各階段碳排放盤查分析

第四章結果與討論

4.1 功能單位假設與系統盤查分析

4.1.2 各階段碳排放盤查分析

基本太陽能發電系統主要包含太陽能電板、逆變器、AC/DC 箱、電線、鋼材支架，而除了太陽能系統中除太陽能面板以外的所有組件稱為系統的平衡（ Balance of System, BOS），這包括電線，開關，安裝系統，

一個或多個太陽能逆變器(使用年限 8 年)，電池組和電池充電器，本研究將案場所需詳細資料整於表 4-1。本研究繪製太陽能系統示意圖，如圖 4-1。

表 4-1 案場盤查所需資料整理以及數據來源

組件詳細內容數據來源(碳排係數)

太陽能電板 ^{CIGS 模組}

逆變器

塑膠、銅、鐵、玻璃鋁不鏽鋼、散熱矽橡膠、矽半導體、玻璃纖維基板、

塑膠壓克力、其它金屬、塑膠、銅、

鐵、玻璃

AC 箱/ DC 箱

白鐵、塑膠、鐵、銅、矽

支架鋼、鋁

鋁線槽 ^鋁合金

螺絲 ^{不銹鋼、銅}

電線 ^塑膠、銅

銅線銅

矽力膠 水泥

(Scholten, 2016)

(Beolchini and Rocchetti, 2015) 文獻提供

BOS (Balance of System )

SimaPro8.5.2 軟體

圖 4-1 太陽能系統示意圖

一、原料製程階段盤查分析

此階段列出太陽能系統製成所投入的能資源清單，並透過生命週期軟體 SimaPro8.5.2 進行盤查分析，得知投入每單位材料的碳排放 (kgCO2eq/kg)，其模組主要材料包含太陽能電池、BOS 系統(逆變器、AC 箱、DC 箱、鋼架、水泥基座、鋁材…等)，其中太陽能電板盤查數據由廠商提供，而 BOS Balance of System)系統包含主要的(逆變器、系統支架、AC 箱、DC 箱、水泥…等)由案場建商所提供，以及原料製成過程所投入的電力、水。

本研究的太陽能電板碳排數據由相關文獻(Scholten, 2016)提供整理於表 4-2，而逆變器、AC 箱與 DC 箱盤查清單獨立列表於表 4-3、表 4-4、

表 4-5。再整合全部盤查清單於表 4-6。

表 4-2 各國太陽能電板製造每平方公尺碳排量(Scholten, 2016)

太陽能板種類單位奧地利比利時保加利亞

a-Si kgCO2eq/ m² 25.091 25.726 36.459 Si/μc-Si kgCO2eq/ m² 26.782 27.833 45.575 CdTe kgCO2eq/ m² 14.821 15.290 23.194 CIGS kgCO2eq/ m² 35.926 36.675 49.336

太陽能板種類單位瑞士賽普勒斯丹麥

a-Si kgCO2eq/ m² 13.847 47.228 37.186 Si/μc-Si kgCO2eq/ m² 8.194 63.380 46.778 CdTe kgCO2eq/ m² 6.541 31.126 23.730 CIGS kgCO2eq/ m² 22.662 62.040 50.194

太陽能板種類單位德國愛沙尼亞西班牙

a-Si kgCO2eq/ m² 38.719 56.445 32.894 Si/μc-Si kgCO2eq/ m² 49.313 78.617 39.683 CdTe kgCO2eq/ m² 24.859 37.914 20.569 CIGS kgCO2eq/ m² 52.003 72.913 45.131

太陽能板種類單位芬蘭法國英國

a-Si kgCO2eq/ m² 27.820 16.454 36.360 Si/μc-Si kgCO2eq/ m² 31.294 12.503 45.413 CdTe kgCO2eq/ m² 16.832 8.461 23.122 CIGS kgCO2eq/ m² 39.146 25.737 49.220

太陽能板種類單位克羅埃西亞匈牙利愛爾蘭 a-Si kgCO2eq/ m² 26.035 40.007 43.247 Si/μc-Si kgCO2eq/ m² 28.342 51.442 56.789 CdTe kgCO2eq/ m² 15.517 25.808 28.193 CIGS kgCO2eq/ m² 34.474 53.522 57.344

