太陽能發電之效能最佳化分析

專題名稱 太陽能發電之效能最佳化分析

專題描述 壽豐鄉是位於花東縱谷的板塊交合的地帶,東邊有海岸山脈,西邊有中央山脈。在高山的阻擋之下,太陽能的日照取得上相對的比台灣其他縣市還要不足。因此,為了彌補這先天的地理缺陷,我們想設計一個能夠隨著太陽旋轉的太陽能板,增加太陽光的吸收與轉換。

隊伍名稱 綠色能源

指導老師 陳錦松 蘇子傑

參賽學生 張皓旻 范姜俞 鄔瑞璿 范容瑄

序號檔案內容上傳者
10作者 林庚武
來源 高雄市高級工業職業學校建築科
描述 在現在的社會裡,人類的科技雖然越來越發達,這些發達的背後卻是不斷製造 污染,譬如說火力發電,他會對大氣污染、溫排水、噪音等環境污染;水力發電 則會破壞河川的生態;核能發電更比一般化石燃料電廠排放更多廢熱到環境裏。 對於現今的社會,太陽能發電就是很好的一個選擇,它是乾淨且取之不盡的能 源,也不會增加或減少地球上的溫度,建廠容易,成本低,安全性高,對於現 在可憐的地球,我們已經沒有去污染它的成本,雖然現在的太陽能發電或許會 有些許的不便利,但是為了我們未來的子孫們,這些一定還是可以去研究去改 良的
范容瑄
9作者 蕭德仁
來源 正修科技大學機電工程研究所
描述 近些年來由於能源問題與耗能產生之環境汙染,在國際間日益受到重視,而太陽能是一種乾淨、無污染且又取之不盡、用之不竭,可以利用光伏效應轉變成電能的一種免費能源。我國是十分仰賴能源進口的國家,若以太陽能來取代現有的煤、石油、天然氣、核能等能源,不僅環境污染的問題可以大大地改善,同時也是我國未來減少能源進口依賴,推動能源自主政策的關鍵。但太陽能照射在地表面積的能量密度很低,會受到氣候、晝夜及季節的變化,而影響日照量,在加上目前太陽能電池(Solar cells)在傳統上均以矽材料為主,不僅價格貴,而且太陽能電池將光能轉化成電能的效率仍然偏低,大約只維持在10%至24%之間,所以用以製造太陽能電池來發電,在其發電成本上比一般傳統使用化石燃料來發電的成本高出許多,因此太陽能電力在發電成本上馾與傳統化石燃料能源電力相競爭,所以要提升太陽能電池的發電效率,才能創造其經濟效應,普及使用。
太陽能電池的電力輸出,受模組溫度與日照強度等因素的影響很大,當模組溫度愈高時電力輸出愈小,日照強度愈大時電力輸出愈大。藉著良好的散熱及通風設施,可以降低模組的溫度,提高太陽能電池的電力輸出。而太陽運行軌跡一年四季都在變動,欲增加日照強度,則需將太陽能電池板的板面垂直太陽,頁就是需要隨著太陽的移動而調整其太陽能電池板的傾斜角度,才會達到最佳的日照強度,
范容瑄
8作者 徐天佑 曾鴻陽
來源 中國文化大學
描述 台灣地處亞熱帶地區,冬季受大陸冷氣團影響,而夏季受太平洋高壓影響,兩種不同類型
天氣系統對台灣地區造成不同天氣,又因中央山脈的關係,南北各地也同時出現不同天氣現
象,且各地天氣之溫度、日照、風場均有其不同特性,而這些不必耗費經費且可再生的自然清
潔能源,對環境保護據有絕對優勢,現更因石油與天然氣遭受政治與經濟不確定因素的影響,
逐漸受到重視,並開始使用。
風能的利用在台灣西部沿海之苗栗以及澎湖等地區,已經正式架設風力發電機並開始作
業,而太陽能源的大量利用尚未見成效,未來應是極具潛力且值得開發的有效能源之一。
台灣地區因受梅雨、颱風、秋霖、寒潮等不同天氣系統的影響,再加上錯綜複雜的地形因
而各地產生不同的局部天氣現象,且使得各局部地區形成不同的日照時間,也影響太陽能源的
利用,因此台灣地區的日照量變化為本研究的重點。
本研究將台灣地區分成東部、西部、高山、離島四個不同區域加以探討,研究發現台灣地
區日照量有空間及時間變化的特徵,而研究結果可對未來太陽能源的利用提供參考,以期有效
提升清潔能源的利用及達成降低環境污染等問題。
張皓旻
7作者 沈君宜 陳君庭 周炯彤 黃盈熒
來源 高雄市立高雄女子高級中學
描述 能源危機帶動太陽電池發展,卻受制於難以進一步的提升效率,因此,我們研究其結構
與基本性質,如:不照光時的順、逆向偏壓、導通電壓及照光下不同照度、光源、太陽電池
種類填充因子的比較,並了解不同負載下的最大功率。隨著實驗的延展,探究照度、入射光
的波段、入射角度及經大氣層厚度對太陽電池的影響。
經過數據分析及研究之後,我們發現太陽電池確有 PN 二極體之特性,導通電壓約為 0.7
伏特;太陽電池的填充因子,以單晶矽為最佳,其次是非晶矽;另外,陽光比單槍的光源更
適合太陽電池工作。以濾光片將特定波長以下的光線濾除,並推算出能隙。另外,電流的大
小與入射角之 cosθ成正比,這也是為什麼太陽能板必須旋轉而使陽光保持垂直入射
鄔瑞璿
6作者 孔祥科 王啟秀 左玉婷
來源 清雲科技大學
描述 近年來石油的價格不斷攀升,各個國家無不在尋找替代資源,而石油價格逐
漸上升的主要原因是石油的閒置生產能力的短缺、需求的急劇膨脹,和中東
等石油產地局勢的動蕩,導致原油價格劇烈波動,加上石油並非「取之不盡、
用之不竭」的能源,促使各個國家不得不想出因應策略,如:德國提出的「再
生能源法」、加州提出的「百萬屋頂法案」,目的就是節省能源,並開發出
新能源。然而太陽能是近年來科學家發現最寶貴的資源,運用科技把太陽的
熱能轉換成光能、電能,取代傳統的核能發電為世界各國帶來無限的商機,
成功地為人類開闢了另一項資源。
本文目的,藉由探討世界各國太陽能產業發展狀況與趨勢,分析台灣太陽能
產業的未來發展前景,及相關產業分析與營運模式。
鄔瑞璿
5作者 陳信輔 詹智雄 蔡銘益 賴膺傑 姜之凡
來源 修帄技術學院二年制機械工程系
描述 普照大地的陽光,是萬物生長的泉源,也是人類取
之不盡、用之不竭、又無汙染的能源。如果說是上還有
取之不盡用之不竭而且不必花錢就可以有隨手取得的能
