太陽能發電促進永續農業

太陽能正逐漸成為再生能源產業中的領先趨勢，特別是在技術成本大幅下降，以及轉向使用再生能源的趨勢正在全球蔓延的背景下。將太陽能轉化為電能以滿足人類需求的最常見方式之一，就是使用太陽能電池板

然而，根據專家指出，全球太陽能電廠的發展正逐漸暴露出在環境與土地資源方面的重大限制。光電製造過程中使用多種有毒化學物質，例如鹽酸、硫酸、硝酸與氫氟酸，可能對健康造成風險，尤其是對生產工人而言。美國能源研究院（IER）的報告指出，以相同的供電單位計算，太陽能電池板所產生的危險廢棄物量是核電廠的300倍。此外，太陽能電池板中含有鉛、鉻、鎘等重金屬，若經粉碎後掩埋處理，可能對土壤環境造成危害。

此外，大規模公用事業級太陽能電池板佔用大量空間，抑制下方植被的生長，並使這些區域逐漸變成「死地」

在越南，近年來太陽能發電發展迅速，尤其是在寧順省——被視為全國的「太陽能之都」。這一波快速成長發生在經濟高速發展、能源需求不斷攀升以及技術成本大幅下降的背景下。然而，大規模太陽能發電項目正佔用大量土地，對環境造成壓力。多數項目尚未制定太陽能電池板使用壽命結束後的處理方案，而這類設備含有多種材料與重金屬，若採用一般掩埋方式處理，可能引發環境污染。

在全球範圍內，許多研究團隊已嘗試透過採用聚光太陽能技術，來克服傳統平板式太陽能發電的限制。該技術將太陽光集中至較小的區域，從而大幅降低所需使用的光電電池數量。中國的一個科學家團隊是最早提出太陽光成分分離模型的團隊之一，其中將紅光與藍光保留用於農業，其餘光譜則轉換為電能。然而，該模型因需使用昂貴的奈米光學薄膜來進行光線分離，導致成本極高，且耐用性不足，加上聚光倍率僅達數十倍，使得該技術目前僅適合於實驗室環境。

近日，Phenikaa 大學的研究團隊在國家科學與技術發展基金（NAFOSTED）資助下，透過執行「基於太陽能聚光技術之環境友善光電—農業系統的研究、設計與製造」研究計畫，成功開發出一種新的研究途徑，克服了上述缺點，並更符合實際應用條件。

該研究計畫主持人、武玉海副教授表示，研究團隊並未採用以拋物槽形成線性聚光的方式，而是轉而使用菲涅耳透鏡（Fresnel 透鏡）——一種非成像光學元件，具有薄、輕、成本低的優點，並能將光線聚集至極小的焦點，其聚光倍率可達數百倍。在如此高度壓縮光線的情況下，所需的光電電池面積可減少數百倍，意味著可大幅降低材料與有毒化學品的使用量，減少廢棄物並降低成本。該菲涅耳透鏡亦是研究團隊透過本研究計畫所取得的發明成果。

武玉海副教授進一步表示，在聚光位置，研究團隊設置了一面半鍍膜反射鏡，用以分離自然光的不同成分。其中，紅光與藍光（植物吸收效率最高的兩個光譜區段）可透過該反射鏡傳導至農作物種植區域；其餘光線，特別是富含熱能的紅外光，則被反射回來並集中至高效率太陽能電池板上。由於光譜分離是在一個極小的聚光點完成，所需覆蓋濾光薄膜的表面積可減少約 25–30 倍，從而可採用更耐用、成本更低且具備工業化生產可行性的鍍膜技術。這正是相較於現有國際技術的關鍵改進之處。

經分離後的紅光與藍光被導入光纖中，並透過非成像光學結構重新分配。因此，照射到作物上的光線更加均勻，不會產生陰影，也不會像稀疏配置太陽能板或將面板安裝於溫室屋頂的模式那樣造成作物產量下降。另一方面，被反射出的高能量光線則以比傳統平板式技術更高的效率轉換為電能。

研究團隊認為，該技術為其在越南農業—光電結合模式中的應用開啟了新的可能性，特別適合於太陽輻射強度高、且有結合發電與農業生產需求的地區。在下一階段，研究團隊將朝向更高成熟度的系統發展，以評估其於實際環境中的應用可行性，並以技術移轉至企業及國內農業—光電結合模式為最終目標