第四章 近零能源建築可應用之再生能源技術
第一節 臺灣再生能源技術應用現況
一、太陽光電
太陽能光電技術，其基本構造是運用 P 型與 N 型半導體接合而成。太陽光電 技術發展項目主要包括：矽晶太陽電池、矽薄膜太陽電池、染料敏化太陽電池、矽 晶模組之研發、太陽光電系統設置及安裝 CIGS（銅銦鎵硒）薄膜楊電池等。國內 安裝之太陽光電發電系統多採晶矽模組為主，而在技術發展上，也以矽晶太陽電池 產業發展最為完善。太陽能光電設備一般可分為獨立系統、混合系統及併聯系統。
圖 4-1 太陽能光電之基本構造
（資料來源：http://www.moneydj.com/HotProduct/HTML/PA71-2.html）
1、獨立系統：指太陽光電發電設備系統獨立供應負載，利用太陽能模組於白天生 產電力，並對蓄電池組充電；在夜晚由蓄電池組經電力轉換器提供電源給負載，
過程中未與市電系統有任何連結，該系統多半用於市電無法建構之偏遠地區。
圖 4-2 獨立式太陽能光電系統
（資料來源：http://www.moneydj.com/HotProduct/HTML/PA71-2.html）
2、 混合系統：指將市電系統與蓄電池搭配使用。平時太陽能光電系統併聯發電，
同時供應負載與蓄電池充電，夜晚電力不足時，由電力公司供電。此系統多 用於有防災救難需求之公共設施。
3、 併聯系統：指將太陽能光電系統與市電系統併聯使用，其控制器具有逆電功 能。當太陽能光電系統發電量大於電力負載時，系統會自動將多餘電力送回 電力公司；當負載用電大於太陽能光電發電量或夜晚太陽光電能電力不足時，
便由電力公司供電。
圖 4-3 混合式太陽能光電系統
（資料來源：http://www.moneydj.com/HotProduct/HTML/PA71-2.html）
圖 4-4 併聯式太陽能光電系統
（資料來源：http://www.moneydj.com/HotProduct/HTML/PA71-2.html）
國內目前以矽晶電池研發為主之「低成本矽材電池技術」為主要之科研計畫，
目標以發展建立自主研發、低成本之多晶矽生產技術為重點。曾先推動偏遠離島、
陽光電城、Solar Top、陽光社區、振興經濟擴大公共建設投資等專案計畫。未來 展望則包括以小額貸款方式，扶持小型用戶設置系統成長，對大型企業則在電能躉 購費率上給予足夠誘因，以鼓勵大型太陽光電發展。
經濟部為鼓勵各直轄市、縣市結合在地社區特色，另於 102 年 3 月 5 日訂定
《經濟部推動陽光社區輔助要點》，執行機關為能源局，透過提供地方政府推動費 用，推動太陽光電陽光社區建制，塑造太陽光電輔助供電之群聚應用示範，達成陽 光屋頂百萬座計畫之願景。101 年成立「陽光屋頂百萬座」計畫推動辦公室後，並 陸續制定多項執行政策，102 年依照經濟部的規劃設置目標為 130MW，並規定上半 年度躉購費率為每度電最高為新台幣 8.3971 元，並以協調台電公司簡化作業程序，
縮短民眾申請程序。本計畫預定 104 年完成 420MW，2020 年達到 1,020MW，119 年 達到目標 3,100MW。另外，也放寬太陽光電發電設置至 3 公尺以下免雜照，減少申 請建築執照等法令障礙。
政府亦大力導入太陽光電能源技術服務業（PV-ESCO ,photovoltaic-Energy Service Companies）之模式，PV-ESCO 是一種商業模式，由太陽光電發電設備設 置或投資業者，像建築物或土地業主取得空間或場址使用權，設置並營運太陽光電 發電設備，將該發電設備生產之電能售予電力公司。其合作之空間或場址可為一般
民眾之屋頂，也可為公部門建築物、校園屋頂、廠房等。業主於出租空間或場址使 用權時，可向業者收取一定租金，進而鼓勵業主將其閒置之屋頂租予業者設置太陽 光電發電系統。而利用太陽光電發電系統發電所得之電力，尚得賣回給電力公司，
