太陽能的前途希望

一排排的鏡子焦點集中於高達200呎（61米）的「發電台」的一點之上。它能夠發出1,000個太陽以上的熱力，溫度達華氏4200°（攝氏2300°）

在這個能源短缺的時代裡，太陽是不竭的能源，以它的光和熱加惠地上眾生這項事實是無法不受到注意的。它使地球保持舒適的平均溫度。供應能量使植物生長，使眾生得以生存。這些裨益是如此顯明以致不少人把它們視為當然。

但在許多方面，我們卻要依靠其他方式的能源而不是直接使用太陽射線。倘若其他能源減少和枯竭，我們可能以陽光來供應家庭和工廠的暖氣嗎？我們有方法把陽光轉變成電力作為照明和開動汽車、收音機、電視機的電源嗎？我們可以把太陽能儲藏在箱裡作為汽車和飛機的燃料嗎？

這些可能性現時已受到認真考慮。科學家們在實驗室對太陽能的多種用途作出基本研究。太陽的潛能無疑是存在的。僅是落在美國亞利桑那州256方哩地區之上的太陽射線就相等於美國所有發電廠所發的電力。那末，有什麼難題存在呢？

我們所面臨的第一難題是陽光的天然擴散特性。任何大小限度的集熱器只能吸收相當小量的能。可是，甚至這種擴散的能量也足供若干用途。設計成容納陽光的建築物可以吸收足夠的熱力，存儲作為暖氣所需的燃料。屋頂水箱的水可以加熱到足供洗浴、洗碟或洗濯衣物之用。

太陽能的另一天然局限是要用時未必就有，陽光隨日落而消逝。雲層也能把它遮沒。陽光強度、日照時刻和天陰的日數則隨著緯度和季節而各異。在多項用途方面，趁著陽光普照時以種種方法把接到的陽光儲藏起來可以留待晚上或陰天使用。

儲藏太陽能的簡單方法之一是在日間把水曬熱，藏在絕緣的水箱裡供晚上之用。讓熱水通過放熱器循環也能供應住宅暖氣。在惡劣天氣下，暖氣系統便要借助其他能源。現時已有人用太陽能作為輔助暖氣系統以減少煤氣或電力的消耗。

除了初步的應用方法之外，太陽熱也可憑較複雜的方法使用。藉著集中太陽光線，便可能獲致較高的溫度。誰未試過在實驗時把一塊紙壓在集中陽光的放大鏡下看著它悶燒和發出火焰呢？這項原則可以大規模應用，方法是使用凹面鏡子，把陽光集中在狹小範圍內，它所發的眩目白熱溫度足以融化最耐熱的材料。法國南部便有這樣的一個太陽熔爐，熔爐焦點上的汽鍋用來發電以供應全國的電力系統。廠商提議出售具備1,000瓩性能的太陽能發電機。

這種較複雜的系統已在美國新墨西哥州的阿布奎基近郊興建起來，目的是研究整個發電廠的經濟潛力。排列中的鏡子焦點集中於高達200呎（61米）的「發電台」的一點上，每個鏡的面積是4呎（1.2米）平方，25面鏡子在「日光反射器」上排成正方形。當太陽橫過天空時，日光反射器必須同時傾斜，隨著太陽移動使太陽的反射光線集中於一點。在發電台北部有222個日光反射器排成三角形，每個反射器由電腦按照距離和方向分別指揮。

當陽光一起集中在發電台時，落在2畝（0.8公頃）地方的陽光集中於大約5方呎（0.5方米）的一點上。那裡的熱力超過千個太陽，溫度達攝氏2,300°（華氏4,200°）。在早期試驗中，日光反射器的光線很快便把鋼板融穿一孔。

經過以熱水器在發電台上試驗之後，美國計劃在加州的巴士杜興建一個10,000瓩的太陽能發電站，希望在1981年初可以連接加州南部的電線網。

來自陽光的電力

目前，其他科學家正在致力於達成把陽光直接變成電力的長期目標。這項原則本身並不是新事。我們在多年來已使用基於光電效果的裝置。例如，照相機內的光電池會按照前景的光度而校正鏡頭的暴光程度。光線發出一道細小的電流推動針盤上的針。把規模擴大到以足夠的電流從事有用的工作是一項艱辛的事業，也是可獲巨大酬報的事業。

光怎樣在光電池裡發出電力呢？祕訣在乎利用半導體元素。作為優良導體的元素，例如大多數金屬，它的電子是以十分游離的狀態附著原子的。電子攜帶著電流自由轉動。但在絕緣物質上，電子卻緊縛在軌道上不能自由轉動。半導體則介乎兩者之間：電子是縛著的，但縛得不緊，稍加推動，電子便會游離轉動。

純粹的矽是不良的導體。但是加入少許雜質就可以使它變成較佳的導體。例如，加入少許的砷元素，便會使晶體多些游離電子，因為它有五個外殼電子，比矽的四個多了一個。或者加入少許硼，它只有三個外殼電子，於是造成了空隙。欠缺的電子被稱為洞。其他電子可從鄰近的原子跳進洞裡，使洞可以移動，造成與正電電流移動的同一效果。

第一種不純的矽稱為N型矽，它有多餘的電子（負電荷）。第二種稱為P型矽，它有多餘的洞（正電荷）。若把這兩種矽對面排列便組成N—P接合面。電子在越過接合面時只會流向一方。這便是電晶體的基本原理，今日的小型矽片已取代了昔日龐大的真空管。

