北科大-太陽光電的現況與未來 講義.ppt [相容模式]wrt/En_Dept/Presentation_1010511.pdf · 太陽光電系統的優點 Ø太陽光電系統完全沒有噪音、水、空氣與輻射

太陽光電的現況與未來

首席顧問林敬傑博士

林敬傑簡介

PV Guider

林敬傑博士

學歷：

台灣大學工程科學博士

現職：

1. PV Guider首席顧問

2. 經濟部標準檢驗局CNS國家標準審議委員

3. 工研院量測中心太陽光電實驗室約聘顧問

專長:

• 太陽光電（模組製程、模組與材料檢測驗證、系統與產品規劃設計等）

• 纖維加強複合材料（FRP）、材料力學、結構力學與有限元素分析

• 最佳化設計（基因演算法、田口品質工程等）

經歷

重要經歷Ø主導茂暘能源科技設廠，開發製程與建置內部測試實驗室。Ø設立國內第一個太陽光電檢測實驗室（全球第九個IEC認證太陽光電檢測實驗室）Ø赴德國TÜV進行合作研究，將德國太陽光電檢測技術引進國內。Ø太陽光電相關CNS標準制定（IEC61215、61730、61646、62108…等）

資歷u茂暘能源科技有限公司技術長u經濟部標準檢驗局國家標準審查委員u工研院量測中心太陽光電驗證實驗室顧問u工研院太陽光電中心計畫主持人u國際半導體設備材料產業協會（SEMI）標準委員會Leaderu台灣光電與半導體設備產業協會（TOSEA）講座講師u工業局太陽光電人才培訓課程講師u能源局新能源列車巡迴講座講師u光電科技雜誌太陽能技術趨勢人才培訓課程講師u工研院產業學院光電科技講座講師

簡報目錄

Ø 未來能源的供應趨勢

Ø 太陽光電是什麼

Ø 太陽光電系統的種類

Ø 太陽光電系統在台灣

Ø 未來趨勢

•• 能源能源• 水• 食物• 環境• 貧窮• 恐怖與戰爭• 疾病• 教育• 民主• 人口

石油 天然氣 煤炭 鈾40 年 67 年 192 年 53 年

5

人類未來人類未來 5050年需面對的年需面對的1010大問題大問題

Source: Richard Smalley, Rice University

6

各類再生能源在地球上的潛力

資料來源：Solar Meets the Peak Oil Challenge, Ron Swenson, Solar 2006, July 2006.

7

供應美國電力所需安裝PV系統的面積

資料來源：PV: Meeting the Terawatt Challenge, Harry Atwater, Caltech, ENIC June 24, 2006.

供應全球能源所需面積

700km700km

9

全球主要能源需求預測

太陽每天照射到地表的能量，超過全人類太陽每天照射到地表的能量，超過全人類2727~~3030年的能源需求！年的能源需求！

Source： German Advisory Council on Global Change, 2003

全球PV年安裝量

Source: EPIA report

電流

11

太陽光電(Photovoltaic, PV)是什麼？

Ø太陽光電 = 光 + 電 (Photovoltaic = Photon + Voltaic)

Ø將太陽能量轉變為電能(Electricity)

Ø太陽光使得矽太陽電池產生直流電 (Direct Current, DC)

Ø在陰天時也可以發電(20~50%的最大輸出量)

太陽熱能非

太陽光電

聚光型熱電系統(CSP)

