臺灣太陽光電產經發展大未來

                 「降低全球暖化」與「推動零碳環境」的觀念推動下,「開創能源、節省能源」(Generating Energy, Saving Energy)的運用,成為世界各國努力改善溫室效應的重要措施。台灣自然資源有限,目前高達 97%之能源供給仰賴國外進口,且所有初級能源中化石燃料即占9成,所以不論以能源自主性、多元性觀之,台灣能源管控亟待提升,故發展自主能源、分散來源為刻不容緩之事。地處亞熱帶的台灣地區,陽光充足,日射量大,非常適合太陽能源之利用。尤其是台灣南部地區,幾乎終年是陽光普照的日子,太陽的能源更是源源不斷,是一個適合發展太陽能應用的地區。

                 臺灣太陽光電產業發展開始在民國86年,當時茂迪公司在南科成立光電事業部,成為臺灣第一家矽晶太陽電池的製造商,經過20年的產業發展,根據科技部國家型計畫能源辦公室所分析,台灣是世界太陽能產業整體排名第四,太陽電池產業製造排名佔全球第二位(第一為中國)。事實上台灣太陽光電產業的產業鏈完整且跟上國際水準,若能將生產的太陽電池在地應用,必更有利於該產業開拓全球市場。新政府為台灣經濟與產業結構轉型所規劃的五項重大施政計畫中「綠能科技」為其中一項,特別是以台南沙崙為中心的「創新綠能科技園區」已開始啟動,不僅僅希望成為創新研發產業聚落,更進一步希望落實「非核家園」願景。

 

<台灣為什麼需要太陽光發電>

                 太陽光電發電系統屬於再生能源中相當成熟的發電系統,隨著半導體矽晶太陽電池之生產技術發展,其單位成本相較其他再生能源更顯平價。近來部分學者提出「太陽光電取代核電」,新政府則提出114年再生能源發電占比達20%,其中太陽光電規劃設置目標量為20GW(Gigawatt/十億瓦),然回首過去20年我國推動太陽光電發電,至今累計設置量勉強達1 GW,所以很多業者及學者對短時間衝出太陽光電發電系統設置量並不樂觀。不僅如此,目前大多數台灣民眾對太陽光發電認識有限,在此先探討太陽光發電對台灣的意義。

                 我國台電系統發電量以火力發電為主,占比近8成(以燃煤及燃氣為主力,另有燃油及汽電共生),核能占比16%,剩下則是再生能源及抽蓄水力。一般而言,台灣每年用電尖峰日約是在大暑節氣過後,就以圖一100年尖峰日用電負載來做範例說明,當日尖峰用電33.737 GW(發生在下午2點),離峰則為24.417 GW(發生在早上6點),尖離峰差9.320 GW,若設想有太陽光發電設置量達5 GW,同時發出的電量優先經台電輸配且完全用在用電負載端時,因太陽光發電僅發生於白天(日出至日落期間),所以很明顯地利用太陽光發電可有效解決我國中午期間的尖峰用電問題(圖二所示),惟太陽下山後仍有用電尖峰時段(發生在晚間8點)!所以利用太陽光發電解決我國中午期間的尖峰用電問題,該策略絕對值得肯定,但從上述範例也不難進一步看出,努力將太陽光發電設置量衝高(達10 GW或20 GW),僅能造就逆轉原中午期間的尖峰用電成為離峰用電,衍生出須台電是否能即時將如此大量的瞬時發電饋入市電網路的問題?所以歐美等先進國家已積極研發大型儲能設備,一方面擬將太陽光發電瞬時過量發電儲存,避免該電力無法饋入電網而浪費;另一方面可將太陽光發電所儲存電力用在太陽下山後的用電尖峰時段,讓全日用電尖離峰差縮小。

 

<國內太陽光電現況與新興技術>

                 國內太陽光電推動始於89年,開始以系統設置成本半額補助為原則,直到98年7月「再生能源發展條例公告」,以發電量優惠購電20年鼓勵裝設,開啟一股投資熱潮,今年新政府以推動非核家園114年設置目標量規劃20 GW,其中地面型規劃17 GW,所需2.5萬公頃土地,屆時年發電量可達250億度電。落實此規劃目標,除前一章節提到大量太陽光電併網課題外,尚須解決大量佈建太陽光電於土地取得問題。隨著大型太陽光電電廠系統的普及,其合適可設置的場域及地貌亦日漸不易取得,就地面型設置所需土地,目前方案有:一、嚴重地層下陷區域,採持續盤點不利耕作土地,擴大土地釋出;二、水庫、滯洪池、埤塘、魚塭,將持續盤點水域範圍設置太陽光電之空間及可設容量,另結合地方政府,推動滯洪池、水庫、埤塘、魚塭,進行大規模設置;三、掩埋場,儘速完成封閉掩埋場適合推動加設太陽光電相關規劃作業。

                 近年來,靜置水域(水庫、滯洪池、埤塘、魚塭)的太陽光發電系統設置與運用已開始有學者及廠商投入,筆者99年便執行科技部產學合作計畫-具生態功能之水載式太陽光電發電系統(NSC 99-2622-E-151 -022 -CC3),該研究採船型浮塊,分為船頭、船身與船尾等三個部份,可組合成任意長度的浮動船體,依所需載重浮力需求及系統設置平台面積,可橫向定距使用多組浮動船體,完成浮動平台,最後在該平台上設置太陽光電發電組列(圖三),惟台灣四面環海,太陽光電模組設置傾角萬萬不可沿用陸域設置的思維,需考量在模組上風壓作用,及浮動平台維持重力平衡所需,傾角需大幅縮小!其實水載式太陽光電系統設置技術研究日益精進,以及水域設置太陽光電系統其兩相共生之優點(減少水域水蒸發效率、降低水域過度曝曬而藻類增生產生優養化、水域水蒸氣汽化降溫太陽光電模組),今年終於看到我國政府提出具體措施,擬在明年開始增列水域太陽光電發電系統的躉購費率,加速該系統設置。

 

<結語>

                 肩負「非核家園」使命的新政府,正卯足全力分別針對太陽光電、離岸風電訂出2年及4年衝刺計畫,其中,太陽光電預計在107年6月底前,裝置容量要達到1.44 GW,而離岸風電則處於研擬階段。太陽光電發電設置國內技術毫無問題,惟政府決策時應考量我國整體發電及電力使用負載,更周詳地對大量太陽光電併網、全國可設置的場域及相關法令作深入分析,特別現階段應規劃大型儲能設備配合大容量的太陽光電發電場,讓台灣電力朝多元、分散來源的發展,同時可提升能源管控,使台灣在全球能源科技的發展上,享有優勢與自主能源展潛力!

圖一、104年尖峰日電力負載曲線

 

圖二、5 GW太陽光電發電下104年尖峰日電力負載曲線

 

圖三、水載式太陽光電發電站施作流程

作者介紹

聖約翰科技大學 艾和昌校長
1. 熱流科技--紅外線光學診斷、雷射質點影像測速(PIV)技術 2. 工程及技術科學教育 3. 再生能源工程--太陽光電應用、系統設計