現時假定我們取N型和P型矽片各一塊，把它們放在一起，它們組成的不是電晶體小片而是太陽伏特電池。這個電池若暴露在太陽之下，日光的個別單位——光子——裡面的能就被吸收和發生作用，使矽原子中的電子變成游離狀態。若把電池的兩面連接起來組成電路，電子便會從N這邊流向P那邊，這種電流可供使用。它便是來自陽光的電力。

陽光裡的能並非全部都是可以轉變成電力的。陽光的光子中的能所含的電子伏特從1.5至3.0不等，因此顏色紅、紫不一。大約只有1.0電子伏特的能就可使矽晶體裡的電子變成游離狀態，其餘的能變成熱力而散去。在理論上，一個單一的矽電池的最高效率約為百分之22。但實際上現時所製的電池最高效率大約為百分之15。據稱希望藉著把不同種類元素集合成多層的半導體就可以把百分之50的陽光轉變成能。

太陽電池的應用

太陽電池在現代科技上已佔了重要地位，作為供應太空船的電源。太陽電池在這方面的用途是十分理想的。在星際飛行的場合，它們長時間暴露在充分陽光之下（過半時間在軌道上）。它們既不受雲的阻隔，也不受風、雨所侵擾。太陽電池的費用已撥入太空研究預算中。

我們發現飛往火星的太空實驗室或維京太空船輪廓上最顯著的特徵是從船身伸出的太陽翼板。太陽電池已證實是可靠和耐用的。維京軌道運行機的發電裝置在抵達火星之後兩年仍然發出600瓦特的電力。它在這項艱辛的任務上所獲致的成果的確值得推獎。製造太陽電池以仔細照顧和高昂成本來保證設備的完善使維京太空船耗費不貲。可是太陽電池的成本現時已減至20分之1以下，使它在經濟方面足以作為地球上的電力用途。太陽電力的前景看來頗有可觀，其他半導體裝置的成本大量削減可以希望較早實現。多個實驗室的工作人員正努力研究一些自動程序使太陽電池價格較廉。熱心擁護者聲稱，在2000年，太陽可以供應美國所需的能源百分之20。

太陽電力有一項特徵與其他方式生產的電力成了鮮明的對照。它是天生可以隨意安排的。那便是，生產的基本單位是個細小的組合單元。要多得一些動力，只需把更多單位組合一起就行。蒸汽發電就不同。它要有大工廠以燃燒石油或煤來發電才使電力成本較廉。核子發電也一樣，核融合發電更是一樣。可是太陽發電不論規模大小都是一般廉宜。

這件事引致一個發人深省的問題：現行制度所不可或缺的廣泛電力網會被廢棄嗎？未來的發電廠也許是社區或小地區單位的事業，甚至在孤立的私人住宅進行。這種想法正使那些分布廣大地區，甚至全國電力網的電力生產組織擔憂。工業領袖們感到在現行制度的龐大投資遭受威脅以致不肯熱心支持這樣的徹底革新是可想而知的。有些人聲稱，倘若沒有這些攔阻勢力，太陽電力可以發展得更快。

直接太陽電力的其他優點的確令人嚮往。它是清潔、沒有噪音和可靠的。它既沒有移動的部分，並且用之不盡。它的使用方法簡單。它不致造成染污。它的能量供應既免費又可以逐日更新。你會懷疑這種能源的前景會吸引擁護者去盡力使其早日實現嗎？

［第6頁的精選語句］

降在亞利桑那州256方哩地區的陽光相等於美國所有發電廠所發的能量

［第6頁的精選語句］

熱心擁護者聲稱到公元2000年，太陽可以供應美國所需的商用能源百分之20

［第8頁的精選語句］

直接太陽電力的優點：沒有染污，沒有噪音，不會損耗，陽光供應既免費又可以逐日更新

［第7頁的附欄］

來自太空的太陽能電力

在一切開發陽光作為電力的意見中最奇妙的莫如一齣科學幻想電影所映出的。電影中有多排太陽電池板裝置在太空中，面積達50平方千米（20方哩）。這個能源收集站位於36,000千米（22,300哩）高空的軌道上，固定在赤道上空的一處指定地方。生產的電力用微波轉送到直徑10千米（6哩）的地面接收站的天線上。地面所收的5,000,000瓩電力差不多可供紐約全市之用。這項提議表明地上太陽集熱器的優點。太空發電站可以每日啟用24小時，多雲的天色不會干擾能量的收集或微波傳送。

但這樣的龐大建設並不是在現行太空時代科技範圍內所能做到的。發展火箭去把物資和工作人員送入太空要耗資數十億美元，有人懷疑游離的微波是否會危及接收站附近的居民。同時，它對電離圈和天氣，無線電和電視會有什麼影響呢？天文學家抱怨這些明亮的物體在天空中會永久停止他們對太空作深入的探測，因為他們在探測時需要陰暗的天空。公用事業的主管人也許喜歡這項計劃，因為這樣行仍要依賴他們的輸電系統。

可是，你若能儲藏電力供夜間使用，你也許會喜歡在太陽照射房屋時直接從太陽得到電力以避免複雜迂迴的設計。那末，當太陽衛星成為現實時，你也許能夠在屋頂裝設小至30方呎（3平方米）的太陽電池去收集足夠的太陽電力供你一家之用。