本文件不代表官方立場，且作者已盡力確保資料的準確性，惟任何未經授權擅自使用本資料所造成的損害，作者不負賠償責任。

A4　再生能源

A4　再生能源 4.1 再生能源資源 4.2 水力能 4.3 太陽能 4.4 風能 4.5 生質能

A4　再生能源 4.3　太陽能

4.3　太陽能 4.3.1 太陽光電原理 4.3.2 太陽熱能利用與原理

學習目標

4.3.1 太陽光電原理 太陽輻射對地球的影響(1/2) 太陽輻射給地球帶來光和熱，提供一個適合萬物生長的環境。 4.3.1　太陽光電原理 太陽輻射對地球的影響(1/2) 太陽輻射給地球帶來光和熱，提供一個適合萬物生長的環境。 太陽輻射到達地球大氣層的強度取決於太陽的高度角、日地距離和日照時間。 一般而言，中午輻射強度大於早晚；夏季輻射強度大於冬季；低緯地區輻射強度大於高緯度地區 資料來源：香港天文臺(2013)，取自 http://www.weather.gov.hk/climate_change/faq/faq_uc.htm

4.3.1 太陽光電原理 太陽輻射對地球的影響(2/2) 因為太陽輻射量在地球各區的分布不平均，導致各區熱量的差異，引起大氣擾動。 4.3.1　太陽光電原理 太陽輻射對地球的影響(2/2) 因為太陽輻射量在地球各區的分布不平均，導致各區熱量的差異，引起大氣擾動。 大氣環流將熱量和水汽從地球一個地區輸送到另一地區，從而交換高低緯度之間、海陸之間的熱量和水汽，促進地球上的熱量平衡與水平衡，同時也引起各類天氣變化及各地不同氣候。 未被大氣阻擋而能夠直達到地面的太陽輻射稱為直接輻射；而經過大氣散射或反射後抵達地面之輻射，則稱為漫射輻射，於地面接收到的總太陽輻射是指直接和漫射輻射二者之總和。

4.3.1 太陽光電原理 太陽光能照度定義 太陽光能受時間、地點影響，因此制定一個全世界共同的測試環境以定義太陽能的輸出功率。 4.3.1　太陽光電原理 太陽光能照度定義 太陽光能受時間、地點影響，因此制定一個全世界共同的測試環境以定義太陽能的輸出功率。 AM0：外太空，~1400W/m2 AM1：陽光通過1個大氣層之後的日照強度1000W/M2 AM1.5：陽光通過1.5個大氣層之後的日照強度為844W/M2 (不同 Air Mass 代表不同太陽光光譜) 溫度：25度 h=h0sec h：實際輻射路徑 h0：最短路徑

4.3.1　太陽光電原理 太陽能光電池簡稱為太陽能電池或太陽能電池，簡稱PV（photo=light光線，voltaic=electricity電力），利用電位差發電，無電磁波產生，太陽電池(solar cell)是以半導體製程的製作方式做成。 太陽光電的發電原理，是利用太陽電池吸收0.2μm～0.4μm波長的太陽光，將光能直接轉變成電能輸出的一種發電方式。 資料來源：太陽能光電網(2013)，取自http://solarpv.itri.org.tw/aboutus/sense/principle.asp

4.3.1　太陽光電原理 太陽電池構造與發電原理 太陽能光電池簡稱為太陽能電池，簡稱PV（photo=light光線，voltaic=electricity電力）。 太陽光電的發電原理，利用太陽電池吸收太陽光，將光能直接轉變成電能，目前轉換率低於30%。 太陽電池所產生的電，是屬於直流電(DC)，無法直接運用在日常生活中的各式家電用品或各式電器上。 太陽能電池通常需要加裝直流/交流轉換器(DC/AC)，將直流電轉換成交流電，才能應用在家庭或工業用電。 資料來源： 國立高雄應用科技大學(2013)，取自(20081023)_黃文堯先生演講，http://www.che.kuas.edu.tw/news/news.php?Sn=164

4.3.1 太陽光電原理 太陽電池的種類 單晶矽(Single-crystalsilicon )太陽電池 又稱為單結晶、晶圓型。 4.3.1　太陽光電原理 太陽電池的種類 單晶矽(Single-crystalsilicon )太陽電池 又稱為單結晶、晶圓型。 此種太陽能板所發的電量佳，但是製程成本較高，受限於晶圓型式與造型，舖設時無法達到最大面積利用及吸收。

4.3.1 太陽光電原理 多晶矽(Poly-crystalsilicon)太陽電池 又稱為多結晶。 4.3.1　太陽光電原理 多晶矽(Poly-crystalsilicon)太陽電池 又稱為多結晶。 相較於單晶矽太陽電池，製程上較便宜，不過發電量較單晶矽差。 優點是可以剪成正方形，可達到最大面積利用及吸收。

