前陣子，俄羅斯堪察加半島發生了世紀暴雪，其破紀錄的降雪量，被稱為146年來歷史性最強的「雪之末日」。
近日國家氣象局預警，美國將迎來一波挾帶極低氣溫的強烈冬季風暴，影響範圍橫跨中南部至東岸，這股被命名為「冬季風暴傅恩」（Winter Storm Fern）的氣侯系統，預計將自德州向北方和東方擴展，影響至北美大平原及中大西洋岸，並波及美國東北部多個州，氣象頻道預測風暴影響範圍可能長達2000英里（約3219公里），將超過美國本土總長的一半。預報顯示，中大西洋岸地區恐成為重災區，部分地區降雪量可能超過1英尺（約30.48公分），體感溫度下探零下51度，風暴會帶來嚴重冰害，並形成長達1500英里（約2414公里）廣泛降雪帶，這可能將會刷新部分地區歷史降雪紀錄，強風及大量降雪的情況下，恐使大量道路封閉、航班取消情況加劇、電力與通訊設施遭受嚴重破壞。日本氣象廳也發出警報，日本的北陸地區遭遇入冬以來最強等級寒流，各地持續出現嚴寒大雪，不但將創下入冬以來新低紀錄，恐怕還會出現10年才會出現一次的超級低溫。
有沒有覺得這些新聞很熟悉？是的，2022年底就發生過了「世紀冰風暴」新聞，冰風暴幾乎在整個12月份完全肆虐了美國和加拿大，美國當時遭受數十年最寒冷的「極地渦漩」侵襲，"範圍前所未見"的炸彈氣旋從美加邊境的5大湖一路席捲到美墨交界的格蘭河，足足涵蓋了3200公里，所到之處除了導致當地氣溫急遽下降外，更帶來強風豪雨及洪水暴雪等劇烈天氣災害，估計其影響2.5億人，並確認至少62人死亡。
什麼叫煮蛙效應（Boiling frog），若把一隻青蛙直接放進熱水鍋裡，由於它對不良環境的反應十分敏感，就會迅速跳出鍋外。但如果把青蛙放進冷水鍋裡慢慢地加溫，青蛙並不會立即跳出鍋外，水溫逐漸提高的最終結局是青蛙被煮死了，因為等水溫高到青蛙無法忍受時，它已經來不及或者說是沒有能力跳出鍋外！
「一些突變事件，往往容易引起人們警覺，而最容易致人於死地的卻是在自我感覺良好的情況下，對實際情況逐漸惡化原因，並沒有清醒的去察覺。」
自1997年12月聯合國會議制定了聯合國氣候變化綱要公約（UNFCCC）京都議定書，認定其碳排放為地球暖化之元兇，宣誓要求全球要減少碳排，並推動光電、風電為重要的淨零排碳之再生能源後，我們卻是遇到了一年比一年還要更多的極端氣候，一年比一年還要更熱的地球暖化。這像極了人類正在走入一個無限輪迴的死胡同裏，而且越來越無法翻身了。
大家有沒有認真想過，如果想讓地球的環境能夠處在於一個超級極低的碳排放條件下，藉此消除會增溫的二氧化碳，並用光電、風電再生能源來取代舊有能源產業，那天空的確是會非常蔚藍無比及空氣乾淨清新沒錯，但大氣層也同時將會失去了「氣溶膠引起的表面冷卻過程」之保暖層作用，這會使得更多太陽光能量到達地球的表面上，導致地表上的氣溫飆升，加速了全球暖化趨勢，使各地氣候出現更強烈的變化！
可知道論及聯合國專家眼中所謂的最完美之零碳排環境，其實就是月球。月球上的大氣層極度稀薄，稀薄到絕對沒有任何的碳排放問題，所以也不會有溫室效應發生，但其代價是月球的大氣層並無法去吸收及反射掉太陽光，所以所有的太陽光與熱都會完整的覆蓋到月球表面上，這使得月球日夜溫差極大，白天時陽光直射可達攝氏127°C以上，到夜晚又因大氣層留不住能量，使溫度會急降至攝氏零下170°C以下。
筆者想問讀者一個問題，知道為何太空明明是真空且溫度是接近零下270度，那太陽光的熱為何還是能夠傳遞到地球上呢？其實熱傳遞一共分為三種方式：傳導、對流和輻射。在地球上，我們所習慣的熱量傳送，大多是來自大氣層內的物質傳導和空氣對流，陽光會加熱所投射到的物質或空氣，使其分子動量加劇，而物質及空氣再將熱能傳遞轉移至我們的身上，使我們同樣也能感受到灼熱感。
