2003/09/05
經濟部能源局
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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）