太 陽 光 電 系 統 與 設 置 條 件 評 估 簡 介 報 告 人 : 楊 顯 整 工 程 師 中 華 民 國 九 十 九 年 八 月 四 日 1
v 太 陽 能 光 電 發 電 系 統 簡 介 v 簡 易 評 估 及 資 料 填 寫 說 明 2
太 陽 能 光 電 發 電 系 統 簡 介 3
地 球 各 類 再 生 能 源 的 潛 力 太 陽 每 天 照 射 到 地 表 的 能 量, 超 過 全 人 類 27~30 年 的 能 源 需 求! Source:Solar Meets the Peak Oil Challenge, Ron Swenson, Solar 2006, July 2006. 4
各 種 發 電 能 源 之 CO 2 排 放 量 製 造 過 程 會 消 耗 能 源, 產 生 CO 2 發 電 本 身 不 會 產 生 CO 2 每 kw 的 PV( 太 陽 光 電 ) 每 年 可 減 少 9 公 斤 氧 化 硫 ( SO χ ) 16 公 斤 氧 化 亞 氮 ( NO χ ) 及 2300 公 斤 二 氧 化 碳 ( CO 2 ) 的 排 放 ( 相 較 於 礦 物 能 源 ) 資 料 來 源 : 工 研 院 太 電 中 心 5
太 陽 光 電 發 電 技 術 太 陽 能 主 要 可 分 為 太 陽 能 光 電 與 太 陽 能 熱 能 兩 種 太 陽 能 光 電 是 利 用 太 陽 電 池 將 光 的 能 量 直 接 轉 變 為 電 能 輸 出 太 陽 能 熱 能 係 利 用 太 陽 能 集 熱 器, 收 集 太 陽 輻 射 能 進 行 利 用 的 一 種 方 法 v 太 陽 電 池 是 以 p- 型 及 n- 型 半 導 體 材 料 接 合 構 成 正 極 與 負 極 v v 當 陽 光 照 射 太 陽 電 池 時 光 能 會 使 半 導 體 材 料 內 產 生 電 子 電 洞 對 正 電 荷 ( 電 洞 ) 與 負 電 荷 ( 電 子 ) 會 分 別 往 正 (p- 型 ) 負 極 (n- 型 ) 方 向 移 動, 產 生 電 流 6
太 陽 光 電 發 電 之 特 點 1. 太 陽 電 池 (Solar Cell) 可 將 光 能 直 接 轉 換 為 直 流 電 能, 但 不 會 儲 存 能 量 2. 無 需 燃 料 無 廢 棄 物 與 污 染 無 轉 動 組 件 與 噪 音 3. 太 陽 電 池 壽 命 長 久, 長 達 二 十 年 以 上 4. 外 型 尺 寸 可 隨 意 變 化, 應 用 廣 泛 ( 小 至 消 費 性 產 品 -- 如 計 算 機, 大 至 發 電 廠 ) 5. 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 ) 6. 設 計 為 阻 隔 輻 射 熱 或 半 透 光 型 模 板, 可 與 建 築 物 結 合, 並 提 供 平 時 及 緊 急 用 電 7
太 陽 能 電 池 的 種 類 非 晶 矽 (6-9%) 多 晶 矽 (10-18%) 單 晶 矽 (12-20%) 8
太 陽 電 池 的 種 類 模 組 效 率 矽 晶 矽 Crystalline HIT 單 晶 矽 Single Crystalline 多 晶 矽 Poly Crystalline Sanyo 混 合 單 晶 與 非 晶 矽 η: 15.2% η:15% η:13% Silicon 非 晶 矽 薄 膜 Amorphous (Si:H, SiGe, SiC..) η: 5~7% Solar Cells 微 晶 矽 薄 膜 Microcrystalline (μc-si) η: 9.1% 資 料 來 源 : 工 研 院 太 電 中 心 多 元 化 合 物 Compound Nano & Organic 單 晶 Single Crystalline (GaAs, InP..) 多 晶 Poly Crystalline (CdS, CdTe, CuInSe 2...) η: 27 % ( 應 用 於 太 空 或 聚 光 型 PV 系 統 ) 薄 膜 型 ( 部 份 生 產 並 改 良 中 ) CIGS η: 10 % 如 TiO 2 / 染 料 有 機 太 陽 薄 膜 電 池, 開 發 中 9
太 陽 電 池 的 種 類 發 電 成 本 ( 效 率 壽 命 系 統 成 本 環 境 成 本 ) 10
太 陽 光 電 發 電 設 備 系 統 單 元 太 陽 電 池 (Unit Solar Cell) 太 陽 電 池 模 板 (PV Module) 太 陽 電 池 組 列 (PV Array) 太 陽 光 發 電 系 統 蓄 電 池 (Battery) 獨 立 電 源 ( 獨 立 型 系 統 ) 輔 助 電 源 ( 併 聯 型 系 統 ) 混 合 型 ( 防 災 併 聯 型...) 電 力 轉 換 器 ( 電 力 調 節 器 ) (Inverter Conditioner) 資 料 來 源 : 太 陽 光 電 資 訊 網 11
