2009年6月7日

綠能開發Let's Go—綠色能源面面觀

作者/顏文治(任職工研院能源與環境研究所)

全球在過去幾年間遭遇到能源價格劇烈波動、二氧化碳過量排放造成的暖化、以及氣候異常和過渡開墾造成的糧食不足等問題,而最近這一年來的金融海嘯危機,造成諸多產業發展衰退。以上種種現象都讓政府及民眾紛紛省思——我們不能無限度恣意地過著揮霍的生活。於是,各項自覺性的生活作為及發展方向因應而生,其中一項覺醒的動作,便是積極地開發各項綠色能源。未來隨著綠色能源的發展推動,將同時帶動綠色產業,吸引大量就業人口投入。

發展綠能是兼具節能減碳又提升經濟的一帖良藥,從世界各國領導者帶頭宣示,並以行動落實的各種跡象看來,綠色能源的發展與應用,的確已經站在時間洪流的浪頭上。本文將介紹各項綠色能源的技術內容,與目前的應用狀況,期幫助讀者建立認知與興趣,號召未來綠能產業的生力軍。

太陽熱能

太陽熱能的應用,目前以太陽能熱水器的發展應用最為成熟。全球目前以中國大陸為最主要的安裝國, 2008 年安裝面積就超過2000萬平方公尺(占全球約75%)。而日照強烈的台灣,在政府宣導及補助措施的激勵下,每年約12萬平方公尺的安裝量,分布於全台各地的安裝經銷商就超過300家,成績斐然。

太陽能熱水系統,分為自然循環式家用系統,及宿舍適用的大型強制循環式系統。家用型系統靠著陽光照射提升水溫後,水的密度改變,造成集熱器內部的水緩慢自然地往上方流動,因此不需要泵浦;而大型系統則因為整體管路長,所以往往都採用泵浦。

整個太陽能熱水系統最重要的元件就是集熱器,它負責接收日照而將水的溫度逐漸提升。集熱器有四大關鍵元件:玻璃面蓋、深色吸熱板、框架及保溫材,其中深色吸熱板可說是扮演心臟角色。深色吸熱板並不是隨便噴成深色板面就好,因為吸熱的特性包含了放射散熱的因素,所以如何以不同的製程方式,開發出高吸收率卻又低放射率的吸熱面板,是現今各開發商追求的技術項目。

組成一個完整的太陽能熱水系統還包含了:保溫水槽、電熱輔助器、管件、循環泵、溫差控制器和水垢防制裝置等元件。有了品質穩定的元件,再搭配系統設計施工的嚴謹,便能提供人們方便且高效節能的熱水使用。由於台灣地處北半球,為取得較大的年度日照量,太陽能集熱板及後面要提的太陽能光電面板,均建議面南放置,傾斜角度為25~30度。

太陽光電

太陽能電池(solar cell)是以半導體製程製作的半導體元件。發電原理是將太陽光射照在太陽能電池上,透過太陽能電池中的p型半導體及n型半導體,吸收波長0.2~2.4微米的太陽光,產生電子及電洞。電子與電洞因p/n接面電場而分離形成光電壓,經由導線傳輸至負載使用。

早期太陽光電是因應發展太空技術使用在人造衛星上,現在由於它具備方便、分散性及並聯供電等多項優點,因而大量應用在日常生活中,諸如太陽能路燈、太陽能時鐘、小型攜帶式電源、太陽能交通工具、偏遠地區獨立發電、產業或緊急發電、建築量體並聯發電等,隨處可見,琳瑯滿目。

太陽能電池的種類,可分為單晶矽、多晶矽及非晶矽三種,每一個單片的太陽能電池都可以組合封裝成各種尺寸、形狀的太陽能電池模板,在不同的用途與場合,作各式各樣的變化。由於太陽能電池所輸出的電是直流電,而一般家庭用電所使用的是交流電,因此在使用時需要再搭配直∕交流轉換器。整組的太陽光電發電系統,除了最基本的太陽能電池模組、直∕交流轉換器之外,尚有支撐太陽能電池的模組支撐架台、接線箱和配電盤等相關設備,配合成一整組太陽光電發電系統。【更詳細的內容,請參閱第474期科學月刊】

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