第四章 既有建築案例之選擇與案例分析
4.1 既有建築物建置環境之考量與介紹
本研究根據台灣科技大學，尤怡婷之論文文獻[16]，將太陽光電整合於建築物影 響的因素整理分析並分類成環境、太陽光電、建築三個所需考量面向，並加入薄膜型 太陽能光電簡述之：
一、環境面向：
太陽能光電建置地點與環境面向有相當程度之影響，就以下幾點敘述:
(一)陰影遮蔽
山影、樹影、建築物、屋頂、煙囪、招牌、電線桿、塔等的陰影若在太 陽能模組上皆會使發電量降低，且依據陰影狀態，可能會發生的局部發熱現 象。所以在設置太陽光電時應調查是否會受到週邊建物或樹木落葉等障礙物 的影響大小，其次也要調查砂塵等是否會堆積等問題。
(二)有無鹽害、公害
若設置於海岸附近必頇調查有無鹽害或鏽蝕狀況。有鹽的地區，會藉由 異種金屬接觸，產生明顯的接觸腐蝕，因此，在異種金屬間必頇使用絕緣物 等對策。暴露在大氣中的屋外配電設備，常因鹽分的侵蝕而污損，為減少鹽 害事故，配電線路除應加強定期性或不定期性維護工作外，應視區域之鹽害 程度，設計適當的防鹽設施。
(三)自然災害
預定設置場地若比周圍低時，豪雨、颱風時、排水不良會不會因而積水。
倘若附近河川犯濫的話，太陽光電陣列會不會有被淹沒的問題。
(四)有無鳥糞的危害
因為鳥糞中有油，附著乾燥後，遇雨不易溶解，會成為受光障礙區。調 查周邊建物屋上或地上有無鴿子、烏鴉、其他野鳥的糞附著，以及附近有無 樹木、森林等周邊狀況。
(五)地理區位
依照台灣的日照率所分區其不同緯度、海拔高度等影響其日射量多寡。
以北半球地區而言太陽光電的最佳發電效率傾角理論值是由所在位置的緯度 來推算，其方位是面向南方。在高緯度地區，外牆傾斜角在冬季比在屋頂上 的水帄安裝方式更有效率。反之，在低緯度地區，牆面安裝光電池模板效率
將會相對降低。以薄膜型太陽能光電而言，模組角度最大可垂直裝設，只要 有光線皆可吸收太陽能光譜發電，角度考慮問題較小。
(六)風力
當風速較大且對流又旺盛時，空氣中的懸浮微粒較少則空氣品質較佳，
使得日射量相對較大；反之。但若是突然受到強風吹襲，此時空氣中會含有 大量塵土，則會造成日照的遮擋，使得日射量較小。設置地點風力大少對模 組結構設計有相對影響，模組可以不銹鋼基板鍍薄膜、玻璃基板鍍薄膜、塑 膠基板鍍薄膜，設置結構依據太陽能建築相關法規與電業法規範。
(七)日射及日照強度
因太陽光電需利用太陽光產生電能，故在區域的選擇上以日照時數高與 日射量大之地區為優先考慮，又電力不易輸送到達之偏遠離島地區亦可納入 優先考慮，另考慮各地區最大風速之影響，將台灣地區分為四個等級：
1.第一等級：北部，基隆、台北、宜蘭等行政區域。
2.第二等級：東部海岸，花蓮、台東等行政區域。
3.第三等級：西部海岸，新竹、苗栗、台中、彰化、南投、嘉義等行政區 域。
4.第四等級：西南沿岸及離島地區，台南、高雄、屏東、澎湖、蘭嶼等行 政區域，為最理想之設置地點。
(八)空氣品質(懸浮微粒)
將地域性環境大致分為郊區、靠海沿岸以及都市三類。由於空氣品質會 影響收受之日射量，塵害地區分為:
1.重塵害地區-工業區或大工廠粉塵吐出量甚多或溪（河）流出海口沿岸沙 塵較多之地區，屢次發生事故且有明確紀錄之地區，視為重塵害地區。
2.輕塵害地區-不屬重塵害地區，但曾發生塵害事故且有明確紀錄之地區，
視為輕塵害地區。
二、太陽光電面向
太陽能電池、模組、系統之選擇，取決於需求者、設計者與建築物情況而 定之，以下幾敘述：
(一)太陽光電電池的選擇
不同的電池屬性、尺寸大小、型式、顏色、製程難易度、穩定度、成本 費用等電池選擇，如表4.1所示。表4.2為薄膜電池之型態與其內容:
表 4.1 薄膜電池型態與內容
薄膜電池 內容
型式 可依照設計需求而有不同的幾何圖形以作為外觀上加值。
顏色 可依照業主、設計者需求搭配建築物外觀設計，如加入染料(光敏化劑)，
不同顏色會影響整體的視覺效果。
距離 可依照設計者需求加大薄膜排列距離以增加光線的透光率。
屬性 矽薄膜、化合物半導體薄膜不同的太陽能電池會影響電力產出之效率。
資料來源:[16] 本研究整理
表 4.2 影響晶矽、薄膜內容比較說明 項目
內容
單晶矽 多晶矽 非晶矽 (a-si)
Ⅳ-Ⅴ族 (砷化鎵 GaAs)
Ⅱ-Ⅵ族 (碲化鎘 CdTe)
CIS/CIGS(銅 銦硒化物) 效率 24.7 19.8 14.5 39 16 19.5
呈現型式 板片 板片 薄膜 薄膜 薄膜 薄膜
顏色外觀 均質的黑 色或灰色
似花崗岩 外觀
淺黑、深 藍
依設計 依設計 依設計 尺寸大小 4-8吋(受
尺 寸 限 制)
( 受 尺 寸 限制)
較無尺寸 上之限制
較無尺寸 上之限制
較無尺寸 上之限制
較無尺寸上 之限制
製程
將多晶矽 融解後，
再利用矽 晶種慢慢 拉出單晶 矽晶棒
二氧化矽 經電弧爐 提 煉 還 原，再經 鹽酸氯化 產生三氯 化矽。經 蒸餾純化 後分解製 成棒狀或 粒狀
以電漿式 化學氣相 沈積法，
在玻璃等 基板上成 長
以化學氣 相沉積法 成長GaAs 薄膜所製 成的薄膜 太陽能電 池
快速成膜 技 術 ( 如 蒸鍍法)
目 前 主 要 的 CIS 薄 膜 太 陽 電池生產技術 是 採 用 濺 鍍 法，美國矽谷 的 Nanosolar 公司宣佈已研 發 成 孕 H 金 屬 箔為基板，以 印 刷 ( 如 印 報 紙 ) 的 方 式 生 產
材料資源 結晶矽基 板
結晶矽基 板
玻璃、陶 瓷、塑膠 或是金屬 等基板
單晶矽基 板
硼玻璃基 板、鈉玻 璃基板
軟性塑膠基板
表 4.2 影響晶矽、薄膜內容比較說明(續) 項目
內容
單晶矽 多晶矽 非晶矽 (a-si)
Ⅳ-Ⅴ族 (砷化鎵
GaAs)
Ⅱ-Ⅵ族 (碲化鎘
CdTe)
CIS/CIGS(銅 銦硒化物) 材料
信賴度
性能穩定 性能穩定 戶外設置 輸出功率 減 15~20%
的光劣化 現象
性能穩定 性能穩定 性能穩定
材料公害 無毒性 無毒性 無毒性 不環保 不環保 無毒性 成本費用
高 較單晶矽
太陽 電池便宜 20%
低 高 低 低
用途範圍
建築物、
電力、太 空衛星用
建築物、
電力
民生 太空衛星 用
建築物、
商 業 產 品、發電 廠
建築物、民生
資料來源:[16] 本研究整理
(二)模組的選擇
模組是最直接識別及區分不同種類 PV 系統的組件，並影響建築物整體 外觀及介入事物的建築性質；除了產生電力效益外亦可能提供其它能源效 益。電纜、接線盒與 PV 模組的蓄電池可能是看得見的，是由裝置的類別與 模組的類型來決定，並且於設計階段考量控制整體的空間型態，如表 4.3 所 示。
1.模組的大小：
是否可依照設計需求而有不同尺寸的選擇。
2.模組的型式：
是否可依照設計需求而有不同的幾何圖形以作為外觀上加值。
3.前後部份的材質：
前後不同的材質，如屬於金屬、塑膠或玻璃影響模組的質感與透光率。
4.轉換效率之大小：
太陽光電板轉換效率影響太陽光電電力產出的大小。
5.模組材料性能：
作為建築材料應用的太陽光電模組是否能滿足建材性能的標準。(水密 性、抗風性、氣密性、溫度伸縮量)。
6.聯繫的架構：
模組之間的串聯、並聯是否適切等問題。
表 4.3 影響模組內容說明
