印度農業太陽能應用現況

台灣水資源與農業研究院研究三所 研究專員 鄭妍萱／2023-06-19 09:06

　　印度產業以農業為主，其相關產業占總GDP 15.4％以上，務農者占總人口數47％(The World Factbook, 2016)，為印度社會經濟發展的重要組成成分。電力對於發展中國家的經濟、工業化及都市化來說相當重要，CIA World Factbook報告顯示，印度2019年用電量約1.2兆kWh/年(The World Factbook, 2019)，而世界各國能源燃料以煤、汽油、柴油或天然氣等為主，化石燃料使用量在2020年甚至達全球總能源燃料消耗量80％(The World Factbook, 2020)。化石燃料燃燒過程會釋放人體有害物質如氮氧化物、硫氧化物及碳氧化物，為減緩環境污染及全球暖化，科學家積極找尋替代能源，再生能源可滿足人類能源需求同時避免環境污染，因此提升再生能源的利用率勢在必行。

　　為提升再生能源利用率，印度政府創立新能源暨再生能源部(Ministry of New and Renewable Energy, MNRE)並推出許多電力政策，如2008年6月30日發布國家氣候變化行動計畫 (National Action Plan on Climate Change, NAPCC)，旨在最大限度減少環境碳排放與提升再生能源使用效率(Pandve HT, 2009)。2018年，印度政府提出「One Sun, One World, One Grid (OSOWOG)」全球跨國太陽光電輸配電網計畫，期望串聯東南亞、中東、非洲等140個國家之太陽光電輸配電網，共享再生能源資源，創造太陽光電能源經濟(OSOWOG, 2023)。

　　太陽能係利用電池板產生直流電，並由充電控制器將直流電輸出至電池中儲存，後利用直流變交流變電器(DC/AC)將直流電轉變成交流電做使用(Mahmud et al., 2018)。目前最大太陽能發電站位於印度Kurnool Ultra Mega太陽能園區，總面積為24平方公里，容量為1GW(Boddapati and Daniel, 2020)。

▲太陽能系統示意圖

圖片來源：Kumar et al., 2023

　　太陽能可透過多種方式應用於農業，從而達到節省成本、減少環境污染並滿足能源需求，以下針對太陽能於印度農業領域之應用進行論述：

精油蒸餾

　　自19世紀以來，印度阿育吠陀種植各種藥用香草以生產精油，如薄荷、檸檬草與羅勒等，其中薄荷於印度種植面積超過20萬公頃，每年生產約 25,000噸精油(Gupta et al., 2023)。精油於全國市場占比極高，年銷售額達8000萬至1億美元，因市場成熟，精油需求量逐年增加(Raut and Karuppayil, 2014)。

　　提煉精油方法以蒸餾為主，但傳統蒸餾大多選擇木材作為燃料，容易導致溫度不均而爆炸，且燃燒1公斤木材約產生1.6至1.8公斤CO2，更加劇全球暖化。太陽能蒸餾裝置是將太陽能轉化為電能，並加熱產生蒸氣以提取精油(Nannaware et al., 2022)，除克服傳統蒸餾引發的環境污染與資源枯竭問題外，研究人員發現以太陽能取代傳統能源可提升精油質量與純度。

▲太陽能精油蒸餾裝置

圖片來源：Nannaware et al., 2022

太陽能海水淡化

　　近年來，因工業化、科技發展與人口數增加，人類淡水需求與日俱增，據聯合國統計，2025年全球近18億人將面臨缺水危機。為滿足全球淡水需求，科學家積極研究海水淡化技術。海水淡化技術可分為薄膜海水淡化技術(membrane desalination)及蒸餾海水淡化技術(thermal distillation)，薄膜海水淡化係以半滲透膜過濾海水鹽分，以此獲得飲用淡水(Banat, 2007)，為目前最廣泛使用的海水淡化方式。

　　蒸餾海水淡化係利用減壓方式降低液體沸點，使液體在低於沸點條件下沸騰並產生蒸氣之原理，將海水加熱並引入接近真空之閃蒸槽，因閃蒸槽氣壓低於海水蒸氣壓，導致海水瞬間汽化，蒐集蒸氣凝結後之水滴即可提取海水中的淡水。

