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作者：林穆琳
傳統的發電方式，是燃燒初級能源如油、天然氣和核燃料等，將之轉換成電能，過程中不僅會產生二氧化碳和污染物質，在效率方面，只有36%會變成電力傳入一般家庭，另外64%會成為廢熱，排入大氣和海中，或是在輸配過程中消失。而在電力用於一般家用電器例如電燈照明時，又只能以部分電能轉為光能，其餘同樣產生大量廢熱，造成空調和大氣的負擔。為了讓生活便利和環境負荷達到平衡，我們「良心」的選擇了各種環保冰箱、變頻空調等節能產品；然而，你是否曾更進一步的考慮，讓這些環保家電所吃的「食物」──電力，是來自更有效率、更乾淨的大自然？
這些取自自然、用之不竭的綠色電力，就是來自太陽能、水力、風力等可再生能源。面對地球資源的短缺，和傳統利用石化燃料或核能所驅動的電力所引發的污染和安全問題，許多先進國家皆致力發展這些綠色新能源，期待能減少二氧化碳和有害物質的排放，最終達到環境永續及發展永續的理想。我國則訂下公元2020年時，全國再生能源能夠達到650萬千瓦的目標，屆時將佔國內總電力的10%，與德國以及丹麥等發展再生能源先進國家相當。
而今，各種可再生的綠色能源的應用，一方面還在各國實驗室中衍構各式的可能，一方面，則已有成型的技術成果，供綠色消費者採擷。
零耗能的夢想
以歐洲為例，第一條「零傳統能源」（Zero-Energy）街，即在荷蘭一座古老而優美的城鎮Leeuwarden市中成形。這條街包含在一項由民間團體所提出的綠色社區行動計畫中，街中的每棟住宅屋頂都裝有太陽能收集系統，供應居家用電；而家家戶戶所裝的太陽能熱水爐，則可利用太陽熱能將收集的雨水加熱，並循著牆內的導熱管線布於各房間，在寒冷的冬天提供溫暖，省下不少能源的耗費。
同樣的，台灣也有個綠色能源應用的好例子。在台東縣金針山下有所新興國小，不僅以太陽能電板發電，還收集社區家庭廢水，再用生態池過濾。學校用來沖洗廁所和澆灌清潔的水，完全用不上自來水。而且靠著教室屋頂兩組太陽能電板和3座風車來發電，連電也幾乎能自給自足！原本兩個月要用掉4千多度電、一萬多元的電費，現在兩個月才用電100度。校長更考慮未來在寒暑假小朋友不上課時，電用不完還可以賣給台電。
一些綠色能源的應用技術，已日漸成熟。尤其在台灣東部和中南部，日照強烈且時間長，是應用太陽熱能和光能發電的理想地方；沿海及離島地區，常年風力強勁，也適合發展風力發電。目前相關設備雖因市場有限價格難以抑平，然而對於綠色地球的投資，是無法計之以有形的金錢！
太陽能熱水器
 太陽能運用於熱水器中，比一般的瓦斯熱水器還安全。其主要是利用集熱器上塗黑的表面薄膜，吸收太陽的輻射熱能，然後經過金屬板的導熱過程，將熱能傳到管內的水中，漸次將儲水槽的水加熱至可供沐浴或洗滌。一般分為自然循環式和強制循環式二種。自然循環式是在儲水槽下方設置集熱器，在吸收太陽熱能時，利用熱水冷水密度差，來讓水槽內的冷熱水自然對流循環，將水槽內的水加熱。
 另外強制循環式的構造原理較為複雜，主要是另外使用感溫控制器和一循環幫浦。當集熱器的溫度高於儲水槽5~7度時，循環幫浦會啟動帶動整個系統的水循環，進行熱交換；一旦相差只有1~3度，則幫浦會停止運轉，直至集熱器收集足夠太陽能、再次啟動循環為止。
然而在連日陰雨、日照不足，太陽能熱水器無法提供足夠熱水的情形下，目前不少品牌都帶有電熱輔助器，必要時可自動切換為電能，或以瓦斯加熱來補不足。並且有些熱水器在集熱器上的外層薄膜性能做加強，大量增加太陽光的吸收率，號稱陰天也擁有高效率的集熱效果。各家性能不一，不妨多作打聽比較。此外，因應不同地區水質不同，還要注意防鏽、腐蝕和結水垢的問題。
