太陽能知識 | Solar Energy

認識太陽能光電

太陽能發電原理

利用電位差發電，無電磁波產生太陽光電板是以半導體製程的製作方式做成的，其發電原理是將太陽光照射在太陽能光電板上，使太陽光電板吸收太陽光能透過圖中的p-型半導體及n-型半導體使其產生電子(負極)及電洞(正極)，同時分離電子與電洞而形成電壓降，再經由導線傳輸至負載。簡單的說，太陽能發電原理，是利用太陽光電板吸收0.2μm～0.4μm波長的太陽光，將光能直接轉變成電能輸出的一種發電方式。由於太陽能光電板產生的電是直流電，因此若需提供電力給家電用品或各式電器則需加裝直/交流轉換器，將直流電轉換成交流電，才能供電至家庭用電或工業用電。

太陽能發電板架設原則

仰角23.5
由於台灣位於北回歸線上，而北回歸線緯度為北緯23.5度。
太陽由東方升起後，行進的軌跡會在台灣的南方，所以架設太陽能光電板將板面朝南可以得到最大效益。
而因為位於北緯23.5度，所以將板面仰角設定為23.5度可以得到最大日照效益。

避免遮陰
架設太陽光電板的場地周圍，須避免高樓、樹林或其他有可能遮蔽太陽光照射太陽光電板的高物遮蔽物，以利太陽光電板可以完全的接收太陽光達到最大的發電效益。

upgrade

目前國際間對於太陽光電系統相關組件常用的驗證安全規範有哪些?

為確保太陽光電模板品質及轉換效率，國際上常採用下列驗證標準：
矽晶模板-IEC61215、JIS C8990、CEC503
非晶/薄膜模板-IEC61614、JIS C8991、CEC701
另有建材一體型的安全規範(例如：美國UL1703)，規範太陽光電模板必須通過防火、風壓及抗老化等測試，確認能長期在戶外使用。
另外，對於系統直/交流電力轉換器(INVERTER)的認證機構及認證標準也提供給大家參考：

國家	認證機構/實驗室	認證標準
德國	VDE Testing and Certification Institute	VDE 0126 VDE 0126-1-1
美國	Underwriters Laboratories Inc.	UL 1741
日本	apan Electrical Safety & Environment Technology Laboratories(JET) 財團法人電氣安全環境研究所	太陽光電發電系統用系統連系裝置等的試驗方法

何謂「峰瓩」？1峰瓩=幾度？

「峰瓩」是太陽電池於標準日照條件下發電輸出的計算單位。(如太陽電池於攝氏25度，光譜照度AM1.5，1,000W/m2的日照下，可輸出1,000W電力之太陽電池容量，稱為1峰瓩)
「一度電」為使用額定功率1,000W之電器1小時，所耗用之能量(1kWh)。

電器耗電量參考

類別	電器名稱	消耗電力(W)	每年使用時間估計(時)	年耗電量(度)	備註
空調類	抽風機	30	4時×10日×12月＝480	14.4
照明類	燈泡(60W)	60	3時×30日×12月＝1,080	64.8
照明類	日光燈(20W)	25	5時×30日×12月＝1,800	45
照明類	省電燈泡	17	5時×30日×12月＝1,800	30.6
照明類	神龕燈	10	24時×30日×12月＝8,640	86.4
廚房類	微波爐	1200	5時/月×12月＝60	72
廚房類	電磁爐	1200	2時/月×12月＝24	28.8
廚房類	開飲機	800	2時×30日×12月＝720	576
廚房類	電鍋	800	1/2時×30日×12月＝15	144	10人份
廚房類	電烤箱	800	2時/月×12月＝24	19.2
廚房類	抽油煙機	350	1/3時×30日×12月＝120	42
廚房類	果菜榨汁機	210	1時/月×12月＝12	2.5
廚房類	烘碗機	200	1/2時×30日×12月＝180	26
廚房類	電冰箱	130	12時×30日×12月＝4,320	561.6	320公升
衣著類	乾衣機	1200	1/3時×10日×10月＝40	40	夏季較少使用
衣著類	電熨斗	800	3時/月×12月＝36	28.8
衣著類	洗衣機	420	1/2時×10日×12月＝60	25.2
視聽類	電視機	140	4時×30日×12月＝1,440	201.6	28吋彩色
視聽類	音響	50	1時×30日×12月＝360	18
視聽類	收音機	10	1時×30日×12月＝360	3.6
空調類	冷氣機	900	5時×30日×6月＝900	810	2000kcal/h，冬季較少使用
空調類	吹風機	800	1/6時×15日×12月＝30	24
空調類	電暖爐	700	3時×30日×3月＝270	189	季節性使用
空調類	除濕機	285	3時×30日×6月＝540	153.9	16.6升/日，季節性使用
空調類	電扇	66	3時×30日×8月＝720	47.5	16吋，季節性使用