但太空是真空的狀態，所以既沒有空氣也沒有其它介質，這就讓傳導和對流這兩種作用在太空中無法生成，所以太陽的熱量只能靠著輻射，也就是以電磁波的形式去穿越過廣闊的太空，將光與熱送進來地球。
宇宙中的太陽恆星，主要是因為會燃燒發光，所以星體能夠以可見光的形式去放出波長較短的短波輻射來釋放熱能。但地球等一般星體並不會自己燃燒發光來去產生可見光，所以地球是必須靠著吸收了太陽的能量後，再藉由光子所攜帶的紅外線形式從「地表」釋放出波長較長的長波輻射，將熱能向外傳送。在此同時，地球大氣中的水氣、雲、微塵、碳及不同成分的氣體，也會同時去吸收、放出或反射掉來自太陽或地表的輻射熱，再加上地表覆蓋的大量植物之光合作用產生的吸熱反應，及不同環境的反照率，又大約會有30%的太陽輻射在光子的帶領下被反射回太空，使每天照向地球的陽光輻射都能夠被大量的消化掉。
整體而言，太陽入射的能量必需要與地球的地表及大氣等「放出及反射的總能量」去相等，才能使太陽輻射的能量收支能達到平衡，使地球可以一直維持大致恆定的整體平均溫度。那麼，我們一直認為無碳排放又乾淨能源並大量建設的太陽能光電板，它是吸收了地球上的什麼來發電呢？
太陽能光電板的發電原理來自「光電效應」，光電板需要吸收了一個光子的能量是「大於或等於」某個與金屬相關的能量值，才能逸出光電子去產生電力。但愛因斯坦主張，光的能量並非均勻分布，而是負載於離散的光子，而這光子的能量和其所組成光的頻率有關，與輻照度無關。一般的光電板如單晶矽電池，只能吸收 300 到 1100 奈米的光波，對於1200 奈米以上的波段則皆無法去轉化，而這些1200 奈米以上波段本質就是輻照度，通稱為不可見光，它們呈現紅外線的形態，但在大氣層吸收下，它們也能轉換成熱能，增加空氣粒子的動量。
而強壯的光子，是陽光抵達地表反射後，還能否順利返回太空中的關鍵。
普朗克在量子力學裏提到，黑體在吸收和發射能量時並不是連續的，而是一份一份的，故稱之為「量子」。因為光線在空間傳播時，它的能量不是連續分佈的，而是由一些數量有限、局限於空間某個地點的能量子組成，這些能量子不可分割，所以它們只能是「整份的吸收和整份的發射」。
當陽光抵達地球表面時，一般地面物質會有其反照率去反射光與熱，所謂反照率就是反射太陽輻射的比例，通常指可見光，例如自然環境的反照率中，海洋約為0.07-0.1；森林約0.08-0.15；沙漠約0.4；南北極冰川的反照率更高，達到百分80-90，而這些總和使地球平均反照率是約0.3。
靠著環境上的反照率，光能量會一同帶著身上的熱能，同時一起被反彈回外太空去。但因為光子的能量並非是均勻分布的，所以這些光子，有一些會很強壯，但也有一些會不強壯，而且這些光能量子並不可分割，所以它們只能是去整份的吸收或被整份的發射。
不強壯的光子，在穿過及反射出地球時，容易被大氣中的物質及氣體所吸收掉。而強壯的光子，不但能逃逸出大氣層到太空，於地表上無論是植被、森林、沙漠、冰川或水體，都因為該物質只會吸收到某些特定光波長，而讓其它光波被反射，這些被反射掉的光波會成為使我們眼中所呈現出該物質的顏色，如果在正常的環境中，反射掉的光波會如前面所說的，平均會有30%的太陽光子被反射回太空，因此能從太空中看到地球是一個蔚藍的星球。
但撞到光電板的陽光，它只有兩個選擇，一個是強壯的光子被吸收轉化，只剩熱能；另一個是能量不強的光子被反射後，因不夠強壯，在返照回太空的路上，衝不破大氣層的水氣、雲、微塵、碳及其它不同成分的氣體，而被吸收掉。所以假設一個光電板其發電效能的轉換越是高效率，那光電板能捕獲的光子就越是強壯，更能發出更多的電力，但這也同時亦代表沒被吸收而反彈出的光子，是不強壯的光子，它們能穿越大氣層返回太空的機率是近乎於零。