源那太陽能就是最明至實歸。太陽所傳到地球的總能量
( 到 達 上 大 氣 層 之 總 量 ) 每 年 達
(megawatt-hour)之多。其中大約 35%被反射
回太空去,18%被大氣層所吸收,47%到達地面。單就到
達地面的那一部分來講,就等於目前全世界商業上年用
量的一萬三千倍!太陽能即是地球接收自太陽之幅能,其
直接或間接的提供地球上絕大部份之能量。地球與大氣
圈不斷地自太陽能獲得 之輻射量,數量實
在大得難以想像。假設每人帄均需要 ,則一百億
人才不過是需 ,因此只要將抵達地表太陽能的百
分之一轉換成可用的量則能滿足全球能源需求,也因為
它是最易取得的能源也是最廉價的能源,因此太陽能也
就是目前最被人看好的應用能源之一。
到目前為止,人類對太陽能的應用可以說是十分的
小,因為對熱能和電能的長期儲存以及遠距離的運輸,
IV
仍然存著未能解決的難題,但可以預期到,如果這個難
題一但得到解決,人類對太陽能的利用範圍將大大提
升,到時人類將不只是利用到地球上的太陽能,同時還
可以到浩瀚的宇宙去取得更多的太陽能。人類在認識大
自然和改造大自然中,必然會有更大的發現和更大的躍
進,會從大自然中獲得更多的資源,因此雖然現代的太
陽能的科學研究技術還不算成熟,還存在著許多困難,
但隨著科技的進步,有朝一日一定能得到新科技的大突
破,而太陽能在未來的世界,將會是最可靠、最實際的
使用資源。由上述可知太陽能的豐富及長久性,可見世
界上的能源危機是不存在的,太陽的能源可說是源源不
絕,只是我們還有許多問題需要去克服,因此如何將現
有的資源轉換成有用的能源,將是我們現代人必頇去研
究、必頇去了解和創造。
范姜俞
4作者 陳琨城 黃世昌
來源 國立交通大學 土木工程學系
描述 本文係以投資業者的角度,將台灣由南至北區分六大地區,應用 Excel 軟體將財務參數假設估算、
IRR、NPV、SLR 及折現後回收年限等財務決策準則方法,依據能源局頒布 500kWp 以下屋頂型各容
量級距的躉售電價,以自有、融資等方案,分析於各區域設置太陽能系統的效益,再透過個案敏感度
分析,整理出各影響因子之風險排列,讓台灣太陽能發電系統的業者有一標準的評估流程,並提供各
區域設置太陽能系統之可行性參考。為使部分財務參數估算較具參考價值,採用 2004~2012 年中央氣
象局各地區之日射量資料,載入專用之發電量模擬軟體 PVsyst,藉以模擬推算出各系統容量之年發電
量。於系統造價部分,採用工作分解結構(Work Breakdown Structure, WBS)及明細估價之方式編列
預算書,以推算出較接近市場行情之系統建置成本。
經效益計算後得知,於台灣僅嘉義地區採融資方案,系統容量分別為 98kWp、497kWp 之太陽能
系統符合投資決策準則,具有投資效益。如不局限需將系統設置於同一地區的情況下,可將五個容量
98kWp 集成為一個 490kWp 之系統做設置,相較之下於相同的量體採購價格及有部分成本不需支出的
條件下,整體造價較低且躉售電價較高,故其投資效益最高,經敏感性分析後得知,以系統年發電量
為風險最高,接著為建置成本、貸款比例,故投資業者應對此三大影響因子嚴加控管,以維護預期之
投資效益。
范姜俞
3作者 吳鎮國、林 鴻、盧以昕、許仲成、陳欣卉
來源 臺大光電所碩士班
描述 炎炎夏日,免不了要開冷氣,你有想過開冷氣時電是怎麼來的嗎?人類在發展過程
中總是少不了要使用能源,當然、便宜的的能源是我們所希望的。例如:核能發電、火力
發電、水力發電等。可是這些便宜的能源也有其缺點,例如:產量問題、污染問題、廢棄
物處理問題等。於是,再生能源的需求就誕生了,其中最具代表性的能源之一就是太陽能
電池發電,一種最原始、最接近大自然的能源,擁有取之不盡、用之不竭的特性。就如同
植物吸收陽光之後埋入地底幾千萬年成為化石燃料,人類將之燃燒轉換成能源,太陽能電
池更加簡單,它直接將吸收的陽光轉化成人們所需的電力,想像一下,只需幾秒的太陽光
日照就可以滿足地球一整天的電力所需,是多麼美好的一件事情。然而,事情也不如我們
想得如此簡單,轉換效率就是個問題,成本也是個問題,但是由於它是如此的具有潛力,
所以吸引了大量的研究人員加入研發,希望能帶給人類更加永續環保及更加便利的未來。
世界上第一個太陽能電池便是在 1883 年,由美國人 Charles Fritts 利用 Se 材料來製作的,
不過當時受限於半導體技術的不足,效率只有 1%。隨著近代半導體技術的進步、太空競
賽、能源危機等因素,太陽能電池才得以快速的發展與應用,并對我們的生活造成巨大的
影響,下面,我們將從介紹一座太陽能城市開始。
范姜俞
2作者 陳昱均
來源 國立大里高中
描述 太陽所產生的光和熱,是帶給地球多采多姿生態的原動力。因為有太陽源源不斷的向地球傳遞能源,植物才得以進行光和作用,將太陽能轉換為自身的養分。而 動物再藉由攝取植物,從而得到自身活動所需之能源。所以太陽能可以說是地球 上一切生命的基礎。
近年來,隨著各項資源慢慢的耗盡,太陽能的轉換利用及發電的議題越來越受人 們重視,因此開始研究探討其使用原理,應用方式及未來展
張皓旻
1作者 張榮傑
來源 高雄縣中山工商
描述 現今社會,因為工業發達與人類過度自私奢求,大量的使用非再生能源,如:石
油、天然氣、煤、核能等。這些能源使用時不但會破壞大自然,也非用之不竭的
能源,近年來溫室效應與氣候異常,人類也開始察覺到使用後的嚴重性了,因此
開始積極在尋找無污染且環保的替代能源來扮演這個重要角色,目前太陽能電
池、生質柴油、燃料電池…等,皆是綠色能源。其中以太陽能電池具有零污染、
安全、便利…等特性,這幾點讓我決定這主題。
張皓旻

