Chapter 10 太陽能電池模組以及其應用系統 10-1 太陽能電池模組製程技術 10-2 太陽能電池發電應用系統 10-3 太陽能電池加熱及其它應用
內容大綱 本章節將討論以及探討的內容，主要是： 太陽能電池模組製程技術 太陽能電池發電應用系統 太陽能電池加熱及其它應用系統 306 第十章 太陽能電池模組以及其應用系統 P 306 內容大綱 本章節將討論以及探討的內容，主要是： 太陽能電池模組製程技術 太陽能電池發電應用系統 太陽能電池加熱及其它應用系統
10-1 太陽能電池模組製程技術 「太陽能電池模組 (Solar Cell Modules)」製程技術： 第十章 太陽能電池模組以及其應用系統 P 306 10-1 太陽能電池模組製程技術 「太陽能電池模組 (Solar Cell Modules)」製程技術： 是將太陽能電池胞、封合材料、保護用強化玻璃、保護用背面片、金屬外框架、以及外接導線等，層積式堆疊而成的模組次系統，如圖10-1所示
第十章 太陽能電池模組以及其應用系統 P 306 圖10-1 太陽能電池模組製程技術
307 太陽能電池模組製程是由層積組合 (Lamination) 以及固化或硬化 (Curing) 等兩大處理製作流程，如圖10-2所示的。 第十章 太陽能電池模組以及其應用系統 P 307 太陽能電池模組製程是由層積組合 (Lamination) 以及固化或硬化 (Curing) 等兩大處理製作流程，如圖10-2所示的。 在層積組合處理方面，有堆積處理 (Lay-Up)、真空處理 (Vacuum)、加壓處理 (Press or Compression) 等三大處理製作流程。在硬化處理方面，則有紫外線固化 (UV Curing) 以及熱固化 (Thermal Curing) 等兩種。
圖10-2 層積組合以及固化或硬化等兩大處理製作流程 第十章 太陽能電池模組以及其應用系統 P 307 圖10-2 層積組合以及固化或硬化等兩大處理製作流程
封合材料或封合劑 (Encapsulant) 太陽能電池胞 (Cell) 背面片 (Back Sheet) 金屬外框架 (Frame) 308 在太陽能電池模組的組成材料方面： 強化玻璃 (Tempered Glass) 封合材料或封合劑 (Encapsulant) 太陽能電池胞 (Cell) 背面片 (Back Sheet) 金屬外框架 (Frame) 外接導線 (Connector)
光穿透率或光透過率 (Light Transmittance) 融點 熱傳導度 第十章 太陽能電池模組以及其應用系統 P 308 乙烯乙二醇醋酸物封合劑的材料特性： 密度 比熱 (Specific Heat) 光穿透率或光透過率 (Light Transmittance) 融點 熱傳導度 水氣穿透速率 (Moisture Transmission Rate) 與玻璃附著性 抗熱性 抗低溫性 抗光性或抗紫外光線
前面板鐵氟龍板 (Teflon Plate) (Teflon) 銀膏或銀漿 (Silver Paste) (Solamet) 309 太陽能電池模組的代表性關鍵材料 前面板鐵氟龍板 (Teflon Plate) (Teflon) 銀膏或銀漿 (Silver Paste) (Solamet) 保護性鐵氟龍薄膜 (PVF Film or FEP Film) (Tedlar) 乙烯 - 乙酸乙烯酯樹脂 (EVA Resin) 封合劑 (Elvax) 保護性背面板 (Backsheet) (Mylar) 接線盒用的熱塑性PET樹脂 (Rynite) PVB (SentryGlas)
中間層功能膜 (Interlayer) (Butacite and SentryGlas) 第十章 太陽能電池模組以及其應用系統 P 310 此外，還有封合劑輔助性的材料，例如： 中間層功能膜 (Interlayer) (Butacite and SentryGlas) 樹脂材 (Ionomer Resin) (Surlyn) 圖10-3 太陽能電池模組的代表性基本結構以及其關鍵材料
保護性背面板 (Backsheet) 的特性： 良好的耐候性 良好的水氣阻絕性 良好的抗紫外光線性 良好的抗老化性 良好的電絕緣性與耐電壓性 第十章 太陽能電池模組以及其應用系統 P 310 保護性背面板 (Backsheet) 的特性： 良好的耐候性 良好的水氣阻絕性 良好的抗紫外光線性 良好的抗老化性 良好的電絕緣性與耐電壓性 ，如圖10-4所示的。