世界上所有的能量並不會無緣無故的產生，也不會憑空消失，一定會是從一種形式轉化成了另外一種形式。在依存模式裡，能量僅只能在質量上去運動作功，不管是光、電和熱還是射線，都需要粒子作載子才能傳送，所有能量在運動過程中若沒有介質載體的話，能量就不會轉移。而太陽散發出來的熱能，是藉由光子來移動傳遞，所以當太陽光子被光電板吸收後，熱能並不會消失，但沒有光子當載體後的熱能，自己無法穿越真空狀態的外太空，所以最後它能去的地方只能是在大氣層裏。
地球表面原本可以反射掉部分陽光，但因為人類大量的砍樹佔地去舖建大量的光電廠，這使原本該環境的吸熱反應變得更少，而太多的太陽能光電板吸走光子，也導致了更多熱能被困住。太陽能板吸收光子的能量產生電力後，整個過程這些被困住的大量熱廢能就會被釋放至環境中，這會形成「熱島效應」，使周圍的溫度變得比其它地面高出幾度，並開始影響大氣層氣候的對流與降雨，加速了冰川的融化、更容易引發熱浪野火，並使洪災變得越來越氾濫。因為當區域溫度升高時，會使得大氣中的水氣增加，一旦降雨，就容易形成瞬間大雨，導致了洪水爆發。
等到冬天時，一般這些高緯度的溫暖氣流若愈來愈活躍，它們會容易闖進極地區域，便會擾動那兒極嚴寒的空氣，這時在北極圈裡面的冷空氣，就會被擠壓出來，令它們南下並闖到平時不會去到的較低緯度區域，稱作「負北極振盪」。被擠出的寒冷北極氣團與溫暖的海水碰撞時，使氣壓降低，空氣會湧進去填補這兩個氣團之間的空隙，這造成強風並使風暴增強的炸彈氣旋。而在增強的過程當中除了會帶來不亞於熱帶氣旋的破壞力，所到之處導致當地氣溫急劇下降外，更會帶來強風、豪雨、洪水、暴雪等劇烈天氣災害。
但這還只是正常氣候下的炸彈氣旋之現象，在如今大氣層早已受到大量的太陽能板熱廢能及溫室效應填充下，目前的氣候已經是一個越來越炎熱的不正常氣候！累積的龐大暖氣流除了會削弱周邊的季風及洋流外，它們也會開始闖進極地區域的中心，當大氣層裏最熱的高空氣流去推動，更能深入到達北極地內部，並把裏面最冷的北極渦旋冷氣團給逼了出來，然後這最冷的極地冷氣團又轉而進入大陸地區，經內陸轉向週邊海洋時，再碰撞了外圍上最高溫的暖氣團，天知道這種碰撞形態會觸發多大威力的氣旋現象？
聯合國秘書長古特雷斯（António Guterres）在紐約市聯合國總部曾發表演說大聲示警：全球暖化時代告終，接下來步入全球沸騰時代。但其實應該要修改為：將步入「全球沸騰又極凍的時代」。
我們必須要正視，也許我們在集中資源去減少著溫室氣體排放的同時，卻也可能不知不覺中已經讓發展迅猛的大規模太陽能電廠熱效應問題，正在成為新的另一項加速暖化因素。也就是說，當全球都過於專注於碳排放對於暖化的影響時，卻可能因此忽略了另一個對暖化上更嚴重的元凶存在著。
早期學者們在致力於太陽能板的光電效應研究上，多是集中於光電板的發電效率上，但這不代表光電板對氣候熱能影響問題就並不存在。人類對於光電的大量建設迷思，其實正好像在自掘著熱室陷阱，雖然碳排放的確是造成溫室氣體效應的元凶之一，但太陽能光電板所產生出的熱廢能，卻更是加速了現在世界各地的暖化及極端氣候現象。
但難道這代表著我們不該去發展太陽能板光電科技嗎？並不是！答案在於，我們應該要在太空外去發展太陽能，而不是在大氣層內去發展太陽能。太空太陽能才是真正光電產業的最終舞台，光電效應下所散逸出的熱能，只會被其它光子帶走而不是被空氣所吸收，且好處是可以不受自然環境及天候狀況影響和深受日照時數限制，也不會佔用地表與農搶地。且相較地面太陽能系統，太空太陽能在結構上反而更為單純，因為不受天氣影響，自然也不需要使用玻璃等防護結構，這使得太空太陽能板的設計可以更環保，更能降低材料製造成本及提高其回收率。
那麼至於我們人類自己所創造出的這些大量熱廢能議題，又要怎麼彌補呢？只能說：多種樹吧，至少它能吸熱，還能防止土石流呢！
文/ 許耀升（馳品設計執行長）
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