第二章 文獻回顧
2.4 太陽潛能分析與分區
發展 SWHS，與當地的地理條件相關，尤其各區域的太陽潛能，一般 太陽潛能是以全年每平方公尺多少 MJ 為單位來評估，並根據各區的太陽 潛能來分區;例如 Kaldellis et al. (2005)曾根據希臘當地條件，如表 2.3 所 列，依據為太陽潛能年累積值分為七區，但差異並不大，最大與最小相差 只有約 901MJ/m2; Haralambopoulos et al. (1997)亦採用類似分類方式，分為 六區，其太陽潛能之範圍為 6030 MJ/m2至 4810 MJ/m2。
表 2.3. 希臘地區太陽潛能分佈
ZONE A B C D E F G
MJ/m2 >5940 5760-5939 5580-5759 5400-5579 5220-5399 5040-5219 <5039 (整理自 Kaldellis et al.,2005)
台灣地區太陽潛能之分佈，與希臘相比，範圍分佈較大，氣候資料年 報(94 年)指出由最低的蘭嶼(2861.3 MJ/m2)到最高的七股(6272.3 MJ/m2)，其 中有 3411 MJ/m2之差距，太陽潛能差異的原因與各區域日照時數、雲量及 降水量有關，以太陽潛能最低之蘭嶼為例，各測站日照時數最高為恆春 (2303.6 小時)，最低為陽明山鞍部(846.9 小時)，平均為 1715.7 小時，蘭嶼
為 1462.8 小時，為 25 個測站中第 19 位;雲量由多至少排列蘭嶼為第三位；
而降水量則為第六位(中央氣象局，97 年)。因此，討論台灣 SWHS 之發展 時，有必要進行分區討論，並針對不同區域之特性加以分析研究。唯只考 量太陽潛能分區方式，對於執行相關政策並不是很適當，故本研究亦參考 行政區作為分區的依據之一。
此外，雖然為了方便，本研究在分區時仍以傳統的全年太陽總潛能作 為分區依據，但太陽潛能若只考量全年輻射潛能，並不適合用以分析 SWHS 的效益，因一般家用 SWHS 是以儲存一日或少數為二日的熱水量為主，雖 然亦可能儲存三日或更多量，但儲存桶的體積及成本均會較高，不太實 用，也因此，即使某一日有較強的太陽潛能時，亦因無法儲存更多的熱能，
效益不見得較高，例如某二日的太陽潛能很高，若接下來是二天陰雨天，
會比連續四天都有較平均太陽潛能的效益差，本研究因而在依 SWHS 太陽 潛能分析各項效益亦採用日及需求太陽潛能來分析。
2.5 SWHS 發展可行性與適宜性分析
SWHS 的可行性與適用性評估可由許多方面著手，如區域之地理與氣 候特性，以成本效益、民眾熟悉度與政府政策等亦可列為評估之項目。依 據范（89 年）、黃 ( 93 年）鄭（93 年）及 Kaldellis et al. (2004)等文獻，本 研究整理了一些評估項目，如表 2.4 所列，主要分為區域條件、人文結構、
成本效益、獎勵政策及能源分析等五大類，其中對於各類別之因子加以簡 要說明，如區域條件之太陽潛能，社會結構之年收入等。 本研究擬探討 表中所列因子是否適合作為評估台灣發展 SWHS 之適用性，且針對不同分 類應用對象時，做各別之討論分析，以了解各因子用於評估適用性的合宜 程度，並選擇較適當的因子進行評估。本研究因而依太陽潛能、日照天數、
成本效益、回收期、能源價格、政府獎勵比例、年回收熱源，補貼政策及 電力使用結構等來分析 SWHS 適宜性。考量的原因主要包括區域條件、成
本效益、獎勵政策與能源分析。區域條件關係 SWHS 之運作效益，成本效
