2010/11/05
經濟部能源局
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▓撰文：呂錫民
「可使用土地面積」是開發太陽能的主要限制因素，本文假設台灣只有建築物屋頂、可用空地等兩種地點適合裝置太陽能設備。而在設備方面，本文考慮太陽熱水系統和太陽電能系統，前者使用集熱器吸收太陽輻射熱製造熱水，後者使用光電板將日光轉換成電能，兩者皆可裝置在建築物屋頂或獨立建置在空地上。
台灣地處亞熱帶，地理位置介於東經120～121度、北緯22～25度之間，日照時間長、日光偏斜角度小，非常適合發展太陽能。太陽能除可提高能源供應安全度外，更對紓解尖峰用電負荷有立即幫助，因台灣夏季需供應冷氣空調之大量電力，剛好可由炎夏太陽所產生的能量來供給。雖然天然條件好，但在裝設太陽能設備的土地條件卻非常不足。依據內政部統計資料，2009年8月的台灣人口總數約為2,300萬人，土地面積為3.6萬km2，人均土地面積為1,560m2╱p，人口密度僅次於孟加拉，高居全球第2。惟全島三分之二土地屬高山地區，只有三分之一土地適合居住，且大都集中在西部沿海，使得台灣可安裝太陽能設施的土地面積受到相當限制。
有關日照量之均值估算，本文根據內政部所提供的台灣各縣市土地面積，配合中央氣象局所提供的各地區年平均日照量，將全國土地分成數百區域，然後加總各區域的面積和日照量的乘積，再將這總量除以總土地面積，即可得到台灣的平均單位面積日照量是1,130kWh╱m2-y ＝129W╱m2。
建築物屋頂裝置潛力
目前台灣建築部門（屋頂）可裝設太陽熱水與太陽光電系統的可開發潛力如表1所示，整體估算結果說明如下：
一、太陽熱水系統：國內太陽能熱水器總安裝潛力為17.8百萬m2（架設在屋頂上的總集熱器面積），每人每日可得能量是1.19kWh╱p-d，而至2010年7月，全國實際累積安裝面積共1.97百萬m2，換算全國住戶安裝普及率為6.41％，仍有大幅成長空間。
二、太陽光電系統：據筆者所估算的全國太陽光電（就建築部門而言）之發電潛能為65 TWh╱y（或7.74kWh╱p-d），與其他研究者的計算評估值51TWh╱y高出許多，究其主因是兩者使用的日照量不同，以台南縣為例，資料中使用的日照量為371.79kWh╱m2-y，而本文所使用者為1,130kWh╱m2-y（取自氣象局水平日照儀全年累計平均值）。另外，本文所採用的太陽能光電板的轉換效率是10％，而資料所採用的效率為20％，另乘上建築與環境修正係數0.75，所以其最終轉換效率值約為15％。筆者採用10％效率乃考慮當前各類太陽光電板（PV）效率的綜合數值，同時也考量效率隨裝置年限下降的事實。另日照角度變化因素已經由採用氣象局水平日照儀全年量測所得之平均值1,130kWh╱m2-y吸收。
空地裝置潛力：PV Farm
在台灣裝設太陽光電系統時，除設備成本仍遠高於化石能源設備外，所需的龐大土地面積而產生的成本，更是設置PV Farm（或大型獨立系統）的極大障礙。所以PV Farm的開發，必須在沒有土地成本的前提下，電廠才會有營運的利潤與價值。據此，筆者提出3項可實施大量PV Farm建置的可能方案，包括：使用占台灣土地1％的公共畸零用地（假設為政府免費提供）、老舊工業區及填海造地。
一、假設全台有1％的土地（如可開發之公用畸零地）可用來裝設PV Farm，在10％的年轉換效率下，可發電量是4.84kWh╱p-d。該1％土地的取得有許多方式，譬如：
（一）高速公路兩旁空地：包括國道高速公路和快速道路，總長約900公里，扣除交流道、收費站路旁、隧道、險峻橋樑路段與其他無法架設PV的部分，假設占30％，另假設公路兩旁可鋪設PV板寬度各為5m（合計10m），合計可用面積為6.3km2。
（二）鐵路沿線：包括高鐵與台鐵，總長約1,450公里，假設鐵道兩旁（地面或高架）可鋪設PV板寬度各3m（合計6m），同時也假設30％的特殊路段無法鋪設，合計可用面積達6.09 km2。
上述兩項合計共12.39km2，約占國土面積3.6萬km2的0.034％。還有一些零星可用土地，如停車場、公園、遊樂場、廣場、軍事用途保留地、河床或河濱地等公共用地，但要達到1％國土面積的裝設規模，仍需很大的努力和靈活的策略運用。
二、台灣老舊工業區約占所有工業區的75％，面積達280km2，假設全數用來安裝PV Farm，在10％的轉換效率下，可發電量為3.77kWh╱p-d。近年來國內許多傳統產業外移至大陸或東南亞，讓許多工業區土地廢置，本文假設75％土地用來裝設PV Farm應屬可能。
三、台灣地狹人稠，空地有限，「填海造地」的構想可增加太陽電能蘊藏量，假設以20m水深區域來填海造地，約可增加1,000km2的空地，又假設以其中的50％來建造PV Farm，在10％的光電板光電轉換效率下，則可得到的額外電力蘊藏量為6.73kWh╱p-d。
若在水深20m以內海域造地1,000km2，所需的土石體積約10億m3，可由中南部11條河川淤積量約12億m3和40座水庫之淤積量之3億m3來供應。若以每年50km2進行填海造地（日本過去50年平均速度是30km2），20年內即可完成。
綜整上述各類數據（整理如表2），可得台灣的太陽能（包括太陽熱能和太陽電能）之每年可供給的能源潛能約24.27kWh╱p-d，可說是相當豐沛。
結語
其實，台灣裝設太陽能集熱器或PV板時，多與地面（或屋頂）成23.5度傾斜架設，因為台灣中部嘉義市剛好位於北迴歸線（北緯23.5度）上。但太陽仍然每天隨時間而改變日照角度，理論上日照效率將隨時間變化而致總體發電量產生變化。
最後，若以台灣可安裝太陽能設備的所有地點與可用面積資料來看，我國太陽能蘊藏量非常豐沛，為117.1GWh╱km2-y的能量密度與24.27kWh╱p-d的總蘊藏量，惟台灣實際上地狹人稠，可利用空地很少，除非藉助建築物屋頂、公共用地甚至是填海造地等作法，否則難以裝置大量的太陽能發電設備，如此將限制了台灣太陽能的開發與利用。（作者為國立台灣大學能源研究中心研究助理）