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取之不盡的太陽能

(文:東吳大學中文系 陳亞婷)

 

現在我們正處於能源危機、石油燃料污染了環境的時代,尋求乾淨的替代能源,是我們急需努力的方向。太陽能相較其他乾淨能源,可說幾乎沒有來源問題,因此一直是科學家和學者們努力研發的對象。 

 

基本原理

 轉換太陽能的方法有兩種,一種是轉換光能,一種是收集熱能。收集熱能最常見的就是太陽熱水器。轉換光能的話,常見的如電子計算機,利用所謂的太陽能電池板,來將光能直接轉換為電能。

 

太陽能電池                

一般人對太陽能電池比較耳目能詳,其發電原理是將太陽光照射在太陽能電池上,使太陽能電池吸收太陽光能透過半導體使其產生電,同時分離電子與電洞而形成電壓降,再經由導線傳輸至負載。簡單的說,太陽光電的發電原理,是利用太陽電池吸收0.2μm∼0.4μm波長的太陽光,將光能直接轉變成電能輸出的一種發電方式。由於太陽能電池產生的電是直流電,因此若需提供電力給家電用品或各式電器則需加裝直/交流轉換器,將直流電轉換成交流電,才能供電至家庭用電或工業用電。

 

太陽能電池構造與發電原理

 

矽是太陽能電池之原料代表,在市場上又區分幾種,目前消費市場應用上大多為單晶矽及非晶矽兩大類,因為單晶效率最高,而非晶價格最便宜,無需封裝, 生產也最快。但是"模組封裝"(太陽能光發電工程應用板材)為單晶與多晶為主,因為非晶效率太低,產品壽命也太短.。太陽能電池的發電能源來自於光的波長。但太陽能電子計算機上的太陽能電池是屬於「室內型的非晶」, 如果長期拿到戶外曝曬,且串並聯為較大電壓及電流時,將導致其內部連結組織燒斷而損壞。

 

太陽能熱水系統

太陽能熱水系統是目前政府大力推廣並獎勵的系統。太陽能熱水系統的構造主要是由集熱器、儲水槽(桶)、管路和控制系統等四部份構成。而太陽能熱水系統以及加熱循環方式,可分為三種:

 

一、自然循環式太陽能熱水器

集熱器內的工作流體,吸收太陽輻射熱,溫度升高密度變小往上升至儲水桶,儲水桶內較冷的水往下流至集熱器,產生自然對流循環而將儲水桶內的水加熱的裝置,自然循環式絕大部份用在小型家用熱水自然循環中。

二、強制循環式太陽能熱水系統

利用集熱迴路泵浦,藉溫差控制器使儲水槽內的水,強制流經太陽能集熱器,將集熱器所吸收的太陽輻射熱帶回儲熱槽。強制式主要是用在大型太陽能熱水系統。

三、儲置式太陽能熱水器

把集熱器和儲水桶合而為一的太陽能熱水器,儲水桶本身不只有儲水功能,同時又具有收集太陽熱能功用之裝置。此種裝置構造簡單,價格低廉但集熱效率較低,適用於日射量充足的地方。

太陽能熱水系統很安全,不像使用瓦斯有爆炸或中毒的危險,不需專人操作自動運轉。另外,太陽能熱水器裝在屋頂上,不會佔用任何室內空間。正常的太陽能熱水器是不易損壞的,壽命至少在十年以上,甚至有到二十年的,因為基本熱源為免費的太陽能,所以使用它十分符合經濟成本效益。為值得大力推廣之系統。

 

自然循環式太陽能熱水器

強制循環式太陽能熱水系統

儲置式太陽能熱水器

現在太陽能發展與應用

在2005年後,由於德國等先進國家新建築法規的因素,造成太陽能板需求量大增,瞬間市場嚴重缺貨,造成全球太陽能電池產業的蓬勃發展。許多太陽能電池廠的股價一夕衝高,同時也帶動洞悉商機的傳統製造業轉型,投入太陽能相關商品的開發、應用。

在我們的生活中,其實已經在很多地方利用太陽能,像是民生用品方面、道路交通、農林漁牧、通訊、建築物等方面都有所應用。另外大部份的衛星的運作,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,便是那許多展開的太陽能板。

墾丁國家公園路燈也是用太陽能!

未來展望

許多國家都在大力發展太陽能產業,國內也有許多院校在從事太陽能相關研究。利用太陽能大致有五種效益:經濟效益、環保效益、節能效益、社會效益(疏解尖峰、緊急救災用電) 、產業效益。我們希望太陽能技術和產業的進步茁壯,讓我們減少對石油的依賴、環境的污染,而有一個美好的未來!!

 

資料來源 

中華太陽能聯誼會 http://www.solar-i.com/content11.html

中華民國太陽能科技發展協進會 http://www.taiwansolar.org.tw/c3.php

太陽光電資訊網 http://solarpv.itri.org.tw/memb/main.aspx

再生能源網 http://re.org.tw/