序號封面照內容說明上傳者
6類別 相簿集
名稱 日升日落時間及電壓電流測試
說明
上網查日升日落時間及電壓電流測試及記錄
張皓旻
5類別 youtube影片
名稱 轉動的太陽能板
說明
轉動的太陽能板
范容瑄
4類別 相簿集
名稱 討論與蒐集太陽能板效能的數據的數據
說明
討論與蒐集太陽能板效能的數據的數據,實際在太陽光下測試。
范姜俞
3類別 相簿集
名稱 討論與組裝可轉動的太陽能板
說明
討論與組裝可轉動的太陽能板,控制好角度與整體的裝置。
鄔瑞璿
2類別 相簿集
名稱 用S4A寫程式讓太陽能板轉動
說明
我們用S4A寫程式讓太陽能板轉動,用二個舵機馬達讓太陽能板有X和Y兩個方向的轉動。
陳錦松
1類別 相簿集
名稱 太陽四季角度對太陽能板的影響
說明
實際測試太陽四季角度對太陽能板的影響。
張皓旻

序號內容上傳者
10作者 張皓旻
標題 研究過程與方法
內容
我們先實際測量不同照射角度對太陽能板的發電效能差異。利用數學老師所提供的量角器教具,轉動太陽能板,量測所產生的電壓與電流。之後發現,當上午或者中午還有下午,每個時間點的效能都大不同,於是利用了電腦編寫Arduino 程式來控制太陽能板,讓他發揮最大效能。
(一)手動控制:利用鍵盤的上下左右鍵,來控制太陽能板旋轉的角度。手動完成之後,Arduino的控制板開始計時,進入自動旋轉與太陽同步的模式。
(二)自動控制:任何時刻,只要輸入一次所在位置的時間。太陽能板就會一直與太陽同步旋轉。
我們在學校社團學習利用Arduino的控制板,寫入簡單的控制程式,可以用來控制太陽能板的轉動角度。我們想用手動與自動兩種方法來控制太陽能板的旋轉,知道何者能有最好的效果。

張皓旻
9作者 鄔瑞璿
標題 研究方式
內容
實測轉動式太陽能板與固定式太陽能板的儲電效果我們實測轉動太陽能板的充電效果,分為4 個時段,第1個時段為早上7:30~10:00,第2個時段為10:00~12:00,第3個時段為12:00~14:00,第4個時段為14:00~17:00。
太陽能板進行充電時,變壓器上的充電燈會閃爍,充電完畢時,充電燈會持續亮著,我們用的鉛蓄電池的規格是12V,1.2Ah。充飽電的鉛蓄電池,我們用50W的滷素燈放電,約15分鐘放電完畢。固定式的太陽能板與地面有10度的傾斜,下雨時有利排水。
實驗發現,固定式太陽能板充電所需的時間要轉動式太陽能板的時間較久

鄔瑞璿
8作者 鄔瑞璿
標題 研究過程
內容
實測春夏秋冬四季太陽不同升起方位之儲電效果因為地球的自轉軸與黃道面的傾斜角度為23.5度,造成了四季春夏秋冬的變化。使得不同的季節,太陽升起的方位不同,春秋兩季太陽升起的方位是東方,夏天是偏東北方,冬天則是偏東南方。
我們利用太陽能板偏左20度、偏右20度和面對太陽來進行實驗,實驗的結果發現,太陽不同方位的照射電壓值和電流值幾乎維持不變,所以太陽升起的方位不同,並不會影響太陽能板儲電的效能

鄔瑞璿
7作者 范容瑄
標題 研究結果
內容
我們發現太陽能板的最大發電量都發生在90度的垂直位置上。而且最大電流與最小電流相差了10倍以上。因此我們認為只要設計一個轉動的太陽能板,就可以儲存比固定式太陽能板多的電能,經過我們的實驗,證明了儲能是有增加,轉動式的儲能大約是固定式的1.5倍,儲能效果已有顯著差別。

