新科技替代能源 -- 太阳能



一说到「绿色能源」,大部份的人脑中闪过的不是风力,就是太阳能了。事实上大部份我们知道的替代能源,无论是风力、水力、生质能,甚至是煤和石油,都是太阳能的某种变体。不过这篇文章里,小姜打算讨论的主角,是直接利用太阳能量的两种方式。

照射在地球表面的太阳能之多,远你我的想象之外。全地球的人类在 2005 年时的电力需求为 45.2 TWh,而被地球所吸收的太阳能(入射的总太阳能扣掉被大气层反射的部份)高达 751296000 TWh,两者完全不成比例。所以只要能利用这些能量的一小部份,就差不多可以确保人类的能源供应无虞了。太阳能的利用方法主要有两种,分别为光电能(直接将阳光转换成电力)和热能(将太阳的幅射热拿来利用)。虽然大部份的人一听到太阳能的第一个反应就是一片一片的太阳能板,但相较之下太阳热的应用更简单,也更常见。先来谈谈太阳光电能吧!透过某些物理上的魔法,太阳能板只要被光照到,就会产生电力,就这么简单。太阳能光电板可大可小,大可以到发电厂的规模,小可以提供计算器电力。目前这方面的技术堪称成熟,唯一阻挡它被大规模使用的理由,只剩下生产成本而已了。太阳热能最简单的例子就是太阳能热水器,但太阳热能也可以用来发电、提供机械能(透过蒸汽机)、加热(太阳炉)、空调等,造价相对于太阳光电来说也更便宜。


用太阳能来发电有许多优点和缺点。优点是量大、环保、取之不尽,但也有一半的时间无法发电(晚上)、受天气影响、受地理位置影响的缺点。大部份适合太阳能发电的地方都在阳光强烈、水气又少的沙漠里,虽然这些地方本来就没有什么人,拿来铺设太阳能板正适合,但要从这些荒凉的地方将电力送出去,又是一笔不小的成本。用太阳光和太阳热两者来发电的方式都存在,太阳光发电大多是一排又一排的太阳能板,而太阳热发电则是用镜子将太阳热反射到一个收集器上,再用这些热来产生蒸汽发电。不管是哪一种发电方式都必须要有储存能源的能力或辅助能源的存在,以便在太阳能不足的时候提供能源。如果是小型的太阳光电系统的话,通常是由电池储存白天多余的能量,在夜晚供应,大型的光电系统则大多要靠电网来调节。太阳热系统可以将多余的热能储存起来,在没有太阳的时候用这些热能发电。

上面这张图是太阳总光照的强度图(有考虑到天气、地形的影响),上面的黑点代表的是如果能在这些地方盖这么大的太阳能电厂,那提供的电力就足以供应全球所需。这些位置都设定在人烟稀少的沙漠,像是中国的戈壁、非洲的撒哈啦等,基本上不会和人类的居住和粮食耕种起冲突。虽然每个点看起来都不大,但其实每个点都有台湾的两倍大左右 -- 想要供应全球的电力所需也不是件容易的事啊!



太阳能也是少数能直接安装在交通工具上的替代能源。每年在澳洲举办的世界太阳能大竞赛是太阳能车的主要舞台,2007 年的得奖者以平均达 90 km/h 的高速完成了从达尔文到阿德雷德的 3021 km 赛道。可惜世界上大部份的地方并不像澳洲那样艳阳高照,但至少用车顶上的太阳能板来供应冷气之类的应该是个可行的方向。汽车会受到天气的影响,那到了不会被天气影响的地方就没问题了吧?目前的研究,是让以太阳能为动力的飞机飞行在不受云层影响的平流层以上,白天以太阳能为动力,多余的电力给搭载的电池充电,晚上则用电池做为动力。上图是 Helios,目前的非火箭动力飞行器中,飞最高的飞行器纪录保持者。最快 2010 年就有可能出现滞空时间长达一个月的太阳能飞机,可以当作便宜的地球同步卫星来使用。

台湾地小人稠,冬季又经常乌云罩顶,以太阳能为主要能源来源大概是比较困难的。但台湾毕竟有一半在北回归线里,日照的强度还是很高的,大家可能的话,还是多多安装太阳能热水器或小型的太阳发电板吧!在诸多的替代能源中,太阳能是最容易由个人所安装的一种,既环保,又可以节省电费。如果安装的费用再便宜一点就好了...

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