太陽能板種類單位冰島義大利列支敦斯登

a-Si kgCO2eq/ m² 13.772 37.612 14.840 Si/μc-Si kgCO2eq/ m² 8.070 47.483 9.835

CdTe kgCO2eq/ m² 6.486 24.044 7.272 CIGS kgCO2eq/ m² 22.574 50.697 23.833

太陽能板種類單位立宛陶盧森堡希臘

a-Si kgCO2eq/ m² 18.585 33.405 52.005 Si/μc-Si kgCO2eq/ m² 16.026 40.527 71.276 CdTe kgCO2eq/ m² 10.030 20.945 34.643 CIGS kgCO2eq/ m² 28.251 45.733 67.675

太陽能板種類單位馬爾他荷蘭挪威

a-Si kgCO2eq/ m² 42.365 39.454 13.433 Si/μc-Si kgCO2eq/ m² 55.340 50.527 7.509

CdTe kgCO2eq/ m² 27.544 25.400 6.236 CIGS kgCO2eq/ m² 56.303 52.869 22.174

太陽能板種類單位波蘭葡萄牙羅馬尼亞 a-Si kgCO2eq/ m² 57.024 36.813 38.590 Si/μc-Si kgCO2eq/ m² 79.574 46.161 49.099 CdTe kgCO2eq/ m² 38.340 23.455 24.764 CIGS kgCO2eq/ m² 73.596 49.754 51.850

太陽能板種類單位瑞典斯洛維尼亞斯洛伐克

a-Si kgCO2eq/ m² 14.564 32.060 27.343 Si/μc-Si kgCO2eq/ m² 9.379 38.304 30.505 CdTe kgCO2eq/ m² 7.069 19.955 16.480 CIGS kgCO2eq/ m² 23.508 44.147 38.582

太陽能板種類單位中國日本南韓

a-Si kgCO2eq/ m² 57.088 34.375 37.972 Si/μc-Si kgCO2eq/ m² 79.680 42.123 48.077 CdTe kgCO2eq/ m² 38.387 21.660 24.308 CIGS kgCO2eq/ m² 73.672 46.878 51.121

太陽能板種類單位馬來西亞美國台灣

a-Si kgCO2eq/ m² 52.587 40.589 51.387 Si/μc-Si kgCO2eq/ m² 72.238 52.404 70.255 CdTe kgCO2eq/ m² 35.072 26.236 34.188 CIGS kgCO2eq/ m² 68.361 54.208

66.946

逆變器的資料由廠商所提供，本案廠使用數量為 4 台，但每台使用年限為 8 年，但本研究案廠生命週期為 20 年，因此本研究的使用數量為 12 台在作計算。而單一逆變器盤查分析碳排放量如表 4-3。

表 4-3 單一逆變器盤查分析

材料重量(g) 單位材料碳排放

(kgCO2eq/kg) 碳排量 (kg) 資料/數據來源廠商提供 SimaPro8.5.2

塑膠 2500 2.12 5.3

銅 1000 8.02 8.02

鐵 2000 2.09 4.18

玻璃 500 2.61 1.305

鋁 15000 7.35 110.25

不鏽鋼 9000 4.9 44.1

散熱矽橡膠 5800 3.32 19.256

矽半導體 1000 24.7 24.7

玻璃纖維基板 2000 2.61 5.22

塑膠壓克力 1000 8.77 8.77

其它金屬 2200 3.675 7.35

碳排放量總合 238.45

表 4-4 單一 AC 箱盤查清單

為 8 年因此計算使用數量為 12 台，並將整體太陽能系統所需數量及組件整理於表 4-6。

表 4-6 整體太陽能系統盤查之碳排放

類別數量/重量單位物料碳排放

(kgCO2eq/kg) 碳排量 (kg) 資料/數據來源廠商提供 SimaPro8.5.2

太陽能電板 228 片(535m²)

Scholten, (2016)文獻提供:

66.946 (kgCO2eq/ m²)

35816.24

逆變器 12 台 238.45 2861.4

AC 箱 1 台 155.64 155.64

DC 箱 4 台 78.55 314.2

鋼架 9115.92 kg 1.9 17320.24

鋁線槽 84.55 kg 5.11 432.05

螺絲 4.95 kg 3.08 15.24

電線 438.16 kg 0.8 35

銅線 1.23 kg 8.02 9.86

矽力膠 13.44 kg 3.32 44.62

水泥 420 kg 0.85 356.58

碳排總合 57361.07 原料製程階段所投入的能資源電力與水由廠商所提供，整理於表 4-7

表 4-7 能資源投入清單

類別數量單位碳排放碳排放

(kg) 資料/數據

來源廠商提供 SimaPro8.5.2

電力 197 kwh 0.533 kgCO2eq/ kWh 105 水 3,393.56 kg 8.11×10^-6 kgCO2eq/度 0.34 二、運輸階段盤查分析