范容瑄
6作者 范容瑄
標題 研究方法
內容
我們發現太陽能板的最大發電量都發生在與太陽垂直的90度位置上。而且最大電流與最小電流相差了10倍以上。因此我們只要設計一個轉動的太陽能板,就可以儲存比固定式太陽能板多的電能。經過我們的實驗,我們發現,無論是那個充電時段,轉動式的太陽能板的充電效能都比固定式佳。我們證明了儲能是有增加,轉動式的儲能大約是固定式的1.5倍,效果顯著值得參考。

范容瑄
5作者 范容瑄
標題 研究目的
內容
壽豐鄉是位於花東縱谷的板塊交合的地帶,東邊有海岸山脈,西邊有中央山脈。在高山的阻擋之下,太陽能的日照取得上相對的比台灣其他縣市還要不足。因此,為了彌補這先天的
地理缺陷,我們想設計一個能夠隨著太陽旋轉的太陽能板,增加太陽光的吸收與轉換。
我們發現太陽能板的最大發電量都發生在與太陽垂直的90度位置上。而且最大電流與最小電流相差了10倍以上。因此我們只要設計一個轉動的太陽能板,就可以儲存比固定式太陽能板多的電能。經過我們的實驗,我們發現,無論是那個充電時段,轉動式的太陽能板的充電效能都比固定式佳。我們證明了儲能是有增加,轉動式的儲能大約是固定式的1.5倍,效果顯著值得參考。

范容瑄
4作者 范姜俞
標題 研究背景
內容
花蓮位於中央山脈與海岸山脈之間,相較於台灣其他地方,太陽升起的時間比較晚,但日落的時間卻比較早,所以太陽能板效率不好,故很少人使用。因此,為了彌補這先天的地理缺陷,我們想設計一個能隨著太陽轉動的太陽能板,增加太陽光的吸收與轉換,讓太陽能板面與太陽的角度控制在90度的垂直位置,以便能在太陽能板獲得最佳的電能儲存。希望能夠提升花蓮鄉親採用太陽能板的意願,讓綠色能源能夠普及在台灣各地。

范姜俞
3作者 鄔瑞璿
標題 研究過程與方法
內容
我們擬定所要進行的實驗:測試太陽不同方位升起的儲電效果以及實測轉動式太陽能板與固定式太陽能板兩者的儲電效果比較,實測四季太陽不同方位升起時的儲電效能時,我們利用偏左偏右的方式測量,發現太陽能板的電流與電壓幾乎不變,所以太陽升起方位的不同並不會影響太陽能板的儲電效能;但當我們再測量固定式與轉動式太陽能板的儲電效果時,儲電效能就有大大的不同了,我們發現同時間裡,固定式太陽能板充電所需時間比能隨太陽轉動的轉動式太陽能板時間長久,實驗發現太陽不同方位升起不會影響儲電效能,但太陽的角度卻影響了儲電效能。

鄔瑞璿
2作者 范姜俞
標題 研究背景與動機
內容
現在政府正在推廣綠色能源,而太陽能板的應用是最普遍的,而且實用性很高,太陽能板平均使用壽命有25年,但是太陽能板價格驚人,電能轉換率不高,在花蓮縣願意使用的人不多,加上壽豐鄉是位於花東縱谷的板塊交合的地帶,地震多,水氣雲霧不容易散開,太陽光的日照應用也相對較少。因此我們希望能增加太陽能板的儲能效果。
台灣是製造太陽能板的主要出口國,但是花蓮位於中央山脈與海岸山脈之間,相較於台灣其他地方,太陽升起的時間比較晚,但日落的時間卻比較早,所以太陽能板效率不好,故很少人使用。因此,為了彌補這先天的地理缺陷,我們想設計一個能隨著太陽轉動的太陽能板,增加太陽光的吸收與轉換,讓太陽能板面與太陽的角度控制在90度的垂直位置,以便能在太陽能板獲得最佳的電能儲存。希望能夠提升花蓮鄉親採用太陽能板的意願,讓綠色能源能夠普及在台灣各地。

范姜俞
1作者 張皓旻
標題 研動機與目的
內容
現在政府正在推廣綠色能源,而太陽能板的應用是最普遍的,而且實用性很高,太陽能板可以用好幾十年。但是太陽能板價格驚人,電能轉換率不高,在花蓮縣願意使用的人不多。
而且花東縱谷位於的板塊交合的地帶,東邊有海岸山脈,西邊有中央山脈。在高山的阻擋之下,太陽能的日照取得上相對的比台灣其他縣市還要不足。
因此,為了彌補這先天的地理缺陷,我們想設計一個能夠隨著太陽旋轉的太陽能板,增加太陽光的吸收與轉換。希望能夠提升花蓮鄉親採用太陽能板的意願,讓綠色能源能夠普及在台灣各地。並讓太陽能板能夠被世界普遍運用,以達到節能減碳的目的。
也因為台灣是製造太陽能板的主要出口國,但是花蓮位於中央山脈與海岸山脈之間,相較於台灣其他地方,太陽升起的時間比較晚,但日落的時間卻比較早,所以太陽能板效率不好,故很少人使用。因此,我們想設計一個能隨著太陽轉動的太陽能板,讓太陽能板面與太陽的角度控制在90度的垂直位置,以便能在太陽能板獲得最佳的電能儲存。

張皓旻

序號封面簡介(摘要)上傳者
5書名 一讀就懂!太陽能發電系統詳解
作者 小西正暉, 鈴木竜宏, 蒲谷昌生 許郁文
出版社 馥林文化
簡介(摘要)
 本書是一本針對太陽能發電系統的入門書籍。整本書的內容分為三大篇:先對太陽能發電系統做介紹,並討論地球環境的惡化、資源的枯竭與太陽能之間的關聯,說明太陽光與太陽能電池間的關係;再來解說設置太陽能發電系統屋頂的特徵,以及詳細地說明施工所需的準備、設計、安裝、試用的工程步驟;最後一篇則是從施工業者推廣業務的角度,以獨立電源的觀點介紹太陽能發電系統,並描繪太陽能發電系統的未來遠景。