第十章 太陽能電池模組以及其應用系統 P 310 圖10-4 保護性背面板的特性分類圖
310 第十章 太陽能電池模組以及其應用系統 P 國際電氣技術標準協會 (International Electro-Technical Commission, IEC) 所制定的標準規範，作為太陽能電池模組的測試依據，並積極地推動此一國際認證制度。 各國仍有其不同的性能認證標準；例如，德國的TUV萊因認證標準、日本的JET ( 電氣安全環境研究所 ) 認證標準、以及美國的UL/ASU認證標準等是極具代表性的檢測國際標準規範。所核發合格證書的有效期，在歐盟是五年的、日本是三年的、美國是無限的；爾後，每兩年進行工廠稽查，並於五年之後，再行重新地認證事宜。
就太陽能電池模組的國際認證標準而言，其主要的認證標準項目有： 目視檢查測試標準。 環境測試標準。 絕緣測試標準。 壽命測試標準。 第十章 太陽能電池模組以及其應用系統 P 311 就太陽能電池模組的國際認證標準而言，其主要的認證標準項目有： 目視檢查測試標準。 環境測試標準。 絕緣測試標準。 壽命測試標準。 公稱操作電池溫度測試標準。 溫度反應測試標準。 在標準測試環境之下及在操作電池溫度之下，其性能測試標準。 抗紫外光線測試標準。 溫度係數測試標準。 在戶外曝曬測試標準。
靜電測試標準。 光譜反應測試標準。 最大功率測試標準。 在低輻射光照射下測試標準。 熱循環測試標準。 熱點耐久性測試標準。 第十章 太陽能電池模組以及其應用系統 P 311 靜電測試標準。 光譜反應測試標準。 最大功率測試標準。 在低輻射光照射下測試標準。 熱循環測試標準。 熱點耐久性測試標準。 濕熱或濕冷測試標準。 旁路二極體熱測試標準。 漏電流測試標準。 外引線端強度測試標準。 冰雹測試標準。 機械負荷測試標準。
標準測試條件 (Standard Testing Condition, STC) 第十章 太陽能電池模組以及其應用系統 P 312 一般太陽能電池模組的製造商，必需透過生產區域以及國際認證制度所認可的單位，進行一系列的檢驗測試之後，並核發工廠檢查報告書、證明書、檢驗報告書、以及驗證書等；製造商取得這些報告書以及檢驗書之後，才可以將其產品輸入於當地。 在環境標準測試方面有: 標準測試條件 (Standard Testing Condition, STC) 標準參考環境測試條件 (Standard Reference Environment, SRE) 等兩種。
第十章 太陽能電池模組以及其應用系統 P 313 10-2 太陽能電池發電應用系統 太陽電池的基本發電原理 (Basic Principle of Generation)，乃是利用電位差效應而進行發電作用，因而沒有電磁波產生的憂慮，此一發電方式有別於傳統式水力、火力、或核能的發電方式 。 「太陽光電發電系統」或「光伏特發電系統 (PV System)」的基本構成組件： 太陽電池元件陣列 直 / 交流轉換器的電力調節器 系統控制器 併聯保護裝置 配電盤的配線箱 蓄電池等所組成的
第十章 太陽能電池模組以及其應用系統 P 314 圖10-5 太陽光電發電系統的基本構成組件
建築一體化太陽光電發電系統 (BIPV) 的優點： 彈性化的空間設計 安靜而無噪音性 環保與節能功效 輔助性電力系統 系統使用壽命長久的 315 太陽電池元件與建築物相互結合，所構成的太陽光電發電系統應用，將是未來產品應用設計的主流性概念；此一產品是「建築一體化光伏特電池系統」或「建築一體化太陽光電發電系統 (Building Integrated PV System, BIPV)」。 建築一體化太陽光電發電系統 (BIPV) 的優點： 彈性化的空間設計 安靜而無噪音性 環保與節能功效 輔助性電力系統 系統使用壽命長久的
「太陽能光電發電系統 (Photovoltaic Generation System)」，其主要的組件有： 315 「太陽能光電發電系統 (Photovoltaic Generation System)」，其主要的組件有： 太陽能電池陣列模組 (Solar Photovoltaic Module) 充放電控制器 (Charge/Discharge Controller) 電力調節器 (Conditioner) 或直流交流變頻器 (Inverter) 配線次系統 控制及感測次系統 蓄電儲存次系統
