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向陽˙采風˙德法行──德國再生能源教育與能源工業特區

2005/06/05 經濟部能源局 點閱人次: 638

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▓撰文:艾和昌、廖明瑜 ▓圖片提供:艾和昌

甫成立「南部太陽能學校」的國立高雄應用科技大學,特別組團參訪德國大學及教育訓練機構於再生能源的研究領域、教育學程發展、與相關實驗室設備規劃,以及魯爾工業區。本文有「太陽能,德國能、台灣也能」之期許與相關精彩報導。

為擴大國際視野與先進科技國家進行再生能源領域的學術交流,國立高雄應用科技大學(簡稱高應大)校長林仁益於2004年12月4日率領前研發處處長廖斌毅、國際企業系主任張瑞芳、應用外語系主任周玲瑛及模具系教授艾和昌,前往德、法為期10日的參訪活動。其主要目的是與Fachhochschale Ingolsdat University簽定合作協定,並與德國太陽能協會(DGS German Society for Solar Energy)簽定合作要約。

研發太陽能,用心看得見

此行參訪的第一站是位於德國南部巴伐利亞邦(Bavaria)的Fachhochschule Ingolsdat University,該校主要的學系有企業管理、工業工程、機械工程、電子工程及資訊工程,針對汽車工業的設計、發展、製造所開設課程特別吸引國際學生就讀。太陽能熱水器與配合建築物設計之集熱系統為該校機械系重要研發領域,在實驗室內所見到的太陽能熱水器為德國知名品牌的產品。由於產業界對學校研發的信任並樂於委託計畫,讓該校學生能直接以學校實驗室做為業界廠務學習處所。

接著是參訪柏林工業大學(Technical University zu Berline)與德國柏林邦立科技及經濟科技大學(Fachhochschale fuer Techink und Wirtschaft Belin,FHTW)。FHTW不僅是柏林邦最大的科技大學,在太陽能的相關研究亦頗獲推崇。此次參訪由該校副校長Klaus Semlinger接待,隨即由工程系主任Wolfgang Brosicke引導參觀太陽能中心及相關設施。

太陽能中心所屬太陽光電系統測試實驗室,是由貨櫃屋做為室內設備安置與生活環境機能控制室,其外部以鋼骨結構作成約20坪之戶外實驗平台,單晶矽、多晶矽及非晶矽太陽電池模組、不同設計追日式模組、日射計與氣候監測儀器等錯落在平台上,配合自行開發之監控軟體與系統設計,可長期作不同廠牌、不同種類太陽電池及不同光電發電系統於不同日照與氣候條件下之發電量監測與分析;室內遮陽百葉窗則可隨室內感應之陽光照射量,自動調整葉片角度與室內燈具照度,使空調需求能達到最經濟的使用狀態。

此外,由於德國冬季寒冷且多陰雨天,如何將夏季充沛的太陽能作儲存以備冬季所用,Brosicke博士特別介紹一種高分子顆粒,他將半茶匙的顆粒倒入掌心,隨即加入一點水,反應後所放出的高溫令人無法承受,這小小實驗說明若能儘量利用夏季的太陽能量製造出這些高分子顆粒,冬季即使陽光不充足,仍能有熱源供取暖與淋浴之用!該校環境及再生能源系亦規劃與課程配合的再生能源教學實驗室,並開設具實務導向的專業課程,諸如:能源供給、能源轉換、再生能源主題研究、廢棄物處理、環境控制、太陽能建築設計、日光與照明工程、安裝計劃等。

訪問團在德國參訪的最後一站是德國太陽能協會,並與該協會簽訂合作同意書。太陽能協會為德國目前最大,且協會會員遍及全球各地。由於教育部於高應大設置「南部太陽能學校」,初期將藉由德國太陽能的發展研究與經驗做為基礎,所以此次拜會與簽約,冀藉其會員組織擴大與「南部太陽能學校」作再生能源技術交流。

透過太陽能協會安排,當日順道參訪太陽能研究機構(Huth Solar Performance),該機構主要是設計太陽光電戶外展示品,包括:以太陽能作動的定時鑼、與太陽比力氣機器、造型人頭像、造型轉盤、BBQ烹煮器具、各式風力、燃料電池、太陽能教具等。特別的是,該處的建築物本身即是以太陽光電模組做為外牆圍幕的太陽能建物,尤其是外部設有可控制橫行縱走於外牆之台車,方便人員接近圍幕做清洗,令人深深感受到德國對於建築安全設計之用心。

