環境與生態

台大公共論壇:以太陽光電取代核電的可能性

全球能源危機逼近,台灣能否有機會以太陽光電取代核電?學者以30多年研究太陽光電技術與產業的經驗,提出實際數據與分析效益讓大家思考這個可能性。

撰文/呂怡貞
審稿/黃秉鈞(台灣大學機械工程學系教授、新能源中心主持人)
-

環境與生態

台大公共論壇:以太陽光電取代核電的可能性

全球能源危機逼近,台灣能否有機會以太陽光電取代核電?學者以30多年研究太陽光電技術與產業的經驗,提出實際數據與分析效益讓大家思考這個可能性。

撰文/呂怡貞
審稿/黃秉鈞(台灣大學機械工程學系教授、新能源中心主持人)
-

  台灣大學機械工程學系教授、新能源中心主持人黃秉鈞曾在2005年提出,促進新能源發展有兩大動力,首先是從能源供應角度來看,新能源必須符合經濟效益,其次則是無關經濟,完全從環境保護角度出發,新能源必須在這兩方面都發展成熟,才能在民間順利推動。數年過去,當時生產成本偏高、不具經濟誘因的太陽光電,現在無論從經濟或環境效益來看,黃秉鈞認為,太陽能都已從「夢幻股」變成「鑽石股」。



太陽光電經濟效益露曙光


  在經濟效益方面,新能源可進入自由經濟市場而不需政策補助,要有兩個條件:系統安裝成本小於每瓦3美元,以及石油漲價到每桶120美元以上。黃秉鈞表示,每項新能源發展都會經過最初的省能不省錢、到中期的省能省一點錢,發展成熟後既省能又省錢三個階段,以太陽光電來說,2005年每瓦安裝成本8美元,換算如果一般家庭基本供電要安裝3000瓦太陽光電系統,大概需要80萬台幣,少有家庭願意採用。


  然而從2005年至今,不但原油價格飆漲過100美元(2012年八月國際原油平均價格約每桶105美元),太陽光電的成本也不可同日而語,現在1000瓦的太陽光電設備連安裝僅需6萬元台幣左右(即每瓦約2美元),比一台摩托車還便宜,平均每年發電1100度電(北部約每年900度電,中南部約每年1300度電),以平均每度電3元計算,運轉20年可產生6萬6000元價值,已超過安裝費用。依統計資料分析,台灣平均每度電價超過4元的用戶約佔30%,約200萬戶,這些用電量較大的用戶如裝設太陽光電設備,運轉20年可產生8萬8000元價值,年平均報酬率便可達2.2%(註)。也就是說,太陽光電發展多年以來,在不需政府獎勵補助下,首度具有經濟效益。


  進一步計算,3000瓦(18萬元安裝費)可提供一般家庭60~80%用電,相當於每月節省電費超過825元(以平均每度電3元計算),15年即可回本。黃秉鈞認為,五年內太陽光電的成本會再降到目前的七成左右(即每1000瓦少於4.2萬元),而太陽電池模組效率會增加20%,所需安裝面積也將減少10~20%。



克服安裝問題 取代核電有機會


  雖然太陽光電已較成熟,但仍有許多問題必須克服,首先是安裝空間。以目前太陽電池模組效率來看,取代核四發電量需要120平方公里的總基地面積(可裝設太陽光電的屋頂面積)。根據營建署統計資料,未來10年內新建築的總基地面積有70平方公里,也就是說,只要政府制訂法規規定未來10年的所有新建築都必須安裝太陽能發電設備,就可以替代近60%的核四發電量。若要進一步取代所有核電,需要基地面積350平方公里,正好等於目前全國總屋頂面積,這也意味著如將所有屋頂裝設太陽光電系統,就可以取代核電。


  再來是安裝費用方面,若新建築裝設太陽光電設備的法規通過,以太陽光電現價計算,每年7平方公里的新建築面積,太陽光電安裝費約560億元;若不依靠政府補助,將安裝費用分配到建築成本,每坪地約會增加3萬元裝設費用,若以四層樓均攤,則每坪建築樓板面積約會增加7500元,相較於都市房地產每坪數萬到數十萬元,價格增加不算太多,尚可由民間自行吸收。而且這些多出來的經費可在15年內回收,加上未來裝設成本還會下降,其實是具有經濟效益的。


  舊建築的情況比較棘手,但現階段可透過利用各種獎勵補助方法來推動,尤其是補助舊建築因配線複雜而使裝設費提高的部份。然而,補助費用怎麼來?黃秉鈞表示,以核四興建費用2335億元來推算,如果分15年計算,一年就有156億元可運用。


