研究緣起與背景

第一章 緒 論

第一節 研究緣起與背景

台灣天然資源匱乏，所需石油、煤炭及天然氣等主要石化能源等幾乎都依 賴進口，未來能源政策，應以經濟與環保並存為優先，減少對石化能源依賴，

並發展潔淨的再生能源，加上最近日本東北大地震所造成福島核能電廠嚴重受 創所引發的核災重大危機，更加速各國發展再生能源決心。目前開發的再生能 源主要以太陽能、風力、水力、生質及地熱等天然資源作為發電來源，台灣位 於亞熱帶，日照豐富且時間長，2007 年亦已晉升全球第四大太陽能電池生產國，

故以太陽能發電最具開發潛力。有關太陽光電發電系統於設計與裝置應考量之 因素與重點值得研討。綠色環保建築是目前建築產業發展重要方向，亦是本所 目前結合智慧化綠建築的研究課題，太陽光電發電亦常應用於綠建築再生能源 的取得來源，目前太陽光電設施(photovoltaics, PV)常架設於建築物屋頂，經濟 部能源局稱之為「陽光屋頂」，而該位置可增加日照時間增長發電功率，惟該處 為建築物相對風力作用較大處，故本身及其與建築物連結之結構考量是相當重 要。綠建築是本所重要推廣業務項目，而經濟部正推行陽光屋頂百萬座計畫，

其計畫中規劃於2030 年推廣太陽光電發電系統設置容量達到 8,700MW，目標 建立我國太陽光電設置應用完善環境，積極推動太陽光電發電系統，並以推動 策略採「逐步擴大、先屋頂後地面」而言，對於國內太陽光電能源永續發展趨 勢，陽光屋頂的設置勢必會越來越多，故太陽能光電固定於建築物屋頂結構強 度考量評估方式於建築規範修訂中顯得相當重要。

臺灣位處亞熱帶地區，每年會有颱風來襲，且於冬季東北季風強勁，其強度 是產品設計上重要參考指標。過去，太陽光電能源系統與熱水器裝置在臺灣相當 普及，關於太陽能熱水系統的風荷載已有部分研究成果，而陽光屋頂規劃之太陽 光電板與太陽能熱水系統光電板不同之處在於其數量更為龐大、採陣列式排列、

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光電板形狀單一且幾乎無其他附屬設備(如熱水桶)。研究顯示，太陽能熱水系統 之熱水桶因其鈍體形狀對降低整體結構風荷載是有助益的，而太陽光電板相對於 此其受風作用將更為強烈，因此有必要探討其所受風荷載，提供相關數據業界參 考，及廠商在最低風力影響安裝位置選定進行評估判斷。

以今年(104 年)的蘇迪勒颱風為例，彰化縣芳苑鄉一處養鴨場在屋頂設置 1500 坪的太陽能板「種電」，「試車」發電啟用才 2 週，就遭「蘇迪勒」颱風無 情摧毀， 4500 塊太陽能板扭曲變形，甚至遭吹往 100 公尺外，損失三千萬元。

颱風來襲時，鹿港測站則測到9 級風，每秒風速 20.9 公尺，大城測站測到 6 級 風，每秒風速13.8 公尺。104 年 8 月 8 日凌晨，高約 10 公尺、養育 2 萬多隻鴨 的鐵皮養鴨場，不耐強風狂襲，屋頂總重83 公噸的太陽能板全毀，支架散落滿 地(33)。依建築物耐風設計規範規定彰化芳苑地區設計風速取用 27.5m/sec，仍高 於當日觀測值。顯示對於建築物屋頂架設太陽光電板，如未針對危險位置、配置 間隔、遮蔽、支架結合方式等諸多因素加以考量，強風作用下，極可能發生破壞。

二 、 研 究 背 景

經濟部正推行陽光屋頂百萬座計畫規劃於 2030 年推廣太陽光電發電系統 設置容量達到8,700MW，目標建立我國太陽光電設置應用完善環境，積極推動 太陽光電發電系統。推動策略採「逐步擴大、先屋頂後地面」，以穩健成長、負 責任的態度來帶領國內太陽光電能源永續發展。依經濟部能源局推動「陽光屋 頂百萬座」計 畫，2012 年規劃設置目標為 100MW，2013 年原訂目標 130MW 因國內太陽光電安裝需求旺盛，設置目標上調至 175MW，2014 年設置目標提 升至210MW，以鼓勵屋頂型太陽光電系 統為主，預定 2015 年完成 847MW，

