第三章 再生能源於路燈系統之設計與應用
3.5 太陽能光電板
圖3.7 混合型電力能轉換系統示意圖
3.4 獨立型與集中型太陽能路燈之比較
目前常見的太陽能路燈為獨立發電型太陽路燈，其優點主要為獨立電源 不會影響其他系統或受其他系統影響，主要缺點為蓄電池組的價錢偏高也佔 空間，太陽能發電受季節與氣候影響，需將發電功率設計遠大於負載功率，
提高系統供電的時間。
集中供電型路燈與獨立型路燈具有相同優點，最大不同之處主要是針對 供應的負載統一設計發電功率與蓄電容量，並且集中管理與放置系統元件，
具有下列優點：(1) 系統元件集中管理，可以較有效防止元件偷竊或破壞等 問題。(2) 使用傳統路燈燈桿，不需要另外設計路燈，可減少設計與製作的 成本。(3) 整體考慮量系統元件，可以降低元件購置成本。(4) 維護便利。(5) 可推動較大功率的負載。
3.5 太陽能光電板
太陽能光電板主要功能是將光能轉換成電能，這個現象稱之光伏效應，
工作方式如圖3.8所示，當太陽光照射到這P－N 結構時，適當波長的光子能 量可在半導體內產生許多的電子與電洞對，將會減少P-N 接面內部電場，電 子會往上層(N 型)移動，電洞會往下層(P 型)移動，經由外部上、下兩端電 極引出堆積的載子產生電流。
由於太陽能板只要有光的地方即可發電，所以太陽可以作為人類永久性 的能源，石化燃料所產生的有害氣體和廢渣，但是太陽能板發電不會產生污
染，也不會排放出任何對環境不良影響的物質，是一種清潔的能源。但是目 前太陽能發電量受陽光能量的強弱、天候的變化與夜晚等因素影響，導致供 電不穩定，必須使用儲電裝置保存電力，將會增加設置的成本。雖然太陽能 能量巨大，但是從太空照射至地球時將會將能量分散，這時的能源密度太 低，必須利用相當大面積的太陽能板才能收集到足夠的功率，加上太陽能板 的轉換效率仍不理想，以至於造成太高的太陽能發電成本。
目前市面上最常使用的太陽能光電板有單晶矽太陽能光電板(mono or single crystalline silicon，mono-Si)、多晶矽太陽能光電板(poly or multi crystalline silicon，multi-Si)及非晶矽太陽能光電板(amorphous silicon，a-Si) 三種，單晶矽太陽電池以高純的單晶矽棒為原料，純度要求99.999％，故其 製作成本較高，但其光電轉換效率為15％左右，實驗室成果也有20％以上的 是目前三種太陽能光電板中轉換效率最高，但是單晶電池製作成本高，而多 晶矽太陽電池雖然光電轉換效率只有12％左右，稍低於單晶電池，但其製作 方式較簡單，總生產成本較單晶電池低許多，因此得到大量發展。而非晶矽 太陽電池是1976年有出現的新型薄膜式太陽電池，它與單晶矽和多晶矽太陽 電池的製作方法完全不同，矽材料消耗很少，可以輕易做出大面積之太陽能 光電板，電耗更低，製作成本便宜，優點非常吸引人，但是目前非晶矽太陽 電池存在的問題是光電轉換效率只有6~9%，相對於其他太陽能光電板偏低 許多，若能提高其能源效率，其將促進太陽能利用之發展，以往非晶太陽能 光電板多用於室內，如太陽能計算機、太陽能手錶等產品，因為非晶矽太陽 能光電板對太陽光照條件要求比較低，近幾年在光電材料及製程的大幅進展 下，已經有可應用於室外之大瓦數非晶矽太陽能光電板，其各類太陽能光電 板的優點、缺點與發展方向如表3.6所示。圖3.9與圖3.10為太陽能光譜響應 與各種太陽能板的光譜響應，在此引用Field[40]對於各種太陽能板的光譜響 應量測結果比較單晶矽、多晶矽與非晶矽太陽能板在太陽能光波長範圍的轉
換功率影響，由於單晶矽太陽能板的吸光波長範圍廣，所以可以轉換較多的 能源，太陽能光譜響應最強的範圍為可見光範圍，其次為多晶矽太陽能板，
最後為非晶矽太陽能板。
在選用不同太陽能電池時除了轉換效率、成本及體積的綜合考量下，常 常忽略工作溫度對太陽能電池的影響。一般單晶矽太陽能電池會隨著周遭環 境溫度的提升，而造成電力損失的增加，單晶矽太陽能模板熱溫度係數較非 晶矽來得高，當模組溫度在70oC時，單晶矽輸出功率約會有20%的衰減，而 非晶矽約只有10%的衰減[30, 31]，相同的額定功率太陽能板，非晶矽太陽能 電池在夏季高溫操作條下可能產生較高的輸出功率，而且非晶矽太陽能板不 但可以接收直接的太陽光照射，也可以接收散射的太陽光，價格也相對較便 宜。綜合成本與工作環境，系統使用的發電功率大約為300W太陽能光電板，
選用2 片由日本Kyocera 公司生產的50 瓦的多晶矽太陽能板(KC50T)、2 片 由台灣大豐能源公司生產的50 瓦的非晶矽太陽能板(SM-50WB)與1片由日 本Kaneka公司生產的55 瓦非晶矽太陽能板來做為未來更大規模的設置評估 依據。圖3.11為本系統所使用的太陽能光電板，表3.7至表3.9為太陽能板的 規格表。
圖 3.8 太陽能光電板發電原理
圖3.9 太陽光譜響應[39]
圖3.10 各種太陽能板光譜響應圖[40]
(a) Kyocera多晶太陽能板 (b)大豐非晶太陽能板
(c) Kaneka非晶太陽能板
a-Si cell
非晶矽電池為目前成本最 hetero 接面之太陽電池。
製作成本較高。
1. 新材料的製造。
2. 新結構。
3. 低成本化。
4. multi-junction。
表3.7 Kyocera多晶太陽能板規格表 Nominal Power (W) 54.0 Open Circuit Voltage (V) 21.7 Short Circuit Current (A) 3.31 Maximum Power Voltage (V) 17.4 Maximum Power Current (A) 3.11
Dimensions (mm) L639xW652xD45 表3.8 大豐非晶太陽能板規格表
Nominal Power (W) 50 Open Circuit Voltage (V) 25.0 Short Circuit Current (A) 3.4 Maximum Power Voltage (V) 17 Maximum Power Current (A) 3.0
Dimensions (mm) L1502xW760xD40 表3.9 Kaneka非晶太陽能板規格表
Nominal Power (W) 55.0 Open Circuit Voltage (V) 23.0 Short Circuit Current (A) 4.68 Maximum Power Voltage (V) 16.5 Maximum Power Current (A) 3.33
Dimensions (mm) L990xW990xD40