行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告
金屬複層板太陽電池模組之戶外操作特性研究
研究成果報告(精簡版)
計 畫 類 別 ： 個別型 計 畫 編 號 ： NSC 100-2221-E-151-061- 執 行 期 間 ： 100 年 08 月 01 日至 101 年 07 月 31 日 執 行 單 位 ： 國立高雄應用科技大學模具工程系 計 畫 主 持 人 ： 艾和昌 公 開 資 訊 ： 本計畫可公開查詢中 華 民 國 101 年 10 月 31 日
中 文 摘 要 ： 本計畫中提到的建材一體型太陽電池模組( Building
Integrated Photovoltaics, BIPV)是以建築設計手法將具有 建材功能之太陽光電模板導入建築物材料，使系統元件不單 只有發電之功能，也可以是建築外部景觀設計的一部份，更 可替代現有建材，降低裝設成本。建材一體型太陽電池模組 廣泛使用於各式建築物，如:大樓帷幕牆、斜瓦式屋頂、以及 其他建築物上的遮陽雨蔽裝置等。 太陽電池模組是屬於長期放置於戶外使用的發電產品，且需 有高達 20 年以上的使用壽命，發電效率隨日照強度及模組 溫度而變。本計畫所使用的金屬複層板材料常見於標準廠 房，本身具備保溫、斷熱、防水、載重大等特性於一體，當 此金屬建材與太陽電池模組結合時須考量到建材受日照後將 產生熱量蓄積，增加模組的太陽電池溫度進而降低其發電效 率的問題。因此，本研究擬使用已自主開發完成的金屬複層 板太陽電池模組於戶外進行模組發電、溫度等量測，並依照 IEC61215 相關規範，實際進行產品之安全檢測實驗，如：隔 熱性、防水性、抗紫外線性及耐衝擊性等。期望以最少的研 製成本完成適用於商業化量產製造的廠辦太陽電池金屬複層 板材。 中文關鍵詞： 建材一體型太陽電池模組、金屬複層板、戶外測試場、模組 溫度係數、IEC 模組驗證
英 文 摘 要 ： The project of Building Integrated Photovoltaic (BIPV) is based on the architecture design combined the construction material of PV modules with
building. The BIPV system is not only electricity generating but also is part of the landscape architecture. Also, it can be substituted the traditional materials and reduced the installation cost. The BIPV can be used in various buildings, such as traditional Chinese style roof, curtain wall
buildings and the external shades from other
building. Therefore, the aim of this project is to develop the multi-function modules with easy
installation.
Photovoltaic modules (PV modules) are used in outdoor with the long-term power products, more than 20
modules will depend on the sun intensity and the module temperature. In this experiment, the tested part is a photovoltaic module on composite metal panels. The material is polyisocyanurate (P.I.R.) composite metal plate. The P.I.R. composite metal panels that has been used in this research are
popular for standard factory building＇s wall use, it has the characteristics of thermal insulation,
waterproofing and load-bearing in one. When the P.I.R. composite metal panel combines with photovoltaic cells, it has to be considered the building materials will cause efficiency reduced due to heat capacity saving and cell＇s temperature increasing under the sun. Therefore, this research will use self-developed the photovoltaic modules on P.I.R composite metal panel in outdoor to measure the power characteristics, environmental temperature and cell＇s temperature. All of tests will follow the IEC61215 specifications for the safety of the product such as insulation, waterproofing, UV and impact resistance and so on. It is expect to commercialize the photovoltaic modules on P.I.R composite metal panels with a lowest cost.