太陽能光電發電系統的種類及其型式，有以下三種太陽能光電發電系統 ： 第十章 太陽能電池模組以及其應用系統 P 315 太陽能光電發電系統的種類及其型式，有以下三種太陽能光電發電系統 ： 「獨立型 (Stand-Alone)」 「市電併聯型 (Grid-Connected)」 「緊急防災型 (Emergency-Based)」
第十章 太陽能電池模組以及其應用系統 P 316 圖10-6 太陽能光電發電系統的種類及其型式
318 一般年發電量的計算方式，有以日射量為基底的以及以系統利用率為基底的等兩種。 第十章 太陽能電池模組以及其應用系統 P 318 一般年發電量的計算方式，有以日射量為基底的以及以系統利用率為基底的等兩種。 在以日射量為基底的計算方面，其年發電量的大小，為太陽能電池組列容量乘以設置區域及其環境條件的累計日射量 (kWh/m2 日)；然後，再乘以總設計係數 (0.65~0.8 ≒ 0.7程度 ) 以及一年365天。 在以系統利用率為基底的計算方面，其年發電量的大小，為太陽電池陣列模組的發電量乘以系統利用率 (0.1~0.15)；然後，再乘以一年總時數 (8,760小時 )。
318 一般太陽能光電發電系統的使用壽命，是可以維持在20年以上。 第十章 太陽能電池模組以及其應用系統 P 318 一般太陽能光電發電系統的使用壽命，是可以維持在20年以上。 一般太陽能光電發電系統而言，其一天的發電量大小，將視此一系統的性能以及平均日照時數而決定之。通常地，若年平均的每日日照時數是4~6小時，則每一峰瓩 (KWp) 的太陽能光電發電系統，每天平均地可以產生5度 (kWh) 左右的電量。就台灣地區而言，每戶家庭所使用的年電量度數約略地為3,560度左右，亦就是月電量度數以及日電量度數，分別地大約是290度與10度。
第十章 太陽能電池模組以及其應用系統 P 320 10-3-1 太陽能光電發電系統 光伏特發電系統或太陽能光伏特發電系統 (Photovoltaic System or Solar Cell System) ： 是將太陽光能直接地轉變成電能的一種發電設備系統，如圖10-7所示
圖10-7 光伏特發電系統或太陽能光伏特發電系統 第十章 太陽能電池模組以及其應用系統 P 320 光伏特發電系統的太陽板必需與日照方向呈直角關係，得以充份地吸收陽光，「最大功率追蹤器 (Maximum Power Point Tracker, MPPT)」的設置，將可以使此一系統隨著日照方位以及角度的變化，而充份地吸收不同時段的太陽光能量. 圖10-7 光伏特發電系統或太陽能光伏特發電系統
圖10-7 光伏特發電系統或太陽能光伏特發電系統 第十章 太陽能電池模組以及其應用系統 P 321 圖10-7 光伏特發電系統或太陽能光伏特發電系統
圖10-7 光伏特發電系統或太陽能光伏特發電系統 第十章 太陽能電池模組以及其應用系統 P 321 圖10-7 光伏特發電系統或太陽能光伏特發電系統
太陽能光電發電系統的主要特色： 無污染性的 無噪音性的 安全性的 簡易性的 環保性的 ( 綠化效應 ) 設計彈性化的 節能性的 321 第十章 太陽能電池模組以及其應用系統 P 321 太陽能光電發電系統的主要特色： 無污染性的 無噪音性的 安全性的 簡易性的 環保性的 ( 綠化效應 ) 設計彈性化的 節能性的
第十章 太陽能電池模組以及其應用系統 P 322 在攝氏25度時，以1,000 W/m2強度以及AM1.5光譜的陽光照射之下，所輸出1瓩電力之太陽電池容量，稱之為1峰瓩 (kWp)。每峰瓩的太陽能發電量，可以每年減少2,000.0公斤二氧化碳、15.0公斤氮氧化物、以及9.0公斤硫氧化物等氣體的產生。在裝設一峰瓩的太陽能光電發電系統，所需要的設置面積大約是15平方公尺左右。此外，倘若裝設三峰瓩的太陽能光電發電系統，則相當於種植3,000平方公尺面積的森林地，具有相當環保性的綠化效應。 另一方面，就具有10.0% 光電轉換效率的太陽能電池元件而言，一平方公尺面積光伏特太陽能電池模組的發電量，是相當於減少一年25公升的石油消耗量，亦相當於減少一年19公斤的碳產生量以及增加46平方公尺同等面積的綠地。
