能源是人類文明的基石。然而，煤炭、石油和天然氣等化石燃料蘊藏量有限，長期依賴更會引致全球暖化的問題。因此，能否有效減少對化石燃料的依賴至關重要。人類近年致力開發可再生和清潔能源，不但可減低碳排放，降低能源成本，更能促進社會經濟發展，改善生活素質，意義實在非凡。
太陽能發電方式
萬里晴空，火熱的太陽照耀大地，這是大自然取之無禁，用之不竭的寶藏。太陽每分每秒釋放能量，地球表面所接收的太陽能功率，大約為每平方米1000W，當然這亦視乎大氣層狀態而定。所以太陽能是最廣為採用的再生能源，現行主要可分為以下兩種發電方式：
1. 光熱方式—聚光太陽能熱發電（Concentrated Solar Power CSP）
光熱方式，即通過太陽的熱能來發電，一般是運用帶有追日系統的鏡子或透鏡，將陽光聚焦到太陽能集熱器，藉着集中的高熱，使水氣化產生蒸汽，從而驅動渦輪發電。這方法特別適用於陽光強烈直射的乾旱地區，位於摩洛哥的瓦爾扎扎特太陽能發電站，是全球最大的聚光太陽能熱發電系統，整個項目最高能提供582兆瓦的電力，佔該國發電量超過40%。別以為入夜後便會完全陷入停工狀態，哪怕太陽下山後，也能靠着熱存儲系統中所儲存的熱量繼續發電，有助提升發電效率。
2. 光電方式— 太陽能光伏 （Photovoltaics PV）
光電方式，主要運用光伏電池吸收太陽光，透過光電效應將太陽光直接轉換成電能。
光伏電池的結構是由p型及n型兩塊半導體重疊而成。當光綫照射到半導體的連接面上，半導體內的電子吸收足夠能量後，就可脫離原子，從而流向n型半導體，形成電壓（下左圖）。
電池接通外部電路後，就會產生電流。將大量光伏電池串聯或並聯起來，就可以輸出較大功率的電流（下右圖）。
常見的光伏電池有晶態硅電池和薄膜電池兩類。常見的晶態硅電池有單晶硅和多晶硅兩種，都是由圓晶造成。它們的能源轉化效率比較高，通常介乎20-25%。
薄膜電池的能源轉化效率則比較低，通常只有10-20%。但優點是成本比較便宜、重量輕盈及可屈曲，所以用途較為廣泛，例如汽車、建築物表面甚至衣服等。
發展的無限潛能
太陽能發展日益蓬勃，世界各國積極推動產業發展，而中國是世界上最大的太陽能生產國和消費國，佔全球產能的三分之一以上，成就舉世矚目。根據國際能源署（IEA）報告顯示，在各種太陽能技術中，光伏發電佔全球太陽能發電能力的90%以上，技術被廣泛應用，中國在太陽能電池板的製造階段中，佔據逾85%的份額，技術發展超卓，值得我們引以為傲。
除了發電外，太陽能電池亦廣泛應用於日常生活中。近年歐洲及中國正大力推動太陽能電動車發展，雖然還是起步階段，但前途無限；香港亦將太陽能電池引入，作為巴士的輔助電力，以達省油之效。
此外，學校致力推動STEM教育，學生動動腦、動動手，製作一台環保、無污染的太陽能車，當中涉及如何運用太陽光為馬達提供電力的原理。學生更發揮創意，加上美侖美奐的圖案，太陽能車儼然化身成藝術品。活動能裝備年輕人21世紀所需的能力︰求真、探究、創意、協作、力行……有助培育未來創科人才。
小思考，大智慧
1. 太陽能發電的優勢是甚麼？
2. 太陽能發電的局限性是甚麼？
3. 試發揮創意，想想太陽能如何在日常生活中應用。
參考答案
1. 太陽能發電在運作過程中不產生碳排放或污染，有助紓緩污染問題；而它的運作不用購置燃料，成本較低。除此之外，太陽能電池可用於不同環境，小至屋頂安裝太陽能電池板，大至太陽能發電系統，用途非常廣泛。
2. 它不是一個恆定的能源來源，因為它依賴日照時間、天氣條件和陽光角度等因素，這可能會降低整體輸出。此外，光伏電池和能源儲存系統的安裝成本很高，需要大量的初始投資。
3. 自由作答
文：九龍真光中學STEM統籌主任林震東
本欄逢周四刊登，由教育評議會邀請資深中小學老師、校長及大學講師撰稿，旨在為學生提供多元化的STEAM學習材料，引發學生探求知識的興趣，將學習融入生活，培養學生的世界觀、敏銳的觸覺、積極學習的態度。
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