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台灣如何利用太陽能發電？

【摘　　自】科學人雜誌2008年2月號　
【中文章名】台灣如何利用太陽能發電？
【作　　者】黃秉鈞

知識分類：化學、電機

太陽能發電是受人矚目的新能源，以台灣的地理環境應該如何發展？

台灣位處亞熱帶，太陽能資源豐富，也因此帶給大家一個深切期望：太陽能未來可以替代大部份能源需求，就像美國科學家預計在美國西部建造一座太陽能發電廠，到了2050年可望替代美國69%的電力、35%的能源！然而，在台灣這一期望必須長期苦心經營才可能達成。

我國屬海島型國家，地小人稠，工業生產與經濟活動密集又活絡，能源消耗量龐大，導致98%以上能源需靠進口。太陽能輻射雖呈分散式分佈，但其能量強度不高，平均每平方公尺不到1000瓦，因此地理位置與土地面積就成為太陽能蘊藏量的關鍵。同時，能源消耗密度也影響了太陽能的可替代性。我們可以依2000年幾個先進國家公佈資料的統計結果做比較，以單位國土面積耗能來說，台灣排名第一，是美國的10倍、日本的近2倍、德國的近3倍、荷蘭的1.3倍。在地小人稠的環境限制下，台灣要使太陽能具有舉足輕重的替代性，必須有不同的做法，並且要長期耕耘。

〈太陽能，美國夢〉一文中，美國科學家提出的太陽能發電廠計畫包括兩種發電技術：太陽能光電池與集光型太陽熱能發電（CSP）。太陽能光電池是利用半導體的光電效應直接吸收太陽光發電，CSP是利用集光技術來加熱鍋爐產生蒸汽發電。太陽能光電池可到處鋪設，最為便利，只要有陽光的地方就可利用，包括台灣；CSP則必須有足夠的廉價土地與陽光，例如沙漠，才具開發效益，台灣顯然無法大量開發。

CSP技術在1980年代就開始發展，但到了1990年代由於油價低廉，因此幾乎全面停擺，只有少數個案進行，尤其在西班牙，使得CSP技術進展受到很大影響。

依據美國Luz公司1980年中以及1990年初在加州莫哈未沙漠所建造的九座拋物線槽式集熱器（SEGS）太陽能發電廠的連續運轉經驗，最初建造的14百萬瓦發電廠，每度的發電成本為每度0.44美元，而最後的80百萬瓦發電廠，發電成本為每度0.17美元，中間相隔僅七年。由此推算，如果裝設量達5000百萬瓦，發電成本將為每度0.07~0.09美元（約新台幣2.31~2.97元），與現今風力發電成本相當。如果裝設量達1萬5000百萬瓦，發電成本將降為每度0.05~0.07美元（約新台幣1.65~2.31元），與目前火力發電成本相當。如果1990年代CSP的研發沒有停頓（如下頁圖中紅色虛線所示），目前的CSP發電成本可能已經低於風力發電技術，形成另一股熱潮。因此，CSP是未來重要的太陽能發電技術，對於有地廣人稀沙漠的國家是一大福音，美國科學家在前文所提出的計畫，可行性是很高的。

缺乏足夠的土地

在土地不足的情形下，我國只能發展太陽光電池發電，但是也要面對一些棘手問題，尤其是安裝環境問題。

我們可以用一個淺顯的例子來說明，土地面積不足所帶來的推廣問題：假設一戶30坪公寓，其樓層面積約100平方公尺，樓頂全部鋪設太陽能光電池，如果採市面上最先進的Sanyo HIP太陽能光電池（轉換效率為17%、一片的功率為200瓦∕1.17平方公尺），每平方公尺可安裝容量為170瓦，因此屋頂可裝設的總容量為17千瓦（目前裝設成本高達400萬元左右）。以台灣日照量，每千瓦太陽能光電池裝置容量每月可以發電75~108.3度來估計（南北部不同），每月發電量約1275~1841度電，每月可省電費2678~3866元（以平均每度電價2.1元計算），這是一般中等住家的平均電費。也就是說，即使頂樓全部鋪滿太陽能光電池，也只能提供一戶人家的電能需求，而台灣建築物平均樓層約4.4層，因裝設面積不足，有77%的用戶無法由太陽能光電池提供替代能源。如果推廣環境無法徹底改變的話，在台灣，太陽能光電池將無法像美國一樣成為重要替代能源。

在無解中求解

台灣要改變太陽能推廣環境，仍然是可以有作為的，但需要長期政策配合。首先必須積極進行新技術研發，使太陽能設備與建築體結合，增加太陽能吸收面積並提高發電效率；此外，都市計畫應該朝向低樓層建築與分散式小鄉鎮發展，以增加裝設面積；第三，國土規劃時將太陽能資源豐富的中南部地區，列為替代能源重要產地，將土地充份利用。

