平凡中的不平凡-高效能太陽光電-視界

                 商業化應用之太陽光電技術,依其所使用的材料,可以分為矽晶、薄膜與聚光型太陽光電系統。矽晶太陽光電模組因其發電效率較高、成本較低,因此攻佔大部分太陽光電市場。2015年全球太陽光電模組產量約57GWp,矽晶太陽光電模組占全球太陽光電模組產量93%,薄膜太陽光電模組市場佔有率約7%;在矽晶技術中,多晶矽太陽光電模組則約占全球產量69%,單晶矽太陽光電模組則約占24%(Fraunhofer ISE, 2016)。目前矽晶太陽光電模組發電效率約19.2~22.9%,以單晶矽技術效率較高;薄膜太陽光電模組發電效率則約10.9~18.6%,以Cd-Te(碲化鎘)薄膜太陽光電技術效率較高,因此該技術之市場占有率亦為薄膜太陽光電系統中最高者(Fraunhofer ISE, 2016)。

                 此外,尚有利用砷化鎵(GaAs)作為主要材料之聚光型太陽光電系統(HCPV),聚光型太陽能發電技術依其聚光方法可區分為反射與折射式兩種。反射式聚光型太陽能發電系統點型代表如澳洲的Solar System與美國SolFocus,然而因有諸多因素(如多反射鏡面所衍伸的光學耗損、系統組裝與對位、鏡面清潔) 等,因此於市場推動層面也較困難。折射式系統元件包括多接面太陽能電池(即砷化鎵半導體晶片)、聚光型太陽能電池模組(包括二次光學元件和菲涅爾透鏡)及太陽光追踪器。三接面堆疊結構為多接面太陽能電池之基礎,主要由三個不同材料的單電池組成,分別來吸收較寬廣之太陽光譜能量。各單電池間藉由穿隧接面連接,因此電池的電壓為個別單電池電壓的總和而電流大小則局限於三個單電池的最小電流。在透過太陽光追踪器的輔助下,能有效的將直射太陽光匯集入射於小面積高效率太陽能電池表面,將光能高效率轉換為電能,此一降低系統成本的效益,同時有效的大量減少電池使用量,被全球視為第三代太陽能發電重要發展項目之一。

                 根據德國太陽光電權威機構Fraunhofer ISE(2016)分析,高聚光型太陽光電實驗室模組效率已達38.9%。但聚光型太陽光電因成本仍偏高、市場相對仍小;全球聚光型太陽光電併網累計裝置量約340 MW (Fraunhofer ISE and NREL, 2015),在台灣於高雄路竹亦設有1MW高聚光型太陽光電系統示範場。此外,聚光型太陽光電系統同時具備將太陽光轉換成熱能之應用潛力,例如,藉由儲熱流體的導入可提供熱能儲存或熱電轉換,更遠的亦可整合熱化學反應以經濟有效地來製備運輸部門所需的高能量密度液態烴燃料源。

                 現今台灣於矽晶太陽光電技術相較成熟,反觀HCPV尚處開發階段,如何再精進模組效能、導入低碳足跡聚光模組等技術以及如何進一步提升太陽能電池元件的導熱能力,將是開啟另第三代太陽電池產業的關鍵鑰匙。

作者介紹

國立東華大學 白益豪副主任、蘇美惠研究員
※白益豪副主任:聚光型太陽能電池、氫能與燃料電池與複合式綠電系統設計 ※蘇美惠研究員:新能源與環境科技產業技術經濟分析、策略規劃及效益評估,碳足跡、水足跡模型建置(蘇美惠)