第一章 緒論
第一節 前言
第一節 前言
多年來，內政部建築研究所致力於綠建築之研究不遺其力， 1995 年 將建築外殼節能設計 ENVLOAD 納入建築技術規則，1999 年制訂出
「綠建築解說與評估手冊」，以做為我國綠建築的評估依據。另一方面，
為了積極推動綠建築宣導工作，內政部建築研究所也獎勵補助各地方政 府改善屋頂隔熱性能與建築物外殼遮陽計畫；此外，經濟部能委會積極 推動太陽能利用計畫。節約能源與乾淨能源利用之研究遂為綠建築重點 工作之一。
第二節 計劃說明
關於節約能源部分，建築物生命週期日常使用階段重要影響因子「外 遮陽」、「太陽能光電板」等基礎研究數據尚未完備，亟待產官學界更 加努力。尤其，從相關研究數據得知，建築物日常使用階段之能源消費 佔整個建築物生命週期的八成，如何在影響最大的部分亟思節能與改善 對策，顯得特別意義深遠。
太陽能由於具有無污染、無公害之特性，且取之不盡用之不竭，因 此其利用愈來愈受重視。太陽能的利用可分為熱能與光能，其中又以光 電能量轉換項目的應用比重佔最大，如日本 1993 年太陽能應用項目共 177 億日元，而光電能量轉換項目即佔 71 億元；除了日本外，歐美亦 皆相當注重此方向之開發；日本自 1980 年開始發展 3kW 獨立型太陽 能發電系統，同時日本自 1994 年 1 月開始實施住家屋頂裝置光伏系 統獎勵辦法，美國 Carrisa Plain 1984 年亦設立了 3000 kW之集中型系 統。由此可見國際間對太陽能發電之重視。台灣地區用電尖峰時期明顯 是冷氣用電，而冷氣開得越大時，一般而言亦是太陽光越強時，同時也 是太陽電池最大發電量時期，若能將太陽電池所產生之電能直接引入電 力系統，不但可節省蓄電池的費用，多餘的電力還可回售給電力公司，
對電力系統而言亦有疏解尖峰負載的功能。
本研究期望藉由設備館現架設中之太陽光電板探討實際應用於遮陽
來結合於建築效益之初步分析基礎。
本研究的目的在於運用內政部建築研究所性能實驗群之建築外殼 所加設節約能源實驗設備，藉由架設遮陽設備及太陽能光電設備印證及 檢討國內外既有數據之準確性，實驗偵測模型效能，解析預測適合本土 氣候條件下的最大效益值，以作為進一步推廣節約能源之數據基礎。由 於遮陽日常節能之效率，無論是架設座向、方位；光電板板材型式、儲 能系統等數據猶待累積諸多測試研究成果，以為解析應用與推廣之用。
簡言之，遮陽板的設置能夠節約室內空調能源使用，其節能效益具 有示範性意義；光電板能源效率提升、技術開發與成果，足以改善電力 的尖峰用電促使供需平衡，促進能源資開發與再生能源之利用，分析太 陽能發電系統記錄之整年運轉狀態及運轉資料，並加以評估，以了解裝 設太陽能發電系統所能產生的太陽能發電效益，進而評估實際在台灣地 區太陽能發電效益及與建築結合之效益。
第三節 計畫位置
內政部建築研究所（以下簡稱本所）性能實驗群太陽能及外遮陽實 驗設備建置位置，在設備館二樓屋頂平台，地址位於國立成功大學歸仁 校區（台南縣歸仁鄉六甲村中正南路一段2496號）。
第四節 研究內容
一、遮陽板設備
根據成大建研所的研究顯示：以建築物四十年生命週期所排放的總 CO2排放量來評估，在台灣空調型建築物四十年日常耗能量之CO2排放量 幾乎佔有八成以上之比重。「建築物之日常節能對策是一切綠色建築之 母」。過去在世界各國的建築節能法令中，歐美諸先進國均偏重於建築 隔熱保溫的規定，很難適用於亞熱帶的台灣。
我國節能法令，建築外殼耗能量ENVLOAD指標，是為建築物外殼節能 設計的依據。所謂ENVLOAD，即為Envelope Load的簡稱，意指為了維持 健康、舒適的室內熱環境，臨接窗、牆、屋面、開口等外周區空間，在 全年中的冷房顯熱熱負荷量。公式中之L×DH與Mk×IHk兩項變數，就是「內
外溫差」與「日射」所引起的熱流量，是構成空調負荷的最基本因子。
因此，建築外殼的節能設計，只是一種控制外殼「內外溫差熱得的隔熱 性能」和「日射熱得遮陽性能」的技術。
在ENVLOAD公式中，由於日射量變數IHk遠大於溫度差變數DH，因此 建築外殼的遮蔽變數M 對ENVLOAD的影響力，顯然遠比隔熱變數L來得 大，這就是為何外殼遮陽因子遠比隔熱因子重要的原因。
所以本案研究結合建築外殼遮陽之太陽能光電板工程就是所謂建築 節能設計；就是調整遮陽此項外殼變數，符合節能的要求（使ENVLOAD 的計算值下降），並且以太陽能光電系統發電效益之評估為研究重點。
