太陽能的發電與應用 第六組 組員 柯博文 吳幸如 吳宜靜 陳盈君

前言 太陽能是無污染、安全性高、環保的自然能源之一，進而衍發出太陽能電池，而太陽能電池是利用太陽光與材料相互作用直接產生電力，是一種無污染之可再生能源，尤其是太陽能電池在使用中並不會釋放包括二氧化碳在內之任何氣體，這可改善生態環境、解決地球溫室效應的問題，因此太陽能電池可望成為21世紀之重要新能源。

何謂太陽能? 太陽能是太陽所負載的能量，它的計量一般以陽光照射到地面的輻射總量，包括太陽的直接輻射和天空散射輻射的總和。太陽能也是核融合的“核能”變成“光能”與“熱能”傳播到地球來，被人類收集轉換其他形式的能量來利用。太陽能電池的發電能源來自太陽光，而太陽輻射的光譜主要是以可見光為中心，波長從0.3微米的紫外光到數微米的紅外光是主要的分布範圍。

何謂太陽能電池? 太陽能電是一種利用太陽光直接發電的光電半導體薄片，它祇要一照到光，瞬間就可輸出電壓及電流。太陽能光電池簡稱為太陽能電池，或太陽電池，又可稱為太陽能晶片，在物理學上稱為光生伏打，簡稱PV。而目前市場應用上大多為單晶矽及非晶矽兩大類。太陽能電池的發電能源來自於光的波長，太陽光是一種全域波長，而白熾燈的波長與日光燈的波長不同，太陽能電池以陽光或白熾燈之波長為較適用，而太陽能電子計算機上的太陽能電池是屬於“室內型的非晶” 如果長期拿到戶外曝曬，且串並聯為較大電壓及電流時，將導致其內部連結組織燒斷而損壞，這是過去有人因錯用材料，卻誤以為所有的太陽能電池都不實用的原因。

太陽能發電原理 太陽能板由半導體製成，可以吸收陽光，然後再把太陽能轉化成電力，供我們日常使用。太陽光發電系統係由太陽晶片(solar cell) 以半導體製程製作方式而成，發電原理乃將太陽日照光照射於太陽晶片如下圖所示，使太陽晶片吸收太陽日照光能透過半導體，使產生負極及正極形成電壓降，再經導線傳送至負載。太陽光電模板所產生電力為直流電，若該需求用電需提供電力給家電用品或各式電器交流電使用，則需加裝直/交流轉換器，將直流電轉換成交流電，才能使太陽光發電所發電力供電至一般家庭用電或其他用電。

太陽晶片圖示 (圖一)、太陽晶片

太陽能發電方式 利用太陽能來發電，可直接將太陽能中之光能或熱能轉換成電能，由於蒐集能源的方式不同，可分為太陽熱能發電及太陽光能發電。也可通過光合作用利用成太陽能，像說地球上的植物就是個例子。也可利用光電效應使太陽能轉換成光能。 常見的太陽能發電方式有 (a) 太陽熱能發電 (b) 太陽光能發電

(a) 太陽熱能發電 利用聚熱裝置，將太陽熱能聚集以獲取極高溫的熱源，直接加溫工作流體使成高 壓蒸氣以推動渦輪機發電。其系統包括太陽光集熱器(反射鏡)、吸收器、儲熱器及能量轉換器(渦輪機、發電機)等裝置利用太陽熱能發電由於太陽光的有無、長短及強弱變化很大，且無法連續地供應，加上聚熱板接收太陽光的面積必需很大，因此，目前尚無法大量使用太陽熱能。

(b) 太陽光能發電 是利用太陽能電池元件直接將太陽光能轉換成電力的方式。太陽能電池是利用自然界中的矽元素，製成P型及N型半導體作正負極，這兩種半導體吸收太陽能後即可產生電位差而呈電池功能。

