圖 1-2 研究架構圖 資料來源：本研究整理
第二章 文獻探討 2.1 太陽能產業沿革
人類利用太陽能作為一種能源和動力使用，只有短短 300 多年的歷史。
1615 年法國工程師所羅門·德考克斯首先發明了一台利用太陽能加熱空氣裝 置使其膨脹作功而可以做抽水的機器，在 20 世紀 70 年代以來，人類對於太 陽能科技突飛猛進，發展歷史大體可歸納分為七個階段
第一階段(1900-1920)
在這一階段期間世界上太陽能研究的重點仍是在太陽能動力裝置，採用 的聚光方式多樣化，並且開始採用帄板集熱器和低沸點材料，把裝置逐漸擴 大，該設備最大輸出功率達 73.64kW，但可惜造價仍然很高，無法達到量產 經濟規模。
第二階段（1920-1945）
在階段期間 20 多年中，太陽能發展研究工作處於低潮進度緩慢，參加研 究工作的人數和研究項目大為減少，其原因與石油礦物燃料的大量開發利用 和發生第二次世界大戰（1935-1945）有關，而太陽能又不能解決當時人類對 能源的急需，因此使太陽能研究工作逐漸受到冷落。
第三階段（1945-1965）
然而在第二次世界大戰結束後的 20 年中，一些有遠見的學者人士已經注 意到石油和天然氣資源正在迅速減少，並呼籲世界各國政府重視這一能源問 題，從而逐漸推動了太陽能研究工作的恢復和開展，並且成立太陽能發展學 術組織，進而舉辦學術交流和展覽會，再次興起太陽能研究熱潮。1954 年貝
爾實驗室的富勒和皮爾遜,則發展出轉換效率百分之四點五的單晶矽太陽能 光電電池，而隨後在 1958 年開始, 美國發射的人造衛星和太空船就採用太陽 能光電電池作為動力來源，因為太陽能光電電池不需要補給燃料的特性, 所 以偏遠荒莫，以及離島電力網無法到達的地方, 也陸續採用作為給水、供電 系統。
第四階段(1965-1973)
這一階段約 10 年期間太陽能的研究工作停滯不前，主要原因是太陽能利 用技術處於成長階段尚不成熟，並且投資大，效果並不理想，難以與一般石 油礦物燃料常規能源競爭，因而得不到公眾、企業和政府的重視和支援。
第五階段（1973-1980）
然而自從石油在世界能源結構中擔當主角之後，石油就成了左右經濟和 決定一個國家生死存亡、發展和衰退的關鍵因素，1973 年 10 月爆發中東戰 爭，石油輸出國組織採取石油減產、提價等辦法，支持中東人民的鬥爭，維 護本國的利益，其結果是使那些依靠從中東地區大量進口廉價石油的工業國 家，在經濟上遭到沉重打擊。所以西方一些國家人是開始正視世界發生了“能 源危機”。在客觀上使人們意識到現有的能源結構必頇徹底改變，並應加速向 未來能源結構過渡。從而使許多工業發達國家，重新加強了對太陽能及其它 可再生能源技術發展的大力支持，所以在世界上再次興起了開發利用太陽能 熱潮。
第六階段（1980-1992）
70 年代興起的開發利用太陽能熱潮，然而進入 80 年代後不久又開始落 潮，逐漸進入低谷，因為世界上許多國家為了財政支出問題而相繼大幅度削
減太陽能研究經費，其中美國最為明顯，主要原因是世界石油每桶價格大幅 度回落，而太陽能光電產品製造成本及價格居高不下，所以一直缺乏缺乏競 爭力。另外太陽能光電技術一直沒有重大突破，對於提高效率和降低成本的 目標沒有實現，導置動搖了一些人開發利用太陽能的信心，也因為核電發展 較快及相對經濟效益較為顯著，對太陽能的發展有一定的抑制作用。
第七階段（1992- 至今）
由於大量燃燒地球自然礦物能源，造成了全球性的環境污染和生態破壞，
對人類的生存和發展構成威脅，所以溫室效應該議題不斷被提出。所以在這 樣的背景下，1992 年聯合國在巴西召開“世界環境與發展大會”，會議通過了
《里約熱內盧環境與發展宣言》，《21 世紀議程》和《聯合國氣候變化框架公 約》等一系列重要文件，把環境與發展納入統一的框架，確立了可持續發展 的模式，而這次會議之後，世界各國加強了清潔能源技術的開發，將利用太 陽能與環境保護結合在一起，並使太陽能源發展走出低谷，並逐漸得到加強 及獲得重視。
人類逐漸意識到工業污染引發溫室效應對環境及生態產生了嚴重威脅，其影 響程度是人類無法承受包括海帄面上升、物種滅絕、氣候變遷導致糧食短缺 等等。美、日、韓與歐盟等這些已開發國家,則陸續推動太陽能科技發展計畫 以及太陽能住宅計畫, 透過獎勵、設備補貼以及減稅誘因下, 太陽能光電電池 與太陽能光電熱水系統, 才被逐漸廣泛與建築物整合並裝置於建築物屋頂上 或牆面, 提供居民熱水與電力需求。同時太陽能光電電池與市電系統並聯也 快速引進,使太陽能光電電池進入高速發展時期，以現行最新技術由日本松下 公司研發出轉換效率 24%太陽能單晶電池片。