2020 年達到 2,120MW 的太陽光電發電系統設置，2030 年臺灣太陽光電發電設 置容量目標8,700MW，以建立國內設置實績，達成產業、環境等多重效益。其 計畫中規劃於2030 年推廣太陽光電發電系統設置容量達到 8,700MW，目標建 立我國太陽光電設置應用完善環境，積極推動太陽光電發電系統，並以推動策 略採「逐步擴大、先屋頂後地面」而言，對於國內太陽光電能源永續發展趨勢，

陽光屋頂的設置勢必會越來越多，故太陽光電固定於建築物屋頂結構強度考量

第一章 緒論

3 評估方式於建築規範修訂中顯得相當重要。

「陽光屋頂百萬座」現階段政府以鼓勵屋頂型太陽光電系統為主，並以躉 購費率及其他具體推動政策，配套措施如下：

1.簡化整體設置流程，放寬免競標資格

2.結合地方政府與鄉（鎮、市）、區公所合力推展 3.推動陽光社區設置

為加速再生能源開發、打造綠色能源經濟，經濟部能源局成立「陽光屋頂 百萬座」推動專案辦公室，主要為整合相關資源，針對設置障礙提供專業協助，

提供國內業者、縣市政府、承裝者完整解決方案，以加速推廣設置成效。推動 之配套措施包含簡化整體設置流程，放寬免競標資格、結合地方政府與鄉（鎮、

市）、區公所合力推展、推動陽光社區專案計畫等。

依據經濟部2014「能源與產業政策白皮書」，2014 目前我國太陽光電產業 已建構完整產業供應鏈，上中下游相關廠商數目家數逾250 家，整體就業人數 逾 2.2 萬人，2013 年總產值達新臺幣 1,572 億元，2013 年太陽電池生產量逾 7GWp，為全球第 2 大製造國。2012 年政府開始執行陽光屋頂百萬座政策，推 動國內太陽光電普及化設置，並推動擴大海外市場行動計畫，協助國內廠商尋 找市場，2013 年國內太陽電池製造廠商由虧轉盈，整體產值較 2012 年成長 18.9%。

太陽光電開發利用，是一項符合我國自然條件，同時又能配合我國產業基 礎的再生能源應用項目，有利於我國達成二氧化碳減量目標，並增加自主能源 的供應與穩定。未來透過「陽光屋頂百萬座」的推動，將提升國內市場需求，

提供系統廠商建置太陽光電系統之實績與經驗，帶動我國產業發展新契機。

表 1-1 太陽光電系統設置之型式及特點

型 式 特 點

4 地面設置型

(Ground Mounted PV)

施工便利、受風壓低，缺點為土地 取得不易。

屋頂型

(Roof Top PV) 可充分利用空間，裝置容量受限。

Building Integrated PV (BIPV) 及Construction Integrated PV (CIPV)

可整合建築物空間利用、結構安全性及

太陽光發電系統之各種組成設備包括太陽電池模組(PV Module)構成之太 陽電池陣列(PV Array)、直流接線箱(DC Junction Box)、直/交流電力轉換器 (DC/AC Inverter，亦稱電力調節器)、交流配電盤(ACPower Panel)等。太陽光電 系統依設置的方式一般可區分為地面設置型、屋頂型、BIPV 及 CIPV 等型式，

第一章 緒論

5 (4).風砂大的地區有嚴重沖蝕的不利影響。

(5).台灣全島平地之平均溫度溫暖偏高。

目前陽光屋頂之太陽光電板常見架設方式包括平貼於屋頂面、作為建築物 附屬雨庇或遮陽構造物及採剛性構架支撐架高於屋頂面等作法；其中平貼於屋 頂面之太陽光電板受限於屋頂坡度與走向，但其所受風壓與屋頂表面披覆物可 一體考量，如價高設置則亦應另行考慮其氣動力特性與風荷載。而作為建築物 附屬雨庇或遮陽構造物時，則可引用規範中相關傾斜屋頂之規定進行其風荷載 的評估；太陽光電板採剛性構架支撐架高於屋頂面時，可提供較具彈性的角度 調整，由於架高的關係，氣動力行為較為複雜，其版面所受風荷載成為支撐結 構設計的重要考量，包括結構桿件內力及節點結合強度需求等，本案將進行深 入的探討。平貼於建築物外殼之光電板之風荷載受到版與建築物間距影響，亦 可進一步探討。