英文關鍵詞： BIPV, P.I.R, Outdoor test field, Module temperature coefficient, IEC certification
行政院國家科學委員會補助專題研究計畫
□期中進度報告
■期末報告(精簡)
金屬複層板太陽電池模組之戶外操作特性研究
計畫類別：■個別型計畫 □整合型計畫
計畫編號：NSC 100－2221－E－151－061
執行期間：100 年 8 月 1 日至 101 年 7 月 31 日
執行機構及系所：國立高雄應用科技大學模具工程系
計畫主持人：艾和昌
計畫參與人員：高雄應用科技大學邱彬凱碩生、王尊賢碩生
中 華 民 國 101 年 9 月 29 日
中文摘要:
本計畫中提到的建材一體型太陽電池模組( Building Integrated Photovoltaics, BIPV)是以建築設計 手法將具有建材功能之太陽光電模板導入建築物材料，使系統元件不單只有發電之功能，也可以是建 築外部景觀設計的一部份，更可替代現有建材，降低裝設成本。建材一體型太陽電池模組廣泛使用於 各式建築物，如:大樓帷幕牆、斜瓦式屋頂、以及其他建築物上的遮陽雨蔽裝置等。 太陽電池模組是屬於長期放置於戶外使用的發電產品，且需有高達 20 年以上的使用壽命，發電 效率隨日照強度及模組溫度而變。本計畫所使用的金屬複層板材料常見於標準廠房，本身具備保溫、 斷熱、防水、載重大等特性於一體，當此金屬建材與太陽電池模組結合時須考量到建材受日照後將產 生熱量蓄積，增加模組的太陽電池溫度進而降低其發電效率的問題。因此，本研究擬使用已自主開發 完成的金屬複層板太陽電池模組於戶外進行模組發電、溫度等量測，並依照 IEC61215 相關規範，實 際進行產品之安全檢測實驗，如：隔熱性、防水性、抗紫外線性及耐衝擊性等。期望以最少的研製成 本完成適用於商業化量產製造的廠辦太陽電池金屬複層板材。 關鍵詞: 建材一體型太陽電池模組、金屬複層板、戶外測試場、模組溫度係數、IEC 模組驗證
英文摘要:
The project of Building Integrated Photovoltaic (BIPV) is based on the architecture design combined the construction material of PV modules with building. The BIPV system is not only electricity generating but also is part of the landscape architecture. Also, it can be substituted the traditional materials and reduced the installation cost. The BIPV can be used in various buildings, such as traditional Chinese style roof, curtain wall buildings and the external shades from other building. Therefore, the aim of this project is to develop the multi-function modules with easy installation.
Photovoltaic modules (PV modules) are used in outdoor with the long-term power products, more than 20 years. The electric performance of photovoltaic modules will depend on the sun
intensity and the module temperature. In this experiment, the tested part is a photovoltaic module on composite metal panels. The material is polyisocyanurate (P.I.R.) composite metal plate. The P.I.R. composite metal panels that has been used in this research are popular for standard factory
building’s wall use, it has the characteristics of thermal insulation, waterproofing and load-bearing in one. When the P.I.R. composite metal panel combines with photovoltaic cells, it has to be
considered the building materials will cause efficiency reduced due to heat capacity saving and cell’s temperature increasing under the sun. Therefore, this research will use self-developed the photovoltaic modules on P.I.R composite metal panel in outdoor to measure the power characteristics, environmental temperature and cell’s temperature. All of tests will follow the IEC61215