而其收益依照業者和業主間契約的規範，可分為完全歸屬於業者，或是由業者和業 者業業主者業者，兩者共同按照約定比例分享，以鼓勵業者多多設置太陽光電發電 系統。此種模式不但減少民眾初期投資資金，業者亦可整批融資，以具經濟規模之 方式設置系統。而雙方合作結束時，依契約決定系統之所有權，原則上屬於業主所 有，以使其後續仍能繼續利用太陽光電系統。
103 年台電綜合研究所提出「綠能智慧屋儲能系統」，有效提升太陽能與風力 發電使用率的新技術，根據家庭用電需求，設計出以太陽光電及風力發電為主、市 電為輔、燃料電池作為後援的電源配置，並由全釩氧化還原液流電池（Vanadium Redox. Flow Battery， 簡稱 VRFB）擔任儲能裝置的角色。根據 2014 年 1 至 12 月的累積資料計算，太陽能發電，每度電的成本超過 6 元，若再加上儲能系統，每 度電的供應成本將攀升至 43 元左右，故目前系統成本較高而暫時無法普及。
二、太陽熱能
太陽能熱水器裝置構造主要係由一用來吸收太陽能輻射熱的集熱器與儲存熱 水的水罐，再加上供熱和冷水的管道構成一完整太陽能集熱設備。利用接收或聚集 太陽輻射能，使之轉換為熱能或電能來使用，需利用太陽能集熱氣，將水加熱後儲 存於儲水槽以供後續使用。 太陽能熱水器設備，依集熱及蓄水方式分為以下兩種：
1. 自然循環型太陽能熱水器：其運作原理如圖 4-5 所示，其中自然循環型太陽能 熱水器的集熱器多為不鏽鋼平皮形，其表面採用強化玻璃作為保護層，係為提 高輻射熱的吸收效率，其儲水罐皆具保溫功能。
圖 4-5 自然循環型太陽能熱水器
（資料來源：http://www.suncue-078319017.com.tw/product-detail-291465.html）
2. 真空蓄水型太陽能熱水器：指由許多玻璃圓管及若干引水連接管結構零件所 組成，其運作架構原理如圖所示。為提高玻璃圓管吸收太陽光之集熱效果，
其表面還被覆一層熱吸收膜防止散熱。自然循環與真空蓄水型太陽能之區別 在於自然循環型的集熱器與儲水罐為各自分開獨立配置，且集熱器和儲水罐 間連結管道所用的儲熱介質為甘醇，並利用泵來強制熱循環。由於管道內採 用的介質不是水，因此可供冬天會結冰的地區安心使用。
圖 4-6 真空蓄水型太陽能熱水器
（資料來源：http://www.suncue-078319017.com.tw/product-detail-291465.html）
為推廣太陽能熱水器之使用及減少民眾之負擔，政府於民國 75～81 年期間訂 定《太陽能熱水器推廣獎勵辦法》鼓勵民眾裝設，99 年以後，則改以《太陽能熱
水系統獎勵辦法》為之。目前就設置者每平方公尺集熱器面積提供本島新台幣 1,500～2,250 元之補助，離島地區新台幣 3,750～4,500 元之補助，約占設置成本 之 20～25％。以澎湖低碳島計畫為例，太陽能熱水系統加碼補助部分，於 101 年 開始實施，根據現行補助規定，我國每平方公尺集熱面積補助新臺幣 2,250 元，離 島地區則補助 4,500 元，再加上低碳島計畫期間，澎湖縣政府加碼補助每平方公 尺 3,000 元，總計在澎湖安裝太陽能熱水系統每平方公尺即可獲得 7,500 元的補 助款項。自 89 年起至 104 年 4 月止，太陽能熱水系統累計安裝面積達 3,680 平方 公尺，累計集熱面積每年可減少約 699 公噸二氧化碳排放量，並可減少使用約 250 公噸油當量的能源，節能成效有顯著成長。
而國內太陽能熱水之安裝利用統計，99 年普及率增長為 6.5％以上，達每平方 公里有 52.82 平方公尺之密度，排世界第五。未來我國應注重於技術突破，使陰雨 時無須啟用輔助電熱器輔助加熱，且應研擬如何於我國現行建築法規下，不影響建 物整體外觀，而與太陽光電系統併行推動。