註：本表所列各種電器產品之耗電量，會因廠牌、型號或用電時間長短之不同而有差異。

本表年使用時間為估計值。用戶欲估算自家年耗電量，可依家中電器品實際消耗電力及年使用時數自行推估。

太陽光發電系統比起柴油發電系統，具有減少環境污染、解決尖峰用電之不足、遮蔽陽光直曬（一方面降低建築物之熱效應，稱為被動省能；同時轉換太陽光為電能，供應建物自主能源，亦稱為主動節能）等多項優點。
初期建置成本雖然較高，但若使用於防災或緊急輔助電力上，其發揮的效益可說高於經濟成本上的考量。因此，以總體效益而言，太陽光發電系統是較佳的選擇。

太陽光電與建築結合應用(BIPV)

定義

太陽電池模組(module)或陣列(array)被整合、設計並裝置在建築物上，且具有兩種以上之功應用。(Ref. Dr. Tomas )

優點

可有效利用建築物的外表大面積
可替代建築物的外表包覆材料
代替屋頂、牆面、窗戶之建材
可遮陽，降低建築物外表溫度
兼具建材及發電之功能
與生活、用電緊密結合
高可見度、高宣傳效果
降低整體建築成本
縮短建築施工時間、避免二次施工
建築物美觀
空間充份利用
結構安全性

應用範圍

大樓帷幕牆或外牆
大樓、停車場遮陽棚
大樓天井
住家式斜瓦屋頂
大型建築物屋頂
隔音牆
其他

太陽電池材料種類

太陽電池種類	太陽電池種類	半導體材料	市場模組發電轉換效率
奈米及有機 Nano & Organic 應用於有機太陽電池，屬研發階段	TiO2	TiO3	1%以下
矽(硅) silicon 目前太陽光電系統中應用最為廣泛	晶矽 Crystalline	單晶矽 Single Crystallin	12~20%
矽(硅) silicon 目前太陽光電系統中應用最為廣泛	晶矽 Crystalline	多晶矽 Poly Crystallin	10~18%
矽(硅) silicon 目前太陽光電系統中應用最為廣泛	非晶矽 Amorphous	Si、SiC、SiGe、SiH、SiO	6~9%
多化合物 Compound 應用於太空及聚光型太陽光電系統	單晶 Single Crystallin	GaAs、InP	18~30%
多化合物 Compound 應用於太空及聚光型太陽光電系統	多晶 Poly Crystallin	CdS、CdTe、CuInse	10~12%

常見的太陽電池及模板外觀

單晶矽

又稱為單結晶、晶圓型。製程貴，發電量佳，礙於晶圓型式，多半截圓型或圓弧造型，舖設時面積上無法達到最大利用及吸收。

多晶矽

又稱為多結晶。製程上較便宜，發電量略遜單晶矽，可截為正方形，舖設時可達到最大面積利用及吸收。其晶狀分佈，具有藝術效果，可為建築物外觀加分。另外，雖其結理易造成碎裂，但晶體可再利用做為項鍊等裝飾品。

非晶矽(可撓式)

成本便宜，發電率較差，且容易造成裂質化。但由於可直接鍍在玻璃及塑膠上面，與建築物可做最佳結合。除可做太陽光電系統發電用，室內型民生消費品也常見其應用，如：電子計算機、搖頭娃娃、玩具等。

透光型模板

不論是單晶矽、多晶矽或非晶矽太陽電池都可建構成透光型模板，其最重要的目的在是可和建材結合，變成建築的一部份。並可做防反射光的處理、和透明度的加強，如搭配低鐵的強化玻璃。

透光型模板

不論是單晶矽、多晶矽或非晶矽太陽電池都可建構成透光型模板，其最重要的目的在是可和建材結合，變成建築的一部份。並可做防反射光的處理、和透明度的加強，如搭配低鐵的強化玻璃。

太陽光電系統構件及特色

構成組件
太陽光電發電系統（PV system）主要是由太陽電池組列、電力調節器（Power Conditioner，即包括直/交流轉換器（Inverter）、系統控制器及併聯保護裝置等）、配線箱、蓄電池等所構成。

設置特色

建築物結合的應用方式，是未來的主流。

具彈性設計空間：可因負載型式不同，作不同設計應用，具彈性設計空間，不受地理地形的限制。應用廣泛(小至消費性產品--如計算機，大至發電廠皆實用)。
環保、節能：無需燃料、無廢棄物與污染，具節能效益。若裝置在建築物上，同時可避免太陽對建築物的直射，間接可降低建築物的熱效應。安靜沒有噪音：無轉動組件與噪音，安全性高、操作簡單。
系統設備使用年限久：太陽電池壽命長久，可達二十年以上。
電力輔助：發電量大小隨日光強度而變，可以輔助尖峰電力之不足(併聯型)。與建築物結合：設計為阻隔輻射熱或半透光型模板，將可與建築物結合

太陽光電發電系統分成幾種類型?