specifications for the safety of the product such as insulation, waterproofing, UV and impact resistance and so on. It is expect to commercialize the photovoltaic modules on P.I.R composite metal panels with a lowest cost.
報告內容:
隨著太陽光電系統應用技術的逐漸成熟，將太陽光電系統與一般建築物結合之概念，已廣為一般 民眾所接受。太陽光電板應用於建築外部構造之方式大致上可區分為應用於建築物屋頂、建築物外牆 與其他類(如圖 一所示)。建築物屋頂之應用區分為斜屋頂與平板屋頂，皆具架空安裝型與建材一體型 這兩種方式[3]。應用於建築物外部帷幕牆的安裝方式亦有吊掛型與建材一體型;另有把太陽光電板當成 遮雨(陽)棚使用或屋頂採光罩等。建材一體型太陽電池模組(Building Integrated Photovoltaics; BIPV)是 將太陽電池板直接作為建材(如屋頂或外牆等)，有別於在原有建築物上加裝太陽電池模組(如圖 二所 示)。以往太陽光電發電系統之太陽電池板無論是架空安裝或是外牆吊掛，皆使建築物產生雙層建材結 構(如圖 二、三所示)，既浪費材料又無法與建築物設計融入一體，但若使用 BIPV 則可由建築設計之 初始考量之，建築物建造時則直接採用，該建材不僅具有發電的效果又能代替原建材(如圖三所示)， 由於建材一體，在安裝上可一次到位，不僅省去建築材料，且節省了安裝時間，最主要整體設計可使 原建築景觀加值；BIPV 設計考量，首重於台灣平均日照條件可達 4.5sun-hour 以上，比歐洲及現有溫 帶太陽能源先進國家更適合發展太陽光電，如果可以將太陽能光電板與建材整合一併設置，將可同時 獲得發電效益且減少建築物內部受陽光直射的熱，進一步減低冷房負荷之雙重效果[4]。 台灣位於北迴歸線上，而北迴歸線緯度為北緯 23.5 度，太陽由東方升起後，行進的軌跡會在台灣 的南方，所以架設太陽能光電板以面朝南向，可獲得全年發電量達到最大效益。目前國內、外的太陽 光電市場，在發展一般市售透光型太陽電池模組方面發展較為快速與成熟，而本計畫使用本實驗室自 行開發完成的建材一體型模組，此設計利用高性能複合金屬基板取代原先太陽能模組的底層玻璃材料 並進行封裝(如圖 四所示)，此基板材料具備保溫、斷熱、防水、載重大等特性於一體，多作為大型公 共建築物之外牆。將太陽電池封裝在該基板表層上不鏽鋼板，使該建材具有發電功能(如圖 五所示)， 結合建材產業在太陽光電技術應用層面，完成實體產品的開發設計，可達到推廣太陽光電能應用最大 效益。 圖 一、太陽能應用於建築物之種類 圖 二、廠辦模組疊層示意圖
圖 三、使用” 複合金屬基板”封裝之模組 研究目的: 太陽光電產業整個供應鏈當中，由於太陽電池技術最為成熟，因此吸引最多廠商加入競爭，但因 上游矽材料的開發呈少數廠家獨佔市場的局面，而中游太陽電池、下游太陽光電模組廠商則是逐年增 加，因此愈往下游，各家業者的競爭愈為激烈。目前台灣政府也與先進國家一樣採取獎勵補助措施， 除了有能源局制訂的「太陽光電發電系統設置補助作業要點」，每峰瓩裝置容量之設置補助最高新臺幣 12 萬元，亦推廣太陽光電多元化應用設計，從 2000 年起推行陽光屋頂、陽光電城、光電經典建築、 偏遠離島緊急防災、陽光校園等，未來並將推廣陽光社區、農業應用結合專案；在未來，國內太陽光 電產業估計每年將具有 20%的成長率，其中可以標準套裝化的產品市場將超過 800 億台幣。台灣通過 『再生能源發展條例』後，預估至 2020 年達成獎勵總量為 6.50GW 至 10GW，就台灣地理與產業優 勢，目前國內所有太陽能業者一年的總產能就高達 2GW，且持續擴產中，由此可推估台灣對再生能源 的補助，可能多數由太陽能產業囊括，預計可在五年內帶來九千億台幣的產業效益，而二氧化碳排放 量也將大幅減少 23.6 公噸[11]。 未來太陽電池模組發展趨勢將為建材一體型，以往消費者都是在原設計屋頂上加裝太陽電池模組， 既費時又不美觀，不僅增加成本，也影響了裝設意願。隨著綠色能源意識抬頭，將建築與太陽電池結 合已經成為必要的發展趨勢，根據研究結果顯示:光電板與建材結合成一體型，配合良好的模組散熱設 計，可有效降低室內溫度亦可減少室內空調負擔。作為玻璃帷幕採光屋頂及牆使用時，可節約昂貴的 額外裝飾材料，除了可增強幕屋頂及牆面的外觀造型，也保留了原有帷幕牆建築透光性能，並減少照 明用電。 本計畫之模組若作為廠房屋頂，則是利用原材料之高斷熱、防水及防火特性，使之提升斷熱性並 具發電功能(如圖 六所示)。許多建築師在建築規劃中也逐漸將其納入設計上考量評估的建材之一，因 此，本計畫擬依循 IEC 相關法規進行此模組之安全性試驗，如隔熱性、防水性、抗紫外線性等試驗， 且藉由戶外量測實際探討金屬複層板基材的高斷熱特性是否影響太陽電池發電效率，期望能以最少的 成本獲得具安全性與發電性之建材。 參考文獻: [1] 石育賢，台灣產業現況分析，工業技術研究院，九十七年五月。 [2] 汪宗煌，我國太陽能光電產業發展現況與展望報導，行政院經建會，九十八年五月。 [3] 鄭政利，太陽光電系統導入建築構造計畫及外殼設計之研究，設計學報，第 8 卷第 3 期 35-51。 [4] Deutsche Gesellshaft, Planning and Installing Photovoltaic Systems, Baker & Taylor Books,ISBN: 1844074420, 2008-01-30.