本研究將以去年度架設於性能實驗群設備館外殼之太陽能光電板及遮 陽板，對於「日射熱得遮陽性能」影響設備館空調負荷之效益作實測。
並且將探討太陽能光電板成為建築物帷幕牆形式時，在建築物立面(南 向)之效益。此外也將針對「內外溫差熱得的隔熱性能」，亦即晶片帷 幕牆本身之隔熱性能作測試以了解熱阻係數。
二、太陽能光伏系統設備
「太陽光發電」是最取之不盡的能源，因為全世界所消耗的電力佔 太陽到達地球能量（1.77 10⋅ 12kW）的 0.0003%而已，故以太陽能來發電可 以說是不虞匱乏的。雖然到地面上的能量有些許差異，但地處近赤道的 臺灣為相當具有發展潛力的國家之一。此外，由於光電轉換主要係利用 半導體光伏能量轉換特性，未來，在半導體技術不斷的提昇下，相信未 來的發展更是無可限量。系統本身也因為系統多樣、架設座向與方位呈 現不同效益，在先進國家已將太陽能光電系統結合建築設計，期望與建 築物造型結為一體，而非視為額外附加之設備或只講究效益無視於建築 景觀而已。是故，本計畫響應政府政策於能源利用技術研發應用同時亦 應一併考量城鄉風貌、都市景觀之美學對應，以利後續推廣。
第二章 太陽能光電系統
第一節 太陽能光電系統設備
為兼顧現代的生活品質及環境保護的雙重需求，低污染及低危險性 的「新能量資源」開發是當務之急。未來可代替石油之能源，已有太陽 光發電、燃料電池、風力發電、…等多種資源正進行研究開發，其中「太 陽光發電」是最取之不盡的能源，因為全世界所消耗的電力佔太陽到達 地球能量（1.77 10⋅ 12kW）的 0.0003%而已，故以太陽能來發電可以說是不 虞匱乏的。雖然到地面上的能量有些許差異，但地處近赤道的臺灣為相 當具有發展潛力的國家之一，另一方面，由於光電轉換主要係利用半導 體光伏能量轉換特性，未來，在半導體技術不斷的提昇下，相信未來的 發展更是無可限量。系統主要由四部分組成，太陽能發電模組，整合式 市電並聯與緊急供電直交流電轉換器、電池組及量測分析及監視系統。
太陽能發電模組-太陽光發電之基本原理是將具有某範圍以內（0.7
～0.9 微米）波長的光，照射在半導體內時，會產生負電荷之電子與正 電荷之電洞，而依其本身之特性分別集積於 P 型層區域與 N 型層區域。
因此會有電位差產生，若連接上負載時就會有電流產生，而當光連續照 射時則會連續發電，為系統的電力來源。
整合式市電並聯與緊急供電直交流電轉換器-太陽能發電模組及蓄 電池所產生的電力為直流電(DC)，但一般電器負載所使用的電源卻是交 流電(AC)，因此能源的應用必須依靠電力轉換器來將太陽能板的輸出能 量轉換至一般負載可接受的電力型態，才能廣泛的使用。然而，若以太 陽能發電系統而言，由於太陽能發電模組依日照強度與角度的不同，輸 出的電流電壓也不相同，因此屬於不穩定的電源，如果作為獨立的系統 電源供應，可靠度與穩定度較差，根據外在環境條件的變化，並無法確 保供應負載持續穩定的電力，因此必須藉由電力轉換器來將電力做適當 的型態轉換，在產生電力的使用上，將太陽能發電系統與現有的電力系 統併聯，若供應負載所需電力不足時，由市電補充;供應電力大於負載 所需時，則將多餘的電力回送至市電，這樣不但可將太陽能發電系統的 穩定性提高，也可發揮最高的太陽光能效益。
電池組-當電力系統運作穩定時，太陽能發電系統則須根據外在環境 條件的變化配合電池組而改變其操作模式。太陽能發電系統運作穩定 時，以多餘能量在電池細流充電反饋電力系統。太陽能發電系統發電量 不足時，以電池細流充電供應至指定負載及非臨界負載。夜間時，太陽 能發電系統不產出電力，電池組則處在備載狀態，以防止電力系統故障 時，可即時切入供電。而在電力系統失效或電壓變動超過+10%或-15%
時，太陽能發電系統則配合電池組供電至指定負載。
量測分析及監視系統-量測設置在建築物向南面之太陽能模組，以 便去統計與分析現場實際效益用。
圖一.太陽能發電系統單線圖
第二節 研究方法
一、太陽能光電板部分
1、光伏能量轉換系統是利用太陽電池直接將光的能量轉換為電能輸 出，依系統架設之型態主要可分為兩大類:
（1）獨立型(Stand-Alone System)
此種系統只供應部份獨立的負載，不與電力系統相連，因此需要加裝 蓄電池儲能以供夜晚或陰雨天使用，通常架設於電力系統無法到達之地
此種系統只供應部份獨立的負載，不與電力系統相連，因此需要加裝 蓄電池儲能以供夜晚或陰雨天使用，通常架設於電力系統無法到達之地