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當能源來自天際:太空太陽能發電

太空太陽能發電能直接利用未被大氣層削弱的太陽輻射能,大幅提高發電效率,並以雷射或微波將電力傳輸至地表任何地方。(圖片來源:© Mafic Studio, Inc.)

太空太陽能發電能直接利用未被大氣層削弱的太陽輻射能,大幅提高發電效率,並以雷射或微波將電力傳輸至地表任何地方。(圖片來源:© Mafic Studio, Inc.)

面對全球氣候變遷帶來的威脅,經建會於「國家氣候變遷調適政策綱領」中,指出台灣需要發展能夠因應氣候變遷的能源供給與產業體系,開發再生能源便是未來需要處理的重要議題之一。但是乾淨的能源從何而來呢?目前許多國家競相發展太空太陽能計畫,希望能在這場從天際取得能源的競賽中拔得頭籌。

耀眼的太空太陽能發電

再生能源普遍受到自然環境的限制,而有發電量不穩定的問題。例如水力發電量受到河川流量榮枯變化影響,而台灣用電需求最高的夏季,風力是全年最小的時候,導致風力發電幾乎無法派上用場。

地表的太陽能發電一樣受限於自然環境,深受日照時數以及天候狀況影響,目前效率最佳的聚光型太陽能板,已經能有31%到40.7%的轉換效率,與過去相較已經有相當大的改善。不過,在地表我們所能利用的太陽能已經被大氣層削弱許多,只有太空中的十分之一至五分之一,有沒有可能直接利用外太空充沛的太陽能呢?

目前世界各國如火如荼地發展太空太陽能發電技術,國際非政府組織國家太空協會(National Space Society, NSS)在2013年5月宣布將成立一個包含美國與印度等國在內的國際組織,以推動太空太陽能發電(Space Solar Power system)。日本宇宙航空研究開發機構(Japan Aerospace Exploration Agency, JAXA)也預計在2030年建立第一顆太空太陽能衛星。2012年英國史翠斯克萊大學(University of Strathclyde)的Suaineadh計畫已經成功在北極上空證明可以建造大型結構,把太空太陽能計畫往前更進一步。

太空太陽能發電衛星在太空蒐集太陽能後,將大量能源以無線傳播至地表,除了不像石油與燃煤會有碳排放,太空太陽能發電對環境的影響只會有少數的接收站設置,提供一種新的乾淨電力來源。

太空太陽能發電有許多優點,最重要的是,這些太空電力將永無枯竭的問題,至少在未來50億年來說是如此。其他優勢還有:在太空中至少能獲得95%的太陽能,不受大氣層影響;不會佔用地表可用來增加糧食產量的土地;能將電力透過無線傳輸至地球任何一個需要電力的地方,這代表無須耗費大量成本,用來建置能應付全年最大用電需求量的尖峰機組;而且能減少電力傳輸過程中的耗損。

但是,太空太陽能發電仍然需要面對相當現實的技術問題。因為太空太陽能衛星將設置在離地表3萬6千公里遠處,JAXA的科學家還尋找方法,讓大量能源透過雷射光束或微波,成功瞄準地表上僅3公里寬的接收站,而且不對地表造成威脅。

當然,要在高空中設立太空太陽能發電衛星的花費不容小覷,太空太陽能發電計畫預計未來5年就要耗資40億美元進行研發,後續花費更是天文數字。不過與全球暖化以及核電廠災害可能帶來的代價相比,投資天際的計畫或許頗為划算?

(本文由國科會補助「新媒體科普傳播實作計畫─重大天然災害之防救災科普知識教育推廣」執行團隊撰稿/2013年11月)

責任編輯:鄭國威|元智大學資訊社會研究所

本文原發表於行政院國家科學委員會-科技大觀園「科技新知」。歡迎大家到科技大觀園的網站看更多精彩又紮實的科學資訊,也有臉書喔!

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關於作者

李柏昱

成大都市計劃所研究生,現為防災科普小組編輯。喜歡的領域為地球科學、交通運輸與都市規劃,對於都市面臨的災害以及如何進行防災十分感興趣。