太陽能水泵

　　印度農業用水泵數量接近3000萬座，其中800萬水泵以柴油為動力來源。太陽能水泵係將太陽能轉換為電能，並轉換為液壓能取水，使用期間無需使用柴油，除無污染及噪音問題外，亦可節省農業生產與作物灌溉成本(Aliyu et al., 2018)。印度新能源暨再生能源部於1992年啟動印度太陽能水泵計畫，預計將在1992年至2021年間於印度各邦安裝272,700座太陽能水泵，解決印度農業需水問題。

太陽能製冷系統

　　為延長易腐農產品保鮮期，生產商大多使用冷凍庫進行產品存放，1000萬噸冷凍庫容量約可減少30％糧食的浪費(Maheshwar, 2006)。太陽能製冷系統可將太陽能轉換成電力推動壓縮式製冷機，或以太陽能熱電站技術將熱能轉換成機械能進而製造冷氣。

　　化石燃料容易造成環境污染，而太陽能作為再生能源，具有無污染、耐用和維護成本低等特色，50MW之太陽能電廠每年可減少約8萬噸CO2，且印度農村使用煤油產生650萬噸CO2/年，透過更換煤油燈每年可減少35公噸CO2，因此太陽能可做為更低廉且乾淨的電力來源。

　　下表為傳統燃煤發電與太陽能各階段CO2排放量，資料顯示，太陽能設施總排放CO2總量為40 gCO2eq/kWh，燃煤電廠排放CO2總量為1000 gCO2eq/kWh，與燃煤發電相比，太陽能廠總CO2排放量較低。

▲太陽能發電與燃煤發電CO2排放量

圖片來源：Kumar et al., 2023

　　太陽能作為乾淨的再生能源，可代替傳統化石燃料，降低CO2排放並減緩全球暖化。上述綜整太陽能在印度精油蒸餾、海水淡化、抽水及製冷等各種農業應用中的用途與重要性，期望透過相關研究人員開發以提升太陽能技術，減少化石燃料能源的依賴，提供印度乾淨且穩定的能源。


參考資料：

  1. Kumar, C.M.K., Singh, S., Gupta, M.K., Nimdeo, Y.M., Raushan R., Deorankar A.V., Kumar T.M.A., Kumar T.M.A., Rout P.K., Chanotiya,C.S.  Pakhale VD, Nannaware AD. 2023. Solar energy: A promising renewable source for meeting energy demand in Indian agriculture applications. Sustainable Energy Technologies and Assessments. 55,  102905.
  2. Pandve, HT. 2009. India's National Action Plan on Climate Change. Indian Journal of Occupational and Environmental Medicine. 13, 17-19.
  3. Mahmud, MAP, Huda, N, Farjana, SH, Lang, C. 2018. Environmental impacts of solar-photovoltaic and solar-thermal systems with life-cycle assessment. Energies. 11, 2346.
  4. Boddapati, V, Daniel, SA. 2020. Performance analysis and investigations of grid-connected Solar Power Park in Kurnool, South India. Energy for Sustainable Development. 55, 161-169.
  5. Gupta, S, Kumar A, Gupta, A, Jnanesha, AC. 2023. Industrial mint crop revolution, new opportunities, and novel cultivation ambitions: A review. Ecological Genetics and Genomics. 27.
  6. Raut, JS, Karuppayil, SM. 2014. A status review on the medicinal properties of essential oils. Industrial Crops and Products. 62, 250-264.
  7. Nannaware, AD, Kumar, CMS, Srivastava, S, Singh, S, Gupta, MK, Rout, PK, Chanotiya, CS, Lal, PK, Nimdeo, Y, Roy, S. 2022. Eco-friendly solar distillation apparatus for improving the yield of essential oils with enhancing organoleptic characteristics. Renewable Energy. 191, 345-356.
  8. Banat, F. 2007. Economic and technical assessment of desalination technologies.
  9. Aliyu, M., Hassan, G., Said, S.A., Siddiqui, M.U., Alawami, A.T., Elamin, I.M. 2018. A review of solar-powered water pumping systems. Renewable & Sustainable Energy Reviews. 87, 61-76.
  10. Maheshwar, C., Chanakwa, T.S. 2006. Postharvest losses due to gaps in cold chain in India-a solution. Acta Hortic. 712, 777-784.