“智慧家庭”很有希望成為匯聚嵌入式、智能設(shè)計(jì)的平臺(tái)，為電子產(chǎn)業(yè)內(nèi)的廠商開啟另一個(gè)廣闊的市場(chǎng)。然而，未來的智慧家庭將會(huì)需要獨(dú)立的能源供給，而儲(chǔ)能裝置，正是亟待突破的其中一項(xiàng)關(guān)鍵。 

所謂""智慧家庭""意指具備""能源獨(dú)立""(energy independent)或是"" 永續(xù)性能源 ""(sustainable-energy)能力的住家。也就是說，必須賦予每一個(gè)裝置與系統(tǒng)""智慧控制""的能力，讓一般消費(fèi)者能為家庭或工作上使用的每一嵌入式系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自己訂定的能源消耗量與節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。

要發(fā)展智慧家庭，需要的核心技術(shù)包括有智慧能源控制、智慧節(jié)能、高效率能源儲(chǔ)存，以及智慧能源分配技術(shù)，工研院材化所經(jīng)理蔡麗端指出。“一般來說，只需23kWh，一個(gè)普通家庭一整天的用量便綽綽有余，”她表示。以目前的儲(chǔ)能技術(shù)來說，這一點(diǎn)不難達(dá)到，因此重點(diǎn)在于如何智能控制，將能源精確分配給所有設(shè)備。

儲(chǔ)能系統(tǒng)是突破再生能源建置困境的最關(guān)鍵技術(shù)，但眼下面臨的最直接挑戰(zhàn)，就如何提高電網(wǎng)電力品質(zhì)。“今天的智能電網(wǎng)都是單向的，但未來都會(huì)朝互動(dòng)系統(tǒng)方向前進(jìn)，”有量科技總經(jīng)理程敬義說。而建置互動(dòng)式智能電網(wǎng)的難題之一，就是確保電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

“再生能源通常穩(wěn)定性不高，因此，重點(diǎn)在于并入電網(wǎng)時(shí)，如何維持穩(wěn)定，因?yàn)槿粢徊簧鳎秃芸赡軞p用戶端的設(shè)備，并影響到整個(gè)電網(wǎng)安全，”蔡麗端說。另外，能調(diào)節(jié)再生能源的波動(dòng)，減少?zèng)_擊以提供穩(wěn)定供電環(huán)境的技術(shù)，以及電網(wǎng)電力儲(chǔ)存和調(diào)節(jié)技術(shù)，也都是發(fā)展儲(chǔ)能系統(tǒng)時(shí)必須解決的技術(shù)挑戰(zhàn)。

蔡麗端具體指出了長壽命高能量儲(chǔ)能元件目前面臨的技術(shù)瓶頸。首先是特性要求，她指出，依照NEDO的2030年目標(biāo)，長效高能量元件的能量密度要求至少要100wh/k、200wh/l；功率密度要達(dá)到1,000W/Kg；壽命必須長于20年，而使用周期至少要是目前使用情況的六倍(100% DOD、容量衰減<15%)。

然而，目前全球高容量鋰電池的循環(huán)壽命在100% DOD條件下約1,000次，儲(chǔ)存壽命僅約五年。以高功率鋰電池(鈦酸鋰[ Li4Ti5O12 ]為負(fù)極)為例，在未載明是否為100% DOD時(shí)循環(huán)壽命可大于5,000次，但能量密度<50wh/kg，而儲(chǔ)存壽命也僅有五年，均遠(yuǎn)低于2030年的目標(biāo)值。另外，現(xiàn)行鋰電池儲(chǔ)存壽命和使用周期不佳的原因還包括了材料結(jié)構(gòu)的電化學(xué)穩(wěn)定度(正極和負(fù)極)；電解液溶劑之電化學(xué)及熱穩(wěn)定性；鋰鹽穩(wěn)定度；以及電池結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

因此，下一步鋰電池要克服方向包括開發(fā)Li4Ti5O12/LiM2O4系統(tǒng)、快充高穩(wěn)定LiM2O4材料、針對(duì)高容量鋰電池的快充高容量負(fù)極材料，以及高穩(wěn)定性電解質(zhì)如Ionic Liquid、膠態(tài)電解質(zhì)、固態(tài)電解質(zhì)、新型鋰鹽等。

蔡麗端不諱言，在下一代電池新材料的開發(fā)上，包括電極、電解液等，日本依然領(lǐng)先業(yè)界，但她也指出，臺(tái)灣的強(qiáng)項(xiàng)在模組和電源管理設(shè)計(jì)方案，近年來也開始有臺(tái)塑長園磷酸鐵鋰科技有限公司投入開發(fā)鋰鐵電池正極材料。她同時(shí)表示，將建議國科會(huì)加強(qiáng)臺(tái)灣學(xué)界在改良鉛酸電池方面的發(fā)展。“鉛酸電池是成熟的技術(shù)，若能再強(qiáng)化使用壽命和體積，那么，未來在電動(dòng)車方面的應(yīng)用潛力會(huì)更大。”

日本獨(dú)立能源住宅現(xiàn)況：小有發(fā)展但儲(chǔ)能裝置依然是難題

日本已經(jīng)開始推動(dòng)能源住宅，雖然僅在起步階段，但已經(jīng)有多家建設(shè)公司選擇在房屋建造之初，便直接設(shè)置能源系統(tǒng)的做法，打造出具備獨(dú)立能源的住宅。
    “日本正在推動(dòng)能源完全獨(dú)立型住宅，即所有電力和瓦斯均可獨(dú)自供給，”日本積水房屋公司環(huán)境推進(jìn)部長兼溫暖化防止研究所長石田建一說。“以太陽光發(fā)電+蓄電池實(shí)現(xiàn)的全電氣化系統(tǒng)，可打造能源獨(dú)立型住宅。看起來不難達(dá)成，但難題仍出在儲(chǔ)能裝置。”

他指出，目前，一天只要18kWh便可供給一個(gè)家庭一日所需，但若連續(xù)三日陰天，就必須有至少50kWh左右的儲(chǔ)電量才夠。

因此，目前已經(jīng)出現(xiàn)結(jié)合燃料電池、太陽能電池和蓄電池三種電池，加上從電力公司輸入一般電力的混合型住宅供電系統(tǒng)。電力使用的優(yōu)先順序分別為燃料電池、太陽能、蓄電池，以及一般電力；而經(jīng)由太陽能電池發(fā)電的剩余電力，也可以回賣給電力公司。

然而，與之前部署家用太陽能發(fā)電系統(tǒng)類似，要真的推動(dòng)能源獨(dú)立型住宅，政府的補(bǔ)助非常必要。以日本為例，石田建一表示，目前日本政府并沒有全面性的補(bǔ)助能源獨(dú)立住宅計(jì)劃，而一棟能源住宅的價(jià)格大約會(huì)比一般住宅貴上二百萬日元，這也會(huì)造成采用阻礙。

為此，日本政府今年起宣布一項(xiàng)補(bǔ)助措施，宣布每戶家庭購買鋰電池時(shí)可補(bǔ)助三分之一，最高金額100萬日元。

智慧家庭已經(jīng)開始起步，特別是在智慧電網(wǎng)建置之后，更需要終端的電力調(diào)節(jié)和儲(chǔ)能能力。電池技術(shù)和其中的調(diào)節(jié)╱控制系統(tǒng)，將會(huì)是智慧家庭能否真正普及的關(guān)鍵。