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研究方法: 一般建築的使用壽命在50年以上，太陽能模組的使用壽命也在20年以上，本研究設計的模組為建 材，其安全性問題不可小視，為確保開發之太陽光電建材對人類生活使用上是安全有效的，本計畫擬 將此模組架設於建築上並作整合設計與實務測試，且依照IEC61215相關規範，實際進行產品之安全檢 測實驗，如：隔熱性、防水性、抗紫外線性及耐衝擊性等，以下將針對幾項主要預定執行工作介紹: (1) 戶外實際架設量測及模組特性分析 為觀察金屬複層板太陽電池模組戶外操作特性，擬使用標準太陽電池模組，作為其實驗的對照組。兩 件測試件皆可由本校實驗室自行焊接封裝完成，因基材結構不同，雖然層疊材料一樣，但封裝參數是 不一樣的。待封裝完成後，進行模組性能量測。本實驗預計使用兩種實驗平台：水平平放測量方式及 架設45°角的測試架，可依不同需求進行量測。搭配小型氣象站及數據監測系統，觀測該模組發電情況 及並對使用複合金屬基板後之隔熱效能做評估。 (2) 複合金屬基板的溫度對發電效率影響 由於本計畫之模組使用複合金屬基板作為基材封裝，此建材具備保溫、斷熱、防水、載重大等優點， 反之由於具有上列優點可能使溫度聚集於金屬基板表面，導致太陽電池溫度升高，發電效率下降。溫 度係數決定太陽電池模組在戶外工作的發電特性，亦是表達電性輸出量與溫度變化關係中最重要之參 數，故擬在真實工作環境下設計發電系統，可以根據溫度係數計算在戶外實際運作時所能得到的電性 輸出。藉由國際規範量測太陽電池模組的溫度係數，瞭解太陽電池模組暴露在戶外所面臨的問題，進 一步探討電性輸出量與溫度變化之關係，並計算實際電性輸出，方能提高能源有效利用。 (3) IEC 規範模組性能測試 量測溫度要求: 25℃ 相對溼度小於等於75%R.H. 照度:1000W/m2 光譜分布:AM 1.5 試驗要求: 1. 標準測試條件下最大輸出功率的衰減不超過實驗前的5% 2. 裂縫檢查(面積不超過10%以上)
3. 在元件的邊框和電池之間不可形成連續通道的氣泡或脫層 量測項目:
1. 峰值功率(Pmax) 2. 峰值電壓(Vmp) 3. 峰值電流(Imp) 4. 短路電流(Isc) 5. 開路電壓(Voc) 6. 最大系統電壓V 結果與討論: 為觀察金屬複層板太陽電池模組戶外操作特性，選擇市面常見的標準太陽電池模組，作為其實驗 的對照組。兩件測試件皆由本校實驗室自行焊接封裝完成，因基材結構不同，雖然層疊材料一樣，但 封裝熱壓機的參數是不一樣的。待封裝完成後，進行模組性能量測。 在實際的太陽光電應用領域中，太陽電池幾乎沒有單個使用的情形，而是將具有相似特性的電池 串聯和封裝成模組後應用。理想情況下，模組中的電池會表現出相同的特性；模組的電流、電壓特性 曲線與單個電池的電流、電壓特性曲線應具有相同的形狀，只是曲線的對應的座標軸的尺度會有差異。 而實際的情況下，模組中的電池相互間有略為不同的特性，再加上輻照度的不均勻和電池連接的接觸 電阻等因素的影響，模組的輸出特性並不完全是電池特性曲線的座標變化。 由於太陽電池模組的光電轉換具有光譜響應現象，且其 I-V 特性與模組溫度和所照射的日照強度 大小有關，因此描述太陽電池模組的 I-V 特性，需要與光譜輻照度分布、模組溫度和輻照度大小情況 相對應。為了能夠確定地面用太陽電池模組的額定電氣參數，國際電工委員會第 82 技術委員會推出如 下描述的標準測試條件 STC (Standard Test Condition)：光譜輻照度分布 AM1.5；模組溫度 25℃ ；輻照 度 1000W/m2 。 測定太陽電池模組的電氣特性 目前太陽電池模組電氣特性確定通常採用“對比法”，即在一個接近定義的測試條件（如STC）的 模擬太陽光下得到測試件的I-V特性數據。按照IEC的方法，使用自然光或符合IEC 60904-9 的B 級或 更優的模擬器，測試件在上述的輻照度和溫度條件下，進行電流—電壓特性量測。 