摘要：如何將土木工程材料應用於太陽光能發電行業，並克服與解決現今太陽光能發電行業所遭遇的一些難題和爭議。嘗試如何挖出16 GW的太陽光電設置容量，即是發電量容量為204億度/年的方案。
太陽光電發電的崛起
人類從完全不知電為何物，到今日大量使用電力在生活和工作各個層面的歷史長流中，太陽光電能源為什麼從來都不是主角呢？能源密度太低、沒有足夠的土地可供發電、投資回報太低、、、等，全都是具體的原因，也都十分適切。
太陽光電發電的技術可能起源很早，但遲至20世紀末才開始彭渤發展起來。原因可能有二：環保(環境)的爭議不斷、追求永續能源的「理想」不斷。
一、能源行業的環保(環境)爭議
隨著人類工業化社會的來臨，人類開始逐漸需要「大量電力的供應」，也就是需要「大型發電廠」。這些大型發電廠不只是要發電量大，還要能持續供電、穩定供電，也就是今日我們生活的用電方式。
早年發展起來的水力發電，雖然仍有一席之地，但已經是無法滿足工業社會的巨大電力需求。豐富的水力資源通常都只存在於地廣人稀的地區，這得看老天爺的恩賜，確實在大多數國家都沒有很好的水力資源。
火力發電成了大多數國家的主要能源來源。占地小、發電量大、供電穩定且持續，應該是受到青睞的主因。但火力發電也會帶來了空氣污染。隨著大量設置火力發電廠，從早期的PM10到近期的PM2.5的微粒空污，對人類健康的傷害日漸顯著，對環境的影響也是日漸嚴重及受到正視。燃煤發電最受歡迎的主因是「燃料費用」便宜、易取得，成本仍是窮國的主要考慮；對於富有國家，作為主力投手或備援，也都是極佳選項，能持續存活，非無因。
火力發電的空氣污染，在燃煤發電方式特別嚴重，也是燃氣發電興起之因素之一。註：燃油發電不是主力，本文不討論。但傷害人類部的更細微粒PM1.0污染似乎也漸受重視。燃氣發電除了成本貴，還受限於燃料(天然氣)的取得、運輸及儲存，除非本身是天然氣生產國，否則都是一大挑戰。註：本文不討論核能發電。
但人類仍是需要克服或改善這些火力發電造成的空氣污染、地球溫室效應、及對於人類健康的危害。火力發電使用的石化燃料，也終是有用盡的一天，有識之士當然是得先未雨籌謀；於是乎，再生能源再度受到重視。再生能源方式很多，以太陽光電發電、風力發電最為普及，本文是以太陽光電發電作為火力發電的相對討論對象。
有些人會提到太陽能板的製造也有污染問題、太陽能板壽終後處理也有污染問題等，但我想這些都不是什麼大問題，其他的發電方式問題更多；而且隨著時間和科技的進步，很多問題就會變的不很重要的。
二、太陽光電能源的土地爭議
一般想法：建個電廠頂多就是多花點時間、加上與鄰近居民多溝通妥協而已吧；但，太陽光電廠可不是這樣簡單。太陽光電發電是一種能源密度很低的發電方式，所以需要「大量的土地面積」來進行發電工作。這種「大量的土地」的需求，就足以引發爭議。要建設足夠量的太陽能廠，所需的土地會遠大於一般的火力電廠。
這些土地「從何而來」？就是問題所在。在某些地區(例如：台灣)，地不廣人不稀，土地就變成了「稀缺資源」。所能使用作為太陽能電廠的土地，必須「很大土地、或「很多很多的小土地集成」，而且要占據土地很久很久(20年以上)，直接想到的：就是「農地」，而且是平地的農地。
農地種電所牽涉的問題很多，這使得太陽能電廠搞的像「與農爭地」。現實面以農耕價值利潤而言，也確實是「種地不如種電」，難怪。如果農地種電，就如同是工業化，農地變更地目為「工」是類似的意思了。在農地上種電，幾乎會使土地失去其他的利用價值，除了簡單的放牧等低產值活動。且農地種電，通常都是一簽20年約，不是很短的租期，爭議是無可避免。值得注意，這些爭議不是存在於能源業者和地主之間，而是在能源業者和社會之間。
三、太陽光能如何在環保與土地爭議的夾縫中求生
還是有方法的，例如屋頂型太陽光電便是一種很好的方式，但是它仍有極限或限制，特別是在規模性方面。
要以土地來「建設太陽光電」，勢必然會與該土地原有的用途或價值(特別是無形價值)有所衝突或爭奪，因為土地資源是有限的。
「如何避免土地資源的衝突」是主要的課題，或者換句話，「如何在土地、環保、能源間獲取一定的妥協」可能更切題。
另一觀點是：「在台灣，土地才真正是最昂貴的成本」，遠勝於太陽能板成本。
還有一重要觀點值得注意：「台灣是全世界颱風災害最嚴重的地區之一」。
四、採用「高架型太陽光能發電」會是一種可行方式
很多人樂於提出問題或理想，但卻提不出或不提出解決方法或達成方法。我們團隊則是樂於提出實務解方分享。
傳統的地面型太陽光能發電，必須將眾多的太陽能板分開依設計傾斜角度架置於土地上。使用成本相當低的鋼架構、及簡單的基礎或小尺寸樁支承於土地上。這樣的方式勢必然必須占據土地，形成土地用途的排擠。符合這種使用方式的土地，大約是農地、鹽地(因環境鹽份高，實務上護成本偏高)、廢地、污染地、低陷地等。事實上，上述這些土地尚有其他很高的利用價值，只是我們尚未應用而已。註：本文不討論水面型太陽光能發電。