太 陽 能 發 電 系 統 的 種 類 (A) 獨 立 系 統 (Stand-Alone System) 太 陽 光 電 能 組 列 充 電 控 制 器 PCU 放 電 控 制 器 直 流 負 載 蓄 電 池 (B) 混 合 系 統 (Hybrid System) 太 陽 光 電 能 組 列 充 電 控 制 器 PCU 放 電 控 制 器 直 / 交 流 轉 換 器 交 流 負 載 整 流 器 蓄 電 池 輔 助 發 電 機 (C) 併 聯 系 統 (Gridconnected System) 太 陽 光 電 能 組 列 直 / 交 流 轉 換 器 交 流 負 載 12
依 建 築 物 設 置 系 統 型 式 分 類 13
圖 例 一 : 踞 置 型 貼 覆 式 Roof-mounted 模 板 貼 覆 建 物 外 表 包 覆 材 架 設 其 與 建 物 間 高 度 間 距 在 10cm 以 內 資 料 來 源 : 工 研 院 太 電 中 心 14
圖 例 二 : 踞 置 型 架 高 式 Ground-mounted 模 板 矗 立 建 物 平 頂 或 地 面 架 設 其 高 度 在 150cm 以 下 資 料 來 源 : 工 研 院 太 電 中 心 15
建 材 一 體 型 (BIPV( BIPV) 優 點 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 須 符 合 下 列 之 功 應 用 v 有 效 利 用 建 築 物 的 表 面 發 電, 兼 具 建 築 物 的 外 表 包 覆 建 材 之 功 能 v 替 代 屋 瓦 牆 面 窗 戶 之 建 材, 且 可 遮 陽 降 低 建 築 物 外 表 溫 度 Facade ( 擴 充 或 取 代 傳 統 的 外 部 牆 面 或 玻 璃 ) Additional architectural 遮 陽 棚 (Sunshade) 雨 遮 (Canopy) 鋸 齒 狀 外 觀 設 計 等 Roofing Systems (A direct replacement to roof) 斜 瓦 屋 頂 屋 瓦 天 篷 天 窗 採 光 罩 等 v 與 建 築 物 整 合 設 計, 須 考 慮 建 築 物 空 間 利 用 結 構 安 全 性 及 美 觀 之 可 見 度 v 縮 短 建 築 施 工 時 間 降 低 整 體 建 築 成 本, 避 免 系 統 設 置 二 次 施 工 16
圖 例 三 : 建 材 一 體 型 ( 屋 瓦 型 ) Build-in(Building integration) 替 代 屋 頂 牆 面 窗 戶 且 兼 具 建 築 物 外 表 包 覆 之 建 材 資 料 來 源 : 工 研 院 太 電 中 心 17
圖 例 三 : 建 材 一 體 型 (Light through ) 資 料 來 源 : 工 研 院 太 電 中 心 18
圖 例 三 : 建 材 一 體 型 (Light shield) 資 料 來 源 : 工 研 院 太 電 中 心 19
太 陽 光 發 電 系 統 一 年 能 發 多 少 電? 組 列 單 日 發 電 量 = 組 列 額 定 輸 出 功 率 ( 即 Wp) 等 效 日 照 時 數 預 估 1 kwp 組 列 單 日 發 電 量 = 1 (kw) ex. 4(Sun Hour)= 4 kwh 組 列 年 發 電 量 = 組 列 額 定 輸 出 功 率 年 平 均 每 日 日 照 時 數 365 日 預 估 1 kwp 組 列 年 發 電 量 = 1 4 365 = 1,460 kwh 1.0 kw/m 2 等 效 日 照 時 數 (Sun Hour) 0.5 kw/m 2 日 射 量 ( 日 照 強 度 ) 資 料 來 源 : 工 研 院 太 電 中 心 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 時 間 20
全 國 發 電 量 情 形 21
影 響 太 陽 光 電 系 統 發 電 效 率 之 因 素 v 陽 光 入 射 角 : 太 陽 光 入 射 角 度 會 影 響 模 板 效 率 v 陽 光 光 譜 變 化 : 模 板 效 率 受 太 陽 光 光 譜 影 響 v 日 照 量 變 化 : 日 照 量 影 響 模 板 電 力 輸 出 v 陽 光 蔭 影 : 遮 蔽 影 響 會 導 致 模 板 功 率 的 輸 出 v 模 板 溫 度 : 模 板 溫 度 升 高, 效 率 降 低 v 太 陽 電 池 / 模 板 特 性 差 異 與 不 匹 配 損 失 v 負 載 匹 配 : 負 載 未 配 合 最 大 功 率 輸 出 22
