2001年的動力－－太陽能

太陽可用來產生大規模電力嗎？

    太陽的儲能是無盡的，像地球這樣大小的行星所截獲的熱功率不過17×1017瓦，卻相當於當前地球總發電力的一萬倍，而且千萬年來太陽都保持著這種效能。

    但太陽能為何迄今尚未廣被採用？主要是由於它易受氣候影響，而且到達地球時過於分散，在夜晚、雲天，甚至污濁空氣中，都會減低20％的效能。要收集陽光，最重要的是，得有規模龐大的工廠，包括精心設計的儲存系統。

    美國機械工程協會會員彼得•葛萊瑟（PeterGlaser）提出一種大膽的構想，認為我們可以直接利用人造衛星來收集太陽能。只要把鑲滿太陽電池的太空板，連結在同步衛星上，高度為22,300哩35,600公里），就可將太陽能用太陽電池轉換為電流，流過3.2公里長的超導體軟管電線，到達人造衛星，再經由人造衛星轉換為微波；它可不受大氣層的雲層的阻礙而傳到地球，再由地面上的天線整流裝置轉換為直流電。除了春分秋分短暫時間外，這樣的人造衛星可以全天候曝露在陽光下，如果再發射兩個這樣的裝置，適當的置於軌道上，則不會有照不到太陽的時候，到時便可產生源源不絕的電力，並可免除地球上的儲存系統。

    這個構想可行性如何？過去數年，許多專家不時集會討論。最近，美國一本期刊「Journal of Microwave Power」指出完全可行，如果成功，人類將受益無窮。

    在地球赤道上空，3哩寬的太陽電池太空板，會產生1.68×1015瓦電力。以目前技術水準而言，百分之八的電力，亦即1.34×1014瓦，已足夠全球所用，此種裝置每年可產生1.17×1015度的電力，超過1980年所需求的二百倍，另外尚可用來蒸發海水湖水，控制部份地區的雨量、增加水力儲能、調節冰凍地區氣溫以及其他用途。

    這種裝置的部份組件，目前垂手可得。其動力產生，轉換和傳送件，和過去數年太空計畫的組成件相似，另外諸如電池製造，發射衛星、方位控制、軌道高度、電力轉換系統及太空站遙控等，都不是新花樣，主要是此種規模史無前例。美國航空暨太空總署一位官員稱，以目前技術，要生產全美十分之一的電力，裝置重量將達200,000噸。未來發展，是將效能提高和把重量降至50,000噸或20,000噸以下，這就與地球──軌道間發射系統的載重力相當了。

    這座「太空能電廠」尚有下列數種條件：

1.軌道特性：必須經常保持太空板曝露在陽光下，且能將電力傳送到地球的特定區域（天線位   置）。

2.高效能的太陽能轉換裝置，（起碼80％以上）

3.傳送器須能將微波傳到地球接收站，而避免大氣吸收及散射。

4.地球接收站要有接收動力的能力，且能將它輸送到電線上。

    動力轉換裝置全靠矽太陽電池，這是「遊騎兵」、「水手」和「測量者」等太空船以及幾乎所有無人太空任務中的主要動力來源。若作為商用動力轉換裝置，電池的用途受到低效率和高價格的限制，一枚的太陽電池，只有10％的效率，卻值美金4元。這種細鑲在太空板上的太陽電池，其效率需達80％以上，而且造價僅合美金4分，尚待電池製造廠的研究，以敷未來太陽能電廠的使用。

    傳統的無機單晶體半導電池最大理論效率是24％，但葛萊瑟和其同仁，發現了一種具有半導體性質空板永遠對著太陽。微波產生器中的輻射天線則將電力射到地球上的接收天線。

    下面所舉例子是能產生一千萬瓩的「太陽能電廠」，這些電力足夠紐約市及近郊所用。以目前太空電池的效率言，太陽收集器約有64平方公里的面積，太陽能由此收集，轉換成直流電，沿著22公里長的輸送線傳至微波產生器；這條輸送線為超導體製成的，其目的在於減輕重量和保持電力損耗，而且要使太的有機化合物，其分子的半導體特性與無機半導體截然不同，因此它的效率大得多，其特性不同係由於在傳統無機單晶半導體電池內，必須光子的能量夠大才能使電荷移動，然而在高分子量的有機系統中，電荷除了可以在分子之間運動之外，還可在分子內移動；也就是說較低能量的光子就可使電子移動。此外有機半導體較無機半導體有更高的效率。

    80％的轉換效率，可令商用太陽能的前途改觀；只要8.7平方哩的太空板收集器，即可產生供應美國東北部所需的電力，而且裝備重量減到160噸，這是值得一試的太空計畫。

    微波電力傳送系統是由三個主要部份組成的：1.微波產生器──亦即由太陽電池到微波動力的直流電輸出轉換器。2.射束形成器──亦即由輸送天線將微波變成細小射束。3.微波收集與再轉換器，亦即由接收站收集能量，再轉換成日常用電。

    當一千萬瓩的微波射束射向地球，由「整流天線」（rectenna，包括接收天線和整流器的裝置）接受，並轉換成直流電，然後由超導體輸送線接到全球用電網路上。

    研究指出，以目前狀況而言，雖然太陽能電廠費用要超過其他電廠兩倍以上，它卻有下列三大優點：

1.節省控制污染費用：污染是一般化石燃料電廠或核能電廠所不考慮的，卻將禍害加諸公眾身上。

2.地下輸送電線：在人口壓力和土地增值之下，將電線轉入地下，可使土地得到雙重利用。

3.社會價值：太陽能電廠根本不會使礦區倒塌，傷及礦工，也不會使城市居民受污染的慢性侵襲，不會產生「寂靜的春天」，更不會無謂地大量消耗自然資源於工業上。就憑這第三項優點，已足夠動工來研究太陽能電廠了。

    未來，太陽能的大規模使用前途似錦，並在組織全球性股份有限公司的情況下，將使人類同心協力利用太陽能改善環境，縮減人口爆炸危機，解除能源困擾並提供更好的發展。

    總之，人類將駕駁太陽能，屆時「太陽能經濟政策」會取代目前的經濟政策。如不發展太陽能，我們就可想像，當煤、石油及天然氣告竭之時，我們的後代會譴責我們，因為我們浪費了這麼多的天然資源。他們要說：「你們使用200馬力的引擎只是用來載送一個人上下班；你們譏笑那些拿可用作肥料的牛糞當燃料的祖先們，可是你們卻拿有限的有機化石燃料來燃燒；你們不但用來運轉高溫引擎，甚至低溫運轉也用，還有，如烹調、取暖、房子冷氣、水的蒸餾，都可用太陽來做的工作，你們都拿煤、石油和天然氣來燒，害得我們什麼都沒有了。」