Concentrated Solar Power

太陽光電系統種類

以電力連結形式分類

獨立型太陽光電系統 併聯型太陽光電系統

太陽光電系統的種類-防災型

防災型是獨立型與併聯型太陽光電系統的混合型，系統平日併聯賣電 ，供電失常時由蓄電池放電做為緊急電源

蓄電池

獨立型（數W~3kW等級）

Ø 獨立型系統需要配置蓄電池及充放電控制器，以供交流電設備使用，系統產生的直流電也可以直接供應直流電設備。

Ø 多應用在沒有市電供應的家戶或戶外小型偵測設備（如氣象站、停車計費器、緊急電話中繼站等）。

混合型（數十kW~數百kW等級）

Ø 該系統是以太陽光電(或其他再生能源)為主要供電源，再配合傳統發電機或市電系統來達到數十千瓦到數百千瓦的供電電網，供給市電不穩地區穩定的電源。

Ø 可與其他再生能源或市電網路進行模塊式的擴充。系統可供應數十kW到數百kW不等的電力。

用戶端

電網

InverterElectrcity Meter

屋頂上外加系統

屋頂整合系統

透明帷幕

不透明帷幕

遮陽棚

牆面外加

Graphic byPilkington Solar International GmbH

以應用形式分類

家戶屋頂用（併聯標準型1-10kWp）

Ø 選擇適當設置地點，太陽電池組列設置地點應日照良好， 組列架設角度以朝正南傾，其傾斜角與所在之緯度接近為佳，同時應避免有長時間蔭影遮蔽之狀況。

Ø 若選用單晶矽或多晶矽太陽電池，1kWp的系統約需要10平方公尺的面積，若選用非晶矽太陽電池，每一峰瓩設置約需再乘以1.5~2倍之土地面積。

Ø 以台灣地區日照量，平均每戶需裝設置3~4kWp，即足以供需平衡。但在併網且有購電補助時，不需考慮供需平衡。

大面積屋頂應用

Ø 若選用單晶矽或多晶矽太陽電池，1kWp的系統約需要10平方公尺的面積，若選用非晶矽太陽電池，每一峰瓩設置約需再乘以1.5~2倍之土地面積。

Ø 多應用在：倉庫、工廠、學校等屋頂

大型電廠

Ø 設置土地面積需求，若選用單晶矽或多晶矽太陽電池，每設置1kWp約需使用15~20平方公尺左右的土地面積（考慮前後陣列間留設走道與避免遮蔭），若選用非晶矽太陽電池，每1kWp設置約需再乘以1.5~2倍的土地面積。

Ø 多選擇長期未有特定使用的土地：包括廢機場、廢礦坑、垃圾掩埋場等

建材一體型

Ø 取代原有建材整合在屋頂、玻璃帷幕、遮陽棚、排水帷幕等。

Ø 藉由調整太陽能晶片間距，便可依建築物裝設位置的個別需求而改變透光性，兼備美觀與產電功能。

太陽光電之其他應用

23

國內太陽光電現況

25

矽晶太陽光電產業全貌

中 游 下 游

PolyPoly--SiliconSilicon IngotIngot Solar CellSolar Cell PV ModulePV Module PV SystemPV System

材料 元件/零組件 系統

Poly-Silicon

Ingot Wafer Cell

Module

WaferWafer

Ingot

Wafer Cell

Module

system

多晶

單晶

上 游

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多晶矽原料

矽晶錠&矽晶片 太陽電池 模組 系統安裝

&周邊

太陽電池級多晶矽 單晶、多晶矽

晶片製造

結晶矽太陽電池－單晶矽、多晶矽、砷化鎵薄膜太陽電池－SiGe, SiC, CdS, CdTe,CIS、微晶矽、低溫多晶矽、色素增感、有機系、Carbon系…

光電模組

PV系統－電流轉換器……PV 系統安裝PV 產品

中美矽晶綠能科技合晶科技旺矽科技統懋半導體峰毅光電

茂迪、益通、旺能、昱晶、新日光、昇陽光電、茂矽、太陽光電、科冠、太極能源、友達

系統電子、伸浦、飛瑞、全漢、華城、碩升、茂迪、冠宇宙、中國電器、東城科技、興達科技、永炬光電、中興電工、太陽動力、夏普光電、京瓷、鼎鼎、能率、強而青、永旭能源、奈米龍科技、恆聚、統昱、台達電、傳典、台邦、羅森國際、金華成金屬….

產業鏈

國內相關廠商

建築建築

產業產業

BIPVBIPV

台灣太陽光電產業鏈分佈概況

福聚 日光能頂晶知光能源立碁光電英懋達茂晶科技全能科技生耀光電茂暘、科冠綠晁、友達

CIGS:威士通、台積電、新能、綠陽、正峰a-Si:大豐能源、聯相光電、綠能科技、富陽光電、宇通

2012年太陽光電系統躉購費率表

再生能源類別 分類 級距(kW) 101年度費率(元/度)上半年/ 下半年

太陽光電屋頂型

≧1 ~ <10 9.4645/ 9.2510

≧ 10 ~ < 100 8.5394/ 8.3259

≧ 100 ~ < 500 8.1836/ 7.9701

≧ 500 7.3297/ 7.1873

地面型 ≧1 6.9027/ 6.7604

•再生能源發展條例要求台電保證購電20年•經費來自再生能源基金，不是政府補助•無安裝補助

PV系統效益計算

u裝置容量：3 kWp

u裝置成本：20萬

u預估每kWp年發電量：約1,350度

u預估年總發電量：約4050度

u平均發電成本：2.47NT/度

u每度電售價：9.4645元

u預估年發電所得：約3.8331萬元

u投資回收年限：5.2年

u預估20年發電所得：約69萬元 (假設系統發電年衰減量1%)

u平均年報酬率：6.39% (vs定存利率1.43%)

