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阿波羅太陽能車的發展

2019-05-29

許綜升 副教授1、艾和昌 校長2
陸軍軍官學校機械系1、聖約翰科技大學2


國內第一輛競賽型太陽能車—阿波羅一號,由艾和昌教授與學生於1998年完成。多年來完全由老師及學生發揮創意,從無到有一手打造具有未來感的「太陽能車」,代表著夢想起步。2001年12月,製作完成阿波羅三號太陽能車,最高時速可達到100公里,同年年底成功地完成總長約700公里「太陽能車—南北走透透」路試活動,開創我國太陽能車挑戰長距離一般道路行駛成功之歷史紀錄。

 

圖1 阿波羅太陽能車隊的發展史。
 

 

【初試啼聲‧一鳴驚人】

「南北走透透」路試挑戰成功,一群人懷抱著和艾和昌教授相同夢想的學生,毫無懼色地加入太陽能車隊,並以完成參加世界太陽能車挑戰賽為目標。2003年年初,全世界都傳出遭受SARS襲擊,尤其是亞洲地區風險更高,全台灣風聲鶴唳,車隊被迫分頭趕工製車。學生整個暑假不眠不休地住在工廠內,披覆高效率砷化鎵太陽電池的阿波羅四號終在10月初完成,並空運參加於澳洲舉辦的第七屆世界太陽能車挑戰賽(WSC2003), 該競賽自1987年開賽以來第一次有來自台灣的隊伍參賽,阿波羅太陽能車隊雖首次參賽,卻能以亞洲隊伍中行駛速度最快的完成全程3021公里賽程,且名列世界第七,優異表現不僅已讓台灣打破世界太陽能車競賽參賽零紀錄的歷史,同時也刷新了我國太陽能車挑戰長距離一般道路行駛紀錄。

夢想在那一瞬間成為真實,對阿波羅車隊的所有人,尤其是艾和昌教授,感受尤為深刻。不過在成功的果實背後,卻是房子抵押貸款、六張信用卡刷爆的代價,回到台灣必須面對龐大的債務壓力。緊接而來,2004年雅典奧運開幕前的「Phaethon 2004」(世界太陽能車拉力賽) 作為廣義奧林匹克活動之一,在獲得第一屆Keep Walking 夢想資助計畫下,原班人馬將可開拔前進雅典,計有世界九個國家22隊參加,阿波羅四號太陽能車為我國唯一代表隊,該車雖一度於賽前發生翻車意外,但終能克服萬難,繼續參賽,最後贏得世界第四名成績。值得一提的是:阿波羅四號太陽能車因獨特的造型設計,主辦單位特別引用當作其文宣海報、及正式手冊封面。

 

【極致工藝‧屢創佳績】

2004年8月1日起,艾和昌教授轉任高應大模具系所服務,並籌備教育部南部太陽能學校設立,期許對於再生能源研發及永續教育工作有更大揮灑空間!太陽能車研製工作亦在原阿波羅團隊學生陸續入伍前,夥同合作廠商台灣舞者科技公司、及高應大新血通力趕工重新打造新的阿波羅太陽能車—阿波羅PLUS號。短短一年間參與十五場次再生能源主題展覽,並於2005年8月進軍日本參加「第十四屆鈴鹿太陽能車耐久賽」,此為日本最著名的太陽能車賽,亦可稱為目前世界最多隊伍參加的太陽能車賽,大賽總策劃為日本最大媒體-讀賣新聞,特別對高應大阿波羅PLUS號太陽能車參賽以「首次來自R.O.C.隊伍」作大幅報導,新的團隊於此賽事表現並不理想,原本8小時耐久賽,因換胎時未完全緊固,致使輪圈於賽場鬆脫,被迫僅能行駛6.5小時賽程,最後獲賽夢幻杯(Dream Cup)第九名。

2005年阿波羅五號的打造,就是為了在世界大賽中奪標,流線型外型大幅減少風阻,美觀藝術造型呈現太陽能賽車設計極限,全車體碳纖一體成形,大幅減輕重量,藉電腦即時監測運行資訊,使駕駛更容易掌控性能表現,在平均時速130公里高速行駛下,仍俱優越穩定性。自2005年起至2008年,阿波羅五號參加過在日本、澳洲及台灣舉辦的世界大賽有6次之多,堪稱是參加世界太陽能車賽最多的太陽能車,曾抱回2007年澳洲世界太陽能車挑戰賽冒險組第二名,2007、2008年更連莊日本鈴鹿夢幻盃耐久賽第二名。

 