導讀
在2007年2月公布的第4次IPCC(政府間氣候變化專門委員會)評估報告裡明白指出:地球暖化是因人為溫室氣體的增加所造成;同時這份報告也推測,如果維持現況,21世紀末全球氣溫將上升4℃,將同時引發多重自然災害。另一方面,自工業革命之後人類賴以為生的化石燃料(煤炭、石油、天然氣)也將面臨幾近枯竭的局面。
  在這樣的背景之下,環保且可以永續發展的可再生能源逐漸受到世人的矚目。特別是用來進行太陽能發電的陽光,更是十分可靠的能量。德國的聯邦政府全球環境變遷學術諮詢會(WBGU)預測21世紀末,太陽能將占總供給能量的八成。
  近年來太陽能的普及十分顯著,屋頂安裝太陽能發電系統的日本住戶已累積至40萬戶,但比例仍偏低,僅占全國戶數的0.8%而已。另外,接駁至電力公司電網的契約容量為150萬kW(1.5GW),所推算出的發電量僅占日本全國電力需求的0.1~0.2%。
  為了讓剛萌生新芽的太陽能發電系統得以迅速茁壯與普及,必須大幅加強各方戰力,使每個家庭都願意在屋頂上安裝發電系統。
  透過本書的解說,即使是之前不太熟悉相關技術的讀者也能輕鬆地理解太陽能發電系統的原理。特別是長期從事太陽能發電系統開發的讀者、打算投入太陽能發電系統安裝業這一種新興產業的讀者,或是想於自家屋頂設置太陽能電池時了解更多細節(包括太陽能發電的施工在內)的讀者,本書都能根據不同的個人需求提供最適當的內容與知識。
  第Ⅰ篇將討論地球環境的惡化、資源的枯竭與太陽能之間的關聯,並說明太陽光與太陽能電池間的關係,帶領讀者了解太陽能發電的原理,進而延伸介紹太陽能電池的種類與特徵。
  第Ⅱ篇則從解說設置太陽能發電系統屋頂的特徵開始,並詳細地說明施工所需的準備、設計、安裝、試用的工程步驟。
  第Ⅲ篇則從施工業者推廣業務的角度,以獨立電源的觀點介紹太陽能發電系統,結尾則描繪太陽能發電系統的未來遠景。
  全世界的太陽能發電系統在近10年來,以每年平均增加50%的安裝率,呈現令人驚訝的高成長率。但即使如此,還是只占全世界發電量比例的0.1~0.2%左右,估計今後應該仍有相當的成長空間。
  本書的前身是透過前述的舊株式會社工業調查會於2008年7月發行,這次由Ohmsha公司再版,更新了部分的資料。在此誠心感謝於出版之際給予萬般協助的Ohmsha出版社各相關人員。
范容瑄
4書名 3小時讀通太陽能電池
作者 齊藤勝裕
出版社 世茂出版社
簡介(摘要)
太陽能電池如何製造?太陽能如何轉換為電能?
家庭如何安裝太陽能電池系統?節餘電力如何賣給電力公司?
未來發展會是化合物太陽能電池,還是有機太陽能電池?
日本.德國.美國的太陽能電池發電規模,是否可取代核能?
太陽能電池,會是乾淨無污染發電的答案嗎?
太陽能電池是將太陽光能量轉換為電能的裝置。由於能量來自太陽,不需要任何燃料,也不會排放廢棄物。從環保觀點來看,沒有比這更理想的裝置設備!
本書依序說明太陽能電池的過去、現在與未來。以及一般人最關心的,在家庭安裝上,如何取得政府資源補助,可以供給多少發電,如何賣電給電力公司,安裝太陽能電池之前所需具備的所有設備及維修知識,有趣的半導體發電原理,都盡在本書中。
由國立台科大教授楊錦懷博士審訂,增補台灣太陽能電池裝設與發展現況。
導讀
近來,太陽能電池可說是眾所矚目。本書的寫作意圖,正在於簡單明瞭地解答一個單純的問題:「什麼是太陽能電池」?
我想不少理工白癡,別說是太陽能電池,就連一般乾電池都不瞭解。因此希望有更多人能享受這本書的樂趣。若有人希望在自己家中安裝太陽能電池,本書可以幫助您掌握太陽能電池的基礎知識;若已經有一定程度的理解,本書也能幫助各位確認、整理既有的知識。
太陽能電池正如其名,是將太陽光能量轉換為電能的裝置。由於能量來自太陽,不需要任何燃料,也不會排放廢棄物。若以環保觀點來看,相信沒有比這更理想的裝置。
此外,太陽能電池完全沒有活動零件。完成之後就像一塊玻璃或瓷器,在安裝完成後,十幾年什麼都不用做,它就會靜靜地持續發電,直到表面汙損,無法繼續吸收太陽光為止。如此刻苦耐勞,自然受到好評。
但若是問我「所以,太陽能電池已經完美無缺了嗎?」我不能肯定。
矽(Silicon)是地殼中的元素之一,含量僅次於氧,因此可以不必擔心資源枯竭,但是製造太陽能電池的矽卻非常稀少而昂貴。為什麼含量豐富的矽竟然稀少昂貴呢?因為太陽能電池不能使用一般的矽,純度必須高達七個九以上!也就是說,太陽能發電需要「純度99.99999%以上的矽」。
從砂石中分離出來的高雜質矽,並沒有如此高的純度。必須要透過最高級的工廠設備,以及大量的電力消耗,才能製造出這種矽,如此的矽自然昂貴,太陽能電池的價格也因此水漲船高。
所以,我們是否能買到便宜的太陽能電池呢?科學家已經想出了幾個方案。其中之一就是提高發電效率(轉換效率)。目前一般的矽晶太陽能電池,轉換效率只有15%左右。如果能提升到30%以上,太陽能電池的市場價格便會降低一半。
另外,也可以減少高純度矽的用量。例如「薄膜太陽能電池」「非結晶太陽能電池」,就是根據此概念研發而成的產品,它們將矽的用量節省到極致。
降低矽的品質也是解決方案之一,「多結晶矽」便是如此。雖然轉換效率會因此降低,但成本表現提升不少。這也是目前市面上的太陽能電池最常用的形式。
然而從本質來看,我們不禁要問,太陽能電池真的非矽不可嗎?這種疑慮所得到的解答,便是「化合物型太陽能電池」「有機物太陽能電池」「量子點太陽能電池」等新世代太陽能電池。還有「串疊型太陽能電池」,是重疊以上數種太陽電池,將最上層太陽能電池沒用完的陽光交給下一層使用,若還有剩下再轉給更下層使用,把陽光利用到極致。
這就是太陽能電池過去、現在與未來的大致樣貌。很有趣嗎?本書將以簡單明瞭的順序說明這些問題。請輕鬆品味太陽能電池的一切奧妙。
鄔瑞璿
3書名 綠色能源島
作者 艾倫‧杜蒙
出版社 親子天下
簡介(摘要)
愛護地球,大家都知道;非核家園,大家都想要,但,要怎麼做才能擁有?
這裡有座神奇的風之島,
擷取大自然的寶藏,創造自給自足的用電,
他們是怎麼辦到的?
現在就跟我們一起飛向這座神奇風之島,
體驗全新的能源開發之旅。