運輸階段為太陽能發電系統建造時所需物料投入的運送，運送過程所使用工具並歸類為大貨車與小客車，包括了運輸的公里數，物料所需的重量，資料的來源由廠商所提供，再經由 SimaPro8.5.2 數據分析的碳排係數計算其運輸階段的總碳排放。本研究將運輸階段盤查分析的碳排量整理於表 4-8。

表 4-8 運輸階段盤查分析之碳排量

三、使用階段盤查分析

使用階段為太陽能轉換成電能的提供，所以無產生碳排放，並參考過去文獻(黃建源, 2011)、(楊士瑩, 2012)、(羅心慈, 2015)本階段碳排假設為零，因此本研究使用階段的碳排放假設為零。

四、廢棄/回收階段盤查分析

此階段為太陽能系統的廢棄與回收處理的階段，當中的正負值為廢棄焚化處理的正值與回收處理則為負值。廢棄/回收處理中太陽能板的每單位公斤碳排量資料來自於(Beolchini and Rocchetti, 2015)，BOS 的碳排數據來自於 SimaPro 8.5.2 計算。本研究整理案場各材料廢棄與回收處置產生的碳排量於表 4-9。

表 4-9 廢棄/回收階段之碳排量

類別重量(kg) kgCO2eq/kg 總量 (kg) 資料/數據來源廠商提供 SimaPro8.5.2

太陽能板 7592.4 2.5 18981

塑膠 31.9 -1.59 -50.72

銅 17.7 0.594 10.51

鐵 31.3 -0.86 -26.92

鋁 204.55 -11.9 -2434.16 不鏽鋼 162 -0.86 -139.32

玻璃 4 -0.755 -3.2

鋼架 9115.92 -0.86 -7839.7 電線 438.16 -1.56 -683.52 碳排總合 7613.97 計算出各階段碳排放後，再將各階段碳排放量整理於表 4-10。

表 4-10 CIGS 太陽能系統使用年限 20 年生命週期各階段碳排放量各階段碳排放量單位(kgCO2eq)

原料階段 57361.07

運輸階段 243.65

使用階段 0

廢棄階段 7631.63

總量 65524.03

本案場 CIGS 太陽能系統碳足跡為 65524.03 kgCO2eq

4.2 碳足跡計算及能源回收期結果

A. 碳足跡計算結果:

本研究功能單位以本案場 CIGS 太陽能發電系統產生每度電之碳足跡計算。計算公式自(楊士瑩, 2012)文獻參考如下:

產生每度電之碳足跡 =

^{𝐶𝐼𝐺𝑆} ^{太陽能發電系統碳足跡}

預期發電總發電量

^(4.1)

首先計算 CIGS 太陽能系統生命週期內預期總發電，計算如下：

CIGS 太陽能發電系統預期發電量計算公式 : W= A×G×C×Y W：CIGS 太陽能發電系統預期發電量

A：太陽能電池發電面積(m²)，系統面積為 535 m²

G：照射量，以全球氣象資料庫 Meteonorm7.3 軟體數據得知 1429 kWh/m² C：太陽能電池轉換效率％，CIGS 太陽能電池轉換效率廠商提供:14.6％

Y: 總使用年限，依據 CIGS 太陽能發電系統預期使用年限為 20 年，2019 年至 2039 年

CIGS 太陽能系統預期發電量：2,232,383.8 kWh CIGS 太陽能系統碳足跡：65524.03 kgCO2eq

產生每度電之碳足跡=

65236.35 𝑘𝑔𝐶𝑂

₂

𝑒𝑞

2232383.8 𝑘𝑊ℎ

=0.0293 kgCO2eq/kWh (4.1) B. 能源回收期計算結果

能源回收期(Energy Payback Time)計算公式自(黃建源, 2010)文獻參

考如下:

能源回收期 EPBT =

_Eoutput ^Einput

(4.2)

EPBT =能源回收期(year)

Einput=系統投入的總能源(kWh)，計算方法自(羅心慈, 2015)文獻參考，

65524.03 kgCO2eq/0.533 kgCO2eq/kWh(我國電力排放係數)=122,394.39 kWh

Eoutput =系統每年產生的發電量(kWh/year)，計算得 111,619.19 kWh/year CIGS 太陽能系統投入的總能源(kWh)：122,394.39 kWh

