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  • 宝岛台湾也在加强利用太阳能

    人类日常使用的能源依来源可区分为两类:一是地球上储存的能源,称为非再生能源,又称耗竭能源,例如煤炭、石油、核燃料等;另一种是非耗竭能源或称再生能源,包括太阳能、水力、风力、生质能、潮汐等。严格地说,除了地热、潮汐和核燃料以外的能源都源自太阳能,譬如化石燃料中的煤炭,就是生态系中食物链底层的植物,吸收太阳能行光合作用成长,后遭天灾、地变被深埋在地底下演变而来的。
     
    地球得自太阳的辐射能量,仅是太阳本身向外辐射能量的二十亿分之一,且其中约 30% 反射回太空,47% 转变成低温热能再辐射出去,仅 23% 可被地球上的生物利用,而这微乎其微的能量却是所有生物生命的泉源。目前太阳能的使用主要分为光电和光热两大部分,其中太阳能热水器是目前太阳能运用最成功的范例。
     
    人类利用太阳能来加热物体可追溯远古,但迟至 1920 年左右,在美国加州才开始大量使用太阳能热水器。 我们则自 62年第1次能源危机发生后,才开始有厂商引进国外的太阳能热水器销售。经济部能源委员会(现已改制为经济部能源局)于  75 年颁布「太阳能热水系统推广奖励办法」,至  80 年止进行第1阶段的奖励补助民众购置太阳能热水器,引领了 我们安装使用太阳能热水器的风潮,也奠定了 我们太阳能热水器制造、安装产业的基础。
     
    在87 年 5 月全国能源会议的「新能源及净洁能源研究开发规划」议题中,倡议再度针对太阳能热水系统实施奖励措施,为此经济部能源局于 89年开始实施第2阶段的奖励补助民众购置太阳能热水器,期待能大幅提高 我们使用的普及率。在2阶段的奖励补助期间,截至 98 年底已补助 180,675 件,折合安装集热面积达 900,054 平方公尺,成效斐然。
     
    来自太阳的能量
     
    太阳是一团主要由氢组成,直径约 1.39 × 106 公里,质量约 2.2 × 1027 公吨的火球,它比地球大 1,300,000 倍、重 332,000 倍,和地球的平均距离是 1.5 × 108 公里。太阳每秒把 6.57 × 108 公吨的氢藉核融合反应转化成 6.53 × 108 公吨的氦,也就是说太阳内部每一秒钟消耗掉 400 万公吨的质量,并把它转变成能量,而透过这个j核融合反应,可产生 3.91 × 1023 kW 的功率。这些释放出来的能量,藉由电磁波的形式以每秒 3 × 108 公尺的速度向四周射出,而仅其中的二十亿分之一到达地球上空(即 1.73 × 1014 kW)。
     
    由于地球除自转外并沿椭圆形轨道绕行太阳,两者间的距离并非固定,近日点和远日点的距离相差约 3%,加上地球自转轴和绕太阳公转轨道面的垂直线成 23.5° 角,一年中的春分、夏至、秋分和冬至,太阳直射区域会在赤道和南北回归线间移动,造成地球表面因时、因地所接收的太阳辐射能量都不相同。
     
    再考虑太阳辐射能量在穿越地球表面30公里厚的大气层所受到的影响(大气组成成分的吸收、放射、漫射等作用),能直接抵达地表的太阳能仅及到达大气层上空的三分之一左右。而其中的 70% 照射到海洋上,只有一小部分可被居住在陆地上的人类利用。影响地表上所能利用的太阳辐射能量多寡的因素,除了四季、纬度外,还包括日射量、日照时数、地形标高、气候(云量、湿度)等。
     
    台湾(含澎湖、金门及马祖)横跨北回归线,在北纬 21 至 25 度间,就地理位置而言,位居阳光充沛处。依据中央气象局分布于全国的测候站 1993 至 2002 年所测得日射量的分析研究结果(《建筑学报》,64 期,103 − 118 页,2008 年),全国的平均日射量仅 11,746 kJ/m2day,低于日本(位于北纬 31 至 43 度间)的 17,608 kJ/m2day和德国(位于北纬 34 至 52 度间)的 21,013 kJ/m2day,可见台湾是一个气温高且潮湿但并非日射量高的地区。
     
    台湾本岛的日射量在海拔 500 公尺以下的区域,大致上呈现从东北往西南递增的趋势。值得注意的是金门(纬度约等于台中)的平均日射量是 13,593 kJ/m2day,约和本岛的高雄相当;而马祖(纬度略高于台湾最北端的基隆)的平均日射量是 11,355 kJ/m2day,约和本岛的苗栗相当。
     
    太阳能热水器的热吸收
     
    太阳能热水器的作用是吸收来自太阳的辐射能量并用于水的加热。以下以平板式太阳能热水器为例,说明其热吸收和传导的原理。所有物体(温度都在绝对零度以上)都会以电磁波的方式辐射出能量,称为热辐射,辐射的功率和绝对温度的四次方成正比。太阳辐射的波长约在 0.2 ~ 4 μm 间,涵盖紫外线到红外线范围。若一个物质可以吸收这个波长范围内的电磁波,当阳光照射其上时,其温度便会随着所吸收的辐射能量而上升。 (责任编辑:zjbn_zhenhai)
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