第四章 產業分析
第三節 產業結構
壹、 產業價值鏈
現階段太陽光電產業已發展成完整的產業鏈，依其供應的產品及服務內容,可區分為 上,中,下游。 上游為材料供應, 中游為太陽能電池元件(PV solar cell)及模組製造(PV module), 下游為太陽能系統(PV system)之製作與安裝. 如圖4‐4所示.
圖 4-4 太陽光電產業鏈 資料來源：本研究整理
一、上游
在此太陽光電產業中, 最主要的就是太陽能電池, 不同的太陽電池其所需要的上游 原料供應也就不同, 而在下游的系統組裝與安裝則大致相同.
現階段太陽電池中，80‐90%主流產品為「結晶矽太陽電池」。其上游材料為多晶矽 材（Polysilicon Material）與矽晶片（Wafer）。而次世代可解決矽原料短缺問題與應 用層面更廣的薄膜太陽電池或轉換效率最高的III‐V族太陽電池，其上游材料則為玻璃、
塑膠或金屬基板及GaAs晶片。
(一) 矽原料（Polysilicon Material）
多晶矽材的使用上，以半導體產業需求量為多，然而在 2004 後半年，隨著太 陽光電的急速發展，及半導體景氣回升，導致原料供應不敷需求。就太陽光電產業 而言，普遍被使用之結晶矽太陽電池則包含多晶、單晶太陽電池，由於單晶矽純度 較高，製造成本較高，相對作為太陽矽晶體電池所能轉換太陽光能之效率亦較多晶 矽高。2004 年由於太陽光電產業發展剛起步，因此相較於半導體產業對於晶圓片之
多晶矽 原 料
矽晶錠&
矽晶片
矽晶片
太陽電池 模組模組 系統
矽晶片太陽能電池產業鏈
基板(玻璃) 材料材料 ( (TCO..)TCO..)
薄膜太陽能電池
& 模組 系統
鍺晶圓板 磊晶片
III-V 族 太陽電池 薄膜太陽能電池產業鏈
III-V 族太陽能電池產業鏈
上游 中游 下游
模組
模組 系統
需求較小，加上成本考量，太陽光電所用之晶圓片多由半導體產業之廢次晶圓和頭 尾料再處理所產生。其中，太陽電池所用的基板‐矽晶片（Silicon Wafer）規格的 要求是強調低成本，在矽原料取得及規格上與半導體矽晶圓所用矽原料，相對可接 受較低的純度。因此在半導體產業與太陽能光電產業的互相爭奪下，其中半導體需 求約占 2/3，2004 年時全球多晶矽的產出約有 65％供應給半導體產業。
(二) 矽晶片（Wafer）
隨著晶體結構的差異，矽晶片可分為 『單晶矽矽片』 與 『多晶矽矽片』
兩類，矽原料熔融後再利用矽晶種拉晶方式製作成單晶矽晶錠 ， 經切割後就成 為「單晶」（Mono‐Crystalline）矽晶片。而「多晶」（Multi‐Crystalline）矽晶片，則 為矽原料熔融後緩慢冷卻凝固製作成多晶矽晶錠，經切割後形成。簡而言之，單晶 棒以提拉方式成形，而多晶碇則以鑄凝成形。然隨著矽晶片製造過程中，會有部分 材料經由損耗而被浪費。以多晶矽片製造過程中，晶碇切塊時，約略損失 30%，切 片時又將耗損 34%，而後進入太陽電池製程後，則進一步耗損 4%；因此，整個製 程下來，矽材損耗總和為 68%，比例相當驚人。
二、中游
(一) 太陽能電池 (Solar Cell)
目前太陽電池的主流產品為「結晶矽太陽電池」。結晶矽(Silicon-based)的太陽電池 是使用晶片(wafer)當基板，晶片本身就是光伏的作用區。矽晶圓太陽能電池具有轉換效 率佳、設備成本低、量產速度快、良率又高的優勢。其中又可分為單晶矽和多晶矽太陽 電池。結晶矽太陽能電池的製程與IC類似，但無須在等級百分百的無塵室中進行，製造 流程如下：將太陽級矽晶圓清洗蝕刻→擴散形成P‐N二極體→鍍抗反射膜（減少太陽光 的反射程度）→網印→燒結等程序，接著完成金屬接觸，再經電流電壓（I‐V）測試，即 可形成一太陽能電池。
薄膜型太陽電池相較於結晶矽太陽電池，其僅需要一層極薄的光電材料，因此其所 使用材料量也相對較低；另外，薄膜的基板可使用軟性或硬性的基材，可選擇的應用彈 性高，雖說目前製作成本仍高於結晶矽太陽電池約 30‐40%，不過，矽材短缺議題，卻 促進其技術發展的速度，未來將成為市場的主流，
