綠色電能轉換

1. 綠色電能轉換

2. 目錄 • 綠色電能發展契機 • 綠色電能的種類 • 太陽光電能之發電原理及太陽能板介紹 • 太陽光電能之電氣特性 • 太陽光電能發電系統種類 • 太陽光電能電力轉換器之關鍵技術 • 最大功率追緃法 • 孤島運轉及遮蔽效應 • 太陽電能應用

3. 綠色電能發展契機

4. 石化能源的限制(一) • 世界初級能源消費之結構圖

5. 石化能源的限制(二) • 世界能源資源蘊藏

6. 溫室效應所帶來的氣溫變化(一) • 溫室效應的來源：

7. 溫室效應所帶來的氣溫變化(三) • (1855－1995全球平均地球表面溫度的變化年平均值) (資料來源：WMO,1996)

8. 溫室效應所帶來的氣溫變化(二) （資料來源：IPCC,2001)

9. 氣溫上升所帶來的傷害(一) • 這種溫度快速升溫情況，而全球氣候和生態環境將產生劇烈的變化，包括： 1. 海平面的上升。根據氣候變化政府間專家委員會(IPCC）2001年的評估報告，到2100年氣溫可能再上升1.4至5.8度,在未來的預測上，海平面也因此大約會上升18公分到1公尺之間，平均的海平面將上升了45公分。 (新資料6公尺) 2. 全球氣候變遷，暴雨或乾旱，氣候變的異常，例如熱浪、寒流、颱風、水災或旱災等造更多損害。 3. 土地沙漠化，生態環境改變，動植物生態發生變化大規模的遷移等。

10. 十億美元（以二○○○年幣值為基準） 經濟損失 保險損失 經濟損失趨勢 保險損失趨勢 Source: IPCC, Climate Change 2001 Impacts, Adaptation, and Vulnerability, 2001 氣溫上升所帶來的傷害(二) 4. 因天然災害導致的全球經濟與保險損失是無法評估的。

11. 京都議定書 • 為落實溫室氣體排放管制工作，1997年12月於日本京都舉行聯合國氣候變化綱要公約第三次締約國大會，通過了具有約束效力的京都議定書（Kyoto Protocol），以規範工業國家未來之溫室氣體減量責任。 • 目標：將大氣中溫室氣體的濃度穩定在防止氣候系統受到危險的人為干擾的水平上。這一水平應當在足以使生態系統能夠自然地適應氣候變化、確保糧食生產免受威脅並使經濟發展能夠可持續地進行的時間範圍內實現。

12. 京都議定書的影響(一) • 140個國家批准了溫室氣體減量的國際條約，已開發國家領先減量(共有25國)，在2008到2012年間將六種溫室氣體(主要以二氧化碳為主要)，減至比1990基準年再少5.2%。 • 25國包括：奧地利、比利時、丹麥、芬蘭、法國、德國、希臘、愛爾蘭、義大利、盧森堡、荷蘭、葡萄牙、西班牙、瑞典、英國、澳大利亞、保加利亞、加拿大、日本、立陶宛、摩納哥、紐西蘭、挪威、波蘭、瑞士。

13. 京都議定書的影響(二) • 條約採取「全球總量抑制，國家個別目標」策略，將締約國家分為三類： 第一類：已開發國家必須減量並提供經濟援助及技術轉移。 第二類：東歐經濟轉型國家必須減量。 第三類：發展中國家(包括中國)於第一承諾期間（2008~2012） 並無減量義務。 • 有鑒於此，各國政府把發展可再生能源成為減緩氣候變化的主要途徑，亦是《京都議定書》內的其中一個機制。

14. 京都議定書對我國的影響(一) 1.我國為二氧化碳高排放量國： 我國二氧化碳排放量佔全球1%，全球排名第22。 2.我國二氧化碳排放量成長快速： 我國的二氧化碳排放量由1992年到2002年間成長快速，根據環保署的資料，預估至2020年二氧化碳之排放總量，將由1990年之121百萬公噸提升至461百萬公噸，成長約3.81倍，將與京都議定書規劃之減量目標背道而馳。

15. 京都議定書對我國的影響(二) 3.外貿出口受到衝擊： 台灣的高溫室氣體排放，勢將引起產業競爭效應與國際側目。未來一旦制裁機制出現，外貿出口都可能被要求加入限制溫室氣體排放及提高能源效率標準等以為出口基本要件，而一旦無法達此標準，產品將難以外銷。 4.對我國中小企業之衝擊： 中小企業由於資本額與營業規模較小，在因應政府政策變動時，對於相關資訊的取得與成本的調整均較大企業困難，中小企業所受到的衝擊往住比較大。 (資料來源：經濟部中小企業處)

