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追夢工程──世界太陽能車大賽

2003/09/05 經濟部能源局 點閱人次: 598

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■撰文:艾和昌、翁瑞侑

正當國人因夏季電費增加,並開始調整電價結構之際,於美國與日本所舉辦之太陽能車大賽在炎熱的7、8月先後登場。參賽的太陽能車均出自大專學子之手,這群未來的國家棟樑,花費近兩年時間,從設計到製作重新打造太陽能車,藉著太陽能車大賽試煉明日新能源應用的可行性。

世界太陽能車大賽創始人為1944年生於丹麥的Hans Tholstrup,他因第一位成功駕乘16呎長之小艇環航澳洲一周而聲名大噪,成為知名度頗高之國際冒險家。1970年代,因中東戰爭石油禁運,造成全世界之能源危機,Tholstrup開始思考「使用最少汽油而能駕車行駛最遠距離」,以做為另一項冒險之挑戰。

當時BP石油公司提供以太陽能做為動力之意見給Tholstrup,並成為他的贊助者,由Larry Perkins幫助Tholstrup共同駕著世界上第一部太陽能車「Quiet Achiever」,以20天時間,完成由雪梨至伯斯全程4,052公里之冒險創舉。

在此之後,Tholstrup深信競賽將能試煉新能源載具之研發成果,並且加快研發腳步。在其不斷催生下,第一屆世界太陽能車大賽(World Solar Challenge)於1987年開始舉辦,該年由美國通用公司SunRaycer號以最快時速每小時67公里奪魁。在通用公司的車隊凱旋歸國後,希望能將太陽能車製作種子在美國本土萌芽,因此決定出資贊助在美國本土舉辦之太陽能車競賽,並以GM SUNRAYCE USA為名,當做是澳洲世界太陽能車大賽之熱身賽,使歷年獲得名次之學校參加在澳洲舉辦之世界太陽能車大賽。

世界太陽能車大賽介紹

太陽能車世界大賽賽程共為10天,全程由澳洲中部北方達爾文港至南方安得烈德港,共3,010公里。其主要規則有三項:一、車子的動力必須完全來自於太陽光之輻射能量;二、單人座賽車的尺寸必須小於5公尺長、1.8公尺寬、1.6公尺高,且太陽電池模組不得超過8平方公尺之面積;雙人座賽車的尺寸必須小於6公尺長、2公尺寬、1.6公尺高,且太陽電池模組不得超過12平方公尺之面積;三、比賽時間為每日早上8時至下午5時,蓄電瓶均須以太陽電池模組進行充電。此項比賽自1987年開始舉辦,爾後每隔三年即舉辦一次,第七屆將於今年10月19日開始比賽。

2003年美國太陽能車挑戰賽(ASC)已於7月23日圓滿閉幕,該賽程為10天,此次仍沿用具歷史性的66號公路,從芝加哥科學與工業博物館出發,終點為加州Claremont市,全程共3,680公里。

本屆比賽原有30隊報名參賽,但在賽前驗車階段,有10隊因無法通過部份檢驗項目,而遭大會取消參賽資格,特別令人跌破眼鏡的是:上屆冠軍隊伍、密西根大學太陽能車因轉向設計問題亦未獲參賽資格。最後正式獲得參賽資格的隊伍雖僅20隊,但因實力頗為接近,使得比賽過程非常具競爭性,最後由密蘇里羅拉大學以51小時47分39秒最快抵達終點,成為本屆ASC新出爐的冠軍隊伍。

觀察此次比賽,發現多數隊伍車速均能維持每小時90公里,甚至有幾隊能毫無困難地以時速達100公里穩定行進,與十幾年前太陽能車的平均時速僅40公里相較,不難發現這些年來因競賽而激發出的驚人研發成績。值得一提的是,本屆ASC有四隊開始設計雙人座太陽能車,雖最後成績並不甚理想,卻也意味著太陽能車製作正邁向商業化挑戰的開始。

而2003年日本世界盃太陽能車耐久賽(WSR)亦於8月3日圓滿閉幕,該賽程為三天,比賽地點為秋田縣大瀉村太陽能運動競賽場,競賽方式採環繞25公里的競賽跑道競速行進,在一定時間內,由環繞圈數最多的隊伍獲勝。本屆共有32隊參賽,賽前亦有車輛檢查及速度測試。此次比賽大阪產業大學以總繞行40圈獲得冠軍,該比賽高中職學生亦能組隊參加,所以各隊實力差距較大,但是由於比賽大會的分級規定,仍具有客觀公平的競賽本質。

太陽能車之作動原理

太陽能車的關鍵組件為其表面所披覆之太陽電池陣列,因太陽電池本身為特別構建之二極體,在兩層接合介面存在一內部電場,當受光照射時,光子所提供的能量會激發內部而出現電子與電洞對,電子與電洞均會受到內部電位作用,電子往上而電洞往下移動,若用導線將此太陽電池與一負載連接起來,便形成一個迴路,電子即經由該迴路流動而產出電流。太陽電池所產生之電流與電壓均很小,必須藉由串、併聯設計形成一陣列,方能獲得具使用價值的轉換電能。

太陽電池陣列所擷獲之電能可儲存於車內蓄電池組,提供車子啟動、爬坡時或陰天時車子行進所需動力來源。在陽光充足下,車子於平地行進時,由太陽電池陣列轉出的電能亦可直接驅動馬達。太陽能車之馬達猶如汽車之汽缸引擎,為車子之心臟,一般多使用永磁性直流無刷馬達,需配合適當馬達控制器,方可穩定及有效率地控制馬達作動表現。四輪設計的太陽能車,須經皮帶或鏈條帶動驅動輪;若採三輪設計,馬達通常可崁入輪圈直接驅動輪子,減少機械損失。

百萬里路試探夢想

筆者近六年來,積極投入太陽能車之設計與製作,先後完成三輛太陽能車研製,預計第四代太陽能車阿波羅四號,亦將於今年10月完成試車。筆者認為,目前僅使用太陽光做為動力來源的太陽能車,能以高速公路的時速標準橫越廣大國土,所帶給世人的訊息不啻為若能善加利用太陽光,無疑地亦可滿足住家,或其他需電力方可使用之裝置的供電來源。(本文作者為南台科技大學機械系副教授及研究生)


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