第一章 總論 2019/5/2

第一章 總 論 1-1 太陽能源 1-2 太陽光發電的意義 1-1-1 太陽能的質與量 1-1-2 太陽能與地球生態循環 第一章 總 論 1-1 太陽能源 1-1-1 太陽能的質與量 1-1-2 太陽能與地球生態循環 1-2 太陽光發電的意義 1-2-1 從經濟文明到生態文明之開展 1-2-2 能源需要與清淨能源之開 1-2-3 乾淨的太陽能發電系統 1-3 補充資料 2019/5/2

1-1 太陽能源 2019/5/2

1-1-1 太陽能的質與量 針對太陽表面所輻射之能量，換算成電力約為3.8×1023kW左右。 1-1-1 太陽能的質與量 針對太陽表面所輻射之能量，換算成電力約為3.8×1023kW左右。 能量經過1億5000萬km之太空，到達地球之大氣圈時，其輻射源密度約1.4kW/m2，此即太陽常數(solar constant)。 大氣圈所通過空氣量稱為空氣質量(Air Mass, AM)。其單位以從天頂垂直入射之通過空氣量為基準，稱AM-1。比如說大氣圈外為AM-0，而晴天時之日間直射日光為AM-1.5。 2019/5/2

大氣圈外和地表上之輻射光譜 spectra, spectrum (one peak) 圖1-1 大氣圈外(AM-0)和地表上(AM-1)之太陽能量光譜 2019/5/2

地球表面實際強度光譜 空氣質量 m (AM m) m=h/ho 實際輻射路徑h和最短路徑h0的比值，即 AM 0：太陽於外太空之光譜。 2019/5/2

The actual intensity of the sunshine spectra arriving the earth Air mass m (AM m) The ratio of the actual radiation path ho and the shortest path h, named: m=h/ho (csc ) AM 0：The sun’ spectrum in the outer space AM 1： The directive (vertical) irradiation to the earth surface of the sun spectra AM 1.5： The oblique irradiation (43°) to earth surface of the sun spectra 2019/5/2

地球表面所接受太陽輻射能量轉換 圖1-2 地球表面所接受的太陽輻射能量轉換 2019/5/2

能量對地球環境之變換 投射到地球之太陽能以100%計算，約177×1012kW。 2019/5/2

1-1-2 太陽能與地球生態循環 地球上包含人類活動之生態循環系統，可分 圖1-3顯示其三項之相依關係。 1-1-2 太陽能與地球生態循環 地球上包含人類活動之生態循環系統，可分 將二氧化碳、水及太陽能進行光合作用之植物系。 吸收光合作用所排出之氧氣，並吃食植物之動物系。 能分解動植物之排泄物與枯死體，並還原成為動植物營養成分之微生物系等。 圖1-3顯示其三項之相依關係。 2019/5/2

太陽能是地球上生體活動循環驅動力 圖1-3 太陽能是地球上生體活動循環驅動力 2019/5/2

1-2 太陽光發電的意義 2019/5/2

1-2-1 從經濟文明到生態文明之開展 在這急速進步的經濟文明中，從生態的觀點而言，對自然是一大浩劫。由太陽能源所積蓄的石油及煤碳燃料，在瓦特發明蒸氣機不到三百年的時間，即幾乎已燃燒殆盡，由於燃燒的化學反應使大氣受到汙染，酸雨與二氧化碳的累積引起溫室效應現象。 如圖1-4所示之各種公害。 2019/5/2

化石燃料所造成之污染公害 圖1-4 化石燃料所造成之污染公害 2019/5/2

2019/5/2

大氣中CO2含量變化 近代因化石燃料之大量消費所導致之大氣中CO2含量之增加，由圖1-5上CO2之增加量來看，可預測地球之平均溫度將逐年上升，將導致南北極冰山融化，海水上升，而影響農作物之收成的氣候，造成生態循環系統改變，這是物質文明進步後所造成之陰影。 2019/5/2

1-2-2 能源需要與清淨能源之開發 圖1-6為世界年間石油需求率，由圖可看到人類文明不斷進步、人口不斷增加，因此世界能源需求逐年上升。 1-2-2 能源需要與清淨能源之開發 圖1-6為世界年間石油需求率，由圖可看到人類文明不斷進步、人口不斷增加，因此世界能源需求逐年上升。 圖1-6 世界人口年間總能源需求率 2019/5/2