16. 我國推動再生能源之沿革(一) • 1997年12月，通過「京都議定書」。 • 1998年5月，「全國能源會議」重大宣示，其中: (1)我國積極參予對抗氣候變遷行動，善盡國際社會的責任。 (2)節約能源與使用新能源與淨潔能源為「無悔策略」。 (3)大幅提高汽電共生、再生能源及其他淨潔能源容量。 • 1998年6月，行政院核定之「全國能源會議結論及擬採行措施」中，明訂 2020年再生能源占能源需求比率以3﹪為目標。 • 1999年5月，學者專家完成「新能源與淨潔能源研究開發規劃總報告」，能源會開始執行2000-2004再生能源示範推廣五年計畫。

17. 我國推動再生能源之沿革(二) • 2002年5月，再生能源之推動納入行政院核定之「挑戰2008 :國家發展重點計畫 」。 • 2003年6月，「全國非核家園大會」納入「節能及潔淨能源產業發展政策」。 • 2005年6月，行政院提再生能源發展條例（草案）送立法院審議。 • 2005 10月，成立跨部會的「氣候變遷及京都議定書因應小組」，檢討我國氣候政策與減量措施。 • 2005年12月26日，立法院經濟及能源委員會全體委員會議通過再生能源發展條例(草案)。

18. 再生能源發展條例(草案) • 目地： 為建構完整再生能源發展法制作業環境。

19. 通過之草案相關內容(一) • 第六條條文 ： 電業每年按其不含再生能源發電部分之總發電量，繳交一定金額充作基金，作為再生能源發展之用。 資料來源：立法院第6屆第2會期經濟及能源委員會第11次全體委員會議議事錄

20. 我國再生能源的發展(一) (一)提高自主能源及潔淨能源比例 • 台灣的能源仰賴進口佔98％，為提高國內能源供應的自主性，開發自產能源潛能，減少能源進口量，確保永續發展。 • 再生能源應用在最近幾年成長相當快速，從223萬瓩增加到254萬瓩成長了13.9％（1999年到2003年之間）。 • 期望能於2025 年達到自主能源比例4~6%。

21. 我國再生能源的發展(二) (二)推廣我國再生能源發展 再生能源發展目標

22. 我國再生能源的發展(三) • 我國規劃中長期(2010~2020)再生能源發電容量配比達12%以上。裝置容量將擴增3倍，達650萬瓩以上 • 太陽能 100 萬瓩以上

23. 綠色能源的種類

24. 再生能源種類 • 太陽能 • 風力 • 小水力 • 地熱能 • 生質能

25. 再生能源預測(一) 2045 • Advanced Coal (45.8%)------- Advanced Coal (8.4%) • Nuclear (20.3%)------- Nuclear (7.2%) • Hydro (15.5%)------- Hydro (14.5%) • Wind (14.8%)---------------- Wind (13,3%) • Bioenergy ( 2.4%)--------------- Bioenergy(8.4%) • NGCC ( 1.2%) • Fuel Cell -------------------------Fuel cell (30,1%) • PV+PVH2--------------------------PV+PVH2(18.1%)

26. 再生能源預測(二) • 2004-----1MW • 2010-----21MW • 2020-----1000MW(能源局舊預估2025-650MW)

27. 風力發電(一) • 全球風力發電總裝置容量已近25,000 MW，年發電量逾500億度，估計約可供應全球1,400萬戶家庭之用電。 全球風力發電裝置容量成長圖

28. 風力發電(二) Vestas V47-660 風力機結構 1. 葉片 8. 油溫冷卻器 15. 轉向控制 2. 葉輪輪轂 9. 萬向接軸 16. 齒輪箱支撐桿 3. 葉片軸承 10. 主發電機 17. 轉向齒輪盤 4. 主傳動軸 11. 維修用小吊車 18. 轉向齒輪 5. 副發電機 12. 旋角控制桿 19. 塔頂控制單元 6. 齒輪箱 13. 機組座架 20. 油壓控制單元 7. 碟式煞車 14. 塔架

29. 太陽光電(一) • 太陽光電於最近幾年之成長快速，近三年全球市場每年成長近40%，於2000年之銷售量為287 MW，至2001年則為390 MW。 2002—561MW, 2003-744MW, 2004 more than 1195 MW.預估2035-140000MW 主要國家歷年太陽電池市場銷售量 (單位：MW)

30. 太陽光電能之發電原理及太陽板介紹

31. 太陽能發電簡介 • 太陽能電池(photovoltaic,PV)乃是利用太陽的光能，照射太陽能電池板後轉換成直流電力，再經電力轉換器轉換成需用的直流或交流電壓形式使用。 • 就促進能源種類與來源多元化及永久性能源的觀點而言，太陽光電能是除了石化燃料、水力及核能發電之外，最具潛力值得全力開發的新能源；它不僅取之不盡用之不竭，而且沒有環境污染的問題。 • 台灣位於亞熱帶地區，太陽輻射能超過每平方公尺3000千卡。對於大陽能板的架設是非常合適的國家。

