第一章 緒 論
第一節 研究背景與動機
人類的經濟活動大量使用化石燃料的結果，造成大氣中二氧化碳（CO2） 等溫室氣體的濃度急速增加，產生愈來愈明顯的全球增溫、極地冰山及高 山冰河加速融化、海平面上升及全球氣候變遷加劇等現象，對水資源、農 作物、自然生態系統及人類健康等各層面造成日益明顯的負面衝擊(王塗 發，2008)。為了抑制人為溫室氣體的排放，有效減緩氣候劇烈變遷，聯 合國於 1992 年 6 月初在巴西里約舉行「地球高峰會議」，通過「聯合國 氣候變化綱要公約(United Nations Framework Convention on Climate Change, UNFCCC)」，對人為的溫室氣體排放做出全球性管制的宣示。1997 年 12 月於日本京都舉行的聯合國氣候變化綱要公約第三次締約國大會
（COP-3），通過具有約束效力的京都議定書（Kyoto Protocol），以規 範工業國家未來之溫室氣體減量責任，包括針對 38 個已開發國家訂出減 量標準，將二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亞氮（N2O）、氫氟碳化 物（HFCs）、全氟碳化物（PFCs）、六氟化硫（SF6）等六種溫室氣體排放 量平均削減到比 1990 年的排放量低 5.2﹪的水準；減量期程為西元 2008 至 2012 年。自俄羅斯批准京都議定書後，批准國中附件一國家排放量跨 過附件一國家總排放量 55％之門檻，而使該議定書於 2005 年 2 月 16 日正 式生效。
地球大氣層中，含有二十餘種「溫室氣體」，可讓短波輻射光源通過，
吸收長波輻射、維持地球表面溫度，此種溫室氣體主要包括CO2、CH4、PFCs、
HFCs、N2O等，其中以CO2為「溫室效應氣體」的主要成份，其貢獻度高達 66%(許志義，2007)。由於CO2之排放主要來自於化石能源如石油、煤炭、
天然氣等之使用，因此勵行「節能減碳」遂成為當前世界各國施政重點。
面對「碳限制」時代的來臨，尋找低碳或無碳能源技術，亦成為全世界趨
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勢。其次，觀察國際油價趨勢發現，雖然價格波動係因供需變化所致，但 在確認油價長期走勢將呈現上漲趨勢後，成本較高的再生能源，在政府補 貼政策下，經濟可行性逐漸浮現。面對高能源價格及低碳經濟時代的來臨，
各國傾向抑制化石能源消費，極力轉向低碳能源之使用，一大部份則選擇 發展使用再生能源。
基於能源安全、經濟發展、減碳壓力，國內早已開始發展再生能源技 術。由於國內市場規模不大，再生能源之發展，未來將以產業之建 立為主，
本地之應用為輔(中技社，2008)。在目前技術己經成熟且具商業運轉潛能 有太陽能、風能、生質能等三種，其中太陽能、風能在產能過程更是接近 於無碳能源。2008年6月經濟部於「永續能源政策綱領」中規劃，積極發展 無碳再生能源，有效運用再生能源開發潛力，於 2025 年占發電系統的8%
以上； 2009年7月通過「再生能源發展條例」，將增加1000萬瓩再生能源 發電。
太陽能可分為太陽熱電能及太陽光電能，太陽熱電能在台灣地區較少 使用，主要以太陽光電能為主。太陽光電能為一將太陽能轉換成電能之半 導體元件，基本上陽光照射在半導體P-N接合元件上，產生電子-電洞對，
此電子與電洞在P-N接面所產生的電場推動下，被驅動至元件上下表面，
而形成電壓，當與外負載接合時，即產生電流。根據陳忠瑞(2009)的研究 2009年以太陽能光電系統發電，每度發電的成本已降至0.4美元以下，而 現階段各國每度電的發電成本，分別為:法國0.16美元，英國0.19美元，
德國0.23美元，日本0.25美元，台灣0.1美元，傳統發電及太陽光電之發 電成本價差已經拉近不少，預計到2015年兩者的發電成本將會相等。
對於太陽光電系統而言，過去常有人認為它是無碳的發電技術，或許 在太陽光電系統使用階段可確定為無溫室氣體排放，但若考量整個發電系