太陽光電系統的優點

Ø太陽光電系統完全沒有噪音、水、空氣與輻射污染的問題，是最清潔的能源

Ø安裝後不需特別保養，維護成本低

Ø家戶型太陽光電系統分散式供電，可減少電力輸送與變壓時的損耗。

Ø分散式發電系統也分散風險

Ø太陽光電系統發電量與台灣用電尖峰相符，可減少夏天尖峰電力備載。

Ø保證收購電力20年，投資報酬率高又穩定

Ø太陽光電系統兼具有屋頂隔熱、減緩屋頂漏水等好處

A. 具有合法土地與建物產權的自用住宅。

B. 裝設地點日照良好，無遮蔭問題。

裝設家戶屋頂型太陽光電系統的條件

太陽光電小常識:A. 以台灣地區日照量，平均每戶裝設3~4kWp，即可供需平衡

B. 太陽能系統發的每一度電都可賣給台電，不是餘電回售，所以不需考慮供需平衡

C. 若選用多晶矽太陽電池，1kWp的系統約需要10平方公尺(3坪)的面積。

品質問題預防與解決

31

腐蝕案例

強度不足案例

脫層

Hot Spot

35

接線盒

36

發電過低案例

太陽光電的未來

39

(a) Schottky junction type (organic/metal)(b) Organic heterojunction (two-layer) type(c) Donor/acceptor composite film (one-layer) type(d) Molecular device type

Single crystalline(sc-Si)

Polycrystalline(poly-Si)

µc-Si

a-Si/µc-Si

Wet type

Solid type

Crystalline(Bulk)

HIT

Amorphous(a-Si)

Microcrystalline(µ c-Si)

Bulk(Heterojunction with intrinsic thin-layer)

(Si, Si Alloy, Sige, SiC, etc.)

Thin FilmSingle

Crystalline

Polycrystalline

(GaAs type, etc.)

(CuInSe2, CuInGaSe2,CdS, CdTe, etc.)

Silicon(Si) type

Compound type

Organic type

Dye-sensitized

Thin film(Solid type)

Solar cells

Already commercializedPartially commercializedUnder development

Source :KRI Report No. 8: Solar Cells, February 2005

各種太陽電池

40資料來源：“Renewable Energy Technologies”, Lisa Frantzis, Navigant Consulting, Inc.(2005/06)

國際太陽電池技術發展現況

目前轉換效率

17-18%(單晶)16-17%(多晶)Phase out

20%(單面)>20%

26~40%10~12%(Tandem)8~10%(非晶矽)

7~8%(Compound)5~10%

4~8%

41Source: NREL

Wafer Thickness

42

u Si price reduction L

uWafer & cell handling L

u Cell Efficiency L

u Interconnect/ encapsulation technologies L

International Technology Roadmap for Photovoltaic (ITRPV.net), 2nd Edition March/2011

Anti-Reflection Glass

43

u AR glass is already used in mass production in 2011 Ju Optical problems Lu No guarantee Lu Handling difficulty L

International Technology Roadmap for Photovoltaic (ITRPV.net), 2nd Edition March/2011

44

Finger Width

International Technology Roadmap for Photovoltaic (ITRPV.net), 2nd Edition March/2011

Section arearemains

uDouble printing is applied in 2011 J

uNot easy for old production lines L

45

Cell Efficiency

For mass production:

uMono: avg 18.3%, max 18.6%

uMulti: avg 17.0%, max 17.6%

International Technology Roadmap for Photovoltaic (ITRPV.net), 2nd Edition March/2011

46

Module Power

u cell efficiency Ju square Mono starting in 2015 Lu mono-like Ju back contact J

International Technology Roadmap for Photovoltaic (ITRPV.net), 2nd Edition March/2011

Trend of output power of 60-cell modules

Square mono

47

N-type wafer

uWafer source J

uWafer cost L

International Technology Roadmap for Photovoltaic (ITRPV.net), 2nd Edition March/2011

48

Solar Cells with N-type Wafer

Source: 25thEU PVSEC, Sun & Wind Energy 11/2010

49

Back Contact Technologies

u Technology J

u Equipment J

u Material L

International Technology Roadmap for Photovoltaic (ITRPV.net), 2nd Edition March/2011

Share of back contact cells

50

Back Contact Technologies

IBC

EWTMWT

51

Mono-like

u Appearance

uWide Efficiency distribution

u Quality still unstable

52

Selective Emitter

uEquipmentJ

uTechnologyJ

uModule material L

PV Roadmap

53

3

Source：PVNET, 2004

Ø Silicon price reduction threatens new technologiesØ Thin film need special application to surviveØ Silicon will stay in mainstream until at lease 2030

54

PV與傳統電力價格比較

全球市場展望

Source: EPIA report

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