採太陽能發電需先進行發電效能與設備評估

太陽能發電需要透過擴增電池板佈建面積提升總發電量，也必須注意每面電池板的受光狀態，避免陰影造成受光不均影響發電效率。AtisSun

全球能源短缺，石化燃料的開採成本漸增，使用存量也正持續減少中，尋求可持續再生的綠能源已經成為產業趨勢，其中太陽能發電目前在光電轉換效能與建置成本已持續壓低，然導入再生能源仍須進行相關評估，選擇最佳解決方案...

全球能源短缺問題持續惡化，面對油價三天兩頭漲價、電價成本醞釀增加情勢下，太陽能發電應用的再生能源方案也漸獲企業、民眾所關注，但利用太陽能進行發電，雖然看起來是利用源源不絕的日光進行光電轉換、進而取得電能，但實際上導入太陽能發電挹注商用或民用用電需求，仍必須考量設備組裝成本、方案選擇與發電效益。

目前所使用的太陽能應用型態，大多會分成將日照轉換成熱能，或是將日照轉換成電能兩大類。以日照轉換成熱能，基本上就是利用太陽日照的輻射熱來加溫「水」，透過儲熱型設備將熱水保留使用，這種被動能源採集系統較為單純，但實際上熱能經由日照、轉換為熱水、再透過儲熱水槽保留過程會產生諸多能耗，系統的能源轉換效率有限，再者熱水的效益不若電力來得通用，因設備成本、建置難度低，通常僅一般民眾導入住宅熱水系統為多。

另一種較進階的為利用太陽能電池板，將日照透過電池板的光電轉換取得電能，再利用太陽能發電逆變器轉換電力成為可用電力，或是透過蓄電電池儲備電源，太陽能發電也分主？被動系統，通常被動系統架設難度、成本相對較主動系統為低，也是目前導入商用、民用最常見的太陽能發電使用機制。

目前量產的太陽能發電設計方案中，以晶矽為基礎材料製作的太陽能電池為主，其又分為單晶矽(Single-crystal silicon)與多晶矽(Multi-crystal Silicon)兩大類。單晶矽(Single-crystal silicon)製成的太陽能電池板在光-電轉換效能表現較佳，而採用單晶矽材料製成之太陽能電池的實驗室進行的光-電轉換效能評估，在量產產品已可有20%以上的光電轉換效能。多晶矽(Multi-crystal Silicon)材料製成之太陽能電池，於實驗進行的光-電轉換測試評估，其光-電轉換效率可達18%~20%上下，在製成模組產品與單晶矽模組產品表現略遜一籌。

如果是以相同尺寸的太陽能電池發電功率估算，若規劃相同的系統發電功率輸出要求，使用單晶矽製成的太陽能發電系統可應用略小的電池板佈設面積，即能完成系統設計所需的總發電輸出效益；若採用多晶矽材料太陽能電池，太陽能電池的現地裝設面積會顯得略多，在都會區佈設環境寸土寸金的前提下，單晶矽的太陽能電池方案會較有使用優勢。

檢視太陽能電池發電能效

導入太陽能電池設備、引進再生能源前，在規劃時必須注意幾個重點，也就是目前太陽能電池板的光電轉換效率雖持續突破，但對於較低成本、可量產的應用方案來說，主流的太陽能電池板發電效率仍有其應用極限，在導入相關應用方案不宜過分樂觀，因為太陽能電池板的能量轉換已存在高估狀態，加上自然天候的環境日照變化無法預測，僅能用數年的大氣資訊簡單評估，再加上轉換後的電力透過電池蓄能的充電與放電使用仍會有耗損，評估導入應用績效前仍須採取保守態度估算。

從太陽能電池的模組輸出電功率標準觀察，一般用ASTM E1036基礎量測，可使用IEC 60904-1、IEC 61724、IEC 61829、ASTM E2527、ASTM WK22009等國際標準進行參考。但這些評估數據頂多僅能作為參考之用，實際太陽能光電模組的輸出評估會以ASTM E1036的測試環境要求進行評估，對於ASTM E1036的測試環境來說，為利用溫度25°C下搭配1,000W/m2模擬日照對太陽能電池板進行持續照射所取得的模組單位面積輸出能量。

