5種不同的意見,」因為5個人的專業完全不同,包括數學、硬體、軟體、定位、製程等5項參數,他們在溝通與協調上,花了不少時間。
消費者看到的,只是一個小小的電表,但背後卻蘊藏了很多的技術與複雜的數學公式。「預算有限,很多東西不是標準化,必須自己動手去做,」工程師卓連益表示,有時原理好像很簡單,但使用上卻有門檻,他們必須將現有的技術做應用,物理的意義轉化為複雜數學公式。
安全方便 應用效益大
團隊中唯一的女工程師鄒玉萍,上個任務是研發傳統的插電式電表,曾在做實驗中被110伏特電過,當時的她還懷有身孕,她形容被電的感覺是「頭暈暈的,很想回家,」現在懷第二胎,她認為電表便利貼比較安全,「這次是進階改良式的電表,傳統電表可能會因為過熱而燒毀,但電表便利貼並沒有這個問題,而且在做實驗時,不是直接接觸,比較安全。」
一手推動這項計畫,並且非常「堅持」的何組長,自嘲有「不按牌理出牌」的個性,研發同事跟著他做事很辛苦。團隊中最年輕的國防役杜明哲回憶,組長有一句名言:「我不知道我要什麼,但我知道我不要什麼,」後來,這變成這項計畫的最高指導原則。
事實上,同仁們為了說服何組長,買了許多設備到他家做實驗,他的家儼然變成實驗室。「我都沒有隱私權了!」何組長有點小抱怨,因為同仁們透過用電量的情況,便能夠很容易知道組長的作息時間,包括幾點睡覺,幾點起床。
未來這項技術還有很多的應用,梁佩芳指出,其實家電商並不希望將電表放進去,他們不希望消費者知道確切的用電量,便利貼的技術剛好可配合環境需要,未來,可以通過無線,有效探測用電量,並且集中資料到網路上(小型智慧電表),配合電表做能源控管。