第一章 緒論
第一節 前言
第一章 緒 論
第一節 前言
1-1.1 建築整合型太陽能光電系統之研究興起
回顧100年間人類文明使用能源的歷史，人類正在消耗地球累積50萬年的有 限能源（化石燃料）。能源使用雖然釋放了極大的生產力，但同時也敲響了能源 枯竭的警鐘。根據研究顯示，人類已知的石油儲存剩餘40多年、天然氣60餘年、
煤大約200年存量。因此，開發再生能源以取代舊有化石燃料已是刻不容緩的國 際研究議題。由於太陽能具有無污染、無公害，且具有取之不盡、用之不竭特性，
所以適合被用來取代舊有化石燃料的乾淨能源之一。
太陽能的利用可分為熱能與光能兩種能量形式，其中又以光電能量轉換的應 用比重佔最大，此方式是利用特殊的半導體材料，製造出太陽電池，太陽電池經 由光線照射後，把光能直接轉換成電能。近年來，由於半導體工業的蓬勃發展，
使得製作太陽電池的技術快速進步，製造成本亦逐漸降低，預計在未來的電力結 構中必然占有一席重要地位。
太陽能產業的發展，以德日發展較為先進，美英亦不遑多讓。德國的太陽能 發展起步甚早，尤其在2000 年實施再生能源法（Renewable Energies Laws，德 文縮寫為 EEG）舉足輕重，促使太陽能科技產業蓬勃發展。位於亞洲地區的日 本，1989 年由政府率先建立規範制度，接著在 1994 年開始實施獎助辦法，每戶 3 千瓦的「與市電並聯型太陽電池發電系統」，政府補助50％（逐年遞減）。據統 計，從1994 年裝置戶數 539 戶，發電量 1.8 百萬瓦，到 1999 年的裝置戶數已超 過18000 戶，總發電量也超過 60 百萬瓦，到了 2003 年時，裝置的戶數達到十萬 戶，總發電量達100 百萬瓦。在美國 1984 年的 Carrisa Plain，設立了 3000 kW 之集中型系統，奠定了里程碑。1997 年克林頓總統宣佈了太陽能百萬屋頂計畫，
預計到2010 年在國內建造 100 萬座太陽能屋頂，該計畫完成後每年可以減少排 放的二氧化碳相當於85 萬輛汽車的排放量。此外位於我國南邊臨邦的菲律賓，
由西班牙政府與英國的太陽能公司（BP Solar）和菲律賓政府三方簽署協議，斥 資四千八百萬美元，在菲律賓南部地區一百五十個村落建構太陽能電源計畫。由 此可見國際間對於太陽能產業發展之重視。
1-1.2 建築整合型太陽能光電系統之核心價值
由於人類過去不當的建築能源消費觀念，一直以「持續的生產來解決持續的 消費」，讓世界提早面臨化石燃料枯竭的危機。隨之興起的再生能源的研究、投 資及應用，不應重蹈在電力不夠用時，就生產更多電力來消費的「惡性循環
（vicious circle）」覆轍。因此國際上對於 BIPV 發展的核心價值在於建築〝生命 週期能源消費〞之設計與評估的觀念，唯有先落實「節約能源」再談開發「再生 能源」，以免墮入永無止盡的電力消費世界。簡言之，「BIPV 的先決條件在於節 約能源的設計（Low-energy design, the prerequisite to BIPV）」（Deo Prasad, 2006）， 這正是建築結合太陽光電之核心價值所在。
1-1.3 國內建築整合型太陽能光電系統之發展
目前國內「太陽能光電設備」（大多不足以稱之為 BIPV）推廣風潮多不以 節約能源為設計首要考量，設置目的可能為了宣示高科技、展現建築造型，或是 為了更加消費電力而擴張發電，影響所及，恐將誤導民眾以為太陽能發電足以解 決建築物能源短缺問題。
就提高能源替代率（再生能源與傳統能源之比）的觀點而言，單純提高再生 能源之比率（提高分子）遠不及以節約能源來得有效（降低分母）。例如位於台 南科學園區的台達電子，是2006 年得到國家綠建築認證的廠辦，在設計得宜的 外殼計畫下，其辦公室的耗電密度為 97 度/m2，比標準辦公室 148 度/m2節能 34.5%。而其在屋頂上設置的太陽能光電板（設備容量 21.6kW）發電替代率僅 為1%。
1-1.4 國際建築整合型太陽能光電系統之發展
國際上知名的BIPV 案例多為整合多重目標的案例。BIPV 的設計程序，
首重預前評估建築物能源的合理需求量，並依據當地氣候條件進行再生能源 與傳統能源（conventional energy）的規劃。BIPV 可能效益如下：
(一) 建材減量效益：在建築外殼有利位置藉由太陽光電板取代建築材料（例 如帷幕牆、頂棚），減少建築材料的使用，也等同於降低建築物二氧化碳 的排放量。
(二) 外殼遮陽效益：太陽能晶片的構造本體具有遮蔽陽光的效果，因此阻擋 太陽輻射熱進入室內，於是產生了降低室內空調熱負荷的效益。同時對於
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(三) 溫室暖房效益：太陽能光電板的玻璃構造型式，可以設計選用陽光波長 而形成溫室，在空調暖房需求多的地區，成為降低室內暖房負荷的誘導式 設計之一。
(四) 其他節能效益：為了增進發電效益，結合通風、聚光、功率追蹤等方式 以提高發電量，除了可以降低建築物本身對於傳統電力之依賴度，也可作 為其他誘導式設計之電力來源（例如通風換氣設計之備載電力來源）。 1-1.5 內政部建築研究所性能實驗中心 BIPV 之教育示範意義
本所91 年度建置的性能實驗中心（Performance Experiment Center, PEC）位 於台南縣歸仁鄉，太陽能及外遮陽實驗設備建構於設備館平屋頂上方，並向建築 物南側出挑形成遮陽（圖1-1 及圖 1-2）。太陽電池（cell）部分，設置有三種不 同晶矽系統（單晶矽、多晶矽及非晶矽），裝置容量共計30kW，面積約為 350m2； 遮陽板部分，設置穿孔金屬板，面積約為180m2。這個實驗系統，在國內外均屬 大型個案實驗示範系統，因此節能成效深受各界矚目與期待。
PEC 太陽能實驗系統建置完成後，進行了關於 BIPV 之「建築外遮陽與光電 板實驗設備品管計畫」、「太陽能光電板系統結合建築外殼效益分析」、「太陽能設 計用標準氣象資料與相關檢測規範」及「建築物建置太陽能光電最佳化設計模型」
等研究計畫，BIPV 研究成果相當豐碩。然而在整體闡述 BIPV 之效益上缺乏整 合，影響所及，減低了研究成果向建築界教育示範的價值。因此亟待投入關於歷 年研究案之成果彙整與綜合效益之研究，以利後續宣導教育工作。
圖1-1 建置設計階段之日照行徑模擬
圖1-2 建置完成之現場照片
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