成本效益分析部分，Alsema (2009)在能源回收期研究上，主要考量生 產及組裝的用電量當依據來計算回收期，以生產太陽能電池與組裝所消耗 總電力 / 每年日照太陽能電池所產生電力來計算太陽能電力回收期，但 這個方式是指"電力"回收期，並不是太陽能設施的真正的回收期，因而得 到頗短的回收期。然而太陽能電池生產原料、生產機具、配送都需要用到 能源，且製造過程也不是只消耗電，且還會有污染及廢棄物，故此用電回 收期並不是頗實用的決策分析依據。Kaldellis et al .(2005)曾分析太陽能加 熱系統在希臘之成本效益，考量投入成本與節省效益，並以現值呈現。以 初始成本與每年之維護成本計算投入成本，節省效益依系統可產生熱能換 算為取代能源之成本。由兩者相比較，可以計算出第 n 年成本效益比，兩 者相等則可求出回收年限。Haralambopoulos et al. (1997)亦採用過類似之回 收期(payback period,PBP)方式，方式如下式
TC i d L C
i d
PBP ln F 1 ln 1 1 (2.5a) 其中 TC 為系統之成本，i 為通貨膨脹率，d 為市場利率，L 為太陽能取代 之能源，CF為傳統能源成本。
蔡(94 年)於計算成本效益上亦有類似做法，將裝置 SWHS 之成本與收 入分為兩部分，包括初始費用與營運收入兩部分，初始費用估算上，需扣 除政府補助款，最後結果分析採用年平均(Annual worth)法計算，並將每年 之維修費用亦列入討論，以初始成本的固定比率估算，所有結果轉換成現 值計算。
除了上述方式，Diakoulaki et al. (2000)則以 B/C ratio 分析 SWHS 的經 濟效益，並說明應考量的參數與因子：
1. 定義相關技術或規格參數 2. 定義成本與利益之因子 3. 計算成本與效益之現值(PV)
4. 量化財務評估之指標 5. 最後階段之敏感性分析
本研究由於不擬增加成本效益分析的複雜性，故並未採 B/C ratio 方 法，但其中部分成本計算方式可供本研究參考。
2.6 SWHS 環境與經濟效益分析
永續發展當前是國際上各國追求的重要目標，因而 SWHS 發展，除了 考量可行性與適宜性之外，更重要的是分析其永續效益。不過，過去的研 究與 SWHS 的永續效益完整分析的相關文獻並不多。故以下主要針對個別 面向回顧相關文獻。
發展 SWHS 與其他綠色能源一樣，主要著眼於環境效益，希望能滅少 非再生能源之使用，降低溫室氣體及減少污染，以期減少全球溫室效應，
Achard et al. (1999)曾以燃油、煤、天然氣等能源產生之熱值與污染物及溫 室氣體列表，除比較不同城市之數值外，也對於 SWHS 替代之能源及其產 生物質表作整理，解釋不同城市的替代效果亦有所差異。 Diakoulaki et al.
(2000)即曾根據各能源使用後，單位能量所產生之污染物比例做整理，指 出太陽能比起非再生能源，可減少 SO2、NOx、TSP 等污染物及顯著減少 排放 CO2。
有關 SWHS 的經濟效益，需要考量投資成本、回收效益、能源價格等 因子，且會受到技術提昇所影響，例如 Haralambopoulos et al. (1997)以 SWHS 可轉換之替代能源分析經濟效益，並依替代能源的不同，而有不同 的轉換係數。Mohsen et al. (1999)以 Analytic Hierarchy Process (AHP)方法 分析比較約旦當地各種熱水系統與 SWHS 的效益。Argiriou et al. (2003) 曾 分析希臘自 1980 至 2000 年家用 SWHS 之投資效益，自 1980 年後投資 SWHS 之成本開始下降，原因為相關技術成熟，但用電單價降低及 discount rate 降低亦會影響使用者採購意願。此外，Diakoulaki et al. (2000)將降低部