三、水力
水力發電的基本原理是利用水位落差產生能量，並配合水輪機串接發電機以 產生電力。水的能量包括：動能與位能，水力機械中的水輪機可把這兩種能量轉變 為機械能加以利用。具有位能或動能的水沖水輪機開始轉動，會帶動發電機產生電 力。提高水位可使得水輪機轉速增加，亦即水位差越大則水輪機所得動能越大，可 轉換之電能越高。
水電技術可分為「慣常式」、「抽蓄式」兩種，其中慣常式水電又可分為「川 流式」、「調整池式」、「水庫式」三種。慣常式及抽蓄式之區別在於慣常式水電乃 將水由引水隧道送到水輪機後，就經由尾水路排回河川，而抽蓄式發電則有上下 兩池，水由引水隧道送到水輪機後，在於夜間以白天所發之電力，將下池庫水抽 回上池儲存，於發電過程中，水並未全部排回河川。而如今在追求綠能低碳的時 代，各國政府無不呼籲以慣常式發電，而非抽蓄式水電，作為再生能源施政之 一。
圖 4-7 水力發電流程圖
（資料來源：
http://www.taipower.com.tw/content/about/about02.aspx?PType=2）
據 2004 年統計，世界上大約有五分之一（20%）的電力供應是來自水力發電，
至 2011 年則下降至 16%。現在全球有 150 個國家使用水力發電，有 24 個國家的水 電比重超過 90%，至少有三分之一的國家的電力供應以水電為主。有 75 個國家主 要依靠水壩來控制洪水，全世界約有近 40%的農田是依靠水壩提供灌溉。至今，水 力發電仍然是最低成本的可再生能源，全球水力發電總量每年都不停在增長中，但 在全球可再生能源所佔比重就不斷下降，近年由於中國、俄國、巴西等發展水力發 電，所以比重的減少有所減緩。
表 4-1 全球水力發電總量
年份 一年發電量 佔再生能源百分比 佔所有能源百分比
2010 945GW 83% 16.10%
2011 970GW 75.90% 15.3
2012 960GW 76% 16.50%
2013 1000GW 74.20% 16.40%
（資料來源：
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%B0%B4%E5%8A%9B%E7%99%BC%E9%9B%BB）
表 4-2 世界水力發電前十名之國家
排名 國家 數據年份 總共 水電 百分比
（%）
（億千瓦時/年） （億千瓦時/年）
1 中國 2011 797.4 687.1 86.2
- 歐盟 2010 699.3 397.7 70.9
2 美國 2011 520.1 325.1 62.5
3 巴西 2011 459.2 424.3 92.4
4 加拿大 2011 399.1 372.6 93.4
5 俄羅斯 2010 166.6 163.3 98
6 印度 2011 162 131 80.9
7 德國 2012 136.1 21.2 15.6
8 挪威 2011 121.4 119.6 98.5
9 日本 2011 116.4 82.5 70.9
10 西班牙 2011 87 30.3 34.8
（資料來源：
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%B0%B4%E5%8A%9B%E7%99%BC%E9%9B%BB）
我國目前水力發電總量有下降之趨勢，但仍保有 11 座水電廠、82 座機組，總 發電設置裝置容量仍然達 4,541.607MW，水電技術十分成熟。其中大甲溪、明潭及
我國目前水力發電總量有下降之趨勢，但仍保有 11 座水電廠、82 座機組，總 發電設置裝置容量仍然達 4,541.607MW，水電技術十分成熟。其中大甲溪、明潭及