一位科學家發現,這座神奇的風之島,只要一颳起強風,就能生產許多電力。他想,風可以產生電力,那利用太陽或者農作物也可以發電嗎?他決定試試看……
這是發生在丹麥薩姆索島的真實故事。原本長期倚賴海底電纜傳送電力的薩姆索島,因著一天次的大停電,改變了島上居民的用電想法。在一位長期關注再生能源的老師,薛恩.赫曼森的號召之下,全島總動員,攜手開發再生能源。2010年,薩姆索島已經可以依靠風力發電、收集太陽能、燃燒稻草產生熱能等方式來生產電力,不但供應了全島的用電,甚至提供給島外的丹麥人使用。這座創造奇蹟的「綠色能源島」因此成為世界的典範。這個故事也證明了,只要懷抱遠大的夢想並且同心協力,我們都能朝永續能源的目標邁進,扭轉未來。
台灣的處境和薩姆索島十分相似,在我們思索非核家園的當頭,透過這個真實的故事,讓大家思考未來的道路該如何選擇?讓孩子體認環境保護的重要,也讓孩子發散思考替代能源的使用,激發孩子的創造力。
本書於每個主題後開闢一個小專欄如:「非再生能源」、「再生能源」、「能源自主」、「地球暖化」、「風能」及「節約能源」等科學知識,進一步為孩子解說相關的知識,讓其具備基礎的概念。
導讀
西元2008年7月,當世界油價飆漲的時候,我正在一個插畫會議返家的途中,在《紐約客》雜誌上,我讀到一篇由伊麗莎白‧柯伯特(Elizabeth Kolbert)所寫的文章「風之島」,那是我第一次認識薩姆索島和那裡的居民。它讓我想起1970年代的石油危機,當時我還是個孩子,我注意到住家附近有人正在興建太陽能板,試圖節約能源,以減少對石油的依賴。看到這篇報導,第一時間我便知道薩姆索會是個很棒的圖畫書題材。在隨報導所附的照片裡,風力渦輪發電機位在綠油油草地的遠方,上方一片藍天,藍天中襯著幾朵白雲,正好足夠讓我畫下幾個突發奇想的點子,於是我拿起筆開始作畫。

發生在薩姆索島上的,不單單只是風力發電一件事而已,而是全島居民齊心協力,決心成為一個能源自主的地方。薩姆索雖然是一個特別多風的地方,但也因為社區居民充分利用了生質能和太陽能才能如此。薛恩‧赫曼森在2008年時被時代雜誌封為「環境英雄」,他是一位卓越非凡的領導人和發言人,但是,如果沒有島民熱情支持的話,他也是無法達成目標的。

感謝法蘭西斯‧福斯特(Frances Foster),莉莎‧葛萊福(Lisa Graff),瑪琳納‧浪頓(Malene Lunden),米蒂‧克萊默(Mette Kramer),布萊恩‧傑爾(Brian Kjær),以及葛瑞格‧班尼迪斯葛伯(Greg Benedis-Grab)的幫忙,讓這本書誕生,尤其要特別感謝薛恩‧赫曼森(Søren Hermansen),不僅給我企劃上的建議,同時也是第一個告訴我風之島事件的人。