分環境衝擊所節省的成本納入經濟效益分析中，此部分亦頗為重要，本研 究因而亦將其納入環境與經濟效益分析中。Kaldellis et al. (2005)則考量各 因素包括集熱器面積大小，單位製造成本，銷售價格等對 SWHS 的經濟效 益影響。郭等(96 年)以應用彈簧式追日裝置改善太陽能系統之效能，淨發 電量約可增加 30.8%。林等(93 年)以採用 XYZ 三軸追日之分析，增加淨發 電量之範圍由 4%至 47%。由於追日型式不同，效率雖較高，但成本亦較 高，目前亦較不普及，故成本效率仍不易評估，本研究因而未直接將追日 型納入評估。
有關社會面向部分，Diakoulaki et al. (2000)曾分析 SWHS 對社會效益 之影響，主要包括 SWHS 產業增加之工作機會，其中新就業人口包含原本 待業人口與轉業之人口，相對的，因 SWHS 是替代傳統產業，故亦有社會 衝擊，為相關傳統產業工作機會減少或改變。雖然這不是分析 SWHS 效益 的主要面向，人力巿場的推估與流動會受到很多因子影響，導致其準確性 不易掌握，因而一般尚不是推廣 SWHS 的主要決策因子，但相關推估有必 要納入考量，以作為輔助決策的參考因子。
第三章 太陽能加熱系統及分區方法
目前已有不少的 SWHS 產品的應用(請參見第二章)，但不同產品在 不同條件下的適用性仍有待探討。本章首先介紹 SWHS 之種類及現況分 析，並討論適用性及如何評選，之後說明分區原則，由於台灣各地區條 件不同，故發展條件不盡相同，故有必要分區分析，並配合行政區界作 調整。
3.1 太陽能加熱系統
SWHS 是目前較成熟之太陽能運用，在電價一再上漲下，預期會更具 誘因促使民眾採用太陽能，且台灣因地處亞熱帶，日照量充沛，有較豐 富之潛力發展太陽能，國內又有能自行生產的太陽能板廠商，但使用率 仍偏低，台灣預估年安裝面積可達 10 萬平方公尺，居全球第 8 位 (經濟 部能源局，94 年)，全球新增安裝太陽能板的量，以中國的市場最大，約 佔總安裝量的 75.3%，再來是歐盟的 11.6%、土耳其的 2.7% (REN21, 2008)；若以單位土地安裝密度來看，台灣可達全球第 3 位，但普及率只 有 4.48%(經濟部能源局，94 年)，1986 年至 2006 年 12 月止太陽能集熱 器國內總安裝面積相當為 155 萬平方公尺。相當能源效益為節省能源為 10.26 萬公秉油當量，若以等效熱含值的液化石油氣(LPG)估算，每公斤 29 元(市價)，則每年可節省約 22.2 億元的 LPG (王等，96 年)。其中安裝 之區域別，南部最高，至 96 年底，佔 53%，中部次之，佔 34％，北部為 12%，東部及離島分別為 1%及 0.2%(張等，97 年)。
3.1.1 簡介
太陽熱能的利用主要是將太陽幅射能接受或聚集，使之轉換成熱能以 供使用。SWHS 是目前台灣主要使用之類型，利用集熱器吸收太陽之輻
射能，經過熱交換後，將水加熱後儲存於裝置中以供使用。由於該系統 建置成本較低，加上政府之補助政策，使得加熱系統與一般民眾之生活 較為貼近。
目前 SWHS 是太陽熱能中，應用較廣泛，最具經濟價值且技術成熟，
應用範圍如圖 3.1 所示，頗為廣泛，包括工廠製程用水預熱，家庭用水，
宿舍、軍隊、泳池、餐廳及醫療院所等，其中家庭用水為目前主要使用 項目，宿舍次之。
圖 3.1. SWHS 應用範例 (摘自 工研院，97 年)
3.1.2 種類
一般而言，SWHS 依其加熱與循環方式可分為自然循環、強制循環及 儲置式等三類(經濟部能源局，97 年)，以下一一說明之。
（1） 自然循環：如圖 3.2 所示，此類是利用冷熱水密度不同，將儲水槽 設於集熱器上，利用冷水比重較大，會下降至集熱器端形成自然循
環的方式將儲水桶內水加熱。此種類較為單純，適合一般家庭。若
環的方式將儲水桶內水加熱。此種類較為單純，適合一般家庭。若