 太陽是免費而潔淨的能源，初期硬體設置費用較高，然而若保養、安裝使用得當，後續可省下大筆電費或瓦斯費。世界各國不少推廣太陽能熱水器不遺餘力，以色列的普及率達80％，日本也有11％，而台灣僅有4％。目前在政府部分補助之下，全台約有30萬台太陽能熱水器，專家預估未來應可達到150萬戶，普及率將增加到22%。
太陽光電系統
 利用太陽能的方式還有很多。例如以太陽能電池來儲存太陽光能，並換成電力，可以驅動小至計算機，大至太陽能手表、時鐘、路燈，甚至汽車、太空船和人造衛星！太陽能電池與一般電池不同，一般電池是透過電解質來傳遞帶電離子，而太陽能電池則是利用半導體照射到太陽光時，會產生大量的自由電子，並因電子的移動而產生電流。因為太陽能電池需要陽光才能運作，所以大部分是將太陽能電池與蓄電池串聯，將有陽光時所產生的電能先儲存起來，好供無日照時放電使用。
 太陽能電池的應用，在國內因高造價而無法普及，平均要安裝能產生1千瓦電力的電池板，約需30萬元的成本；估算整個使用壽命約20年，則平均每度電約需14元，即使加上政府的半額補助，也還需7元，仍是一般電價的３倍多；然而基於環保的考量，已有愈來愈多學校、機關和個人，願意做這樣的投資。政府在一些高山、偏遠地區，電纜未及鋪設之處，也採用太陽光電系統，相較之下，算是划算的投資。
以往太陽能電池板一般需裝設於屋頂或頂樓，所需面積過大，不利於舊房舍安裝。然而由於太陽能光電本身結構及裝置技術日益牢實，日前台北技大學已成功的讓太陽能電池板與原有建築本身，做更加緊密的結合。其在日曬嚴重的樓面，安裝太陽能電池板，既可集電，亦可充當遮陽板，減少了日照，也減輕了空調的負荷。一些例子甚至將電池板充作屋瓦或屋頂、天窗，不僅消除佔空間的煩惱，減少了日曬問題，更直接減少了建材支出費用。
 因為太陽能發電需要把白天所產生的電力存在蓄電池中，待夜間回到家中再使用；然而存取當中會造成不少電能耗損，這時可以選擇「市電並聯」的方式，讓白天發的電流入迴路，供區內上班尖峰用電所需，晚上再切換至市電供應系統；而且未來如果小額售電辦法通過，一旦電力用不完，還能賣給台電！
如果想要更進一步了解自己家中需要裝設多少單位的太陽光電池板才敷使用，可以參考經濟部能源局和工研院網頁的介紹：http://www.pvproject.com.tw/family/index.html
小型風車
 除了太陽能之外，自然資源中還有風可以利用，風力發電就是利用風力來轉動風扇來產生電力。與澎湖中屯或雲林麥寮等巨大的風車相比，一般家庭受限於空間，只能使用小型風車。但由於風向不定，風力不穩，無法產生固定的電流來滿足大型家電，不過只要一支可產生500瓦的風車，經過蓄電之後，已足以供應全家照明了！
小型風車在日本十分蓬勃，已發展出連1.2m/s~1.5m/s的微風都能發電，並在風過大時自動啟動煞車，以防危險。此外，有的風車下方附有一塊太陽能電池板，可以跟太陽能連結，達到電力穩定的效果。例如夜間風大，即啟動風力發電；日間無風，則改用太陽能發電。這種風能、太陽能互補的小型發電設備，在很多地方的住家屋頂上都看得到。他們對風力發電的另一著眼點在於，一旦發生災難，所有電力全都中斷時，還可以利用風力及太陽並聯發電來做為通訊救災之用。
以上是目前已臻成熟的家庭綠色能源設備。面對著國內油價、水電費用漲聲連連，石化燃料污染問題嚴重，更顯出小型、獨立、潔淨電力的可貴。或許有一天，火力發電和核電廠早已埋入地底，城市中像卡通風之谷豎立著座座風車，家家戶戶使用著輕巧的太陽能集電器，連垃圾、廢熱都利用熱電技術轉化為有用的電能，完全達到自給自足。這樣零耗能、零污染排放的理想，國外已陸續藉由綠色生態社區、零傳統能源街來建構，我們，還在等什麼呢？
※感謝財團法人台達電子文教基金會贊助本專欄
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