1. 太陽能發電系統組成要件 1.太陽電池組列(Solar Array) 2.模板支撐架 3.直流接線箱(Junction Box) 4.直/交流電力轉換器(Inverter) 5.變壓器(Transformer)Inverter之輸出端接市電間(是否必要依直/交流電力轉換器規格而定) 6.直/交流配電盤(Power Panel) 7.監測與展示【包含全天日照計、溫度計、發電資料監測儀表(各直/交流電表)、資料擷取器、LED展示板】。 （影片觀:http://www.youtube.com/watch?v=5hbi_CbMDmo）

2.如何利用太陽能供應家庭所.如何利用太陽能供應家庭所需的熱能和電能？ 目前應用太陽能最成功的例子，是利用太陽能供應暖氣與熱水。典型的裝置是將平板集熱器裝在屋頂上，這種集熱器是一個表面透明的大箱子，在箱子內部塗有一層黑色的吸熱漆。當陽光進入箱內，便被吸熱漆所吸收，進而加熱箱內的空氣，熱空氣可送到室內循環，以供應暖氣。箱內亦可裝上黑色的金屬管，水在管內緩慢流動，便可得到熱水，這種太陽能加熱系統可加配儲熱槽，將熱量儲存已備沒有太陽的時候可以使用。 （影片觀賞http://www.youtube.com/watch?v=1k-2BHs5ef4 ）

太陽能集熱器 家庭用太陽能集熱器可以供應50﹪以上家庭所需熱量。在陽光充裕的地區，只要在屋頂裝上一百六十平方公尺的平板式集熱器，便足可供應一個家庭所需的熱量 (資料來源：淺論太陽能的發電。檢索日期2007/10/28，http://www.shs.edu.tw/works/essay/2006/03/ 2006033117175367.pdf)

太陽能的優點 太陽能是人類可以利用的最豐富的能源，太陽能的優點，是可以在地球的所有地方得到，不需要運輸。一般認為，處於南北緯５０～６０度以內的地區，都有豐富的太陽能可以利用，只要最初花一定的代價，投一筆資金，造好太陽能利用裝置，能量就會源源不斷地自己送上門來，「免費」供應，期間只需要花很少一筆設備維修費。現代的太陽能系統，在每天日照時間相當短的國家，也可以經濟有效地提供大量電能，它給地面照射１５分鐘的能量，就足夠全世界使用一年。

太陽能的缺點 太陽能好用，但也是有其缺點所在。它的穩定性差，受氣候、晝夜的影響很大到達極不恒定。因此必須有貯存裝置，這不僅增加了技術上的困難，也使造價增加。目前雖然已經製成多種貯存系統，但總是不夠理想，具體應用也有一定困難。 只有當採集能量裝置表面的單位造價相當便宜時，才能經濟合算的使用這太陽能利用器，因此相對地成本提高。

太陽能的科技與利用(一) 比較常見的用途有太空站、衛星的發電，高山、離島、海洋等SCADA系統發電，或者手上太陽能手錶、計算機等。 太陽能自行車碼錶 太陽能3G手機 太陽能胸罩

太陽能的科技與利用(二) 太陽能的交通工具的發展，例如美國、日本。交通工具包括飛機、汽車、RV 車、遊艇等； 太陽能遊艇 太陽能飛機 太陽能汽車

太陽能的科技與利用(三) 個人用像是手提電腦、太陽能發電機等很多相關產品問世；公共工程用電上像是路燈、號誌。 太陽能號誌 太陽能電腦 太陽能路燈

結論 未來利用太陽能發電受到的限制有下列需注意， 轉成電能或機械能的效率不高、陰雨天氣及夜晚無法連續地供應以及聚熱板接受陽光的面積必須很大。由於有這些限制目前尚無法大量使用太陽能。相信未來太陽能將在能源的運用上扮演主要角色。而當未來科技越來越進步，能夠克服難題，有效的尋找出如何有效率的運用太陽能的方法之時，此將成為人類一大福音，為能源的節省與人類的生活上帶來更多的便利。 【影片欣賞http://www.youtube.com/watch?v=s_BalhgVirU】

END 感謝您的聆聽!