其他

在陽光強大時為你發電

太陽能發電已經進入平價時代,但若要藉此全面改變電力結構,仍有許多挑戰!

撰文/鄭靜琪

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在陽光強大時為你發電

太陽能發電已經進入平價時代,但若要藉此全面改變電力結構,仍有許多挑戰!

撰文/鄭靜琪

田邊光電:雲林農戶的雞舍屋頂上裝設太陽能板,遮陽同時發電。


1953年,美國貝爾實驗室製作出第一個矽晶太陽能電池,光電轉換效率為4.5%,此後,全球許多實驗室不斷發展各種矽晶太陽能電池技術,經過了60多年,光電轉換效率至今平均已經可以達到25%,然而這樣的效能是實驗室裡的成果,若要製成商業應用產品,必須把多片矽晶太陽能電池經過串聯或並聯的焊接後,再以封裝材料加以固定與保護,才能成為所謂的模組,因此模組的效能會低於實驗值,目前市面上主流的矽晶模組,光電轉換效率平均可達15~17.5%。


儘管矽晶的光電轉換效率已達極限,但矽晶也是半導體的主要原料,業界對於矽晶的製作與加工已相當成熟,如今產出的矽晶太陽能電池穩定度高,平均使用壽命可超過25年,因此矽晶材料仍是太陽能電池的主流。太陽光電產業協會估計,2011年矽晶太陽能電池的產量,在全球太陽能光電的市場佔有率為88%,預估未來10年內,矽晶太陽能電池仍將持續主導太陽能光電市場。


太陽能發電在目前全世界的電源供應中,仍佔非常小的比例,主要原因還是太陽能的發電成本高於傳統燃煤發電。儘管如此,在全球暖化造成的減碳壓力下,發展再生能源仍是世界各國努力的方向。美國加州2015年的太陽能發電量佔總發電量5%以上,因極端氣候的影響,乾旱導致加州水力發電供應短缺,這個空缺有超過八成是由太陽能發電所填補;而太陽能發電量最大的德國,在決定廢核政策後,2015年綠能發電量佔總發電量30%,其中太陽能在白天供電甚至在夏日中午佔全德國供電一半以上,顯見太陽能的發電特性恰與一般消費用電的需求相符合。


反觀能源99%依賴進口的台灣,行政院提出的目標是2030年太陽能發電的累計裝置容量需達870萬瓩,相當於可發電度數為120億度,約佔全台總發電量5.47%。若以目前實際完工並發電的安裝量估計,2015年底頂多只會達到85萬瓩,距離目標還相當遙遠。


礙於法規制度,台灣的電力事業屬於國營事業,從發電、輸電到售電,全由台灣電力公司一手承攬,優點是供電穩定,但缺乏市場競爭力。2015年7月,行政院通過「電業法」修正草案,希望推動電業自由化,透過開放競爭來引進國內外的投資者參與電力建設,一方面增加電力供應來源,另一方面建立開放的競爭市場,除了增強電業的競爭力,也能賦予消費者購電選擇的權利。


台電公司的電力結構是以燃料成本較低的機組做為基本負載電力,有核能發電(每度電燃料成本為0.34元)和燃煤發電(每度電燃料成本為1.05元)。一旦用電需求超過基載電力,台電公司就必須開啟成本較高的尖峰負載電力(詳見下方〈夏日用電曲線〉),包括燃油發電與天然氣發電等,這兩種電力非常昂貴,每度電燃料成本分別高達5.85元與3.57元。2014年,台電公司的燃煤、燃油與天然氣等燃料總支出將近2900億元。




如果核四確定不再啟用,同時要減少排碳量較高的火力發電,發展再生能源勢在必行,然而台灣的水力發電量已趨近飽和,生質能源、地熱等發電規模相當有限,仍需以風力發電與太陽能發電為發展重點。經濟部在2012年提出的「陽光屋頂百萬座」計畫,希望協助地方政府機關在公有設施的屋頂設置太陽能電池,進而推廣成為陽光社區。目前只有台南市與高雄市透過地方自治條例,要求用電量大的耗能用戶,必須設置一定比例的太陽能電池,但地方自治條例不具約束力,成效有限。


若要達到2030年的目標,必須逐年增加太陽能發電的裝置數量,2015年8月行政院再次宣佈政策:太陽能發電的收購量至2016年需再增加100萬瓩,相當於需安裝400萬片太陽能模組(每四片模組的裝置容量為1瓩,約需三坪的安裝面積)。台灣是否有足夠的土地與屋頂面積裝設如此大量的太陽能板,實為一大挑戰,包括如何釋出閒置的農地、空地或國有地,還需法令配套!然而若從可用於發電的日照時數來看,在日照充足的南部地區,每裝設三坪的太陽能模組,一年可發電1200~1400度(北部地區則約為900~1100度),比起德國的900~1000度,南台灣或許仍有機會。


台灣製造的太陽能模組已經行銷全球,近年來,許多太陽能系統服務商紛紛成立,這些業者就像民營的太陽能發電廠,向屋主承租土地或屋頂來裝設太陽能板,再把電力回銷給台電公司。依據「再生能源發展條例」的購電制度「固定電價機制」(fixed feed-in tariffs,主要參考自德國),舉凡以再生能源裝置發出的電力,台電公司必須以優於每年公告電價的固定費率,保證收購20年。


太陽能發電系統服務商「天泰能源公司」董事長王秀鈞表示,該公司目前的承租地點絕大多數仍以農業設施的屋頂為主,其次是地方政府開放的國中、小學屋頂,再來是工業廠房屋頂。一般住宅屋頂的安裝量偏低,原因是太陽能電池必須安裝在合法的建築物上,而建築物的違建問題相當嚴重!天泰能源公司總經理陳坤宏舉例,若在台南一座1500坪的屋頂裝設總計500瓩的太陽能電池,平均每年可發電65萬度,每度電回銷給台電公司的價格為4.5元。此外,資訊革命也帶來了太陽能發電效能的提升,透過資訊化的管理系統,不僅能遠端監控,更能預測日後的發電量,未來將能優化太陽能電網的表現,佈建智慧型電網。


當然,要實現太陽能電網的美好願景,需要更高的架設密度。2015年6月通過的「溫室氣體減量法」,除了明訂台灣2050年的溫室氣體排放量必須降到2005年的一半以下,今年底公佈的施行細則也將祭出罰則,對於排碳量超過規定的廠商處以罰款,未來國際之間甚至將出現環保貿易制裁,使高排碳企業失去生存空間,進而影響企業甚至國家的全球競爭力!


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