CIGS 太陽能系統每年預估產生發電度數為：111,619.19 kWh/year

能源回收期 EPBT =

122394.39 𝑘𝑊ℎ

111619.19 𝑘𝑊ℎ/𝑦𝑒𝑎𝑟

= 1.10(year) (4.2)

本研究研究案例的碳足跡與能源回收期(EBPT)研究結果為 1.10 年，

每度電之碳足跡為 0.0293 kgCO2eq/kWh

4.3 碳足跡與能源回收期影響因素分析

本研究針對地面型 CIGS 太陽能發電系統碳足跡與能源回收期分析結果，得知此案場碳足跡為 0.0293 kgCO2eq/kWh，能源回收期為 1.10 年，

並透過相關文獻的探討後，近一步分析碳足跡與能源回收期的研究結果也會受不同因素所影響，針對影響因素本研究以案場的使用年限與不同的太陽能輻射這兩者因素來探討分析。

4.3.1 案場生命週期使用年限因素分析

把案場原本使用年限 20 年延長至 25 年與 30 年，並對碳足跡比較分析影響，本研究將生命週期延長 25 年與 30 年之意義，原因是要與相關文獻作比較分析，在比較相同的生命週期本研究與其它篇論文 Held and llg, (2011)與 Cha et al. (2014)的差異性並分析。

1. 生命週期延長至 25 年，計算結果如下:

由 4.2 節的 CIGS 太陽能發電系統預期發電量公式代入 W = A×G×C×Y (4.3) A (太陽能電池發電面積) : 535 m²

G (照射量) : 1429 kWh/m²

C (太陽能電池轉換效率廠商提供) : 14.6％

Y (預期使用年限) : 25 年

W (CIGS 太陽能發電系統預期發電量) = 2,720,479.75 kWh 案場延長 25 年總碳排放為: 65524.03 kgCO2eq

碳足跡=

65524.03 𝑘𝑔𝐶𝑂

₂

𝑒𝑞

2790479.75 𝑘𝑊ℎ

= 0.0236 kgCO2eq/kWh (4.1) 使用 25 年每度電所產生碳足跡為 0.0236 kgCO2eq/kWh 三、生命週期延長至 30 年，計算結果如下:

由 4.2 節的 CIGS 太陽能發電系統預期發電量公式代入 W= A×G×C×Y (4.3)

A (太陽能電池發電面積) : 535 m²

G (年平均日射量) : 1429 kWh/m²

C (太陽能電池轉換效率廠商提供) : 14.6％

Y (預期使用年限) : 30 年

W (CIGS 太陽能發電系統預期發電量) = 3,348,575.7 kWh 案場延長 30 年總碳排放為: 65524.03 kgCO2eq

碳足跡=

65524.03 𝑘𝑔𝐶𝑂

₂

𝑒𝑞

3348575.7 𝑘𝑊ℎ

= 0.0196 kgCO2eq/kWh (4.1)

使用 30 年每度電所產生碳足跡為 0.0196 kg CO2eq/kWh

針對本案場 CIGS 太陽能發電系統增長使用年限結果比較與碳足跡影響，如表 4-11

表 4-11 CIGS 太陽能發電系統增長使用年限與碳足跡結果

使用年限 20 年 25 年 30 年

碳足跡

kgCO2eq/kWh 0.0293 0.0236 0.0196

從表 4-11 分析結果從原本使用 20 年之碳足跡 0.0289 kgCO2eq/kWh 並增加至 25 年、30 年，碳足跡分別為 0.0236 kgCO2eq/kWh 與 0.0196 kgCO2eq/kWh，從表可以得知增長使用年限會減少碳足跡，並使得環境衝擊越小。

4.3.2 太陽輻射影響因素分析

利用不同的地點模擬本研究案場的設置，了解不同地點的太陽能輻射對本研究 CIGS 太陽能發電系統能源回收期影響評估，本研究選定三個

地點分別為臺北、蘇澳和恆春，並與本研究案場的地區比較分析。

得知每年發電量並代入能源回收期計算公式，而 W(CIGS 太陽能發電系統預期發電量)就是能源回收期 Eoutput，計算結果如下:

能源回收期 EPBT =

^Einput

Eoutput

(4.2) EPBT :能源回收期(year)

Einput(系統投入的總能源) : 122,394.39 kWh

Eoutput(系統每年預估產生的發電量 kWh/year) : 91779.25 kWh/year

能源回收期 EPBT =

122394.39 𝑘𝑊ℎ

91779.25 𝑘𝑊ℎ/𝑦𝑒𝑎𝑟

= 1.33(year) (4.2)

