太阳能的前途希望

一排排的镜子焦点集中于高达200尺（61米）的“发电台”的一点之上。它能够发出1,000个太阳以上的热力，温度达华氏4200°（摄氏2300°）

在这个能源短缺的时代里，太阳是不竭的能源，以它的光和热加惠地上众生这项事实是无法不受到注意的。它使地球保持舒适的平均温度。供应能量使植物生长，使众生得以生存。这些裨益是如此显明以致不少人把它们视为当然。

但在许多方面，我们却要依靠其他方式的能源而不是直接使用太阳射线。倘若其他能源减少和枯竭，我们可能以阳光来供应家庭和工厂的暖气吗？我们有方法把阳光转变成电力作为照明和开动汽车、收音机、电视机的电源吗？我们可以把太阳能储藏在箱里作为汽车和飞机的燃料吗？

这些可能性现时已受到认真考虑。科学家们在实验室对太阳能的多种用途作出基本研究。太阳的潜能无疑是存在的。仅是落在美国亚利桑那州256方哩地区之上的太阳射线就相等于美国所有发电厂所发的电力。那末，有什么难题存在呢？

我们所面临的第一难题是阳光的天然扩散特性。任何大小限度的集热器只能吸收相当小量的能。可是，甚至这种扩散的能量也足供若干用途。设计成容纳阳光的建筑物可以吸收足够的热力，存储作为暖气所需的燃料。屋顶水箱的水可以加热到足供洗浴、洗碟或洗濯衣物之用。

太阳能的另一天然局限是要用时未必就有，阳光随日落而消逝。云层也能把它遮没。阳光强度、日照时刻和天阴的日数则随着纬度和季节而各异。在多项用途方面，趁着阳光普照时以种种方法把接到的阳光储藏起来可以留待晚上或阴天使用。

储藏太阳能的简单方法之一是在日间把水晒热，藏在绝缘的水箱里供晚上之用。让热水通过放热器循环也能供应住宅暖气。在恶劣天气下，暖气系统便要借助其他能源。现时已有人用太阳能作为辅助暖气系统以减少煤气或电力的消耗。

除了初步的应用方法之外，太阳热也可凭较复杂的方法使用。借着集中太阳光线，便可能获致较高的温度。谁未试过在实验时把一块纸压在集中阳光的放大镜下看着它闷烧和发出火焰呢？这项原则可以大规模应用，方法是使用凹面镜子，把阳光集中在狭小范围内，它所发的眩目白热温度足以融化最耐热的材料。法国南部便有这样的一个太阳熔炉，熔炉焦点上的汽锅用来发电以供应全国的电力系统。厂商提议出售具备1,000瓩性能的太阳能发电机。

这种较复杂的系统已在美国新墨西哥州的阿布奎基近郊兴建起来，目的是研究整个发电厂的经济潜力。排列中的镜子焦点集中于高达200尺（61米）的“发电台”的一点上，每个镜的面积是4尺（1.2米）平方，25面镜子在“日光反射器”上排成正方形。当太阳横过天空时，日光反射器必须同时倾斜，随着太阳移动使太阳的反射光线集中于一点。在发电台北部有222个日光反射器排成三角形，每个反射器由电脑按照距离和方向分别指挥。

当阳光一起集中在发电台时，落在2亩（0.8公顷）地方的阳光集中于大约5方尺（0.5方米）的一点上。那里的热力超过千个太阳，温度达摄氏2,300°（华氏4,200°）。在早期试验中，日光反射器的光线很快便把钢板融穿一孔。

经过以热水器在发电台上试验之后，美国计划在加州的巴士杜兴建一个10,000瓩的太阳能发电站，希望在1981年初可以连接加州南部的电线网。

来自阳光的电力

目前，其他科学家正在致力于达成把阳光直接变成电力的长期目标。这项原则本身并不是新事。我们在多年来已使用基于光电效果的装置。例如，照相机内的光电池会按照前景的光度而校正镜头的暴光程度。光线发出一道细小的电流推动针盘上的针。把规模扩大到以足够的电流从事有用的工作是一项艰辛的事业，也是可获巨大酬报的事业。

光怎样在光电池里发出电力呢？秘诀在乎利用半导体元素。作为优良导体的元素，例如大多数金属，它的电子是以十分游离的状态附着原子的。电子携带着电流自由转动。但在绝缘物质上，电子却紧缚在轨道上不能自由转动。半导体则介乎两者之间：电子是缚着的，但缚得不紧，稍加推动，电子便会游离转动。

纯粹的矽是不良的导体。但是加入少许杂质就可以使它变成较佳的导体。例如，加入少许的砷元素，便会使晶体多些游离电子，因为它有五个外壳电子，比矽的四个多了一个。或者加入少许硼，它只有三个外壳电子，于是造成了空隙。欠缺的电子被称为洞。其他电子可从邻近的原子跳进洞里，使洞可以移动，造成与正电电流移动的同一效果。

第一种不纯的矽称为N型矽，它有多余的电子（负电荷）。第二种称为P型矽，它有多余的洞（正电荷）。若把这两种矽对面排列便组成N—P接合面。电子在越过接合面时只会流向一方。这便是电晶体的基本原理，今日的小型矽片已取代了昔日庞大的真空管。