多樣化魯爾,深耕多元化能源

訪問團在結束德國的行程後繼續參訪法國,筆者則透過國科會駐外單位安排,轉道造訪位於德國西北部的魯爾(Ruhr)工業區。由於1980年代全世界的產業發生結構的大調整,魯爾區由興盛至衰敗,眾多的礦區與煉鋼廠陸續關閉,此工業區一度成為廢城,直到1989年,規模龐大的魯爾區更新計畫(IBA)開始執行,才賦予魯爾區第二次生命。發展至今,魯爾區已成為世界發展再生能源最具代表性的地域,目前該區域約有500萬人口,包括54個城市以及東西延伸110公里腹地,所發展出之多樣能源科技有:太陽能、燃料電池、生化科技轉換能源、煤礦轉換能源、地球資源及轉換能源等。

筆者先到魯爾區國際遊客中心,該中心為一棟三層樓高的綠建築,面向湖面藉由透光式太陽電池模組作造型圍幕外牆,特別是圍幕與樓頂處有可調式風口與排風機裝置,隨節氣作室內溫度調節,而在室內透過三樓高的透光型太陽電池圍幕向外望去,綠草如茵,湖波盪漾,真的是風景如畫!該建物頂樓的女兒牆內亦佈置了排列整齊的太陽光電模板,還有可讓遊客動手操作的戶外型展示教具與解說板,讓遊客可親身體會太陽光電發電是如何產生,如何將電力輸送並供應給家用電器使用。

遊客中心內除有介紹魯爾區不同的再生能源及節能景點的小手冊外,也有一區是2004年11月甫開幕的太陽光電博物館(Solar Expo),遊客可由解說板得知如何由沙子中提煉出矽,進而製作成矽晶太陽電池,整個製程由原料、半成品與成品皆看得到!此外有不同材質太陽電池陳列,讓遊客可以瞭解其光電轉換效率;亦展出測試太陽電池模組所能承受之壓力設備。另外,還有可讓遊客瞭解太陽光電轉出的電力相當於多大的施力、太陽電池受遮陰作用會有什麼結果等設施。其實在遊客中心待一整個下午,就可讓初學者對太陽光電組件、系統及應用有更深的認識。

接著是參訪具代表性的太陽光電應用景點。筆者來到Gelsenkirchen-Bismarck太陽能社區,該社區為魯爾區第一個全新以太陽能做為社區發電規劃的案例,其佔地4英畝的土地上建造了72戶住家。規劃上分北南兩區:北區採分散式概念,將太陽光電發電系統與熱水系統配合每戶的屋頂設計成一體,並單獨提供自用住宅的電力與熱水。南區採集中式概念設計,約6至10戶共同分享其屋頂及窗戶遮陽板上的太陽光電發電及熱水。社區自2001年完工以來,經三年長期監測分析得知,全區60~65%的熱水使用可完全由太陽能集熱系統供應,而40%電力供給可完全來自太陽光電發電系統,這數據大大提升德國政府對於再生能源可替代化石能源的信心。

由於時間有限,筆者在魯爾區最後一站是造訪Mont-Cenis學院,該建物座落於早期煤礦開採區,於1999年建造,目前主要做為會議中心。由100萬瓦仿雲彩陰影效果的透光型太陽電池模組所架構成的整個會議中心之天頂,讓人置身其中彷彿是生活在另一個與世隔絕的生態區;其內部有客房、不同大小的會議室、圖書館、餐廳、俱樂部及游泳池,太陽光所產生的電力可儲存於鉛酸電池內,等太陽光電發電不足時使用。此外亦利用天然氣發電做為會議中心的輔助電力。

打造再生能源城市,台灣也「能」!

此次高應大的參訪行程,除成功的與德國交流機構作策略聯盟,引進相關技術並共享師資外,最重要是瞭解科技大學於再生能源教育所扮演角色與定位,也就是:如何致力研發並與企業合作不斷地開發再生能源新產品,讓世人更有機會去使用它。此外,原本是鋼鐵重工業地帶的魯爾區,經過十年發展,林立的能源公園,太陽光電發電與熱水系統、地熱暖氣裝置,藉自然通風控制而節省空調費用、藉大型透光型(太陽電池)圍幕外牆而節省照明費用等設施設計,已成功地轉型成世界級再生能源城市再造的典範,實可做為我國社區營造學習之案例。(作者為國立高雄應用科技大學模具系教授及大同技術學院企管系講師)


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