绿色发电技术大阅兵

本文作者:admin       点击: 2005-08-10 00:00
前言:
lt;b>黄继宽</b>



除了电源模块系统在AC-DC、DC-DC等电源转换环节必须透过各种新的拓朴架构或设计理念来提升效率之外,在开源的部份,如何让电力在生产的过程中带来的空气污染更少,甚至达成零污染的终极目标,也是科学界与产业界必须携手努力的重点发展方向。

太阳能、风力、潮汐、地热等等绿色发电技术,在世界上已经有许多国家或地区都在试行当中,例如台湾地区的澎湖、新竹等风势强劲之处,台湾电力公司都已经有实验性质的风力发电厂正在运作当中,而中国钱塘江口著名的钱塘潮,更是蕴含着难以估计的潮汐能等待人们采掘。至于太阳能发电,则是以美国亚历桑那州沙漠区的太阳能发电厂规模最为可观。

然而,上述的例子都是政府或公营企业单位以雄厚的财力在背后支撑的实验计划,距离一般消费大众以及两岸的电子产业界或许有段不小的距离,因此本刊这次将介绍一些与一般人的日常生活较为贴近的案例,希望能给身处业界的读者们一些启发。

<b>历史悠久的太阳能发电</b>
太阳能发电技术或许是目前各种绿色发电技术当中最成熟的一种,而且应用也相当广泛,例如太阳能电热水器,在台湾地区日照相对充足的中南部地区便已经相当普遍。但是,太阳能发电装置其实可以化身为各种日常生活用品,就看设计者的创意了。例如英国的Solio公司,便透过工业设计的巧思,将太阳能板设计成可收纳的口袋型装置,并且透过内建的锂电池来将这些电力暂存起来以备之后替各种便携式产品进行充电动作。

类似的产品目前台湾地区已经有公司正在积极研发当中,据了解已经进入工程样本阶段,相信很快就可以在市面上看到产品。不过这种内建锂电池的发电装置设计有一点需要特别注意,那就是锂电池在高温的环境下进行充放电的动作将会加速其老化效应的发生。目前扣除日本东芝已经有专门为高温环境设计的锂电池材料之外,其它供货商的锂电池解决方案都还不建议在高于摄氏四十度的环境下进行充放电操作。

除了口袋型发电器之外,另一种更为先进的创意发想则是将太阳能发电板与纺织品结合,让消费者可以把发电器“穿”在身上。要达成这个目标,最大的技术门坎在于将太阳能发电板尽可能薄型化,让它能够随着布料挠曲。在这方面,日本岐阜大学化学系的吉田司教授已经有所突破,不仅太阳能发电板本身的厚度不到0.5cm,而且还可以染成各种颜色,以符合纺织业界的需求。

更重要的是,这种可挠式太阳能发电板的成本相当低廉,以日本Gunze服装公司所推出的太阳能衣为例,据称使用在上面的太阳能发电板单价不到一美元。
其实,太阳能发电板本身已经是很成熟的技术,某些低效率的太阳能发电板成本早已不是门坎。但是台湾以设计太阳能车而闻名的南台科技大学研发团队便曾经指出,目前高效率太阳能发电板的成本仍然很高,举例来说,只要发电效率一超过20%,其成本立刻呈几何级数暴涨。这也是纯太阳能驱动的车辆至今距离商业化还有一段路要走的主要原因。

<b>后市看涨的燃料电池</b>
深入燃料电池技术后可发现,燃料电池不单只是一个产品,其技术其实涵盖了电子、材料、化学、电机、机构等各个面向,形成了一个强烈具有产业整合性的能源系统,同时也产生相当高的技术进入障碍。现阶段,燃料电池技术发展,目前如日本、欧洲厂商的做法,仍是必须将燃料电池系统与笔记型计算机等设备整机设计,对原有的系统构造改变很大。

而胜光则是将燃料电池 “零元件化”,以本身在燃料电池领域的技术实力,结合大中华地区业者在工艺上的优势与系统产品领域的丰富经验,于2004年发表 “零元件化直接甲醇燃料电池解决方案”,使得直接甲醇燃料电池(DMFC)可以利用低成本、稳定的量产工艺,将燃料电池缩减为一个简单且容易使用的模块 (Module),一举突破其实用化、商品化的瓶颈,也促使各种产品应用开发能相继快速的发生。借此降低有兴趣切入此新兴能源市场发展核心技术的厂商发展成本与市场进入门坎,以利于建立新一波企业核心价值。 

目前在便携式产品燃料电池应用方面,结合锂离子电池和DMFC燃料电池的混合式供电系统(HYBRID POWER SYSTEM)为主流,因为此两种能源系统有互补的效用。因为虽然燃料电池能量密度较高,能够长时间(只要有燃料即可发电)而稳定地输出固定电。然而它的功率密度较低,无法支持系统开机时的高功率需求,仍必须借助锂电池供电。下图(Media Bay DMFC Laptop Prototype)为胜光科技于今年CeBIT所展出的直接甲醇燃料电池原型机,使用Laptop的media bay作为内建燃料电池的slot,可发10W电力加上LAPTOP原始之离锂子电池可大幅延长续航力,即是属于混合式供电系统(Hybrid power solution:锂离子电池加燃料电池)。此类结合两种特性的电池系统,预计将从2007年起逐步成为便携式产品的主流(关于燃料电池的发展及应用概况,后续文章将有更整体性的探讨)。

所谓直接甲醇燃料电池的发电原理,是将甲醇的化学能经由电化学触媒转成电能,因不需透过燃烧反应,理论上发电功率高。应用在笔记型计算机等3C产品中,彷佛就像把一部微小型发电机装在电子产品中,只要补充燃料,就会有源源不绝的电源。与现有锂电池最大的不同在于锂电池是蓄电再放电的机制,而其本身能供应的能量受限于每次的蓄电容量,当电用完必须重新充电后才能继续使用。

而这正好与英特尔理念不谋而合,因为燃料电池它适用于长时间、不会有爆发性的电量需求装置。因此未来笔记型计算机里会同时有锂电池和燃料电池,前者是用在例如开机时、大量数据运算时的应用,后者则提供单纯的数据处理环境、或待机时的电量需求。现阶段,胜光也积极在和系统厂商合作研发电力工作配置的程序系统,同时更能大幅提高台湾多项电子产品的附加价值。
(详细内容请看8月刊……)