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統的生命週期，即從原料取得、製造、配銷、使用到最後廢棄，如在矽晶 片及光電薄膜的製造過程仍會有能資源的消耗及溫室氣體排放，也就是再 生能源產品在製造過程仍需源自於傳統電力系統之能源供給，因此太陽能 電池國際大廠打算以太陽光電能源來替代傳統化石電力能源，卻在先前的 產品元件生產過程中耗掉不少化石電力能源，也排出不少的溫室效應氣體。
因此太陽光電系統是否較傳統供電系統更能達到「節能減碳」的目標，就 是值得深入分析探討的議題。
以消費者的角度來看，若欲替代傳統能源，首先面臨的是價格競爭的 問題，以目前在台灣發展快速的太陽光電能為例，目前每度的發電成本約 在NT7~8元之譜，比傳統電力約NT2~3元之成本明顯高出了許多，雖然在價 格優勢較不具競爭力，但由於傳統化石能源逐漸枯竭，再加上全球暖化議 題所帶動節能減碳風潮，使得太陽光電技術，成為當前評估是否為未來永 續能源重要的發展主軸之一。
太陽光電系統是否較為「節能減碳」，就必須和傳統供電系統的 CO2
產量作比較，碳排放量盤查的需求及技術乃孕育而生。
綜合以上所述，本研究期待藉由太陽光電系統碳排放量之盤查與分析，
瞭解太陽光電系統各生命週期階段溫室氣體之實際排放情形及影響太陽 光電系統碳排放量主要因素，並可比較不同生命週期階段的碳排放量，找 出單位電力產出之最少碳排放量的太陽光電生產製程，及如何有效減少碳 的排放量，以達成有效減碳之目標。
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第二節 研究目的
一、為了解各種太陽光電系統的節能減碳效益為何。
二、為能了解各種太陽光電系統在各生產階段有較佳的節能減碳技術及節 能減碳效益又為何。
三、為能了解各種太陽光電系統產品可能銷售市場。
第三節 研究範圍與限制
一、太陽能電池種類繁多，考量本身能力、時間之限制及研究對象之代表 性，本研究以未來十年市佔率及具成長性的太陽光電技術或產品為主 要考量，選擇結晶矽太陽能電池及非晶矽薄膜太陽能電池為本研究之 主要對象。
二、本研究以排放係數法推估發電系統生命週期之碳排放量，相較於檢測 法數據準確性較差。
三、薄膜製程技術尚未成熟，未來發展變數仍大，目前製程所使用之原物 料與製程參數有些被列為商業機密，使得相關資料取得不易，進而影 響研究之準確性。
四、太陽光電系統設置地點影響發電量甚鉅，本研究發電量數據係以台灣 地區平均等效日照時數推估而得，無法適用於其他國家。
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第四節 名詞釋義
一、太陽光電系統(Photovoltaic System，簡稱 PV System)
本研究是指可用於發電之太陽能光電系統，這系統主要是由太陽電池 組列、電力調節器（Power Conditioner）、直/交流轉換器（Inverter）、
系統控制器、併聯保護裝置、配線箱及蓄電池等所構成。主要應用包括:
太陽電池與電力系統結合（併網型）、提供無電力供應地區的解決方案（離 網型）。本研究主要討論的是單晶、多晶及非晶矽薄膜太陽電池。
二、碳排放量
「碳排放量」之定義為每單位生產量（或能源消耗量或服務量）所排 出之溫室氣體總量，以二氧化碳當量(CO2e)表示之。用以量化製程、製程 系統或產品系統溫室氣體排放的參數，以表現它們對全球暖化的貢獻。
三、傳統電力系統電力排放係數
本研究主要指火力發電、水力發電、核能發電等綜合發電而成，每度 電的二氧化碳當量排放量。我國電力排放係數計算將線損之GHG 排放量 予以扣除，考量本係數為提供電力業以外之消費端使用，而線損為供應端 之輸配電系統所產生，爰宜由供應端承擔，對消費端較公平合理。以2009 年為例為0.623KgCO2/KWh。
四、生命週期評估
根據ISO14040對LCA的敘述如下：產品系統自始至終的生命週期中，
投入和產出及潛在環境衝擊之彙整與評估。投入指的是進入單元過程的產 品、物料或能源。產出指的是離開單元過程的產品、物料或能源。本研究 指太陽能光電系統從原料取得、製造、使用到最後廢棄各階段之溫室氣體 排放量之總評估。
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1.可開發容量約258萬瓩，容 量因數約30～40％（68
～90億度）左右，僅能作輔助性電源。 炭氣化複循環(IGCC）及超臨界發電，每度電CO2