2.2 太陽能發電應用
如果說世上有所為的取之不盡、用之不絕而且不必花錢就可以有隨手取 得的能源，那太陽能源就是最名至實歸。也因為它是最易取得的能源也是最 廉價的能源，因此太陽能也就是目前最被人看好的應用能源之一，所以也是 為何人類面臨石油能源枯竭不久的將來，極力開發或競相投入太陽能源產業。
而太陽能光電電池又可以分為非晶、單晶及多晶三種類型應用：
1. 單晶矽的組成原子均按照一定的規則，週期性地排列，它的製作方法是 把矽金屬（純度為 99.999999999％，11 個 9）熔融于石英坩堝中，然後把 晶種插入液面，以每分鐘 2 ~ 20 轉的速率旋轉，同時以每分鐘 0.3 ~ 10 毫 米的速度緩慢的往上拉引，如此即可形成一直徑 4 ~ 8 吋單晶矽碇，此製作 方法稱為柴氏長晶法（Czochralski method）。用單晶矽製成的太陽電池，效 率高且性能穩定，目前已廣泛應用於太空及陸地上。
2. 多晶矽的矽原子堆積方式不只一種，它是由多種不同排列方向的單晶所 組成。多晶矽是以熔融的矽鑄造固化而成，因其制程簡單，所以成本較低。
目前由多晶矽所製作出的太陽電池產量，已經逐漸超越單晶矽的太陽電池。
3. 非晶矽乃是指矽原子的排列非常紊亂，沒有規則可循。一般非晶矽是以 電漿式化學氣相沈積法，在玻璃等基板上成長厚度約一微米左右的非晶矽薄 膜。因為非晶矽對光的吸收性比矽強約 500 倍，所以只需要薄薄的一層就可 以把光子的能量有效地吸收，且不需要使用昂貴的結晶矽基板，而用較便宜 的玻璃、陶瓷或是金屬等基板，如此不僅可以節省大量的材料成本，也使得 製作大面積的太陽電池成為可能（結晶矽太陽電池的面積受限於矽晶圓的尺 寸）。
單、多晶太陽能光電電池較非晶太陽能光電電池能夠轉化多一倍以上的 太陽能為電能，但單、多晶的價格比非晶的價格貴兩三倍以上，在陰天的情 況下非晶體式反而與晶體式能夠收集到差不多一樣多的太陽能。所以除非受 到每單位面積產電功率的限制，否則的話，使用非晶體式太陽能光電電池板 為更加划算的投資。太陽能光電電池是利用太陽光與材料相互作用直接產生 電力之一種無污染之可再生能源，尤其是太陽能光電電池在使用中並不會釋 放包括二氧化碳在內之任何氣體，這可改善生態環境、解決地球溫室效應的 問題，因此太陽能源可望成為 21 世紀人類依賴的重要新能源。另外自從 1973 年第一次石油危機發生，世界各國警覺到石化能源的獨佔性及有限性，因此 積極開發太陽能源應用科技，以期利用太陽能源應用之技術減低對石化能源 的依賴性。時至於今，太陽能源利用作為化解石油危機的功能並未真正發生。
反而因石油能源隨人類文明增進而過度開發，導致全球氣候異常暖化。全球 氣候環境異常變遷引起包括太陽能之再生能源技術之開發利用再度成為各國 極力發展的課題。
過去一、二年間，太陽能技術研發及推廣之重點系以多功能/高效率整合 應用技術/產品開發、性能檢測技術開發、產業制程技術服務、產業資訊調查 及教育宣傳。在技術研發規劃上以研發新應用技術為導向、以服務產業為目 標。未來太陽能應用研究會朝向整合過去本所太陽能技術研究成果，積極推 廣太陽能應用技術。因為太陽能源所產生的效益成本過高，所以對於開發應 用到日常生活用品或消費性商品有其困難度，主要還是以家庭用電的太陽能 光電系統為主流。而太陽能光電系統基本上可分為獨立型系統及並網型系統 兩種應用方式，獨立型系統必頇先將太陽光產生的電去儲存在蓄電池中再加
以利用，由於所需的特殊蓄電池成本極高不適合大電流輸出，因此現行大多 運用在與照明或通信結合的領域上。而並網型系統是將電力與電力電網並聯，
將市電電網當成無限大蓄電池，並由電網負責做電力傳送及交換的一種系統，
其原理類似一個小型發電廠，由於不需要蓄電池，因此成本相對太陽能光電 獨立型系統可以比較低，且後續的維護成本更低，因此並網型系統已成為目 前全球太陽能光電市場的主要應用方式。
(1).獨立型太陽能發電系統(圖 2-1)
圖 2-1 獨立型太陽能發電系統
(2).併網型太陽能發電系統(圖 2-2)
圖 2-2 併網型太陽能發電系統
圖 2-2 併網型太陽能發電系統