2012/05/05
經濟部能源局
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▓撰文：黃允巍
21世紀以來，能源危機日益嚴重，為了減少人類對石油、煤與天然氣等化石能源的依賴，世界各國極力推動再生能源的發電比例。再生能源具有取之不盡、用之不竭，且較不會有污染環境等特性，目前開發的再生能源主要以：太陽能、風力、水力、生質能及地熱等做為發電的來源，其中以太陽光電發電最具開發潛力。
太陽光電發電系統，也就是眾所周知的「太陽光電（Photovoltaic, PV）」。當太陽能系統運作時，不會產生空氣污染，或產生溫室氣體，所以它能夠減緩地球的暖化，並且不需要運送燃料。由於這樣的好處，太陽光電能夠在減緩環境的問題上扮演一個重要的角色。每kW的太陽光電，相較於化石能源，每年可減少9公斤氮氧化物（NOx）、16公斤硫氧化物（SOx）及820公斤二氧化碳（CO2）的排放。
太陽光電的發電原理
太陽電池是以P型與N型半導體材料接合構成正極與負極。當太陽光照射太陽電池時，陽光的能量會使半導體材料內的正、負電荷分離。正、負電荷會分別往正（P型）極、負（N型）極方向移動並且聚集。將太陽電池正、負極接上負載時，將有電流輸出，可以對負載作功。
太陽能電池特色
太陽能電池特點包括：
一、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。
二、太陽電池壽命長久，長達20年以上。
三、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。
四、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）。
五、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。
太陽光電發電系統說明
主要是由太陽電池組列（Solar Array）、模板支撐架、直流接線箱（Junction Box）、直╱交流電力轉換器（Inverter）、變壓器（Transformer）（是否必要依Inverter之輸出端與市電間規格是否匹配而定）、直╱交流配電盤（Power Panel）等系統一般架構組成。
而太陽能電池又可分為：晶矽，包括單晶矽、多晶矽、多晶矽薄膜；非多晶矽薄膜。主要系統種類可分為：市電併聯型系統、獨立型系統、緊急防災型（獨立╱併聯混合型）太陽光電系統。
系統設計要點
太陽光電發電系統之設計應考慮其合理性、實用性、高可靠性和經濟性等原則。做到既能保證太陽光電發電系統的長期可靠運行，同時又能使系統的配置最合理。太陽光電發電系統的設計與建置成本之間需取得平衡點，在滿足客戶要求下節省投資，以達成最好的經濟效益。
太陽光電板架設原則
由於臺灣位於北迴歸線上，而北迴歸線緯度為北緯23.5度；太陽由東方升起後，行進的軌跡會在臺灣的南方，所以架設太陽光電板將板面朝南。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（詳圖3、圖4）。
施工介紹
太陽光電發電系統是涉及多種專業領域的高科技發電系統，不僅要進行合理可靠、經濟實用的優化設計，選用高品質的設備、零件，還必須謹慎及安全的施工與測試。系統容量越大，電壓電流越高，安裝測試工作就越重要。否則，輕則會影響太陽光電發電系統的發電效率，造成資源浪費；重則會頻繁發生故障，甚至損壞設備。另外，還要特別注意在安裝施工和檢測全程中之人身安全、設備安全、電氣安全、結構安全及工程安全問題。
此系統的安裝施工分為兩大類：一是太陽能電池陣列在屋頂或地面的安裝，及配電盤、變流器、避雷系統等電器設備安裝；二是太陽能電池組間的連線及各設備之間的連接線路鋪設施工及基礎座施工。
結語
太陽能為目前最可實用化的綠色能源，廣泛的應用於許多場合，所以設計太陽能發電系統為重要的課題。併聯型太陽能發電系統以市電的電壓為參考，透過將電流注入市電系統來達到能量之傳輸，須特別注意孤島效應的應對；獨立型太陽能發電系統不與市電有任何連結，輸出定電壓定頻率之電源，輸出的電流由負載決定，須注意蓄電池的充放電控制及電池的特性選用。（作者任職於大同公司新能源事業部）
何謂太陽能
太陽能是太陽所負載的能量，它的計量一般以陽光照射到地面的輻射總量，包括太陽的直接輻射和天空散射輻射的總和。太陽能也是核融合的「核能」變成「光能」與「熱能」傳播到地球來，被人類收集轉換為其他形式的能量來利用。太陽能電池的發電能源來自太陽光，而太陽輻射的光譜主要是以可見光為中心，波長從0.3微米的紫外光到數微米的紅外光是主要的分布範圍。
關鍵字：再生能源,太陽光電發電,太陽能電池,市電併聯型系統