太陽能源
 

 

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太陽能源

太陽所產生的光和熱,是帶給地球多采多姿生態的原動力。因為有太陽源源不斷的向地球傳遞能源,植物才得以進行光和作用,將太陽能轉換為自身的養分。而動物再藉由攝取植物,從而得到自身活動所需之能源。所以太陽能可以說是地球上一切生命的基礎。

同時我們可以看見太陽能以許多不同的風貌呈現。風,環繞在我們四周,無論是宜人的微風,或是狂烈的暴風。其本質都是由太陽能源所引發的,當太陽將熱能傳遞到地球時,由於地表吸收熱能的效益不同,因此會產生溫度上的差異。而溫度上的差異隨即造成了壓力上的差異,而風就依靠著大氣中地區上壓差的不同而吹起了。而人類很早以前就懂得利用這一不同型態的太陽能,如歐洲荷蘭的風車,到最近盛行於歐洲的風力發電。依據最新的報導,歐洲大部分的國家都決定加強風力發電的比重。因為歐洲處於西風地帶,其地理環境十分適合風力發電。再加上近代環保意識的高漲,使得傳統的火力發電廠與核能發電廠受到嚴格的批評。如果我們加以追根究底,我們現今所謂的發電廠,除了核能發電廠以外,都可以看做是將既有的太陽能轉換出來而已。如火力發電廠,其所需的石化燃料,便可以看做是上古時代經年累積下來的太陽能。那或許有人會問,水力發電跟太陽能有關係嗎?答案是肯定的,因為水力發電是藉由將山中湖水的位能加以轉換為推動渦輪發電機的動能。當然,水之所以會存在於山上,便是藉由降雨的機制而產生的,而降雨即是氣象變化的一種,我們之前也提到過,地球上的氣象變化便是由太陽的能源產生的。

聰明的人類很快就想到,既然我們現在所使用的能源大部分都來自於太陽,那我們為什麼不直接向太陽要能源呢!而這也就是現今太陽能發電的構想。現今我們直接轉換太陽能的方式有兩種:(1) 收集熱能 (2) 轉換光能。

以收集熱能來說,小規模的民生利用方面,便是我們現在經常看到的太陽熱水器。較大規模方面則有所謂的集熱式太陽能發電廠,此種太陽能電廠的運作原理是將太陽光以反射鏡加以集中,藉著集中太陽能所產生的高熱來使水汽化產生蒸汽,進而推動渦輪發電機產生電力。

以收集光能來說,大多是利用所謂的太陽能電池板來將光能直接轉換為電能。較小型的如電子計算機上的太陽能電池板,較大型的如在房子貼上許多太陽能板,藉以達到電力自主的目的。而和太空科技有直接關係的要算是衛星上的太陽能板,現今幾乎所有的衛星的運作都得依賴太陽能電池板來提供電源。所以人造衛星給人的一般印象除了許多的天線外,便是一片片包附在衛星本體上的太陽能板,或是宛如翅膀一般展開的太陽能板。同時太陽能在太空技術方面的應用,有一項引人注目的應用,那所謂的太陽能衛星。太陽能衛星的功用為將自太空中所獲得的太陽能,經由太陽能板轉換為電能後,再以微波的形式傳回地面上的接收站。原本太陽能衛星的構想是由美國的彼得.克雷沙於1968年所提出,當時的時空背景恰巧適逢能源危機,因此各國莫不積極的尋找替代能源。不過當危機一解除,美國政府對太陽能衛星的態度也趨於冷淡。然而到了最近,因為環保意識的抬頭,與石化能源逐漸枯竭。因此許多外國政府又漸漸的將注意力移到太陽能衛星上。目前較有名的研究計畫有日本的SPS2000太陽能衛星研究實驗計畫。不過此種衛星尚在研究與實驗的階段,因為依照現今的太空運輸技術,在軌道上建造大規模的太陽能發電衛星,其成本比現有的任何形式的發電費用要貴上數十倍。太陽能衛星在太陽能發電效益上要比地面太陽能發電效能高上十倍。其原因除了單位面積所接收的太陽能強度較高外,最大的原因為太陽能衛星較不受日夜變化而影響發電效能。因為太陽能衛星的缺點除了易受氣候因素影響,即設置的地點要有充足日照。同時夜間不能發電更是太陽能發電的一項致命傷。不過就太陽能發電衛星而言,這些問題都可以迎刃而解。因為位於太空中的太陽能衛星沒有受氣候影響的問題,同時除了進入地球陰影處而無法發電外,幾乎可以全年無休的提供源源不絕的無限能源。不過太陽能衛星至今仍無法實現的因素除了建造與運輸費用昂貴外。另一項因素是地面接收站的建設問題。基本上地面站的設計需要極為寬廣的土地,如此才足以安排接收自衛星傳送過來的微波接收天線網。不過這些技術問題相信在數十年後將得以解決,再加上石化能源枯竭的日子漸漸逼近,因此太陽能衛星的利用是潛力無窮而且是具有前瞻性的。