太空太陽能發電

18世紀，班傑明•富蘭克林於雷雨中放出的風箏迸發了近代電學研究的火花

1世紀後，由尼古拉•特斯拉創造的交流電開啟了電力商業化的時代，也連結了電力供應與現代社會密不可分的關係

進入21世紀後，科學家開始計畫直接從大氣層外取得發電所需的能量

SPS-Alpha solar satellite

台中火力發電廠排放廢氣

風力發電圖解

太陽能電池原理

太空太陽能發電系統示意圖

相信各位都深刻體驗過，停電的日子有多麼不方便。因此，研究可永續發展的發電方式已是燃眉之急。令人擔憂的是，當前台灣的主要發電方式幾乎還是依賴非再生能源，亦及火力與核能發電，再生能源僅不到10%。由於台灣的天然資源並不算充裕且人口密度極高，因此只能仰賴能量密度高但造成環境汙染(例如火力發電廠排放的廢氣造成中部PM2.5濃度「紫爆」)的非再生能源。然而，再生能源(如水力、風力等)更大的問題在於發電量不穩定，如水力發電量受到河川流量變化影響，而夏季的微弱風力導致風力發電無法滿足用電高峰需求。那麼，如果直接從地球的能量來源，也就是太陽，直接取得呢?

1950年代，美國貝爾實驗室研發出第一個太陽能電池，後應用於人造衛星。1980年代，太陽能發電技術邁向商業化。2015年，太陽能發電量已佔全球發電量的1%。但是，現有太陽能電池的效率僅15~20%，且大氣層產生的折射及反射，使太陽光傳遞到地表的能量產生部分損失。因此，除了改進太陽能電池材質外，科學家想出了利用衛星在太空直接收集陽光，再將其以微波或雷射傳輸至地球的概念，亦即太空太陽能(Space-based solar power)。

電力無線傳輸示意圖

獵鷹9號超重型運載火箭發射升空

太空太陽能發電有許多優點，例如在太空中能獲得至少95%的太陽能、能量來源在50億年永無枯竭、能將電力透過無線傳輸至地球任何一個角落、不須大量建置發電機組及減少電力傳輸的耗損、建造接收天線不需佔用地表可用來生產糧食的土地等。即使有著顯而易見的好處，這項尖端技術仍然需要面對現實問題。首先，在同步軌道中設立大型發電衛星的花費極為可觀，後續基礎建設更是天文數字；其次，大量能源透過雷射光束或微波傳輸是否會對地表產生威脅?隨著科技的長足進步，2015年日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)和三菱重工分別成功完成地面上無線電力傳送實驗，成功將電力轉換為高功率微波，經過誘導投射到500公尺外的受電板並成功點亮LED燈。今年2月，SpaceX研發的獵鷹9號超重型運載火箭試射成功，如未來發射成本降到特定門檻，應有機會滿足大型發電衛星的發射需求，進而降低成本。

能源資源與台灣同樣貧乏的日本，已宣布30年內建立首座太空太陽能發電站，反觀台灣目前似乎仍無具體措施或研發成果。外星球移民的時代尚未到來，投資天際的計畫，相較全球暖化以及核電廠災害的可能代價，似乎更為划算。

文章參考來源：

當能源來自天際：太空太陽能發電(檢索日期2018/02/19)

在同步軌道向太陽借光(檢索日期2018/02/19)

日本無線電力傳輸技術太空太陽能發電系統(檢索日期2018/02/19)

Caltech and Grumman partner on Space Based Solar Power Initiative (檢索日期2018/02/19)

New Space based solar power designs can get to less than 2 cents per kwh (檢索日期2018/02/19)

Space-Based Solar Power (檢索日期2018/02/19)

About Space-Based Solar Power(檢索日期2018/02/19)

圖片引用來源：

http://discovermagazine.com/2015/july-aug/19-stellar-energy, retrieved February 19, 2018

https://12udn.com/news/story/11321/2882585, retrieved February 19, 2018