研究背景與動機

自工業革命以來，由於人類生活型態的轉變，使得「電」成為了文明 世界中不可或缺的能源，充足的電力是工商經濟發展的後盾。然而我們日 常生活所需的電能，必須透過煤、石油、天然氣等化石燃料或鈾礦來進行 轉換，而這些蘊藏在地球上的資源是有限的，根據過去的研究顯示，在技 術與成本的限制下，石油可開採年數剩下約 40 年，天然氣約 60 年，即使 蘊藏量相對較多的煤炭，開採年數也不及 230 年[12][15]，且化石燃料蘊藏 的地點也集中在少數地區，顯示了能源的有限性及易受控制性，一旦國家 的能源的供應出現危機，工商業、經濟、交通、民生等許多層面的問題都 會受到連帶影響[6]。

除了能源短缺的危機之外，無論利用化石能源或是鈾礦進行發電，對 於地球的生態環境都有其潛在的不良影響，化石能源燃燒時所產生的大量 二氧化碳使地球逐漸暖化，形成溫室效應，燃燒後產生的硫、氮等氧化物 不僅污染空氣，溶於大氣層中的水氣後，形成的酸雨（Acid Rain）更造成 熱帶雨林的面積不斷減少，間接加速了生態環境的惡化；而鈾礦進行的核 能發電，至今仍存在許多安全上的疑慮，包括輻射外洩造成的災難以及核 廢料處理的問題。

上述能源短缺以及環境保護的兩大問題，會隨著科技與文明不斷進步 而日益嚴重，故近年來許多國家致力於開發風力、潮汐、太陽能等污染較 低且可重複循環的再生能源（Renewable Energy），其中太陽能相較於其 他再生能源，在取得上較不易受到地理環境因素所限制[6][9]，因此美、日

與歐洲各國政府近年來皆大力的推廣設置太陽能發電系統。

根據 2008 年經濟部能源局的最新統計顯示，我國有 99.35%的能源必 須仰賴進口，容易受到能源短缺及價格波動的影響，高度依賴進口能源將 是國家發展的一大隱憂，因此推動太陽能發電系統的設置，以太陽光能取 代化石燃料作為發電的來源，是一項不錯的選擇。

太陽能發電系統（Photovoltaic system）是由多個太陽能電池配上輸電 相關設備所組成，太陽能電池透過光生伏特效應（Photovoltaic effect）將 太陽輻射光能轉換為電能，當日光照射到電池表面時，並非所有入射的光 能皆能轉為電能，日光是由多種頻率的光所組成，其中約 50%的光由於頻 率較低，無法使太陽能電池進行光生伏特效應，剩下 50%的光能雖能作用，

但在轉換的過程中又有一半以上的能量會以熱的形式釋放，最後只有不到 25%的光能可以轉換成電能[23]，而這樣的轉換效率也只不過是理論上的最 大值，目前以矽為電池材料的太陽能發電系統，模組實際的轉換效率約在 6%至 19% 之間。

我國位於太陽輻射能豐富的副熱帶地區，根據全球能源網路協會

（GENI）資料顯示，台灣地區的太陽能資源被劃分在每年 1050 ~1350 kwh m⁄ 的區域範圍，理論上是太陽能發電系統理想的設置地區，然而根 據經濟部能委會的資料顯示，近年來我國太陽能發電系統的設置容量雖然 逐年提高（如圖 1-1），至 2008 年底總計約四百萬瓦（0.4 萬瓩），但以 太陽能提供的電力卻僅占所有電力供應的比重不到 0.1%，無法普及的主要 原因是設置成本過高。由於太陽能發電系統的轉換效率相較於其他發電系 統來的低，且設置太陽能發電系統需要廣大的土地，我國地狹人稠，土地 成本高，一座與核四供電量相當的太陽能電廠，設置面積約為核四廠目前 的 160 倍，若無法提高太陽能發電系統的轉換效率，發電系統實際運作後，

電力轉售的盈收相對於高昂的設置成本，將是未來在推廣太陽能發電系統 時，廠商望之卻步的一大阻礙。

過去國內外探討太陽能發電系統的相關研究，大多是以電子、機械或 材料等工程學的觀點切入，分析太陽能發電系統中，各零組件的物理特性，

透過技術上的突破提昇發電系統的轉換效率，進而增加系統輸出發電量，

然而此類型研究無法避免的問題是：系統轉換效率從控制許多環境條件的 實驗室，到戶外設置，再到實際運作後的落差。實驗階段所宣稱轉換效率 的技術突破，未必能在實際運作時達到當初預期的目標，戶外存在的各種 環境因子，包括氣候或地理條件等，亦有可能影響太陽能發電系統輸出 的發電量。另一種工程實驗研究則是針對系統的傾斜角、方位角等單一系 統因子進行實驗，找出該因子的最佳值[2][13]，這類研究的資料來源，大 多是研究者利用個人或所屬研究機構設置的發電系統進行實驗所得的數 據，因此研究結果是否能推廣到其他不同廠牌、不同運作方式的太陽能發 電系統，仍有待後續進一步研究的証實。

因此，本研究不同於過去多以工程觀點的研究，針對目前已實際運作 的太陽能發電系統進行資料分析，歸納出影響發電量的重要因子，一方面 希望給開發太陽能系統的技術人員一個參考的方向，另一方面則對於過去 以各種工程科學所研究得出的結論進行驗證，最後透過研究所建構的模型，

預測未來太陽能發電系統的發電量。

0.1 0.2 0.3 0.5 0.6

1.0 1.4

2.4 4.0

-0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 年份

百萬瓦

圖 1-1 近年來我國太陽能發電系統設置容量成長趨勢圖（經濟部能委會）