世界年間石油需求率 圖1-7 世界年間石油需求率 2019/5/2

日本太陽電池年產量之變遷及用途 圖1-8為1981年以來日本全國之太陽電池年生產量，以使用目的及各別基板材料為區別的年增率，由圖可知太陽電池的年生產量比半導體之年增率還要高。 2019/5/2

太陽電池材料之新技術研究 圖1-9為過去20年間太陽電池的模組化成本之年變化圖，從圖上可知道太陽電池材料之新技術，如單晶及多結晶之第一次革新，以及第二次革新之非晶矽(amorphous, a-Si)太陽電池的實用期，即公元2000年初期，其規模將比半導體產業還要大。 2019/5/2

太陽電池模組價格推移及材料革新趨勢 圖1-9 太陽電池模組價格推移及材料革新趨勢 2019/5/2

1-2-3 乾淨的太陽能發電系統 太陽能之利用技術與其它能源變換技術比較之特性： 沒有可動部分，為安靜的能源轉換 容易維修與無人化自動運作 1-2-3 乾淨的太陽能發電系統 太陽能之利用技術與其它能源變換技術比較之特性： 沒有可動部分，為安靜的能源轉換 容易維修與無人化自動運作 無論規模大小皆以一定效率發電 構造模組化、富產量性與易於放大 即使用擴散光源亦可發電 光發電可利用原已被放棄之能源來發電 2019/5/2

因為使用光電轉換之量子效應(quantum effect) ， 故不需要傳統發電原理上之可動部份，亦即不需 1.沒有可動部分，為安靜的能源轉換 因為使用光電轉換之量子效應(quantum effect) ， 故不需要傳統發電原理上之可動部份，亦即不需 要像火力或核能發電，用到透平機等轉動機械。 因此無噪音、輻射線洩漏及爆炸等危險，也沒有 有害氣體之發生，是無公害之乾淨能源。 2019/5/2

因為沒有回轉機械以及高溫高壓之部分，故不會 產生機械磨耗，亦不需使用潤滑油，也就是說， 像人造衛星及無人看守燈塔之電源一般，容易維 2.容易維修與無人化自動運作 因為沒有回轉機械以及高溫高壓之部分，故不會 產生機械磨耗，亦不需使用潤滑油，也就是說， 像人造衛星及無人看守燈塔之電源一般，容易維 修，系統自動化。 2019/5/2

太陽電池的轉換效率，不管規模之大小，幾乎保 持一定。比如7MWp之大規模太陽能發電場，或 計算機用之20mW小型模組電池，只是串聯的電 3.無論規模大小皆以一定效率發電 太陽電池的轉換效率，不管規模之大小，幾乎保 持一定。比如7MWp之大規模太陽能發電場，或 計算機用之20mW小型模組電池，只是串聯的電 池數量不同，效率還是一樣。這個優點是由於其 能源轉變過程為內部光電所生之量子效果，與核 能發電或光熱發電系統需要熱轉換不同。 2019/5/2

太陽電池系統為模組化構造，量產大時容易用 連續自動化製造，以降低成本。 5.即使用擴散光源亦可發電 4.構造模組化、富產量性與易於放大 太陽電池系統為模組化構造，量產大時容易用 連續自動化製造，以降低成本。 5.即使用擴散光源亦可發電 如太陽能計算機可在螢光燈下運轉一樣，太陽能發電在直射日光或雨天，即擴散光源，也會對應於入射光之強度而發電，這是利用量子效果發電之優點。 2019/5/2

太陽光發電因轉換效率低，但是，與使用化石燃 料發電，要使用蒸汽渦輪機或氣渦輪機之轉換效 6.光發電可利用原已被放棄之能源來發電 太陽光發電因轉換效率低，但是，與使用化石燃 料發電，要使用蒸汽渦輪機或氣渦輪機之轉換效 率之議論不同；亦火力發電之綜合效率為38%之反面意義為有62%之重油被浪費了。而雖然目前太陽電池之轉換效率只有15%，但它使用免費的太陽光燃料。換言之，這些原先不被利用之能源有15%用來發電，其意義非比尋常。 2019/5/2

1-3 補充資料

電池之分類

Solar Cell Category

PV cost

Solar Cells Market Shares

PV Market

PV in Taiwan

PV Installation in 2007

PV Production Forecast in Taiwan

Equipment Forecast

Summary PV market is booming, and the possibility to keep a fast growth rate for few years is quite high. PV cost issue could be solved by government promotion and new technology development. Taiwan has good chance to be a leading PV player, because of matured IC and LCD technologies.