類別(內容/性質) 模組
晶片間的距離 加大排列以增加光線的穿透率
尺寸大小 依照設計需求而有不同尺寸的選擇
模組型式 依照設計需求而有不同的幾何圖形以作為外觀上加值
前後部份的材質 單層安全玻璃、薄膜、膠合強化安全玻璃、單層鋼絲安全 玻璃
光電板材料之建築性能 水密性、抗風性、氣密性、溫度深縮量
聯繫的架構 串聯、並聯
資料來源:[16]
(三)系統的選擇 1.系統組成：
由太陽能光電板陣列、架台、集電箱、轉換器、絕緣變壓器、系統保護 裝置、分電盤、電表等組成。
2.系統型式：
屬於獨立系統、並聯系統等不同型式。
3.系統性能：
蓄電池以及變流器等性能提昇之改善。
4.轉換效率之大小：
太陽光電系統各組件轉換效率影響太陽光電電力產出的大小。
(四)設置方位以及傾斜角度
太陽光電的設置方位與傾斜角度會影響發電量，太陽光電版與水帄面的 夾角稱為傾斜角，與正南方的夾角稱為方位角。設置太陽光電板時，為了獲 取最大的日射量以取得最大的發電量，必頇讓光電板能垂直照射的角度以獲 取最大的日照。當陽光直射時，光電板所收受的日照會比陽光斜射時多；因 為直射的時後，照射面積小，日射量集中，溫度較高。
薄膜型太陽能光電設置方位影響電量較小，較無角度影響發電量，低照 度亦可發電。
三、建築面向
建築面向主要有方位與外形、結構與構造、設備、其它如使用者、經濟性 等，以下幾點敘述：
(一)方位與外形-架設形式、架設位置
太陽光電需要相當的面積接受太陽光照射，一般設置如獨棟建築，可利 用不同朝向的屋頂設置太陽光電版，以使太陽光電版能在一天中或是整年中 都能獲至較大的發電效益。太陽光電的發電量是會受到不斷改變的氣候的影 響，因此夏季與冬季發電量也會有明顯差異。但太陽光電系統在電力生產方 面與電力需求有某些時間的類似性，也就是當日射量大時太陽光電系統發電 量相對的也增加，其與夏季時的尖峰用電量時段相似，因此可提供輔助短暫 的尖峰用電使用。而電能的供給量與需求量之帄衡，則可由獨立系統的儲存
(蓄電池)或市電併聯系統的公共電力而得到一定使用電力保證。
薄膜型可與不同基板做搭配形成模組，薄膜型電池較不受方位與角度影 響，其架設形式與架設位置彈性大，可以設計者與需求者做搭配設計。
(二)結構與構造
在新建與修繕工程，裝設方法對系統的成本效益是非常重要的。模組化 及預製的牆或屋頂部份；考量傳統的施工順序與責任。
1.模組與建築物的結合型式：
大致可分為屋頂、外牆以及遮陽等結合部位。
2.模組與建築物的組構行為/形式及安全性考量：
太陽光電系統結合建築物其組構型式：棚架式裝設(帄屋頂、斜屋頂、牆 面、地面)、重量型基礎裝設(帄屋頂)、支撐裝設—點狀支撐、線狀支撐、網 狀支撐或可調式支撐等支撐行為所呈現的組構型式(帄屋頂、斜屋頂、牆面)、
直接裝設或整體裝設(BIPV)。
3.模組與支撐構件的銜接方式及安全性考量：
接頭露出式或是接頭隱藏式等與支撐構件所呈現的銜接方式。
(三)設備
1.電力用途：
容量規模(設備應用太陽光電之適用性區分)。
2.管線：
注意管線貫穿建築物以及防水、防蝕處理。
(四)室內環境 1.隔熱：
若加裝太陽光電版是否能滿足室內環境舒適度等問題。
2.採光：(光電版的透光率)
若加裝透光低或是完全不透光的太陽光電版是否會造成室內採光嚴重不 足等問題，所以必頇視空間機能需求再來考量是否適合安裝太陽光電以作為 建築物外殼或是在設計規劃階段時即應計算該空間是否滿足照度標準。薄膜 太陽能電池具高透光性之特性，其吸收可發電之光譜阻隔輻射熱，部分可見 光可經由模組穿透於室內，室內外之採光與視景可兼具。