太 陽 光 電 系 統 設 置 之 環 境 v 日 照 充 足 : 無 光 障 害, 模 板 架 設 角 度 朝 南 傾 斜 v 週 邊 環 境 : 考 量 建 築 物 空 間 鹽 害 雷 害 腐 蝕 氣 體 風 況 天 候 溫 度 防 潮 排 水 落 塵 鳥 類 多 寡 等 等 v 建 築 結 構 : 樑 柱 載 重 與 外 牆 強 度 等 等 v 電 器 設 備 : 電 器 設 備 現 況 與 安 全 性 23
PV 系 統 設 置 條 件 成 本 與 躉 購 費 率 太 陽 光 電 系 統 設 置 : 避 免 周 圍 建 築 物 遮 蔭 電 池 模 板 宜 面 向 南 方 設 置 傾 斜 角 度 22~25±10 度 1 kwp 太 陽 電 池 組 列 平 均 佔 地 面 積 約 為 10~15m 2 (3~5) 坪 ( 太 陽 電 池 模 板 在 25,AM 1.5 1,000W/m 2 日 照 下 之 電 力 輸 出 值 稱 為 峰 瓦 值,Wp) 目 前 PV 系 統 設 置 費 用 :1 kwp 約 NT$ 15-20 萬 未 曾 獲 補 助 之 太 陽 能 光 電 系 統 躉 購 費 率 設 置 容 量 (kwp) 補 助 額 ( 萬 元 / kwp) 躉 購 費 率 ( 元 / 度 ) 1-10 5 11.1883 10-500 0 12.9722 >500 0 11.119 曾 獲 補 助 之 太 陽 能 光 電 系 統 躉 購 費 率 3.3~9.1 元 24
太 陽 能 電 池 與 發 電 系 統 1m 2 模 板 重 約 15kg 若 含 水 泥 樁 及 鍍 鋅 支 架 則 約 30-50kg 25
太 陽 能 發 電 系 統 應 用 住 宅 應 用 日 本 京 都 車 站 德 國 高 速 公 路 26
太 陽 能 發 電 系 統 應 用 外 遮 陽 型 態 27
太 陽 能 發 電 系 統 應 用 建 材 一 體 型 太 陽 能 電 池 模 組 (Build Integrated Photovoltaic,BIPV) 投 資 成 本 約 較 模 板 式 光 電 板 高 一 倍, 主 要 原 因 在 於 目 前 設 計 都 是 Case by Case 的 生 產, 再 配 合 與 建 築 本 體 的 接 合 填 縫 承 載 隔 熱 設 計 安 全 耐 用 設 計 保 證 等 多 項 考 量 28
太 陽 光 電 發 電 廠 應 用 ( 德 國 SolarparkHemau) 設 置 容 量 :4 MWp 29
台 灣 太 陽 光 電 案 例 南 投 縣 清 境 農 場 設 置 容 量 :10.08kWp 高 雄 縣 湖 內 鄉 住 宅 設 置 容 量 : 6.6kWp 台 北 自 來 水 事 業 處 設 置 容 量 : 6.48kWp 台 北 市 福 安 紀 念 館 設 置 容 量 :19.8kWp 30
簡 易 評 估 及 資 料 填 寫 說 明 31
台 北 縣 機 關 學 校 設 置 再 生 能 源 潛 力 調 查 v 為 達 到 台 北 縣 政 府 再 生 能 源 發 電 量 未 來 目 標 占 比 於 2016 年 達 5%,2026 年 達 15% v 台 北 縣 環 保 局 委 託 本 執 行 團 隊 調 查 台 北 縣 轄 下 機 關 學 校 設 置 再 生 能 源 的 潛 力 v 主 要 評 估 方 向 為 小 型 風 電 太 陽 能 光 電 系 統 v 針 對 太 陽 能 光 電 系 統 設 置 潛 力 需 要 機 關 學 校 配 合, 協 助 提 供 頂 樓 空 地 面 積 照 片 及 其 它 基 本 資 料, 以 利 進 行 初 步 篩 選 v 後 續 本 執 行 團 隊 將 針 對, 初 步 篩 選 出 的 機 關 學 校 進 行 現 場 實 地 勘 查, 評 估 可 設 置 地 點 容 量 32
資 料 填 寫 說 明 33
照 片 盡 量 能 呈 現 出 整 個 設 置 場 地 狀 況 34
面 積 只 需 填 寫 空 地 面 積, 不 需 填 寫 退 縮 後 的 面 積 35
只 需 扣 除 樓 梯 間 冷 卻 水 塔 等 不 用 應 用 之 面 積, 提 供 可 用 空 地 面 積 即 可 不 需 要 提 供 退 縮 之 面 積 36
扣 除 此 樓 梯 間 面 積, 提 供 樓 梯 間 兩 側 的 樓 板 空 地 面 積 37
結 論 未 來 全 球 的 能 源 需 求 預 期 仍 將 持 續 成 長, 在 民 眾 對 生 活 與 環 境 品 質 要 求 漸 高 與 化 石 燃 料 蘊 藏 有 限 的 危 機 下, 提 高 再 生 能 源 的 利 用 已 是 不 可 避 免 的 趨 勢 機 關 學 校 推 動 再 生 能 源 應 用, 不 僅 可 降 低 對 傳 統 能 源 之 使 用 量, 亦 為 能 源 教 育 提 供 最 佳 說 明 及 示 範 38
珍 惜 資 源 珍 愛 台 灣 39