在台灣地區的太陽能電池發電系統裝設環境，裝設地理區域多半會在北迴歸線附近(緯度為在22~25度間)，安裝時太陽能電池板的水平仰角與方向需搭配光照面進行最佳化調整，前述為了節省系統成本，大多商用、民用會採用被動式太陽能發電系統，也就是電池板採固定式設置，大多不會選用設備體積較大、維護不易的主動追日系統，因此電池板的裝設仰角與方位會採用最大日照時的最佳仰角與方位，透過最有效率的集中日照資源進行光電轉換後的能源蓄存。

而實際上太陽能電池裝設於安裝區域後，所能產生的電能輸出，絕對會與ASTM E1036產生差距，因為太陽能電池模組裝設條件為戶外，日照強度與效能會與實驗室環境產生落差，輸出能量的變動也會相對較明顯，太陽能電池板的實際輸出與模組所標示的額定輸出功率仍會有差距。

持續觀察太陽能實際系統發電量

即便住宅或商辦空間導入太陽能發電後，其實目前仍未能達到全面取代市電程度，一方面是太陽能關鍵來源在於日照，供電系統主要看天吃飯，存在系統之不穩定性，因此一般會將非核心用電需求轉換為太陽能發電供應，例如走道燈、公用照明、燈箱廣告物照明等，至於建築、居家核心應用仍會採用市電供應為主。

但若太陽能發電輸出有一定程度，也可採取利用電力轉換挹注建物用電，但機電系統則會顯得相對較複雜。評估主要依據會是根據日照量差異進行，即便實際日照是經常變動，但我們仍可利用精密器械來推估，像是採用日射儀進行量測，或是透過氣象觀測單位長年偵測統計數據參照評估，均可取得相對精確的日照評估基準。

由於太陽能電池的發電能量會因當地日照狀態、設備組裝狀態、電力線品質而產生差異，因此實際進行發電量推估時，還必須觀察裝設環境之日照程度，若以台灣日照量進行評估，一般會用太陽能電池模組額定發電量之2~4小時全載輸出來進行估算，而裝設環境在南台灣或北台灣會有發電量近一倍之差距！

因應太陽能電池發電特性  進行機電設備裝設與調校

由於太陽能發電產生電力的部份，主要由太陽能電池的材料進行光電轉換而來，而取得產生之電力以串聯或併聯組態匯集電力再透過機電系統進行電力轉換或是儲能，只要產出電能後電力經輸送或轉換只會持續降低原有取得的電能，其間傳輸或轉換造成的能耗多會轉換成熱透過電力線或轉換電路逸散浪費。因此，提高太陽能發電系統的總輸出能量，可以就減少能源耗損浪費與提高太陽能電池最佳光電轉換效率狀態著手。

在電力線部分，可以使用低內阻、大容量的線材改善。而電能轉換部分，主要看逆變器的能量轉換效率，尤其在高？低電力狀態下的轉換效率取得折衷設計，達到最佳化的效益。

至於改善太陽能電池板的能量輸出，則必須從設置太陽能板的固定架位置、方向、仰角著手。在一般商用與民用太陽能電池設計環境增設主動追日機電結構的可能性不高，因為成本與維護都是頗大的問題，而且追日系統若出現故障，也會造成嚴重的環境安全議題！若是被動固定式設置環境在固定機構上可以預留可微調仰角的結構設計，透過應用環境的反覆試運轉比較調整出最佳化的裝設仰角，仍可增強最佳日照的仰角準確度。

此外，裝設太陽能電池板的環境，也應避免出現遮蔽物，例如樹蔭、建物陰影等，即便實際裝設環境無可避免會有這類陰影存在，但也必須在對應系統上增設安全控制電路，避免陰影造成的熱斑效應影響電池板的使用安全。