美國西密西根大學追日計畫 曬太陽的跑車 越來越快

文/林立綺 圖/Western Michigan University , Abraham L. Poot

想像一下,只要有一台以太陽能源動力驅動的太陽能車(Solarcar),在有艷陽高照的地方,不需使用任何一滴汽油或是耗費任何一度電力,就能無止盡的 行駛,汽車的使用達到完全零汙染、零碳排放的理想境界。這是美國西密西根大學(Western Michigan University )為研發太陽能車所成立的追日計畫(Sunseeker project )在過去20年來,為了降低汽車工業所造成的能源消耗以及空氣汙染,同時也為替代能源尋找新出路所堅持的夢想。

太陽能電池技術仍待突破

雖然,太陽能源車目前在研發過程中所面臨的最大難題,仍是太陽能電池的蓄電力不足,以及電池的成本過高和重量過重所造成的障礙,讓太陽能源車無法大量普 及。但是,西密西根大學太陽能車追日計畫的顧問(Advisor)Abraham L. Poot說,西密西根大學透過跨科技跨領域的合作,共同打造次世代太陽能車,不僅可以讓西密西根大學的師生發揮所學,更為尋找可正式商業運轉的無污染替代 能源盡一份心力,同時也在團隊合作的過程中,肩負推廣乾淨能源的概念及責任。

雖然太陽能的應用在近幾年因應油價高漲才開始興盛,但將太陽能源應用在汽車的動力上,卻可追溯到1987年。Abraham L. Poot說,美國最大車廠Generla Motors在1987年開始推出太陽能車賽車比賽的計畫,並首度在澳洲舉辦太陽能車的競賽,當時由GM和AeroVironment公司設出首輛純粹由 太陽能驅動的Sunraycer太陽能動力車,召集了GM公司半數以上的部門和供應商共同合作。而GM的太陽能車Sunraycer成功的運用太陽能動力 和電池,完成了穿越澳洲中部,長達1,950英里(mile)旅途的壯舉。 這趟以太陽能為主要動力能源的長征旅程,從澳洲的Darwin 到Adelaide,總共花費了5天半的時間,平均速度為每小時41英里。

而在GM推出首輛太陽能動力車3年之後,美國西密西根大學也在1990年正式投入太陽能車的研發,成立追日計畫,並由工程及應用科學學院(College of Engineering and Applied Sciences)主導,希望能透過學生團隊的持續研發並參與競賽,設計出最優良的太陽能車。Abraham L. Poot進一步說明,太陽能車的開發,和一般傳統的燃油車輛,或是現在的電動車以及混動力車不同;太陽能車要追求的,是在一輛車上,達到透過太陽能的發電 以及儲電系統就可以達到能源自足,而不需要藉由任何電力或是外在能源的境界。因此,設計太陽能車必須整合各個專業,重新設計各個關鍵零組件開始發展。
Abraham L. Poot說,從西密西根大學投入追日計畫之後,學生不管是主修何種專業科目,都可以透過參與追日計畫以及太陽能車的研發,整合各個學科的知識並結合藝術和 科技,將現有的太陽能源作最適化的運用。而同時間,學生可以將在課堂上學到的知識,透過團隊的合作,運用在實際的專案(hands-on project )中,不致讓課堂所學與實際生活脫節。

因此,為了確保學生所研發的太陽能源車不是紙上談兵,Abraham L. Poot表示,西密西根大學研發太陽能車的追日計畫,更是每次必定參加的兩年一度「北美太陽能競賽」(North American Solar Challenge)。Abraham L. Poot進一步說明,「北美太陽能競賽」是一個跨國家、跨科系整合的競賽,透過這個競賽,學生團隊透過穿越北美長達2,500英里路程不同路況的考驗,測 驗經由學生所設計的太陽能車的效率、安全性以及耐久性。目前,「北美太陽能競賽」已經舉辦了10次比賽,而參與這項比賽的大學,從一開始的30多所大學, 剩下到目前只有4所大學參與。儘管許多學校隊伍半途而廢,但是西密西根大學的太陽能車團隊,卻全程參與所有的賽事。而在Abraham L. Poot的協助下,追日計畫更曾獲得最佳電擊及機械設計大獎、最佳團隊精神獎、最佳進步獎以及由贊助商EDS所頒發的金質獎章(Gold Award from race sponsor EDS)。

參加太陽能賽車挑戰極限

此外,追日計畫也參與由美國創意者教育基金會(Innovators Educational Foundation)所贊助的美國太陽能方程式大賽的挑戰(American Solar Challenge's Formula Sun Grand Prix),如同挑戰一級方程式賽事般,全美有多所學校參加這項競賽,而哪一個團隊能夠完成行駛越多圈的賽道(lap),即代表學生團隊所設計太陽能源車 的引擎性能越佳,Abraham L. Poot說明。同時,透過參加美國太陽能方程式大賽,學生團隊可以在比賽的過程中,對於太陽能車進行實際上路的檢驗,並找出任何設計過程中出現的瑕疵。

然而,Abraham L. Poot也明白指出,目前不論是西密西根大學的追日計畫或是太陽能汽車要商業運轉,所面臨的最大難題,就是太陽能電池的蓄電力不足、重量過重以及成本過高 的問題。他進一步說明,既然太陽能車的能源來自太陽的熱能,要如何在太陽光充足的白天,利用太陽能發電,同時將剩餘的電力,儲存在太陽能電池之中,在陰天 或是晚上沒有太陽的時候,可以運用太陽能電池所儲蓄的電力,繼續行駛車輛,就是在設計太陽能車時最大的挑戰。也因此,目前打造一台太陽能源車,所花費的最 大成本,就是在太陽能電池的設計上。

當然,太陽能車需要使用許多太陽能電池儲備電力,但是過多的電池也會讓車體重量超重,車速就會受到限制。這也使得太陽能車尚無法正式在商業市場銷售的主 因。同時也是西密西根大學在投入20年研發太陽能車的追日計畫中,最需要克服的一個環節。Abraham L. Poot表示,目前,西密西根大學透過太陽能車Sunseeker計畫所研發出的太陽能車,最高時速從一開始的每小時17英里(mile)提高到45英 里。在沒有晴朗日照而必須使用備用電池作為主要動力來源的陰天時,時速也可以達到每小時25英里至30英里。

結合奈米技術是最新發展

此外,西密西根大學的太陽能車Sunseeker計畫,也肩負推廣太陽能源技術及教育的任務。Abraham L. Poot說,西密西根大學的學生團隊,透過簡報以及展示的方式,在密西根州的小學、中學以及大學等學校,各大博物館、能源展覽會場、汽車展覽以及各種特別 的活動及場合,都積極推廣可再生的替代能源,並且使用相關的進階科技在太陽能車上。而西密西根大學內部,也提供有電動車的充電設備,提供環保電動車的電力 來源,鼓勵使用電動車並尋求降低使用傳統燃油車的比例。

儘管太陽能車的研發仍處於實驗階段,但是Abraham L. Poot期許,西密西根大學的太陽能源車團隊將持續與州政府合作,並希望能夠透過奈米技術的發展,開發出更輕、更小且蓄電力更長的太陽能電池,為太陽能車的再進化努力,也為汽車產業許一個無汙染的未來。


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