  舊建築的設計五花八門,也會使安裝遇到技術問題,而成為推廣太陽光電的最大難題。光是在屋頂安裝與固定太陽能熱水器,繁複的管線與支撐結構就比熱水器本體費用多一倍,而且有礙景觀。黃秉鈞表示,過去10年太陽光電研發者投入最大心力是在光電材料與製程改良,較少投注於如何突破安裝上的建築限制,有鑑於此,台大新能源中心開發的簡單追日型太陽光電系統,簡化太陽能板裝置構造,讓太陽能板可直接裝在牆面上,除了減少安裝空間,也降低裝設成本,並利用智能控制技術使發電量增加30%,另外太陽能熱水器也能以直立式靠在室內外牆邊,大幅節省空間,這些都是透過開發創新技術來提升太陽能經濟效益並解決安裝環境限制的問題。



圖為安裝在屋頂、陽台與室內的新一代太陽能熱水器,直立式設計可直接靠在牆邊角落,大幅節省空間。(影像來源:黃秉鈞)


台大新能源中心開發的簡單追日型太陽光電系統(上圖),太陽能板可直接裝設於牆面,相較於傳統貼地式的太陽能板(下圖)不受限於安裝空間,且可在每天上、中、下午三個時段依太陽角度而轉變方向,如此一來能更有效吸收光源卻不因長時間轉動而容易損壞。(影像來源:黃秉鈞)


發展新能源需配合環保新觀念與政府新政策


  在開發新能源的同時,使用者也應建立正確觀念,就是先設法降低耗能,再搭配運用再生能源,如裝設較小規模、可負擔得起的太陽能,最後逐漸達到零耗能目標。


  黃秉鈞舉兩個實例:曾有國際組織捐給非洲某國許多太陽能設備,但不到兩年,當地人家從原本僅有開燈與聽收音機的用電,到後來添購越來越多大型冰箱等耗能電器,最後導致整個電網無法負荷而崩潰;另外由實證數據顯示,台大新能源中心開發的零能屋原本耗電近3000瓦,做了高效率節能設計與措施之後,節省九成電力到僅需300瓦,於是只需要一片太陽能板就足夠所需。他強調一定要設法使「節約用電」不只是口號,而成為全民的生活習慣,如此一來,替代核電的新能源設備規模可減小,更容易達成非核目標,也才是解決能源危機的根本之道。


  在政策方向上,黃秉鈞建議制定新建築強制裝設太陽光電系統的法規,並在推廣期間給予獎勵補助,而且在訂法與推廣的同時都要從用戶端而非發電端的角度來考慮,宣傳太陽光電的各項效益。例如,裝設太陽光電在未來具有可回收成本的經濟效益,以及強調與核電相比,太陽光電同樣能減碳、但可免除核廢料處理問題的環境效益,將新能源產品變成「環保產品」的概念來推動。


  其他的附加效益還包括,太陽光電主要發電時間正好與夏季用電高峰相符,可有效降低尖峰負載的壓力;以及發展太陽光電能夠提升國家經濟,因為相較於建一座電廠需十年,太陽光電設備施工時間少於三個月,節省大量人力物力,卻能創造每年1870億元內需市場,刺激經濟成長也創造就業機會。此外,在以太陽光電替代核電過程中,也會同時帶動微電網科技(包括儲電技術)的發展,成為下一波帶動經濟的新能源產業。有了政府的大力規廣以及民間充份了解太陽光電所帶來的眾多效益,以太陽光電取代核電的新時代便指日可待。




註:年平均報酬率是以運轉後產生的價值扣除安裝費後,所佔安裝費的比例,再以20年平均來計算。





延伸閱讀

................................................................................................................

〈台大公共論壇:能源安全與國家永續發展〉,呂怡貞撰文,科學EasyLearn網路版

〈台大公共論壇:台灣再生能源蘊藏量評估〉,呂怡貞撰文,科學EasyLearn網路版

〈台大公共論壇:推動大樓及住宅智慧節電(二)〉,呂怡貞撰文,科學EasyLearn網路版

太陽光電資訊網

〈台灣如何利用太陽能發電?〉,黃秉鈞撰文,《科學人》2008年2月號

〈取不盡的能源--太陽能發電〉,李名揚撰文,《科學人》2008年2月號

〈改變未來的20個妙點子--太陽能板,免費!〉,敏斯(Christopher Mims)撰文,《科學人》2010年1月號

〈新興國家減碳之力〉,維克特撰文,《科學人》2011年2月號

《太陽能源》,胡湘玲著,天下文化出版

《新能源材料》,陳軍、袁華堂編著,五南出版