2. 本研究案場如設置於蘇澳，其太陽日輻射對案場影響計算結果如下:

每年發電量計算由 4.2 節公式 W= A×G×C×Y 代入計算 A (太陽能電池發電面積) : 535 m²

G (照射量) : 由表 4-10 得知蘇澳年平均日射量為 1248 kWh/m² C (太陽能電池轉換效率廠商提供) : 14.6％

Y (使用年限) : 1 年

W(CIGS 太陽能發電系統預期發電量) = 97481.28 kWh

得知每年發電量並代入能源回收期計算公式，而 W(CIGS 太陽能發電系統預期發電量)就是能源回收期 Eoutput，計算結果如下:

能源回收期 EPBT =

^Einput

Eoutput

(4.2)

EPBT :能源回收期(year)

Einput(系統投入的總能源) : 122,394.39 kWh

Eoutput(系統每年預估產生的發電量 kWh/year) : 97481.28 kWh/year

能源回收期 EPBT =

122394.39 𝑘𝑊ℎ

97148.28 𝑘𝑊ℎ/𝑦𝑒𝑎𝑟

= 1.26 (year) (4.2)

3. 本研究案場如設置於恆春，其太陽日輻射對案場影響計算結果如下:

每年發電量計算由 4.2 節公式 W= A×G×C×Y 代入計算 A (太陽能電池發電面積) : 535 m²

G (照射量) : 由表 4-10 得知恆春年平均日射量為 1520 kWh/m² C (太陽能電池轉換效率廠商提供) : 14.6％

Y (使用年限) : 1 年

W(CIGS 太陽能發電系統預期發電量) = 118727.2 kWh

得知每年發電量並代入能源回收期計算公式，而 W(CIGS 太陽能發電系統預期發電量)就是能源回收期 Eoutput，計算結果如下:

能源回收期 EPBT =

^Einput

Eoutput

(4.2) EPBT :能源回收期(year)

Einput(系統投入的總能源) : 122,394.39 kWh

Eoutput(系統每年預估產生的發電量 kWh/year) : 118727.2 kWh/year

能源回收期 EPBT =

122394.39 𝑘𝑊ℎ

118727.2 𝑘𝑊ℎ/𝑦𝑒𝑎𝑟

= 1.03 (year) (4.2)

不同地點計算結果得知臺北、蘇澳與恆春能源回收期分別為 1.33 年、

1.26 年、1.03 年。

本研究如在這三者不同地點了解太陽能輻射對能源回收期之關係如表 4-13。

表 4-13 太陽能輻射與能源回收期關係

資料來源地點本研究地點臺北蘇澳恆春

在文檔中地面型CIGS太陽能系統之能源回收期與減碳效益評估 -以屏東內埔案場為例 (頁 54-0)

第四章 結果與討論

4.1 功能單位假設與系統盤查分析

4.1.2 各階段碳排放盤查分析

AC 箱/ DC 箱

66.946

4.2 碳足跡計算及能源回收期結果

𝐶𝐼𝐺𝑆 太陽能發電系統碳足跡

預期發電總發電量

65236.35 𝑘𝑔𝐶𝑂

𝑒𝑞

2232383.8 𝑘𝑊ℎ

Eoutput Einput

122394.39 𝑘𝑊ℎ

111619.19 𝑘𝑊ℎ/𝑦𝑒𝑎𝑟

4.3 碳足跡與能源回收期影響因素分析

4.3.1 案場生命週期使用年限因素分析

65524.03 𝑘𝑔𝐶𝑂

𝑒𝑞

2790479.75 𝑘𝑊ℎ

65524.03 𝑘𝑔𝐶𝑂

𝑒𝑞

3348575.7 𝑘𝑊ℎ

4.3.2 太陽輻射影響因素分析

Einput

Eoutput

122394.39 𝑘𝑊ℎ

91779.25 𝑘𝑊ℎ/𝑦𝑒𝑎𝑟

Einput

Eoutput

122394.39 𝑘𝑊ℎ

97148.28 𝑘𝑊ℎ/𝑦𝑒𝑎𝑟

Einput

Eoutput

122394.39 𝑘𝑊ℎ

118727.2 𝑘𝑊ℎ/𝑦𝑒𝑎𝑟

第四章結果與討論

^{𝐶𝐼𝐺𝑆} ^{太陽能發電系統碳足跡}

_Eoutput ^Einput

^Einput

^Einput

^Einput