在完成太陽電池模組封裝後，得到本實驗的測試件有PIR金屬複層板太陽電池模組及標準(玻璃 -Tedlar) 太陽電池模組。使用太陽光模擬檢測機進行I-V特性量測，該設備在光源方面，使用1.3M氙 燈(Xenon Lam)，在光譜分佈(Filtered to AM1.5 Global Spectrum)可符合ASTM E927 Class A 等級 要求，光分佈均勻度於全測試平面區內低於±3%，輻射穩定則在±1%內。為了增加其精確度，進行了三 次量測工作，再取其平均值，確定測試件模組的電性特性。其量測結果如表1和表2所示。其兩者之差 異性分別為Voc：0.932％、Isc：1.434％、Pmax：4.938％。 太陽電池模組溫度係數測量 模組溫度係數通常是將模組裝上控制溫度測試裝置器，以一個太陽模擬光1000W/m2 照射模組，隨 著模組溫度的變化過程，測量電池的電流-電壓 I-V曲線，然後計算所需參數隨溫度的變化率。在室內 的測試，模組通常會使用一個太陽模擬器做電性量測，然後從模組表面加熱，以達到一個範圍內的溫 度。 模組溫度的均勻性 單片太陽電池，在量測的過程中，受溫度控制設備本身溫度不平均的分布，以及涵蓋電池受熱面 積僅 75%的案例。超過 25%的面積比中央區域的溫度低的情況下運作，導致 Voc、Vmp 的溫度係數小於 整個電池在均勻溫度分布下所得的數值約 20%。 在室內測量的模組用背表面加溫度控制器，多個溫度感測器通常貼附於背表面上獲取平均溫度。 對於一個市售模組而言，模組上的接線盒、框架以及安裝支架，都可能影響實驗中整個模組的溫度分 布均勻性，導致測量的溫度係數小於實際值。在實驗的過程中模擬溫度控制，可採用下列所述方法： 1. 使用溫度真空板來控制電池的溫度，此方法可使溫度梯度最小化。
2. 將加熱模組安裝於絕緣的框架中，當它慢慢冷卻時，量測I-V特性。這個方法使絕緣的背表面溫度 高於模組上表面的溫度。 3. 在一個有加窗的溫度控制室加熱電池或模組。此方法的溫度變化是最小化。 4. 從模組的下方用溫度控制器加熱，當溫度達到平衡時，再量測I-V特性。此過程前表面與後表面之 間具有典型的溫度梯度約 2℃。 5. 調整室溫，獲取在不同溫度下I-V 特性。此方法具有最小的熱梯度和溫度範圍。 太陽模擬光源 在實驗量測的過程中，無論是環境溫度或模組溫度都需要控制的。所以，採用控制溫度方式會隨 著太陽光模擬器的型號而不同。 使用暫態式太陽光模擬器進行溫度係數量測，可以先將模組放在溫度控器加熱或冷卻，等到溫度 平衡後，馬上進行I-V特性量測。如此一來就可以得到在相同的照度下，不同模組溫度的I-V曲線，再 將Isc、Voc、Pmax的相關資料計算，便可以得到各項電性輸出特性的溫度係數。由於暫態式太陽光模 擬器的太陽光脈衝很短，不會對模組本身造成加熱而影響模組溫度的均勻性。如果使用穩態太陽能模 擬器當光源，其直射在模組上的光線會對模組產生加熱的效果，會量測模組的前後表面之間產生個溫 度梯度。 實驗室量測操作結果 本實驗使用太陽電池真空模組熱壓封裝機作為模組加熱平台，提供均勻加熱的設備。PIR金屬複層 板太陽電池模組與標準太陽電池模組分別貼附4個K型熱電偶，配合無紙式記錄器GRAPHTEC GL-800（資 料擷取每秒一次）紀錄實驗期間模組溫度的變化。為控制室內溫度，關閉實驗室室內空調，利用熱壓 封裝機運作時，提高室內的環境溫度。熱壓封裝機設定90℃，待模組加熱均勻後，隨即移至太陽光模 擬器設備進行I-V特性量測。因太陽光模擬器量測一次需20秒時間，將其運作時間的模組溫度變化，取 一個平均數作為該量測點的溫度。 將量測的I-V特性的資料彙整如表所示，利用最小平方法線性迴歸計算各項電性特性的溫度係數。 結果可得金屬複層板的Voc溫度係數為-0.008V/℃、Isc溫度係數為+0.0028A/℃、Pmax溫度係數為 -0.0708W/℃；標準太陽電池模組的Voc溫度係數為-0.008V/℃、Isc溫度係數為+0.0034A/℃、Pmax溫 度係數為-0.0741W/℃。 表 1 PIR 金屬複層板太陽電池模組電性特性
