第一章 緒論
第三節 研究方法與進行步驟
本研究主要是彙整性能實驗中心過去六年關於 BIPV 之研究計畫，進行 發電、遮陽、隔熱及室內舒適度等多項課題之數據驗證與擴增三十年期日射 量演變課題之探討。驗證數據部分，將與去年建立之日射量資料庫相互比較。
新增三十年期日射量資料研究，可讓「太陽能設計用日射量資料庫」更加健 全。本研究最終將宏觀地闡述整個 BIPV 系統從規劃設計到使用管理階段之 效益評估歷程，期能協助我國 BIPV 之發展與綠建築教育示範，研究成果並 且有利於向國際發表。
本研究之工作重點與研究方法：
一、工作重點：
（一）建築研究所性能實驗中心BIPV 成果彙整：
本研究主要是彙整「性能實驗中心」之「性能實驗群太陽能及外遮 陽實驗設備」之歷年研究計畫所得的原始數據資料，據以完成「性 能實驗中心BIPV」綜合評價。
（二）國外BIPV 案例資料收集：
本研究主要是以文獻回顧方式，收集國際上已發表之建築物結合太 陽光電之經典案例，研究探討其實現 BIPV 真諦的設計觀念與具體 成效。本研究預計蒐集 12 國、22 個案例作研究，據以完成國際案 例介紹與比較。
（三）健全日射量資料庫：
今年度研究計畫將建立「性能實驗中心」之「太陽能實測資料庫」。
此外基於BIPV 成果與國際太陽能發展之研究接軌所需，也將進行
“台灣典型日射量演變特徵”之研究，預計將增加 1977-1996 年的日 射量資料研究，以呈現台灣三十年（1977~2006 年）來日射量的演 變特徵。
（四）健全日射量動態解析資料庫：
在動態解析方面，本研究繼去年完成台北、台中及高雄等三大都市 之標準氣象年(TMY2)格式製作，今年將增加新竹、台南、花蓮及
台東等四大都市之全年日射量逐時數據動態模擬解析，以健全台灣 日射量動態解析資料庫。
二、研究方法：
（一）PC-BIPV成果彙整：
過去「性能實驗群太陽能及外遮陽實驗設備」實測所得之原始 數據，在垂直帷幕式光電板效率、遮陽隔熱性能、水洗除塵降溫效 能等部分，由於實驗執行期限（缺跨年度）、實驗目的設定（季節 性、尖峰負載）或系統不穩等因素，所記錄到的數據無法呈現完整 一整年之變化態勢，無形中削弱了BIPV效益宣導的完整性。缺漏 的數據如果採取事後補測方式，由於天候參數不同，紀錄數據將會 失真，所以不宜進行數據補測。因此本研究在發電量實測數據部 分，將根據標準氣象年格式製作完成之「太陽能設計用標準日射量」
數據作印證與補建。至於不同晶矽發電效率比較方面，同樣是運用
「太陽能設計用標準日射量」數據作印證與補建，只需調整不同晶 矽發電效率參數來換算。在遮陽隔熱性能方面，可以直接引用我國 建築外殼耗能指標（ENVLOAD）法令之公式來推算熱負荷及節省 空調之效益，同時也將呈現相關材料熱阻性能及節能效益。我國 ENVLOAD規範，以簡單的一次方程式來計算精確的空調耗能量，
其簡算式的形式如下：
ENVLOAD = a０＋a１×G＋ a２×L×DH＋ a３×（ ΣMk×IHk）
(式 1) 其中：
ENVLOAD：建築外殼耗能量［Wh／(ｍ２-fl-area．yr)］
L：外殼熱損失係數［W／(ｍ２-fl-area．K)］
Mk：k方位外殼面的日射取得係數
G：全年室內發散熱量［Wh／(ｍ２-fl-area．yr)］
DH：當地之"冷房度時"或"暖房度時"［K．H／yr］，冷、暖房 度時以基準溫度23、20℃為計算標準
第一章 緒論 IHk：當地k方位外殼面之"冷房日射時"或"暖房日射時"［Wh
／(ｍ２．yr)］，冷、暖房日射時以基準溫度23、20℃為計算 標準
a０：常數［Wh／(ｍ２-fl-area．yr)］
a１、a２、a３：偏回歸係數
（二）國外BIPV案例資料收集：
本研究將採分析比較法，給予所有個案在節能效益作綜合評 價。由於本研究是收集國際上已發表之BIPV之經典案例，關於發 電數據已有定論，因此本研究只能針對其他節能概念或技術貢獻作 評價與介紹。
（三）健全日射量資料庫：
今年將建立「性能實驗中心」之「太陽能實測資料庫」，並且 與去年之「台灣日射量資料庫」作比較研究，以印證資料庫之準確 性。在台灣典型日射量研究方面，從國際期刊顯示出，論述一地典 型氣候特徵之統計年限，通常具備三十年以上之氣象數據，因此今 年度研究計畫，將延續前年度之近十年（1997-2006年）之氣象研究 成果，增加1977-1996年份的日射量氣象資料併同研究，以呈現台灣 三十年（1997~2006年）的日射量演變特徵。
原始氣象數據之整理方法如下：由於本研究採用了中央氣象局 Precision Spectral Pyranometer（簡稱為Eppley PSP）資料來探討台灣 日射量議題，因此基於確保日射量資料的品質，必須進行定性定量 兩道程序的確認。在定量上，檢視原始檔案，去除不合理數據（數 據矛盾之情形主要有二，
第一：日射量的有無與晝夜之關係，例如日出以後，卻無記錄 到日射量或是日落以後，仍記錄到日射量，這時須進一步檢視雲量 再確認該筆數據是否不合理而應否剔除；