4.3.1 太陽光電原理 非晶矽(Amorphoussilicon)太陽電池： 可直接鍍在玻璃及塑膠上，通常與建築物建材結合，利於造型變化。 4.3.1　太陽光電原理 非晶矽(Amorphoussilicon)太陽電池： 可直接鍍在玻璃及塑膠上，通常與建築物建材結合，利於造型變化。 成本便宜，缺點是發電率較差，時間一久容易造成龜裂。 因為成本低與造型優，常見於室內型民生消費品，例如：電子計算機、搖頭娃娃、玩具等。

4.3.1 太陽光電原理 薄膜式Thin film太陽能電池： 4.3.1　太陽光電原理 薄膜式Thin film太陽能電池： 目前各大學實驗室全面推動研究的太陽能板形式，包括薄膜多晶矽、化合物半導體、色素增感等有機太陽能電池等。 研究重心在提高更高的光吸收效率，透過可撓性可以廣泛用在玻璃、塑膠箔片、金屬等基材。 薄膜太陽能電池的特性是質輕、可撓曲性。

4.3.1　太陽光電原理 太陽能電池可以把光能轉換成電能，主要構造是利用半導體材料，薄的ｎ型半導體置於較厚的ｐ型半導體上，當光子撞擊該裝置的表面時，ｐ型和ｎ型半導體的接合面有電子擴散，電流即可利用上下兩端的金屬導體將電流引出利用。

4.3.1　太陽光電原理 太陽電池(solar cell)產生直流電

4.3.1　太陽光電原理 優點 普遍性：太陽光照射的面積散布在地球大部分角落， 只有入射角不同而造成的光能有所差異，但至少是自 產能源，不必仰賴進口，無所謂的能源危機。 永久性：太陽的能量極其龐大，據估計至少有六十億年的期限。 無汙染性：現今使用最多的礦物能源，不外乎是汙染的問題，使用太陽能則無危險性及污染性。

4.3.1 太陽光電原理 缺點 能量密度低： 需要靠有效的收集與發展高效率的儲能設備才能有效利用。 4.3.1　太陽光電原理 缺點 能量密度低： 需要靠有效的收集與發展高效率的儲能設備才能有效利用。 穩定性差： 受日夜氣候的影響，太陽的能量不斷的產生變化。 裝置成本過高： 吸收太陽能的受光面積必須到達一定的規模才能有所成效，因此相對成本提高。

4.3.2 太陽熱能利用與原理 太陽能使用方式，有以下三種： 第一種方式：利用集熱管 4.3.2　太陽熱能利用與原理 太陽能使用方式，有以下三種： 第一種方式：利用集熱管 太陽能熱水器是直接使用太陽熱能，此方法係將太陽熱能作集熱以製造熱水。 目前在臺灣中南部最常見的用塗黑的表面薄膜吸收太陽輻射，並利用透明面蓋在金屬導熱管與外界間製造一個空氣隔層，阻絕熱能逸散到外界。

4.3.2　太陽熱能利用與原理 利用集熱管 真空管式太陽能熱水器 (資料來源：香港再生能源網(2013)

4.3.2　太陽熱能利用與原理 利用集熱管 資料來源：工研院能資所

4.3.2 太陽熱能利用與原理 第二種方式：太陽熱能發電 4.3.2　太陽熱能利用與原理 第二種方式：太陽熱能發電 此方式係將太陽熱聚焦，因此可產生幾百度高溫，將水變成蒸汽，可以用來推動汽渦輪機或熱機。 例如使用有碟型拋物面鏡將陽光聚焦，以推動史特林熱機來發電。

4.3.2 太陽熱能利用與原理 第三種方式：太陽光電能 此方式係利用太陽能板（光電板），將太陽光轉變成電能。 4.3.2　太陽熱能利用與原理 第三種方式：太陽光電能 此方式係利用太陽能板（光電板），將太陽光轉變成電能。 再利用串並聯方式，以達到利用電能的效果。

4.3.2 太陽熱能利用與原理 太陽能熱水器的用途： 可以用於居家身體清潔、洗滌。 4.3.2　太陽熱能利用與原理 太陽能熱水器的用途： 可以用於居家身體清潔、洗滌。 可以廣泛將太陽能熱水器運用在溫水泳池、餐飲旅館業以及農林養殖等需要長時間、大量熱水的各項熱水需求上，可以充分達到節能與環保的效益。

4.3.2　太陽熱能利用與原理 應用 太陽能熱水系統 太陽能溫水游泳池 太陽能溫室 太陽能熱能發電系統

★延伸閱讀（參考資料） 電腦網路資料 經濟部能源局發行刊物「能源報導」 工研院能源與資源研究所 工研院太陽光電科技中心 台灣電力公司 鹿威風力發電公司 彰芳、漢寶風力發電公司