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法國國家科學研究中心與東京大學發奇想，高空太陽能雲上發電


法國國家科學研究中心與東京大學發奇想，高空太陽能雲上發電

作者 藍 弋丰 |
發布日期
2016
年
02
月
01
日
18:27 |
分類 太陽能
, 尖端科技
, 能源科技

迪士尼動畫《大英雄天團》中虛構的「舊京山」市上空飄滿了高空風力發電氣球，雖然城市是虛構，技術卻不是虛構，高空能源（AltaerosEnergies）所發展的高空風力發電機在 2014 年獲日本軟銀（SoftBank）投資 700 萬美元；同為可再生能源，如今太陽能也不甘示弱的往高空發展，法國國家科學研究中心與東京大學合作經營的 NextPV 實驗室提出高空太陽能的構想。
NextPV 實驗室的法國總裁，專精電化學、表面化學與材料工程的尚法蘭索瓦•吉莫斯（Jean-François Guillemoles）說明高空太陽能的點子：太陽能所謂不穩定性，主要來自於天氣方面的干擾，當雲層飄過時，地面的太陽能發電設施因為陽光遭到遮蔽而發生發電量急降，造成電網調度上的困擾，但是，在雲層上方，整天都有太陽，每天都是陽光普照。至於該如何把太陽能板架到高空中，辦法跟高空風力發電一樣：採用大型氣球。
以目前的電網技術，太陽能受到雲層飄過而發電中斷產生的調度問題，已經可配合天氣預報預先準備，不過雲層遮蔽造成的發電量減少就無法避免，若採用高空太陽能發電，在雲層之上，不管地面是陰天與天照樣發電，加上減少穿過地面空氣與灰塵的厚度，如此一來，發電量可望為地面的 5 倍。
但是高空氣球架上太陽能板，萬一遇上颱風怎麼辦呢？簡單，搭配氣象預報，若遇上極端氣候時，把氣球收下來即可；此外，為了避免飛機意外撞上，氣球也應該裝上信號燈，信號燈耗用的電力不多，可由氣球本身所發的電提供。
NextPV 目前正研究要以何種方式從氣球送電回地面，以及高空太陽能發電相對於地面太陽能發電設施的成本效益如何，不過 NextPV 重點不僅在於成本，氣球可移動、安裝容易，這項特性，不僅使得設置裝置的碳足跡相當低，也使得高空太陽能發電可以如高空風力發電一樣可以自由收放、移動位置，因此開啟許多應用方式的可能性，如臨時支援偏遠斷電區域，或是為臨時的偏遠工程供電等。

做為分散式能源使用
然而，NextPV 的狂想還不僅止於此，既然高空太陽能是以大型氣球為基礎，NextPV 甚至想以氣球本身為能源儲存方案，NextPV 打算以氫氣填充氣球，氫氣不僅能讓氣球漂浮，還能做為能源儲存，尚法蘭索瓦•吉莫斯認為，高空太陽能裝置可接上氫燃料電池系統，電力有餘裕時，製造氫氣儲存於氣球本身；當夜間需要用電時，就從氣球汲取氫，以氫燃料電池發電，氣球的大小可儲存 10 天的發電量，供應夜間需求綽綽有餘。
不過這個氫儲存的狂想部分受到許多質疑，首先是製氫設備要放在何處？若在氣球上，則將大為增加氣球重量，恐影響飄浮能力，若放在地面，則要有氫氣管線通往天上的氣球，顯然有相當危險性；其次是，目前許多國家都已經明令禁止氫氣球，也就是說若是以氫氣填充氣球，則無法合法營運。
其實若只是為了要夜間供電，也不用如此大費周章，可在地面設置電池技術為基礎的能源儲存站即可，不論是用主流的鋰電池，或是應用其他電池技術如液流電池等均可，電池站也可裝載在貨櫃上，跟氣球一樣有移動性，支援譬如偏遠臨時工程等應用。
市場也質疑高空太陽能發電若是要連上電網，再加上併網所需的監控、調控等成本，恐怕價格上沒有市場競爭力。不過高空太陽能若是真能實現，初期應用顯然會是做為分散式能源使用，可支援臨時需用電的偏遠地區、臨時性工程、偏遠工業場址、礦場、軍事基地，或是支援災難救助、野外研究、以及野外音樂會等各種臨時性活動等，這些偏遠或臨時工程的用電需求原本無法滿足或成本極高，高空太陽能會是相當好的解決方案，這些領域並不需要與電力公司電網價格競爭，最大的競爭對手，反而可能將是高空風力發電。
當技術發展成熟，高空太陽能其實可望有更有效率、更多附加價值的應用方式，例如，同樣以氣球搭載，高空太陽能氣球可與高空風力發電機結合，不僅一舉兩得，還能順帶解決夜間供電問題；陽光普照的日子，高空太陽能氣球飄浮城市上方，或可提供遮蔭降低熱島效應，不僅本身發電，還能減少城市用電，這些都具有想像空間。無論如何，期望 NextPV 盡快打造出原型機開始測試吧。

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