第一節 太陽光電模組結合建築物之能源效益評估與設計工法
由於氣候變遷與化石燃料價格的上漲，使得世界各國開始增加再生能源的使 用比例，尤其是太陽能設置容量則是不斷的再增加，如圖 3-1 所示[3]。圖中顯示 2006 年之後全世界的太陽光電設置容量開始有很明顯的增加，於 2012 年的時候 已經超過 100GW。太陽光電的製造與設置成本，亦隨著設計與生產能力的提升 而使得價格逐年降低。1980 年以來，太陽光電模組產生每瓦特的成本從 30 美元 減少至 3 美元。圖 3-2 顯示太陽光電模組從 1975 年到 2005 年的全球產量與發電 成本。太陽光電模組的安裝成本也由 1992 年的 16,000 美元/千瓦減低到 2008 年 的 6000 美元/千瓦。雖然太陽光電模組的生產成本有逐漸減低的趨勢，但仍有發 電效率偏低的問題存在[4]。
圖 3-1 全球太陽光電設置容量
(資料來源：見株式会社インターリスク総研, 太陽光発電の事故リス
ク, (災害リスク情報第 60 号, 2014.))
圖 3-2 近 30 年全球太陽光電模組產量及發電成本
(資料來源：F. Azadian, M. A. M. Radzi, A general approach toward building integrated photo voltaic systems and its implementation barriers: A review, (Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol.22, pp. 527~538, 2013.))
近年來太陽能發電產業在中國迅速發展，從 2000 年產量僅為 3 兆瓦增加至 2009 年的 4382 兆瓦，在這期間中國的年均增長率約高達 191.3%。此外，中國的 太陽光電發展趨勢如圖 3-3 所示[5]。
圖 3-3 中國的太陽光電發展趨勢
( 資 料 來 源 ： C. Peng, Y. Huang, Z. Wu, Building-integrated
photovoltaics (BIPV) in architectural design in China, (Energy and
Buildings, Vol.43, pp. 3592~3598, 2011.))
雖然全球太陽光電設置容量有逐年增加的趨勢，但裝設太陽光電模組或設置 容量增加的同時，該裝設的支出費用以及回收年限亦是相當重要的參考指標。因 此目前有研究是以能量回饋期的方式來進行評估，而能量回饋期便是太陽光電模 組需要要花費多長的時間來回饋補償製造的能量。此外，熱源與散熱的問題亦是 會影響到太陽光電模組的效率、模組結構性能與使用壽命…等問題。
一個在瑞士以十二個小型太陽光電模組的生命週期分析（LCA）研究可知，
每個有 3 千瓦的能力，其中單晶矽的能量回饋期是 4~6 年，而多晶矽則是 3.5〜
4.5 年，然而太陽光電模組的發電能力則是受到地形、氣候或日照…等多重因素 的影響而有所改變。因此在德國的能量回饋期則是 5.6~6.1 年(單晶矽)或約 4.5 年 (多晶矽)，詳細如圖 3-4 所示[6]。
圖 3-4 太陽光電模組的能量回饋期(德國)
(資料來源：B. P. Jelle, C. Breivik, H. D. Røkenes, Building integrated photo voltaic products : A state-of-the-art review and future research opportunities, (Solar Energy Materials and Solar Cells, Vol.100, pp.
69~96, 2012.))
圖 3-5 顯示阿拉伯聯合大公國(UAE)在 Al-ain, Abu Dhabi, Dubai 三個城市各 別太陽光電帷幕牆的電力輸出情形，由圖 3-5 的數據顯示 Al-ain, Abu Dhabi, Dubai 此三個城市的太陽光電模組均是面向南方或西方會有較佳的電力輸出[7]。
圖 3-5 太陽光電帷幕牆的電力輸出(Al-ain, Abu Dhabi, Dubai) ( 資 料 來 源 ： H. Radhi, Energy analysis of facade-integrated photovoltaic systems applied to UAE commercial buildings, (Solar Energy, Vol.84, pp. 2009~2021, 2010.))
現今太陽光電設施除了大型發電廠之外，另有將太陽光電模組與建築物相互 結合的設計方式，藉由太陽光電模組可自行發電的能力來提供建築物所需的電 力，目前的設計方式如圖 3-6 所示[8]。
圖 3-6 建築物結合太陽光電模組之設計手法
(資料來源：太陽光発電設備に係る防火安全対策の検討結果, (東京
消防庁, 2014.))
太陽光電模組結合建築物的設計重點分別在於屋頂、牆與其它類，其實際設 置影像與施工相片則如圖 3-7 至圖 3-9 所示[8]，而這些設計的方式又可將其區分 為建築附著型 (Building Attached Photovoltaic; BAPV)與建材一體型 (Building Integrated Photovoltaics; BIPV)這兩種方式。建築附著型(BAPV)泛指太陽光電模 組附著在建築物的外牆上，模組本身獨立存在並不為建築物的一部份；例如圖 3-7 當中的「(1)屋頂安裝：傾斜式屋頂類型，平屋頂型」以及圖 3-4 當中的「牆：
壁掛式。」
建材一體型(BIPV)則為建築物與太陽光電模組的集合，在建築物外圍結構表 面安裝建築材料形式的太陽光電模組，因此建材一體型(BIPV)太陽光電模組本身 是一種建築材料。如圖 3-7 當中的「(2)屋頂建材型：屋頂建材一體型，牆：牆體 建材類型」