事實上，聚光型太陽能發電系統的種類，依其能量形態使用方式的不同，可以分為： 第十章 太陽能電池模組以及其應用系統 P 322 事實上，聚光型太陽能發電系統的種類，依其能量形態使用方式的不同，可以分為： 聚光型太陽光能發電系統 (Concentrating Solar Optical Energy System) 聚光型太陽熱發電系統 (Concentrating Solar Thermal Energy System)
323 在進行太陽能光電發電系統的安裝過程上，所應該注意的事項： 1. 年間照射分布資訊 ( 就太陽光照射區域的範圍而言 )。 第十章 太陽能電池模組以及其應用系統 P 323 在進行太陽能光電發電系統的安裝過程上，所應該注意的事項： 1. 年間照射分布資訊 ( 就太陽光照射區域的範圍而言 )。 2. 設置區域的環境條件 ( 天候、地形、溫濕度、遮蔽效應的排除 )。 3. 設置區域的面積大小 ( 是其發電量規模，而有一定的設置區域範圍 )。 4. 太陽能面板性能及其規格。 5. 維護以及維修上的便利性。 6. 與市電系統的聯接性。 7. 政府獎勵補助措施。
第十章 太陽能電池模組以及其應用系統 P 323 10-3-2 太陽能加熱調溫系統 「太陽能熱水系統或太陽能熱水器 (Solar Energy Hot Water System)」，是利用太陽能來加熱水的一種設備系統；換言之，是利用光能轉換成熱能的一種物理模式；其基本結構以及其分類圖，如圖10-8(a) 以及10-8(b) 所示的。 太陽能熱水器，是一般熱水供應系統的主要熱源；藉由屋頂上的太陽光照射，吸收其太陽熱能，進而將流體加熱而儲存，以便於後續性使用之。事實上，此一基本原理乃是將太陽光的光能 (Optical Energy) 轉換成熱能 (Thermal Energy) 的一種現象，並經由工程的設計而加以應用之。
10-3-2 太陽能加熱調溫系統 324 圖10-8 太陽能熱水系統或太陽能熱水器的基本結構 (a) 以及其分類圖 (b) 第十章 太陽能電池模組以及其應用系統 P 324 10-3-2 太陽能加熱調溫系統 圖10-8 太陽能熱水系統或太陽能熱水器的基本結構 (a) 以及其分類圖 (b)
依其基本原理以及功能性而有不同的結構性設計 第十章 太陽能電池模組以及其應用系統 P 325 循環式太陽能熱水系統的種類： 自然循環式的 強制循環式的 強制流動循環式的 依其基本原理以及功能性而有不同的結構性設計 圖10-9 循環式太陽能熱水系統的種類
被動式太陽能加熱及點燈系統(Passive Solar Energy Heating and Lighting System)： 326 被動式太陽能加熱及點燈系統(Passive Solar Energy Heating and Lighting System)： 是利用太陽能來加熱或點亮建築物的一種設備系統，如圖10-9所示 太陽能冷熱空調系統 (Solar Energy Air Conditioner System with Heating and Cooling)： 是商業化工業用的太陽能加熱及調溫系統，如圖10-10所示
第十章 太陽能電池模組以及其應用系統 P 327 圖10-10 太陽能冷熱空調系統
10-3-3 其它太陽能應用系統 329 圖10-11 太陽能電池以及其模組系統仍有其它不同領域的應用 第十章 太陽能電池模組以及其應用系統 P 329 10-3-3 其它太陽能應用系統 圖10-11 太陽能電池以及其模組系統仍有其它不同領域的應用
第十章 太陽能電池模組以及其應用系統 P 328 在太陽能汽車的應用方面，主要是將太陽能電池板貼附於汽車的表面，利用所吸收的太陽光來進行發電作用，所發的電量儲存於蓄電系統，再加以利用於驅動汽車的傳動系統，以推動汽車的行走。由於此種太陽能汽車的造價很高的，因而有些研究單位開發出可以太陽能發電以及燃油併用的混成式汽車；目前，僅僅是一些雛型的汽車，而真正的商業化應用，仍有一段時間的努力以及發展。
第十章 太陽能電池模組以及其應用系統 P 329 在太陽爐的應用方面，主要是利用透鏡將太陽光聚焦，而照射於試片表面某一點，產生極高的溫度，以使其發生熔融的一種方法。太陽爐的基本結構，有拋物狀鏡面的聚光器、旋轉式定日鏡、以及太陽光追蹤機構等；太陽爐的特點，有可得3,000C以上高溫、無電漿離子損傷、可快速加熱及冷卻、無需坩堝承載體、以及無污染性等。