純就能源供給面來說，我國能源仰賴進口是一個無解問題，無論如何努力發展新能源或再生能源，均無法100%滿足能源需求。而現階段利用再生能源無經濟誘因的時刻，採用獎勵補助等政策工具，雖然可以加速推廣，但政策工具必須妥善運用才會發揮最大效益，必須謹慎為之。

獎勵補助等政策工具的運用，必須具備三個基本條件，第一是經濟實力，獎勵補助政策涉及社會投資，如果國家經濟實力不夠壯大，如果政策強度過高，恐怕會拖累國家經濟發展；政策強度過低也不足以發揮效益。第二是社會成熟度，獎勵補助政策工具涉及社會財富重分配，如果社會成熟度不足或社會公義觀念低落，即使是微不足道的個人財富分配措施也容易引起爭議，甚或引發政治鬥爭。最後是科技領先度，獎勵補助政策工具的運用是藉由採用新能源來降低能源進口，同時也希望發展能源產業，創造經濟活力，如果本身科技領先度不足，貿然實施獎勵補助政策工具，恐會造成獎勵補助國外廠商的情形。

衡量上述因素來思索我國未來新能源發展策略，便很容易獲得「無解中求解」的答案。因此現階段最適合我國採取的新能源發展策略，應該以新能源產業發展為首要、能源供給為次要。

許多人可能會感到不解，為何德國在再生能源開發上可以大鳴大放，而反觀台灣地理條件不差，卻顯得意興闌珊。這與社會成熟度及經濟實力有關，政府光是針對「油電價格應實質反應國際能源價格波動」這項符合公平合理的政策，都難以徹底執行，更不用說要通過類似德國的再生能源法案，由此可看出我們的社會成熟度仍然不足。而要利用政策工具解決再生能源開發初階段所遭遇的「省能不省錢」窘境，也必須要有強大的經濟實力做後盾，這也不是台灣所能負擔的。

先選擇適合我國產業強項的新能源科技切入，提供全世界價廉物美的新能源產品，促成國外快速普及，然後再刺激國內的利用推廣，不失為最佳辦法。因此，我國新能源發展短期應該以發展能源產業為首要，解決能源供給為次要。重點是藉由建立新能源產業來提供經濟發展新動力，以外銷為主。由於目前的新能源及再生能源只能解決一小部份能源供給問題，因此應先推動能源節約，再配合適量的再生能源開發，但宜以緊急應用與國防需求為優先設置對象，再生能源普及化則列為長程政策目標，逐步推動。

由最近國內兩大新能源明星產業：太陽能光電池與發光二極體（LED）的比較分析（見右表），可以間接佐證上述看法的正確性。目前國內對太陽電池與LED產業的投資非常熱絡，所看重的都是國際市場的爆發力。太陽能光電池所倚賴的是外國政府的政策工具下所產生的市場，LED則是早已具龐大市場規模（IT產品應用），只不過是再增添了省電照明應用市場。兩者未來都將為我國經濟發展提供重大動力，而對我國能源供給來說，太陽能光電池目前仍無法做出有意義的貢獻，除非油價每桶上漲至200美元以上。

盲點與新思維

除了運輸工具與少數戶外活動設施外，全世界一半以上能源是在建築物裡消耗掉的，然而在開發新能源的過程中，研究者習慣由能源科技的角度來研發能源裝置，再試圖去裝設在不同應用場合，其中又大半是在建築物裡面，家是建築物，辦公室是建築物，百貨公司、車站是建築物，工業廠房也是建築物。因此，新的能源裝置經常會對建築物的設計或使用者產生衝突。例如，傳統的太陽能熱水器純是依據物理原理來設計，然後再在建築物中找尋可以裝設的場所，因此形成如61頁右圖的場景，太陽能熱水器成了今天的「景觀殺手」，而這樣的裝設成本也比較高。

未來要突破太陽能發展困境，必須徹底改變思維，「以建築物為主體，能源設備為建築的附屬物，去思索將能源功能直接融入建築主體的設計」，這樣才能徹底解決目前困境。這也意味著建築物主體不只是建築，同時也具有吸收太陽能或節約能源的功能。這就是「多功能」的概念，不但使永續能源理念融入建築特色（例如綠建築），創造其社會價值，在能源經濟效益上也可大為提高。

與建築結合的太陽能應用技術，或「太陽能建築」已成為重要議題，如何將建築材料設計成兼具可吸取或節約能源的功能，是未來需努力的目標。因此筆者建議我國太陽能科技研發策略有二：第一是與建築業結合，積極進行太陽能建築（包括綠建築）的技術研發與推廣利用，於都市更新時融入太陽能建築理念，營造美好居住環境。第二是加強多功能化與低價化（降低成本）產品技術研發，以提高太陽熱能產品的經濟效益，強化產品競爭力。

人類未來將大大依賴太陽能提供所需能源，其開發利用是無庸置疑的，也是可以期待的，只不過在實現過程中必須配合自身所處環境，找出最適合自己的一套策略，並長期努力，而且是「今天不做，明天便會後悔」。