為了讓故事順利進行,有些事件的時間順序被簡化了,像是約翰‧全柏格的大型發電機事實上是薩姆索島上第一座風力發電機,比布萊恩‧傑爾的小型發電機還要早。總之,只要風一吹起,他們兩個人就會非常開心,全島的居民也如此!當心囉!抓緊你的帽子!
張皓旻
2書名 太陽能源
作者 胡湘玲
出版社 天下文化
簡介(摘要)
從德國的舊礦場到印度的小農莊,在許多我們已知或未知的世界裡,
再生能源早已不是政策與技術的問題,而是市場經濟的邏輯……
當全世界都渴望擺脫對化石燃料的依賴、期待以綠能產業再啟經濟發展,
選擇源自於太陽、乾淨的再生能源,
就等於選擇過一種舒適、低耗能的優雅生活;
也就是選擇用更積極踏實的腳步,走向不枯竭的未來。
  從德國到印度,從大城市到小農莊,在我們的一切生活開支都要隨油價波動不斷的此刻,在某些地方、有一些人,已經不約而同為能源的使用與選擇,找到帶來希望的新方向……
  他們的新能源選擇不僅「乾淨」且優雅,也為他們創造了舒適生活的新時尚;更重要的是,他們揮別了依賴化石燃料的舊時代,找到了能夠自給自足,既有獲利、又能不斷向未來前進的動力。
  源自於太陽,可轉化為電能、熱能、風力、水力、生質能,還有地熱所帶來的能量,統稱為「再生能源」。當全世界都在期待,再生能源為我們帶來更乾淨、更先進、更富裕的新生活,《太陽能源》訴說的不僅止於能源選擇的各種可能,更帶領我們以更寬廣的視野看世界,也為我們的能源未來,勾勒出更積極、樂觀、務實的想像!
導讀
當未來靠我們愈來愈近,單純的理念無法開闢先路,資本主義的綠色運作不只向我們招手,還向我們時而反應遲緩的腦袋挑戰。
  站在一座占地16公頃、看起來灰黑、了無生氣的煤灰儲存場前,我們應該如何勾勒對未來的想像?2004年9月8日,當時全世界最大、五百萬瓦級的太陽光電廠就在德國萊比錫的舊煤灰場開幕。這座由三萬三千五百片太陽模組所拼貼成的藍色電廠,是德國從2000年全力打拼未來能源以來,又一個小小的里程碑。
  還需要費思量討論是否該發展再生能源嗎?
  這早已經不是政策的問題,而是市場經濟的邏輯。因為投資再生能源的「正當性」早已經不再建立在綠鳥大聲倡言對環境的責任上,更建立在一般民眾對生活舒適的要求上。
  2000年2月25日,德國聯邦議會通過「再生能源法」,不僅所有再生能源所生產的電力得以回輸到市電網路,同時也確保再生能源供應電力的收購價格。從風力每度電合台幣2.4元到太陽光電每度電20元的收購價格,穩固了投資再生能源的獲利基礎。在這樣的條件下,不僅促成太陽能、風力、水力、地熱,及生質能等發電方式在研發與市場上長足的進展,也使得德國的太陽能、風力、水力、地熱,及生質能等發電方式在研發與市場上長足的進展,也使得德國的再生能源技術穩占世界領先的地位。
  以太陽光電為例,透過「再生能源法」的配套措施——聯邦環境部提出的「十萬戶太陽光電屋頂計畫」,不僅讓太陽光電在兩年內成為市場經濟的寵兒,也成功帶動太陽光電晶片、模組與系統安裝的產業與外銷市場。因此,太陽光電的魅力已經超越環保需求與防止氣候變遷,更強調投資未來、發展新能源技術與創造工作機會。
  2007年,再生能源已經供應德國總電力需求的14.2%,預計到2020年,供應量將至少達總電力需求的20%以上。到了2050年,德國的能源供應結構將全面改觀,由再生能源供應總電力需求的50%以上。
  由再生能源供應全德國14.2%的電力需求,已經為德國減少了1,150億公噸的二氧化碳排放量;同時,在2007年底,全德國共有249,300人在這個領域工作。再生能源的投資總額達260億歐元;其中,生質能有90億歐元、太陽能(光電與熱能)各有60億歐元,風力則大約有55億歐元的營業額。預計到了2012年,再生能源的總營業額可以達到330至400億歐元,這個數字甚至高過天然氣與燃煤火力電廠的投資總額:300億歐元。
  根據德國聯邦環境部的估計,到2020年,再生能源的投資總額將會達到750億歐元,工作人數則達400,000人。到那時候,再生能源將供應全德國27.3%的用電需求。到了2030年,再生能源的投資總額則將達到2,450億歐元,工作人數達700,000人,成為德國重要的工業投資項目。特別是在太陽能的領域,將主導全世界市場的發展。
  再生能源在德國的發展是一項沒有前例的重要成就——2000年,再生能源供應全德國6.3%的用電量,原先預定在2010年達到總電力供應12.5%的目標,已經在2007年以14.2%超越。目前,再生能源供應德國能源總需求的8.6%,比起2000年,已經成長超過一倍。2008年6月6日,德國聯邦議會通過新的再生能源法與再生熱能法,訂出了2020年的目標:再生能源將供應全國用電總需求的30%,供應熱能總需求的14%。
  除了德國,全世界許多國家也都致力於提高再生能源的使用比例。以中國為例,預計到2020年,再生能源將供應全中國用電需求的30%。全世界用電量最高的美國,也逐漸願意為減緩氣候變遷努力;同時以國家安全為考量,希望盡可能擺脫對進口能源的依賴。美國在這方面的投資特別著重在生質能動力燃料與風力上。
根據德國聯邦環境部的估計,到了2020年,全世界每年投資在再生能源的金額將高達2,500億歐元,是現在的六倍;到了2030年,投資總額將達4,600億歐元。從2004年至2030年累計的投資總額將達到43,000億歐元。隨著全球市場的成長,德國市場的重要性也會日益降低。因此,德國再生能源的發展將以技術領先為首要策略,並以創造引領世界潮流的再生能源市場(lead market)為目標。