Voc(V) Isc(A) Pmax(W) FF Vpm(V) Ipm(A) Rs(Ω) Eff.(%) No.1 2.426 8.4218 13.657 0.6685 1.828 7.4731 0.055 14.03 No.2 2.437 8.4238 14.017 0.6827 1.815 7.7239 0.056 14.40 No.3 2.436 8.4219 14.025 0.6836 1.824 7.6894 0.056 14.41
表 2 標準太陽電池模組電氣特性
Voc(V) Isc(A) Pmax(W) FF Vpm(V) Ipm(A) Rs(Ω) Eff.(%) No.1 2.469 8.6247 14.730 0.6918 1.855 7.9404 0.055 15.13 No.2 2.453 8.4944 14.553 0.6984 1.862 7.8141 0.052 14.95 No.3 2.445 8.5108 14.475 0.6955 1.850 7.8231 0.053 14.87 表 3 金屬複層板太陽電池模組不同溫度的 I-V 特性 電池溫度 （℃） 基板平均
溫度（℃） Voc（V） Isc（A） Pmax（W） 1 24.36 25.23 2.449 8.2977 14.170
2 28.99 29.95 2.404 8.3094 13.772 3 32.93 30.57 2.409 8.3156 13.819 4 37.73 35.70 2.368 8.3248 13.461 5 40.09 40.82 2.319 8.3386 13.090 6 44.15 45.48 2.286 8.3568 12.801 7 49.26 50.19 2.248 8.3713 12.442 8 53.79 55.48 2.211 8.3884 12.085 9 61.02 60.08 2.171 8.4001 11.783 10 64.79 65.84 2.131 8.4172 11.409 11 69.85 70.57 2.088 8.4388 11.031 12 79.16 79.89 2.016 8.4344 10.409 表 4 標準太陽電池模組不同溫度的 I-V 特性 電池溫度 （℃） 基板平均
溫度（℃） Voc（V） Isc（A） Pmax（W） 1 23.75 25.06 2.455 8.5028 14.481 2 29.54 29.96 2.416 8.5298 14.094 3 35.43 34.67 2.376 8.5431 13.745 4 42.24 39.76 2.334 8.5775 13.329 5 48.26 44.72 2.288 8.5930 12.938 6 53.41 49.83 2.245 8.6155 12.523 7 54.83 54.08 2.210 8.6318 12.202 8 59.36 59.18 2.164 8.6514 11.769 9 66.67 64.48 2.123 8.6644 11.377 10 70.97 68.34 2.087 8.6711 11.076 11 73.19 72.34 2.058 8.6870 10.771 12 83.46 78.23 1.993 8.6886 10.255 圖 四、測試件的電池溫度與最大功率 Pmax 之線性模型 表 5 IEC 規範模組性能測試 3 個月戶外量 測後 3 個月戶外量測後 Parameter Unit 標準太陽電池 標準太陽電池 PIR 金屬複層板太陽 PIR 金屬複層板太陽
最大功率 (W ) 電池溫度 PIR Pmax ST Pmax