【商轉概念‧開拓新局】

全球發展20多年的太陽能車,開始走向商轉倒數計時,世界大賽製車規範亦有大幅度修正,諸如:駕駛需具符合人體工學的坐姿、車上組件需相關製造商出具證明等,2010年高應大阿波羅六號太陽能車獲禧通科技贊助高效率的砷化鎵太陽電池,並由車隊成員自行封裝,幾乎是百分之百的國產太陽能車參加當年6月美國太陽能車挑戰賽(American Solar Challenge; ASC),不僅是此次亞洲唯一參賽隊伍,更是ASC舉辦20多年來,唯一完成比賽的亞洲隊伍。在場內賽(Formula Sun Grand Prix)總成績第五名,並得晉級公路賽資格後,為期7天全程1100英哩(1908公里)的公路賽,由奧克拉荷馬州出發,沿途經堪薩斯、密蘇里及伊利諾等4個州,計7個城市,雖然第一日下午發生電子組件故障嚴重影響賽程,但最後仍以第七名抵達終點伊利諾州瑞柏市。頒獎典禮後阿波羅六號太陽能車獲邀前往芝加哥市科技博物館(Museum of Science and Industry)作展示。2011年阿波羅六號獲友達光電贊助轉換效率達22%的單結晶背電極太陽電池,並採自行開發且獨步全國的輕質封裝技術,應用在已切割的背電極電池模組封裝,再度出征澳洲世界太陽能車挑戰賽,雖於比賽前後連續發生兩次意外,但終能克服萬難,繼續參賽,為台灣在世界大賽中爭取更高榮譽,讓世界看到台灣!國立科學工藝博物館於2011年12月15日起,為期一年舉辦「阿波羅太陽能車特展」,展出團隊歷年來的研製成品。

 

圖2 第八代阿波羅太陽能車參賽(WSC)照片。

 

2013年發展「可商業化都市型太陽電動車」參加澳洲世界太陽能車挑戰賽,兩人座四輪;採具吸引力、張力、低風阻的流線性造型設計;全車長4.5m、寬1.8m、高1.2m;碳纖複材車體結構;巡航時速達100公里,使用CAN bus(控制器區域網路)搭配軟體撰寫程式取得車輛資訊;並自行開發車載雲端智慧運算平台,根據雲端天候、路況及車況資料計算行駛最佳化策略。該研發標榜「綠能、安全、智慧、雲端」的都市型太陽能電動車,意義重大!不僅完成3000公里賽程,亦是我國第一部掛牌上路的太陽能車。

值得一提的是2014年Discovery頻道和外交部製作《台灣無比精彩》(Taiwan Reveal)的「科技新生活」節目–介紹台灣在國際上大放異彩的創新產品,指導研製的阿波羅太陽能車發展獲選錄製,並已在全亞洲Discovery頻道播放。此外,艾和昌教授持續阿波羅太陽能車研發夢想與事蹟,收錄在年中遠見出版的新書「翻轉人生的築夢者」。2015年首次參加阿拉伯聯合大公國「阿布達比太陽能車挑戰賽」,本次主辦單位特別以來自「大中華地區」的唯一代表隊邀請阿波羅太陽能車隊參賽,除免除參賽註冊費用外,另提供二萬美金予團隊,高應大阿波羅六號太陽能車隊雖然遭到中國以蠻橫態度施壓大會片面撤掉車艙照及制服上的台灣國旗,但最後仍以達到商業市場水準的製車技術及智能化電力調度監控系統完成挑戰全程1,107公里的優異成績拿下殼牌創新獎(Innovation)第二名,全隊上台領獎時接受全場歡呼,帶隊指導教授艾和昌教授及陸軍官校機械系教授許綜升更受邀代表台灣參加「阿布達比世界未來能源高峰會」,與阿拉伯王室及美國前副總統高爾等世界能源領袖同台,取得為台灣發聲的機會。

2017年阿波羅太陽能車隊成軍20周年,首次統合聖約大及高應大的專業團隊,聯手打造全新阿波羅八號太陽能車參加澳洲世界太陽能車挑戰賽「巡航級」組賽程,該車設計兩人座四輪;為求速度與節能平衡兼具之目的,設計出符合空氣動力學且低風阻的流線性造型,不同以往競速型太陽能車與一般房車的外型,是全新的設計;使用碳纖複材車體結構達到輕量化之效果,屬低風阻現代化太陽電動車。針對賽事的需求,台灣普利司通贊助阿波羅八號太陽能車專用的Ecopia Ologic 車胎,其量身訂做、特殊尺寸、胎面窄,直徑大的設計,可有效能降低空氣阻力,以達到低油耗、高耐磨,且減少碳排放的目標。另艾訊股份有限公司提供智慧型無風扇嵌入式車載系統,以提高車輛應用系統運行的可靠性。

電動車(EV)研發可減少石化燃料消耗及二氧化碳排放,可有效減少全球環境暖化方案之一。近年來各國政府推動新能源車政策不遺餘力,並提出促進電動車產業發展之策略方案。同時太陽能電動車發展更吸引世人注目,其發展由學術研究進展到商業化階段亦具挑戰。近年來阿波羅太陽能車隊為完成太陽能電動車商業運行的夢想,研發團隊主要專注以下幾項關鍵技術:(1)具張力外型設計;(2)車型一體太陽電池模組開發; (3)輕量化底盤設計與分析; (4)行駛狀態最佳化調適與控制技術;(5)高效能、高儲能容量電池;(6)自動或輔助駕駛之車載資訊系統等,以打造綠能、安全、智慧、雲端的太陽能電動車。