  發展再生能源,同時也是為了確保供電安全與避免過多的進口能源。根據國際能源總署(International Energy Agency, IEA)的預測,到了2030年,因為經濟發展與人口增加,全世界的能源需求量比現在還要高出45%至55%。在資源有限,特別是原油與天然氣的供應限制下,如果沒有及時提高能源的使用效率與發展能源科技,能源價格與氣候變遷所導致的問題會更加惡化。
  由於使用與投資再生能源,德國在能源供給的規劃上,已經能夠降低傳統燃煤與燃燒天然氣火力電廠的數量,同時也降低了對進口能源的依賴;此外,再生能源在熱能與動力燃料的供給上,也有很大的貢獻。
  省下進口能源,對總體經濟有直接且正面的影響。如2006年,德國進口化石燃料的總金額約為700億歐元,而透過使用再生能源所生產的電能、熱能與動力燃料,換算成進口的化石燃料,就高達57億歐元。
  再生能源法規範電力公司有義務全數收購由再生能源所生產的電力,並將目前發電成本仍高的再生能源電力一起計算進總體發電成本中,同時,經由電力市場的競爭機制,由所有用電戶來共同選擇與共同分攤。在沒有動用國家補助的條件下,德國近幾年全力發展再生能源,並成功的在全球能源市場上占有特殊地位。因此,再生能源雖然提高了一般用電戶所支付的每度電價格,但在另一方面,則是大規模抑制了整體電價的提升。德國再生能源在2007年的總裝置容量,已經達到34,018百萬瓦,占德國總電力裝置容量的五分之一,比德國所有核能電廠的總合還要高——這樣的比例已足以左右電力市場的供應。
  未來的能源市場不僅建立在勇敢、有遠見的政策上,也建立在已經準備好要承擔的公民意識上。
  以台幣20元來收購1度太陽光電,2.4元來收購1度風力發電,這些對環境成本預付的計算,均攤到德國所有用電戶的身上。這種所謂「額外」負擔的電費,也曾經在再生能源法實施之初引來正反兩極的聲浪。然而,在政策的保障下,資本主義以大量生產來降低成本的運作發揮了功能;在全球氣候變遷加遽、二氧化碳釋出量成為國與國之間得以買賣的配額時,藉由使用再生能源來減少二氧化碳的釋出,已成為經濟政策利多的工具。
  所以,德國專業市調研究所EMNID曾針對「德國有多綠?」進行的調查顯示:81%的受訪者擔憂環境惡化;85%的人認為繼續補助再生能源是正確的做法;89%的受訪者在購買新車時會把耗油量視為最重要的考量;90%的受訪者則認為浪費能源是最嚴重的環境問題。
  這讓我想起拜訪德國的Fraunhofer-Gesellschaft研究機構——系統科技與創新研究所,跟艾希哈瑪博士(Dr. Eichhammer)討論到歐盟與德國的能源政策,以及在能源政策下的經濟發展、科技起飛與舒適生活時,他神采飛揚的表示:「雖然架設在我們研究所頂樓的是炫目的太陽光電系統,但是讓我真正感到驕傲的,卻是藏身在牆壁裡面、才剛鋪好的隔熱層。雖然看不見,但是藉此我們可以省下一半以上的空調能源。」
  在時序逐漸入秋的德國,有愈來愈多鄰居敲下外牆,鋪設更有效的隔熱建材;在新的工地,年輕的小家庭蓋起了一棟棟「低耗能的房子」。從前,鄰居間比較的是誰家開的車比較高級;今天,大家開始比起誰家的車既省油又有力。還有,那屋頂上的太陽光電板……
  當未來靠我們愈來愈近,我想,我們必須已經準備好了。
張皓旻
1書名 認識綠色能源
作者 李育明
出版社 新自然主義
簡介(摘要)
你知道嗎?我們正處於全球暖化與能源恐慌的危機時代!
  反觀,太陽照耀地球1小時的能量,相當於人類消耗365天的能量總和,由此可見,善加利用太陽所形成的太陽能、生質能、風力、水力、海洋能,以及地熱等六大再生能源,就能逐步減輕對傳統化石能源的依賴,同時減緩地球暖化造成的氣候災難等威脅。
  全書提供許多減碳抗暖化的新知與法寶,邀請大家以具體行動響應再生能源,並安享節能生活,像是開車族可以讓愛車添加生質燃料、日照多且強的住家可加裝太陽能熱水器或太陽光電設備、風吹得夠強的地方可考慮安裝風力機,以及改用高效率的省能家電、隨手關燈……。
別小看一個人的力量,從現在起過低碳簡樸生活,人人都可以是地球的救星!
導讀
一、提高對地球暖化與能源危機意識:對抗地球暖化,請響應再生能源與節能減碳,讓地球的未來更安全、也更健康!
二、倡導可永續的能源教育:能源教育中之節約能源與再生能源,有必要從行動中、從生活中落實。
三、傳達再生能源的科普知識:以淺顯易懂且圖文並茂的方式,傳達再生能源的科普知識,將有助於政策的執行,鼓勵民眾以率先使用再生能源為榮。
四、分享推廣再生能源成果:介紹這幾年來國際上及台灣發展再生能源的成果,提供經驗分享、使用效益,以及政府獎勵方案……,以做為追隨者的參考。
五、以普及使用帶動新商機:期待共同打造台灣為綠色能源島,使台灣能源來源更多元、能源自主性提高,有助於台灣朝向低耗能、低污染的產業結構邁進。
張皓旻

序號書面報告說明上傳者
1說明 我們發現太陽能板的最大發電量都發生約在90度的垂直位置上。而且最大電流與最小電流相差了10倍以上。因此我們認為只要設計一個轉動的太陽能板,就可以儲存比固定式太陽能板多的電能,經過我們的實驗,證明了儲能是有增加,轉動式的儲能大約是固定式的1.5倍,儲能效果已有顯著差別。張皓旻

序號書面報告說明上傳者
1說明 太陽能發電之效能最佳化分析陳錦松