32. 太陽能發電原理

33. 太陽能電池材料(一) 資料來源：太陽光電資訊網

34. 太陽能電池材料(二) • 單晶矽 又稱為單結晶、晶圓型。製程貴，發電量佳， 礙於晶圓型式，多半截圓型或圓弧造型，舖設時面積上無法達到最大利用及吸收。 • 多晶矽 又稱為多結晶。製程上較便宜，發電量略遜單晶矽，可截為正方形，舖設時可達到最大面積利用及吸收。其晶狀分佈，具有藝術效果，可為建築物外觀加分。另外，雖其結理易造成碎裂，但晶體可再利用做為項鍊等裝飾品。 • 非晶矽(可撓式) 成本便宜，發電率較差，且容易造成裂質化。但由於可直接鍍在玻璃及塑膠上面，與建築物可做最佳結合。除可做太陽光電系統發電用，室內型民生消費品也常見其應用，如：電子計算機、搖頭娃娃、玩具等。

35. 材料 理論轉 換效率 實際轉換效率 耐用性 成本 用途 單晶矽 25-30% 34%集光型 24%(實驗室級) 14-17%(商業用) 佳 高 太空電力中央發電系統 獨立電源少數民生用品 多晶矽 20% 17.7%(實驗室) 11-14%(商業用) 佳 中 獨立電源少數民生用品 III-V族 GaAs-lnP等 35% 27.8%(實驗室) 佳 極高 太空電力 薄 膜 太 陽 電 池 非晶矽 15% 13.5%(實驗室) 5-7%(商業用) 低 獨立電源少數民生用品 III-V族 17-18% 15.8%(實驗室) 佳 低 獨立電源 少數民生用品 材料之比較

36. 常見太陽能電池模板 資料來源：太陽光電資訊網

37. + - 太陽能電池模組基本結構 太陽電池模板接線 太陽電池模板外觀

38. 太陽電池模板之規格範例

39. 太陽光電能之電氣特性

40. 太陽能電池之等效電路模型 • 太陽能電池，基本上是一p-n接面二極體，在上、下面皆有引出電極網，因此有接觸電阻效應。 • 電極與接面間存在漏電流，因其具有非線性之特性，故通常將它視為一個電流源。

41. ：太陽能電池的飽和電流 ：太陽能電池輸出電流 ：介電常數（1~2之間） ：太陽能電池輸出電壓 ：載子電荷量 ：為矽內部電阻與電極部 　電阻等之串聯電阻 ：光所產生的電流 ：凱氏溫度為太陽能 　電池所 處的溫度 電流-電壓特性曲線方程式 • 電流-電壓特性曲線方程式，在忽略並聯電阻的情形下的方程式： ：波滋曼常數

42. 電流源 Isc Pm Im Vm Voc 太陽能電池Ｉ－Ｖ特性曲線分析 • 太陽能電池之輸出電流-電壓特性曲線，是藉由變更外部電阻來測定光電流與光電壓而成的。 Voc：開路電壓 Isc：短路電流 Pm：最大輸出功率值 Vm：最大輸出功率時之電壓 Im：最大輸出功率時之電流 *太陽電池開路、短路時皆不會燒毀 電壓源

43. 照度對太陽板之影響 • 不同日照量下的　　　特性曲線圖 。 • 不同日照量下的 特性曲線圖。

44. 溫度對太陽板之影響 • 不同溫度下的　　　　特性曲線圖。 • 不同溫度下的 特性曲線圖。

45. 太陽光電能發電系統種類

46. 太陽光電能獨立型運轉系統 • 定義：使用蓄電池，白天太陽光電系統發電，並供負載及充電，夜間由電池供電，可以自給自足。 • 適用地點：高山、離島、基地台等市電無法到達處。 • 考慮點： 一般充電控制器無 MPPT，搭配蓄電池使發電效能較差。 資料來源：太陽光電資訊網

47. 太陽光電能獨立型運轉系統硬體結構 • 太陽光電能充電機 • 獨立型太陽光電能發電系統

48. 市電併聯型太陽發電系統 • 定義：市電負載併聯，平時與太陽光電系統併聯發電，並供負載，不夠的電由台電供電。好比將市電電力系統當作一個無限大無窮壽命的免費蓄電池。 • 適用地點：電力正常送達之任何地點。 • 系統簡單、不需安全係數設計、維護容易。 具最大功率追蹤(MPPT)，發電效率高。 太陽光之發電能量利用率高 資料來源：太陽光電資訊網

49. 市電併聯型太陽發電系統硬體結構 • 有逆潮流 • 無逆潮流

50. 緊急防災型(獨立/併聯混合型)太陽光電系統 • 定義：換流器(Inverter)具有逆送電功能，同時裝置蓄電池，可操作於併聯模式或獨立模式之太陽光電發電系統。 • 適用地點：有防災需求(照明、汲水、通信….)之公共設施 • 包含兩種系統建置成本較高，系統較複雜 資料來源：太陽光電資訊網