模組 模組 電池模組 電池模組 Pmax W 14.4962043 14.49597786 13.6608268 13.66079442 Vpm V 1.853 1.8529 1.828 1.8278 Ipm A 7.8231 7.8234 7.4731 7.4739 Isc A 8.5108 8.5711 8.4218 8.7386 Voc V 2.445 2.267 2.426 2.5165 功率誤差值 % 0.001562064 0.000237028 圖 五、標準太陽電池模組 圖 六、PIR 金屬複層板太陽電池模組 研究成果與總結: 本研究是針對 P.I.R 金屬複層太陽電池模組之戶外操作特性進行測試，考慮建材 P.I.R 金屬複層板 與太陽電池模板結合，開發出具發電功能之廠辦建築材料。從初始的模組的封裝製程，模組的性能規 格及電性特性量測，建置戶外測試場及氣象站，初步完成實驗場實驗數據的擷取系統。 實驗階段戶外的環境操作條件，雖不盡理想，也能在操作過程中學習。此次研究完成： 1. 影響 P.I.R 金屬複層太陽電池模組在戶外運作的電性輸出參數 - 溫度係數之量測。透過此參數可觀 察其電力輸出之狀況，其結果為金屬複層板的 Voc 溫度係數為-0.008V/℃（-0.328％/℃）、Isc 溫度 係數為+0.0028A/℃（+0.033％/℃）、Pmax 溫度係數為-0.0708W/℃（-0.506％/℃）。 2. 太陽電池模組在戶外運作過程，影響其效率輸出最大的因子，就是太陽電池溫度。在實驗期間，未 能遇到最佳的環境條件，無法探求 P.I.R 金屬複層太陽電池模組在戶外的極限溫度，並量測其電性 特性。以日照強度平均在 950W/m2左右，平均風速 6.27m/s，瞬間風速達 13 m/s，環境溫度平均 33.04 ℃。，P.I.R 金屬複層太陽電池模組其在戶外運作最高溫為 73℃。與標準太陽電模組溫度相較之下， 平均相差 6℃左右。金屬複層太陽電池模組經 3 個月的戶外量測後功率並沒有明顯的下降，可能是 戶外量測時間不夠長，所以還要再持續擺放至戶外量測場繼續進行監測。 太陽電池模組戶外量測實驗，需長期進行監控進行，方可在測試過程中，找出開發產品之決定性因 子。在太陽電池與模組的發電特性中，太陽電池模組輸出短路電流(Isc)、開路電壓(Voc)以及最大輸 出功率(Pmax)為一太陽電池模組電性輸出的重要指標，而輸出電性會隨模組的溫度變化而改變。一 般而言，模組的輸出電流會隨溫度增加而增加；輸出電壓與最大輸出功率則是隨著溫度的上升而減 少。金屬複層板為隔熱材料，經戶外實際操作實驗量測，其上、下兩層金屬板溫度相差約 20℃左右。 與太陽電池模組接觸的上層金屬表面因散熱不易，金屬表面溫度造成太陽電池溫度上升，較一般標 準太陽電池模組的電池溫度高。以目前的測試件大小（40cm*40cm），其溫度差異約 6℃，提供廠商 未來產品開發研究評估。
國科會補助計畫衍生研發成果推廣資料表
日期:2012/10/31國科會補助計畫
計畫名稱: 金屬複層板太陽電池模組之戶外操作特性研究 計畫主持人: 艾和昌 計畫編號: 100-2221-E-151-061- 學門領域: 能源科技無研發成果推廣資料
100 年度專題研究計畫研究成果彙整表
計畫主持人：艾和昌 計畫編號： 100-2221-E-151-061-計畫名稱：金屬複層板太陽電池模組之戶外操作特性研究 量化 成果項目 實際已達成 數（被接受 或已發表） 預期總達成 數(含實際已 達成數) 本計畫實 際貢獻百 分比 單位 備 註 （ 質 化 說 明：如 數 個 計 畫 共 同 成 果、成 果 列 為 該 期 刊 之 封 面 故 事 ... 