薄膜太陽能電池中，化合物半導體太陽能電池的轉換效率雖然高於矽薄膜電池，但 短期之內，化合物半導體太陽能電池不易有大幅成長的機會。就碲化鎘(CdTe)而言，雖 然鎘在結晶狀態下不會有毒素產生，也有碲化鎘(CdTe)廠商（First Solar）提供產品全部
回收的保證，但在環保意識高的市場，仍難擴大推廣；加上在既有廠商以規模經濟創造 封裝，並加上鋁框保護後，成為太陽光電模組或模板 (Photovoltaic Module，PV Module)。
而若干太陽光電模組可裝配成更大功率的太陽光電陣列 (PV Array)，
璃、Tedlar 組 成模組
模組 安裝
品質與使用年限有保障(如: 保固期(warranty)25年，輸出功率降幅小於20%)，而 未經驗證模組的保證缺乏根據亦無意義。
模組技術障礙較低，故現階段大部分廠商仍多以人工替代機械設備。隨著太陽電池 薄型化、自動化模組封裝技術的發展及未來具規模的市場，如何運用自動化技術替代人 工，提昇良率與規模經濟、整體配置效率，及因應未來市場上的應用，如:結合建材與 太陽光電模板的應用（BIPV）...等，為太陽光電模組短期內發展的方向。
三、下游 (太陽光電系統與安裝（PV System）)
太陽光電系統（PV System）主要下列幾個零配件組成:
1. 太陽電池模組（PV Module）或太陽電池陣列（PV Array）
2. 充放電控制器（Controller）:
實現整套系統的充、放電等全自動控制。當蓄電 池電量充滿時自動切斷太陽能電池大電流充電，改為涓流充電，當蓄電池電量 不足時報警並切斷輸出。有過充、過放保護。
3. 蓄電池: 用來儲蓄太陽電池模組或太陽電池陣列轉換出來的電能。
4. 變頻器（直/交流換流器）:
是將直流電轉換為交流電的設備。太陽電池模組（PV Module）或太陽電池陣列（PV Array）產生的電流一般為 12VDC、24VDC、48VDC 的直流電。需要轉換器來轉換成交流電讓電器使用。
5. 配線箱等儀表與接地零件，
太陽光電系統可依使用方式分為獨立型如圖 4‐6 所示、併聯型如圖 4‐7 所示與混合 型（獨立+併聯）三類。
獨立型並不與其他電力網或發電組併聯，主要應用於高山、沙漠或離島等一般市電 無法到達之處，通常必須加裝蓄電池以求供電穩定，因此發電成本較高，且須考量蓄電 池容量其電力負載等安全係數，設計較為複雜，價格也較昂貴；
圖 4-6 獨立式發電系統 資料來源：羅運俊等(2007)
併聯型則是將太陽光電系統與市電併聯使用，當太陽光電系統有多餘的電力時則可 回送到市電，反之則由電力公司供應電力，好比將市電電力系統當作一個無限大、
無窮壽命的免費蓄電池。可不加裝蓄電池與充放電器，系統簡單、維護容易且太陽光 電利用率也較獨立型高；
混合型則把蓄電池搭配市電或其他發電系統使用，通常作為防災電力使用，可供應 緊急電力需求。目前太陽能發電應用市場以市電併聯型之太陽光電系統為主，包括家用 及商業用途約佔 63%。
圖 4-7 倂聯式發電系統 資料來源：羅運俊等, 2007
PV System 的廠商通常具備一家以上的模組及電池製造商的來源，儲存其商品並組 合、裝設以銷售之。整合型太陽能光電廠商在電池與模組銷售時，會與系統通路商簽定 長期合約或形成策略聯盟等團隊合作關係，經過系統廠商的設計、組合、安裝後銷售給 客戶，並負責系統維修作業。另外，有些大型的專業型代工廠擁有自己專屬的通路以直 接面對客戶，甚至有許多整合型廠商有時也進入系統安裝與通路銷售的業務。
目前太陽光電系統的應用範圍，囿於各國能源政策發展、電價貼補政策、矽原料供 應不足以及光電轉換率仍低的影響，大型發電仍不若消費性民生用品市場蓬勃。一般而 言，太陽光電系統產品大致可區分為四類；首先，併聯式住商應用系統；占全球需求之 76%。第二，獨立式家用系統；占全球需求之 11%。第三，獨立式工業系統；占全球需 求之 10%。第四，一般民生消費品；占全球需求之 3%。
併聯式住商應用系統的市場主要以日本、德國及美國加州為主。以日本市場為例， 資料來源:工研院IEK(2009)