2003/05/05
經濟部能源局
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■撰文：陳正和
近代人類對於太陽能之利用，可溯源於1615年時法國工程師索羅門柯克斯所發明以太陽能驅動的發動機。該部機器是利用太陽能來加熱空氣，使空氣因熱膨脹而抽水作功。此後的200年間，各國又研製出多部太陽能動力裝置，且幾皆是採用聚光方式來聚集陽光，但由於發動機功率小，造價昂貴，以致實用價值不大。
在20世紀之中，人類對太陽能源的應用發展科技可約略分為四個階段，由於科技在愈後的年代進步得愈快，故後面兩階段的發展期程遠比前面兩階段為短，以下茲簡略介紹之。
1901-1945年
本階段研究重點仍如前數世紀，著重於太陽能動力裝置，但聚光方式已告多樣化，而且也開始採用平板集熱器和低沸點介質，雖已可臻於實用目的，但造價依然偏高。較著名的裝置計有1901年於美國加州建造的太陽能抽水裝置，係採用截頭圓錐聚光器，設施的最大輸出功率可達73.64kW；1902至1908年，美國工程師採用平板集熱器和低沸點介質的雙迴圈，新製成一座太陽能發動機；1913年，埃及開羅建造有一座由五個拋物鏡槽組成、總採光面積達1,250平方公尺的太陽能水泵。
之後，整個開發太陽能源的研究工作，則因石油的大量利用、水力發電的頻頻開發而告停歇，而第二次世界大戰結束前的十年之間，更由於世局倥傯以及太陽能在應用上的緩不濟急，使得這方面之研究成為不受重視的冷門領域。
1946-1972年
適值第二次世界大戰結束後的大力復建階段，化石資源逐漸減少的隱憂已開始受到部份科學家的正視，從而重啟對於太陽能的研究，並迭有進展。1952年，法國國家研究中心在庇里牛斯山東側日照充足之地帶，完建一座功率達50kW的太陽能發電設施；1954年，美國貝爾實驗室研發出以矽材質為主的太陽電池，成為光伏發電系統的先驅。翌年，以色列研究人員於首屆的國際太陽能科學會議上提出塗層理論，並研製成具實用效果的黑鎳材質塗層，再度為高效集熱設備奠下良基；1960年，美國佛羅里達州完成舉世首部利用平板集熱器做為熱源的氨水吸收式空調系統，具5噸的製冷能力，即令業界初感興趣之「太陽能冷氣機」。
在此階段內，攸關太陽能基礎理論的研究和相關製品的開發，固有顯著的突破，但比起化石乃至於其它科技業界諸多突飛猛進的躍昇，幅度實係過小，主要原因不外乎化石礦產價格低廉，世人對能源短缺的危機意識不高，故太陽能的應用技術與其製成品的產值成長甚緩，難獲政府民眾的重視喜愛及企業的青睞奧援。
1973-1990年
取1973年做為兩階段的分野，乃因該年10月爆發中東戰爭，以沙烏地阿拉伯為首的石油輸出國組織（OPEC）採取減產石油、提高售價之方式，以援挺埃及、敘利亞等阿拉伯國家，並維護產油國之利益。全球所有石油消費國皆感受到「能源危機」的到臨，同時體認應即調整能源消費之結構，繼而大力加強對太陽能及其它能源、可再生資源的技術發展。
同年年底，美國率先制定政府部門陽光發電計畫，太陽能研究領域之預算大幅度增加，並設立太陽能開發銀行，促進太陽能產品的商業化；日本政府亦於隔年公布陽光計畫，其中有關太陽能的研究開發方案計有陽光房屋、工業太陽能系統、太陽能發電、太陽能電池生產系統、分散型和大型光伏發電系統等。其它的先進國家亦都開始投入此方面之研究推廣，紛於其大學和研究院所設定太陽能學科和研究主題，或籌建包含研究太陽能在內的能源研究所，國際間的交換合作也極為熱絡，屢有跨國性會議的召開與討論。台灣亦在此階段設立能源委員會，並制定有節約、善用能源和開發新能源等辦法，其中太陽能的研究探討為重點項目之一。
其實自80年代起，石油價格曾數度大幅度滑落，然而太陽能產品價格卻仍居高，以致缺乏競爭力。不少專家人士對於投資龐大、效果不彰、能量穩定度低又難以貯存，而且佔地寬廣的太陽能發電則是信心折損，比之同階段發展頗快的核能發電，太陽能的發展應用相對低弱。所幸研究工作仍然持續進行，只是在此等領域內的研究則因技術和應用媒介物如電池組、集熱器的瓶頸，致難以顯著取代化石能源。
其他太陽能計算器、太陽能熱水器和太陽能蓄電池等器材產品，雖已次第邁向商業化，但終究只能算是初建未久的小規模太陽能產業，經濟效益猶未臻乎理想，倘就成果做比較的話，太陽能發電的規模尚遠不及另一替代能源風力發電的成長幅度。而在20世紀的前90年內，發展太陽能在政府部門和企業之間，一直隨著石油價格之波動呈現忽受重視、忽被漠視的搖擺不定狀況，自然妨礙了此一科技領域的穩定進步，同時也反映出利用太陽能係普受化石能源供應、政治折衝和戰爭爆發等因素的影響，發展歷程自然較為曲折。
1991-2000年
90年代起，由於全球性的環境污染和生態破壞日趨嚴重，假巴西里約熱內盧召開的世界環境與發展大會，會中所通過的「環境與發展宣言」、「聯合國氣候變化規範公約」等，對能源的持續發展與應用確立嶄新的模式，而善加運用太陽能的作為則廣受激勵，嗣後太陽能之利用已與國際性的環境保護緊密結合在一起。
1996年，聯合國在辛巴威召開「世界太陽能高峰會議」，發表「發展太陽能宣言」，訂立「國際太陽能公約」、「1996-2005太陽能十年行動計畫」等重要條約，宣示聯合國和世界各國對開發太陽能的堅定決心，並要求各國以共同作為將科技成果轉化為生產行動，以發展太陽能產業，廣泛利用供應無虞的太陽能。至此，太陽能相關科技產業開發利用終將一飛沖天。（本文作者任職於中華郵政公司技術處）