等） 期刊論文 0 0 100% 研究報告/技術報告 0 0 100% 研討會論文 0 0 100% 篇 論文著作 專書 0 0 100% 申請中件數 0 0 100% 專利 已獲得件數 0 0 100% 件 件數 0 0 100% 件 技術移轉 權利金 0 0 100% 千元 碩士生 2 2 100% 博士生 0 0 100% 博士後研究員 0 0 100% 國內 參與計畫人力 （本國籍） 專任助理 0 0 100% 人次 期刊論文 0 0 100% 研究報告/技術報告 0 0 100% 研討會論文 0 0 100% 篇 論文著作 專書 0 0 100% 章/本 申請中件數 0 0 100% 專利 已獲得件數 0 0 100% 件 件數 0 0 100% 件 技術移轉 權利金 0 0 100% 千元 碩士生 0 0 100% 博士生 0 0 100% 博士後研究員 0 0 100% 國外 參與計畫人力 （外國籍） 專任助理 0 0 100% 人次其他成果
(
無法以量化表達之成 果如辦理學術活動、獲 得獎項、重要國際合 作、研究成果國際影響 力及其他協助產業技 術發展之具體效益事 項等，請以文字敘述填 列。) 無 成果項目 量化 名稱或內容性質簡述 測驗工具(含質性與量性) 0 課程/模組 0 電腦及網路系統或工具 0 教材 0 舉辦之活動/競賽 0 研討會/工作坊 0 電子報、網站 0 科 教 處 計 畫 加 填 項 目 計畫成果推廣之參與（閱聽）人數 0國科會補助專題研究計畫成果報告自評表
請就研究內容與原計畫相符程度、達成預期目標情況、研究成果之學術或應用價
值（簡要敘述成果所代表之意義、價值、影響或進一步發展之可能性）
、是否適
合在學術期刊發表或申請專利、主要發現或其他有關價值等，作一綜合評估。
1. 請就研究內容與原計畫相符程度、達成預期目標情況作一綜合評估
□達成目標
■未達成目標（請說明，以 100 字為限）
□實驗失敗
□因故實驗中斷
■其他原因
說明：
戶外量測時間不夠長，以致於無法明顯看出金屬複層板太陽電池模組與一班太陽電池模組 的差別2. 研究成果在學術期刊發表或申請專利等情形：
論文：■已發表 □未發表之文稿 □撰寫中 □無
專利：□已獲得 □申請中 ■無
技轉：□已技轉 □洽談中 ■無
其他：（以 100 字為限）
3. 請依學術成就、技術創新、社會影響等方面，評估研究成果之學術或應用價
值（簡要敘述成果所代表之意義、價值、影響或進一步發展之可能性）（以
500 字為限）
影響 P.I.R 金屬複層太陽電池模組在戶外運作的電性輸出參數 - 溫度係數之量測。透過 此參數可觀察其電力輸出之狀況，其結果為金屬複層板的 Voc 溫度係數為-0.008V/℃ （-0.328％/℃）、Isc 溫度係數為+0.0028A/℃（+0.033％/℃）、Pmax 溫度係數為-0.0708W/ ℃（-0.506％/℃）。 太陽電池模組在戶外運作過程，影響其效率輸出最大的因子，就是太陽電池溫度。在實驗 期間，未能遇到最佳的環境條件，無法探求 P.I.R 金屬複層太陽電池模組在戶外的極限溫 度，並量測其電性特性。以日照強度平均在 950W/m2 左右，平均風速 6.27m/s，瞬間風速 達 13 m/s，環境溫度平均 33.04℃。，P.I.R 金屬複層太陽電池模組其在戶外運作最高溫 為 73℃。與標準太陽電模組溫度相較之下，平均相差 6℃左右。 太陽電池模組戶外量測實驗，需長期進行監控進行，方可在測試過程中，找出開發產品之 決定性因子。 在太陽電池與模組的發電特性中，太陽電池模組輸出短路電流(Isc)、開路電壓(Voc)以及 最大輸出功率(Pmax)為一太陽電池模組電性輸出的重要指標，而輸出電性會隨模組的溫度 變化而改變。一般而言，模組的輸出電流會隨溫度增加而增加；輸出電壓與最大輸出功率 則是隨著溫度的上升而減少。金屬複層板為隔熱材料，經戶外實際操作實驗量測，其上、 下兩層金屬板溫度相差約 20℃左右。與太陽電池模組接觸的上層金屬表面因散熱不易，金屬表面溫度造成太陽電池溫度上升，較一般標準太陽電池模組的電池溫度高。以目前的測 試件大小（40cm*40cm），其溫度差異約 6℃，提供廠商未來產品開發研究評估。