现时假定我们取N型和P型矽片各一块，把它们放在一起，它们组成的不是电晶体小片而是太阳伏特电池。这个电池若暴露在太阳之下，日光的个别单位——光子——里面的能就被吸收和发生作用，使矽原子中的电子变成游离状态。若把电池的两面连接起来组成电路，电子便会从N这边流向P那边，这种电流可供使用。它便是来自阳光的电力。

阳光里的能并非全部都是可以转变成电力的。阳光的光子中的能所含的电子伏特从1.5至3.0不等，因此颜色红、紫不一。大约只有1.0电子伏特的能就可使矽晶体里的电子变成游离状态，其余的能变成热力而散去。在理论上，一个单一的矽电池的最高效率约为百分之22。但实际上现时所制的电池最高效率大约为百分之15。据称希望借着把不同种类元素集合成多层的半导体就可以把百分之50的阳光转变成能。

太阳电池的应用

太阳电池在现代科技上已占了重要地位，作为供应太空船的电源。太阳电池在这方面的用途是十分理想的。在星际飞行的场合，它们长时间暴露在充分阳光之下（过半时间在轨道上）。它们既不受云的阻隔，也不受风、雨所侵扰。太阳电池的费用已拨入太空研究预算中。

我们发现飞往火星的太空实验室或维京太空船轮廓上最显著的特征是从船身伸出的太阳翼板。太阳电池已证实是可靠和耐用的。维京轨道运行机的发电装置在抵达火星之后两年仍然发出600瓦特的电力。它在这项艰辛的任务上所获致的成果的确值得推奖。制造太阳电池以仔细照顾和高昂成本来保证设备的完善使维京太空船耗费不赀。可是太阳电池的成本现时已减至20分之1以下，使它在经济方面足以作为地球上的电力用途。太阳电力的前景看来颇有可观，其他半导体装置的成本大量削减可以希望较早实现。多个实验室的工作人员正努力研究一些自动程序使太阳电池价格较廉。热心拥护者声称，在2000年，太阳可以供应美国所需的能源百分之20。

太阳电力有一项特征与其他方式生产的电力成了鲜明的对照。它是天生可以随意安排的。那便是，生产的基本单位是个细小的组合单元。要多得一些动力，只需把更多单位组合一起就行。蒸汽发电就不同。它要有大工厂以燃烧石油或煤来发电才使电力成本较廉。核子发电也一样，核融合发电更是一样。可是太阳发电不论规模大小都是一般廉宜。

这件事引致一个发人深省的问题：现行制度所不可或缺的广泛电力网会被废弃吗？未来的发电厂也许是社区或小地区单位的事业，甚至在孤立的私人住宅进行。这种想法正使那些分布广大地区，甚至全国电力网的电力生产组织担忧。工业领袖们感到在现行制度的庞大投资遭受威胁以致不肯热心支持这样的彻底革新是可想而知的。有些人声称，倘若没有这些拦阻势力，太阳电力可以发展得更快。

直接太阳电力的其他优点的确令人向往。它是清洁、没有噪音和可靠的。它既没有移动的部分，并且用之不尽。它的使用方法简单。它不致造成染污。它的能量供应既免费又可以逐日更新。你会怀疑这种能源的前景会吸引拥护者去尽力使其早日实现吗？

［第6页的精选语句］

降在亚利桑那州256方哩地区的阳光相等于美国所有发电厂所发的能量

［第6页的精选语句］

热心拥护者声称到公元2000年，太阳可以供应美国所需的商用能源百分之20

［第8页的精选语句］

直接太阳电力的优点：没有染污，没有噪音，不会损耗，阳光供应既免费又可以逐日更新

［第7页的附栏］

来自太空的太阳能电力

在一切开发阳光作为电力的意见中最奇妙的莫如一出科学幻想电影所映出的。电影中有多排太阳电池板装置在太空中，面积达50平方千米（20方哩）。这个能源收集站位于36,000千米（22,300哩）高空的轨道上，固定在赤道上空的一处指定地方。生产的电力用微波转送到直径10千米（6哩）的地面接收站的天线上。地面所收的5,000,000瓩电力差不多可供纽约全市之用。这项提议表明地上太阳集热器的优点。太空发电站可以每日启用24小时，多云的天色不会干扰能量的收集或微波传送。

但这样的庞大建设并不是在现行太空时代科技范围内所能做到的。发展火箭去把物资和工作人员送入太空要耗资数十亿美元，有人怀疑游离的微波是否会危及接收站附近的居民。同时，它对电离圈和天气，无线电和电视会有什么影响呢？天文学家抱怨这些明亮的物体在天空中会永久停止他们对太空作深入的探测，因为他们在探测时需要阴暗的天空。公用事业的主管人也许喜欢这项计划，因为这样行仍要依赖他们的输电系统。

可是，你若能储藏电力供夜间使用，你也许会喜欢在太阳照射房屋时直接从太阳得到电力以避免复杂迂回的设计。那末，当太阳卫星成为现实时，你也许能够在屋顶装设小至30方尺（3平方米）的太阳电池去收集足够的太阳电力供你一家之用。