人類未來能源的七種選擇(太陽能Solar Energy)

人類未來能源的七種選擇(太陽能Solar Energy)
知識通訊評論第71期

太陽能
取用不竭，要解決能量儲存問題

並非故意減損光合作用的神奇，但縱然在最佳情況，植物也只能將百分之一的太陽輻射，轉化為人類可用能源。反觀商用太陽光電板可將百分之十二至十八的陽光轉變為電力，高級電板甚至可達二成。由於產能上揚、成本下滑，過去五年太陽能產業大幅成長，二○○二年全球產能為五點五億瓦，至二○○七年已成長六倍，所有已安裝的太陽能板估計產能為九十億瓦左右，不過實際生產電力遠低於此，因為夜晚與雲層都會影響發電。在各種可再生能源中，太陽能產量目前最低，約為百分之十四。

太陽能電池並非唯一能將日光轉為電力的科技，太陽能集熱系統利用鏡面集中太陽熱度，將液體加溫轉動渦輪，將鏡面安裝在凹槽中，以拋物線軌道追蹤太陽位移，或以大批鏡面將熱能集中於中央塔。但產能依然很小，這項科技也僅限於日照充足地區，需要直射日光，而太陽光電則可以利用散射光源。

成本
太陽能電池每瓦電生產成本為一點五美元至二點五美元，售價則介於二點五美元至三點五美元之間，安裝成本另計，整個系統價格通常是電池本身的兩倍。隨地點不同，建置後運作期間的每度電成本各異，約在○點二五美元至○點四美元之間。生產成本不斷下滑，且隨著太陽光電電池與建材整合，取代過去的另外裝設家用太陽能板，安裝成本也會降低，未來幾年內，現有科技便能使每瓦電成本低於一美元。位於美國科羅拉多州的國家再生能源實驗室估計，太陽能集熱系統每度電生產成本為零點一七美元。

產能
地表接受約十萬兆瓦太陽能，每小時所得能源，便足應供應人類一年所需。在撒哈拉沙漠部分地區、中亞戈壁沙漠、秘魯阿塔卡馬沙漠或美國大盆地，只要利用緜延七至八公里的今日太陽光電電池，便能生產十億瓦電力，理論上只要運用撒哈拉沙漠不到十分之一的面積，便能滿足全球基本能源需求。

支持者指出，在國家再生能源實驗室計算中，若所有住宅與商用建築屋頂都裝設太陽能電池，便能提供美國在二○○四年全年所需電力。不過在氣候較溫和地區，太陽能發展機會較為有限，英國各地若依據緯度差異，裝置不同傾斜角度的面南太陽能板，每公尺約可獲得一千度電，以百分之十的效能換算，英國每人平均需要六十平方公尺的面板，才能供應英國現有的電力需求。

優點
太陽做為能源不需成本，而且用之不竭，不僅分布廣闊，且不會製造殘餘物。社會廣為接受太陽能科技，相較於核能、風力與水力，太陽能引發的地緣政治、環保與美學爭議較低，不過太陽能裝置廣設於沙漠，也可能招致抗議。

太陽能板時常分布零散，各自裝設在住家與企業上，這種情況的發電成本必須與電力零售價競爭，而非其他發電方式成本，讓太陽能優勢提高許多，這項科技也很適合脫離電力網絡運作，可在基礎建設不良區域發展。

無論是太陽光電或太陽能集熱科技都還有改善空間，不過未來十年二十年內，太陽光電每瓦成本降至十分之一，並非全不可能，這是其他非碳電力來源都難以達到的。

缺點
太陽能最大限制即為黑夜，太陽能板在夜間無法發電，且在雲層時常蔽日地區，發電量多寡也無法控制，為克服此問題，有些太陽能集熱系統會在白晝儲存熱能供夜間使用（溶鹽可做為儲存媒介），也因此大型裝置通常選擇使用太陽光電技術；另一種方式則為分散儲存，如存放在電動車與油電混合車的電池中。

大型裝置通常設於沙漠，故如何分配電力也是一項問題。德國航太中心在二○○六年的研究指出，至二○五○年時，歐洲可能得自中東與北非，進口千億瓦由太陽光電與太陽熱能電廠生產的電力，不過報告中也強調，這項前景還需新型直流電高壓配電系統才能成真。

太陽光電電池的一大隱憂，在於使用稀有物質，可能導致成本提高、供應吃緊。不過目前尚不清楚，這些物質是否確實產量有限，若需求提高，也許能找到更多蘊藏，也可能找到替代物質。

總結
中長期而言，日照取之不盡，科技發展潛力十足，讓太陽能很有機會成為最具前景的無碳科技，但若儲存裝置無明顯改善，便無法解決整體問題。