第二：日射量與雲量之關係，例如白天雲量大，且日射量也大 或是白天雲量少，而日射量仍低的矛盾現象。），接著進行月平均 日射量統計。在定性上，將根據其他相關氣象參數（如雲量、日照
時數和最高、最低溫度差距等）的雙因子變異數分析和相關係數計 算，以確保Eppley PSP數據品質，利於展開後續動態解析作業。
（四）日射量動態解析方面：
太陽能設計用日射量與建築外殼耗能解析用日射量對於日射 量的評估相當類似。基於BIPV所需，必須能推算不同方位、不同 高度的日射量變化與發電效益，本研究採用「標準氣象年（Typical meteorological year, TMY）」的觀念來評估發電量，強調各項氣象因 子應如同自然氣候所具有的同時性與相關連性。BIPV的發展需 求，同時也要考慮非最佳角度的發電效益，必須有各方位垂直面的 直達及擴散日射量才便於利用。因此也必需獨立建立一套適合太陽 能設計用的氣象數據集以作為解析的基礎。
所謂「標準氣象年」格式製作，先進國家開發一套「典型的（或 稱標準的）」氣象資料檔，來代表當地全年中各項氣象要素的逐時、逐 日、逐月變動。亦即採用一「典型的」一年8760 小時的氣溫、濕度、
日射量、雲量、風速等逐時氣象數據構成的「氣象年」來代表當地長 期氣象的「典型」變化情形。其各項氣象數值都由當地過去的實測的 逐時數據來組成，因此各氣象值之間具有同時發生的關連性。以此「氣 象年」資料進行工程上的解析可確保氣象變化的合理性及信賴性。這 種「氣象年」在美國以WYEC（Weather Year for Energy Calculation），
TRY（Test Reference Year），TMY（Typical Meteorology Year）為代表，
在日本則以「標準氣象資料平均年」為代表，在台灣則以林憲德教授 的「平均氣象年AYWD（Average Year of Weather Data）」為代表。
標準氣象年之製作是由各月份的氣象要素中依權重選取出具代表 性的「中選月」，再將十二個「中選月」連結成一個氣象年。此由來自 不同年份之各月份所組成的氣象年謂之「平均氣象年」或稱「標準氣 象年」。標準氣象年是由逐時的氣象數據所組成一年份之假想氣象年 (8760小時)，實際上此一年份並不存在，然其意義在於能夠以一年的 假想氣象數據來代表長期間的氣象變化，剔除極端、異常氣候之數據，
以此一標準氣象年進行太陽能光電效益的研究，將能更具當地氣候之 代表性，確保分析結果的信賴度。
第一章 緒論 本 研 究 採 用 美 國 再 生 能 源 實 驗 室(National Renewable Energy Laboratory, NREL)於1995年所公布的方法（Sandia Method），製作標準 氣象年(TMY)格式。在此特將「標準氣象年」一詞（林憲德,1984）作 說明如下：
1. 標準氣象年簡介：
所謂「標準氣象年」，本質上是一筆由多種氣象要素所組成的全年 8760 小時的氣象資料，也就是一筆全年的逐時氣象資料，以供建築物 全年熱負荷電腦解析程式使用。同時，這種電腦解析出來的建築耗能 量，必須具備長期平均的代表性，以使建築設計者對其建築物的長期 熱特性做正確的評估。
因此一般而言，「標準氣象年」資料的意義應有如下兩點：
(1) 具長期氣候代表性，可以代表長期氣候的平均年變動狀態。
(2) 具建築物年熱負荷（Annual Heat Load）代表性，可供模擬出建築 物耗能量的一般平均狀態。
而由以上可知，「標準氣象年」的功用當有如下兩點：
(1) 它具有全年 8760 小時的逐時氣象資料，可供大型熱負荷電腦解析 程式使用，以計算建築物的全年熱負荷及設備量。
(2) 因其具有氣候代表性，可供其他建築物理方面的各種後繼研究。如 度時（Degree-Hours）、焓時（Enthaphy-Hours）等，便可由「標準 氣象年」推定出大致不差的資料，而未必要從長期資料統計。
關於「氣象年」的組成，一般可分為兩類。一種為真實的一年 氣象資料所構成。它是由長期氣象資料中，找出具氣候或能源計算 值代表性的全年資料，而成為一個「氣象年」。另一種則由各月份氣 象要素中選取出具代表性的「平均月」，再將十二個「平均月」連結 成一個「氣象年」。換句話說，這一類的「氣象年」並非真有這樣的 一年資料，而是人為製作的一種平均狀況。雖然它是一人為的氣象 資料，但它也必須符合上述「長期氣候代表性」和「年熱負荷代表 性」之原則。本研究所採用的「標準氣象年」是屬於第二類的人造
「氣象年」。
2. 各國「平均氣象年」資料的統計方法簡介
世界各先進國大多均建立氣象資料的系統，而類似「平均氣象年」
的資料在美國便有Test reference Year（T.R.Y），Weather Year for Energy Calculation（W.Y.E.C），Typical Meteorology Year（T.M.Y）和加州地 區專用的 CTZ 等等，在日本則有「標準氣象資料平均年」，在南非也 有類似的設計用氣象年資料等等。
根據成功大學林憲德教授的資料，其中較具代表性的作法，包括
根據成功大學林憲德教授的資料，其中較具代表性的作法，包括