太陽能農業大棚一兼二顧
102/05/14
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陳永平｜
國立交通大學電機工程學系暨科技與社會中心智庫研究團隊
在日本發生福島核災前，雖然離美國三浬島與蘇聯車諾比的核災殷鑑不遠，但世界各國因在經濟掛帥考量下，對於核安問題仍心存僥倖，寧相信科技足以應付任何核能風險，然而在2011年3月11日的一場地震與海嘯，重創了日本福島核電廠，徹底粉碎了核安神話，反核思潮開始在世界流竄。在此同時，台灣民間的反核運動也正式走上街頭，以非核家園為號召，希望為台灣未來留下一片淨土。
然而在經濟發展壓力下，台灣執政當局並無法對非核家園做出任何承諾，唯一能做的就是更積極地開發再生能源，例如：太陽能「百萬屋頂」計畫；推廣「農業大棚」太陽能電廠，讓過去以耕牧為主的農場開始種電，成為替代能源的尖兵。2013年5月台南市規模最大農業大棚「聖本篤牧場」正式啟用，將打造大台南陽光電城之大躍進。
事實上，世界各國早已在推廣「農業大棚」理念，太陽能板成片鋪設的景觀並非罕見，但仍礙於成本過高及效率偏低等因素，即使政府大力補助，民間一般投資意願並不高；幸好近年來這些不利因素漸獲改善，再加上日本福島核災的示警，世界各國為了降低對核能的依賴，使得「農業大棚」的設立蔚為風潮，台南聖本篤牧場太陽能電廠正是其中之一。
我們當然樂見太陽能科技能迅速發展，使人類非核家園的夢想可以早日實現，同時減少碳排放量來緩和地球暖化及避免氣候變遷。不過一些現實的不利因素卻依舊存在，除了高成本低效率外，還受限於太陽的能量密度過低且發電自然條件嚴苛。
首先來談談太陽的能量密度：雖然每年太陽傳送到地球的巨大能量，約為每年全球使用石油總能量的7,500倍，但若是將這些能量均勻地分配，則照射在大氣層外表的太陽能約每秒1,367焦耳/平方公尺，也就是說大氣層的外表每平方公尺所吸收的功率為1,367瓦(焦耳/秒)，記為1,367瓦/平方公尺，這就是所謂的太陽常數。
當陽光穿入大氣層，經大氣的反射與吸收後，在地球表面上每平方公尺所能吸收的功率僅約1,000瓦，這也是太陽能板在白天陽光普照時所能吸收的最大功率，若是再乘上光電轉換效率20%，則每平方公尺的太陽能板最多只能產生200瓦的電力，也就是說每秒只能產生200焦耳的電能。
或許有人對200瓦尚無具體概念，那麼我們用馬力來換算說明：200瓦大約是0.3匹馬力，而一般汽車引擎動力則是100匹馬力。若是改用太陽能板來驅動的話，竟然必須使用333平方公尺的太陽能板，才能讓1輛汽車正常行駛，這根本是不可能的事，因此顯然地，太陽能的能量密度確實太低了。
除了能量密度過低外，日夜更迭、四季變化、天氣陰晴或地理位置等差異，都會導致不同的光照條件，使得太陽能板的發電既不規則又不穩定，這些也是限制太陽能科技發展的重要原因之一。
科技雖然來自人性，卻也無法解決所有的問題；當確認科技難以化解能源短絀與地球暖化危機時，我們應該反求諸己，不該無謂地浪費能源。因節約能源自然可減少碳排放量，進而緩和地球暖化的趨勢；節約能源當然也會善用資源，進而紓解能源短絀危機；可惜，這最簡單的方法卻常只是口號，而沒有確實力行！（本文由國科會補助｢新媒體科普傳播實作計畫─電機科技新知與社會風險之溝通｣執行團隊撰稿）
責任編輯：黃承揚｜英商牛津儀器海外行銷有限公司