太陽光電系統構件及特色

構成組件
太陽光電發電系統（PV system）主要是由太陽電池組列、電力調節器（Power Conditioner，即包括直/交流轉換器（Inverter）、系統控制器及併聯保護裝置等）、配線箱、蓄電池等所構成。

設置特色與

建築物結合的應用方式，是未來的主流。

具彈性設計空間：可因負載型式不同，作不同設計應用，具彈性設計空間，不受地理地形的限制。應用廣泛(小至消費性產品--如計算機，大至發電廠皆實用)。
環保、節能：無需燃料、無廢棄物與污染，具節能效益。若裝置在建築物上，同時可避免太陽對建築物的直射，間接可降低建築物的熱效應。安靜沒有噪音：無轉動組件與噪音，安全性高、操作簡單。
系統設備使用年限久：太陽電池壽命長久，可達二十年以上。
電力輔助：發電量大小隨日光強度而變，可以輔助尖峰電力之不足(併聯型)。與建築物結合：設計為阻隔輻射熱或半透光型模板，將可與建築物結合

太陽光電發電系統分成幾種類型?

【市電併聯型系統 (Grid-Connected PV System) 】

即是與電力公司的配電傳輸網路併接，成為電力系統上的一個小型發電設備。市電負載併聯，平時與太陽光電系統併聯發電，並供負載，不夠的電由台電供電。好比將市電電力系統當作一個無限大、無窮壽命的免費蓄電池。
a. 定義：換流器 (Inverter)具有逆送電功能，可操作於併聯模式之太陽光電發電系統。　
b. 適用地點：電力正常送達之任何地點　
c. 工作方式：白天 PV系統併聯發電、夜間由台電供電。方將市電電力系統當作一個無限大、無窮壽命的免費蓄電池　
d. 優點：系統簡單、不需安全係數設計、維護容易。具最大功率追蹤 (MPPT)，發電　
e. 效率高。太陽光之發電能量利用率高　
f. 缺點：停電時為將自動關機，因而無電可用，無防災功能。一般併聯型 Inverter無法直接搭配蓄電池使用 (具特殊功能者例外)

【獨立型系統(Stand Alone PV System) 】

獨立型系統係指可單獨供應負載所需電力，而不與電力公司的配電傳輸網路作併聯的系統。由於在夜間或陰雨天無法由太陽光產生電力，因此獨立型系統加入了蓄電池組，在陽光充足時儲存適當電力，以提供穩定之電源。獨立型系統主要可應用於電力輸配線不及的地區，如人口稀少的山區或離島。其次亦常應用於道路標示、資訊顯示板或路燈照明等電器用之小型電力系統。

a. 定義：使用蓄電池且換流器 (Inverter)無逆送電功能之太陽光電發電系統。　
b. 適用地點：高山、離島、基地台 …等市電無法到達處。　
c. 工作方式：白天 PV 發電供負載並充電、夜間由電池供電，可以自給自足(必需搭配蓄電池) 。　
d. 考慮點：系統設計考慮因素多 (組列、蓄電池容量、負載與陰天日數等安全係數，最佳化設計複雜) 一般充電控制器無 MPPT，搭配蓄電池使發電效能較差蓄電池每日>50%DOD深度放電、>0.2C充電，壽命短太陽光發電量與負載需求量不搭配時、太陽光之發電能量利用率偏低 (負載需求搭配與安全係數為互相矛盾之設計) PV-柴油發電機，PV-風力...等混合系統為改善之方法。

【緊急防災型(獨立/併聯混合型)太陽光電系統】

和市電及蓄電池搭配。平時太陽光電系統併聯發電，並供負載及充電，夜間由台電供電。刮颱風、下大雨，電力中斷時，仍有足夠的蓄電池可以安排救災，待到市電回復時就沒有問題。
a. 定義：換流器 (Inverter)具有逆送電功能，同時裝置蓄電池，可操作於併聯模式或獨立模式之太陽光電發電系統。　
b. 適用地點：有防災需求 (照明、汲水、通信….)之公共設施。　
c. 工作方式：
1.平時 PV併聯發電、效率高、利用率高、夜間由台電供電。
2. 視需要建置足夠之防災用電池，長時間停電時白天 PV 發電供負載並充電、夜間由電池供電，適合作為救災用電力來源。
3.蓄電池平時 (或定時)浮充保養，不需每日深度充放電，壽命可以延長。
d. 缺點：包含兩種系統建置成本較高，系統較複雜