傳統的地面型太陽光能發電，設置上最大的重點在於「太陽能板必須儘可能無遮蔽地暴露在陽光直射下」，以求取陽光最大照射量。至於太陽能板下方的支撐物或其他物件，則並非重點。
我們可以將「太陽能板上升至一特定高度」，以騰出太陽能板下方的空間，或保留其原有的使用用途、或另作其他用途、或有其他衍生用途；簡單的說：「一份土地，兩份用途」，這是核心理念。這裡所謂的「原有的使用用途」範圍相當廣，例如：行車、行水等都是可能現實存在的。
舉一例，在公路上建設高架型太陽光能發電裝置，這是我在2018年提出的全新「太陽樹」概念。本文先討論固定式，不討論追日式太陽能設施。
使用本土生產的預力基樁(例:500mm外徑)，將太陽能板支架撑高至距地面4.3米高以上(依AASHTO及本國交通法規)，設置的原始芻形概念在應用於道路上，騰出太陽能板下方的4.3米空間，仍能保留原始道路的通行設計。目的在使一份土地，能同時擁有交通通行及能源發電的兩份功能。這個方案我簡稱為「路光共生」方案。
為了台灣的特殊環境：強烈颱風區，我也特別設計了「減風型」的高架方案。有興趣的朋友，宜仔細觀查，難度不高。由於太陽能設施重量很小，即使位於強震區的台灣，地震也不會形成災害。
主要可應用於公路上的路側、分隔島、及其他可用空地上，但目標土地並未列入高速公路，而是普通公路：
路光共生方案的應用型式之一：較大道路。（作者提供）
至於較小的道路，則可以用相連組合方式施行，這其實是我們團隊最喜歡的型式：
路光共生方案的應用型式之一：較小道路。（作者提供）
在此一路光共生方案，我估算可以有32 GW以上的太陽光電設置容量。太陽光電所產生的電力，不論是季節、或每日時間點，都是發生在台灣需求最高的時間點，也就是涓滴電力都是寶。
建設是需要花經費的，但最希望能「快速回收」，最好是「有獲利」，這一點通常在政府的公共建設是不易出現的，更遑論達成。在公共建設中，自償率的設計值牽涉到建設執行的回收速度，當然也會和政府單位的執行意願相關聯。我們團隊也為此特別設計了高回收的建設方案：
以目前已制定的法律及政策而言，可優先將太陽光電發電所得的電力售予台灣電力公司，20年合約所得的售電價金己足以償付建設成本，綽綽有餘；估計會有2至4倍的投資回收利潤。這種再生能源發電售電方式己普遍見諸於今日民間實施的太陽能發電案例中。
路光共生方案中，使用的土地皆為公部門或地方政府擁有的土地，即是「地主是政府」。主要的建設方會是「政府單位」，我的研究心得比較屬意建設方是地方政府自辦。實行方式可以是：
(1) 政府自建自售：可以是政府機關自建、或政府自設能源公司建設運營。在某一種立場層次下，政府自建所需的資金是極為容易自銀行貸得且低利。以今日政府的綠能政策而言，甚至是被鼓勵的。加上土地是政府自己的，可免費使用、或者快速取得使用同意權(這一點很重要)，通常只是一紙公文形式而己。正常情況下，整個方案的自償率想要不高於1.0，將是很難的事。建設工程的施行，就像是地方政府工務發包施工一樣，實看不出有何難度。營運、維護也看不出什麼難度，所以不想在此多作陳述。對於地方政府而言，可以「快樂地」參與綠能建設，同時，可以「快樂地」享用高額的售電回饋，連續20年、或者更久。我想不出來，何以不行？(不是何以不可行)
(2) BOT：政府委託民間建設及運營，期間通常是20年一簽。政府的角色會是：監督及坐收租金。
可能的負面影響：沒有事情是可以魚與熊掌都兼得，發展此路光共生方案，難免仍會造成一些可以被妥協及接受的小影響。也不是所有的道路都能適用，擇優而作即可，不要太挑剔。太理想作不了事。
六、高架型太陽光電發電的其他實行方式
在高架型太陽光電發電的基本構想中，是以與公路通行結合的路光共生方案為主軸。逐一案能，可以很小到中的規模(如1,000 KW至100 MW)，以分散能源取得為主軸。這真的是為地方政府等級而設計的方案，案可以夠小、案可以夠多、案可以夠久，最適合於工程發包，各方都可以分配到綠能所帶來的利益，包含小國民。
路光共生方案相同的概念，也可衍生應用至其他領域的土地，例如河灘、海灘地等，這是本方案的三大適用場域。
高架型太陽光電發電在河灘土地上建設的方案，估計可以有16 GW以上的太陽光電設置容量，發電量容量為204億度/年。在海灘土地上建設的方案，保守估計可以有8 GW以上的太陽光電設置容量。部份岩灘則不能適用，南台灣的沙灘確實是比較好用，河灘也有相同的適用考慮；也提醒讀者，千萬不可用天龍國眼光來等同看待。這兩種方案，都是以大規模為主軸發展，單一個案建議以100公傾為基本規模，具經濟運營優勢；以後再來另文介紹。
太陽光電材料的建設成本有日趨降低的走勢，但土木鋼構機電成本則是相當固定，只有土地極難取得，將會是最大瓶頸。
＊作者為陽明交通大學土木工程研究所博士生、德翰智慧科技有限公司 副總經理
