建
築
外
殼
太
陽
光
電
模
組
系
統
之
防
火
安
全
評
估
內
政
部
建
築
研
究
所
協
同
研
告
（
年
度
）
建 築 防 火 安 全 工 程 創 新 科 技 及 應 用 研 發 計 畫 協 同 研 究 計 畫( 一) 第 案 「 綠 能 光 電 模 組 建 築 構 造 之 防 火 性 能 精 進 研 究 」 內 政 部 建 築 研 究 所 年 度 資 料 蒐 集 分 析 報 告 104 1內政部建築研究所
建築防火安全工程創新科技及
應用研發計畫協同研究計畫(一)
第 1 案「綠能光電模組建築構造之
防火性能精進研究」
資 料蒐集 分析 報告
內 政 部建 築研 究 所協 同研 究 報告
中華民國 104 年 12 月
（本報告內容及建議，純屬研究小組意見，不代表本機關意見）10415B0009
內政部建築研究所
建築防火安全工程創新科技及
應用研發計畫協同研究計畫(一)
第 1 案「綠能光電模組建築構造之
防火性能精進研究」
資 料蒐集 分析 報告
研究主持人：陳瑞鈴
協同主持人：林大惠
研 究 員：雷明遠、王天志、蘇鴻奇 、陳俊貴
研究助理：胡幃傑、劉育良
內 政 部建 築研 究 所協 同研 究 報告
中華民國104年12月
（本報告內容及建議，純屬研究小組意見，不代表本機關意見）目次
表次．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．III
圖次．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．V
摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．XIII
第一章
緒論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1
第一節 研究緣起與背景．．．．．．．．．．．．1
第二節 研究目的．．．．．．．．．．．．．．．2
第三節 研究目標與成效．．．．．．．．．．．．3
第二章
研究方法與進度說明．．．．．．．．．．．5
第一節 本研究採用之方法．．．．．．．．．．．5
第二節 計畫時程與進度說明．．．．．．．．．．6
第三章
文獻回顧．．．．．．．．．．．．．．．．．9
第一節 太陽光電模組結合建築物之能源效益評估與
設計工法．．．．．．．．．．．．．．．9
第二節 太陽光電模組於火災的特性研究．．．．15
第三節 BIPV之設計工法與防火阻熱性能研究．．33
第四節 建築物外牆與玻璃帷幕延燒之特性研究． 49
第四章
BIPV建材實尺寸試驗．．．．．．．．．．．55
第一節 太陽光電模組防火性試驗．．．．．．．55
第二節 太陽光電模組結合水套試驗．．．．．．76
第五章
非承重外牆防火試驗法研究探討．．．．．．87
第一節 各國法規探討．．．．．．．．．．．．87
第二節 太陽光電模組延燒試驗．．．．．．．．125
第六章
結論與建議．．．．．．．．．．．．．．．131
附錄一 太陽光電模組消防救助注意事項．．．．．．135
附錄二 採購評選會議紀錄．．．．．．．．．．．．151
附錄三 第一次專家學者座談會議紀錄．．．．．．．155
附錄四 第二次工作會議紀錄．．．．．．．．．．．157
附錄五 第三次工作會議紀錄．．．．．．．．．．．159
附錄六 期末報告會議意見回覆．．．．．．．．．．161
附錄七 第二次專家學者座談會議紀錄．．．．．．．165
參考書目．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．167
表次
表 2-1 研究進度表．．．．．．．．．．．．．．．．．8
表 3-1 燃燒試驗之結果．．．．．．．．．．．．．．17
表 3-2 屋頂覆蓋材料各分級溫度限制．．．．．．．．18
表 3-3 各太陽電池結構與量測設備．．．．．．．．．29
表 3-4 氣體檢測結果．．．．．．．．．．．．．．．30
表 3-5 燃燒試驗之結果．．．．．．．．．．．．．．． 41
表 4-1 提 升 太 陽 光 電 模 組 防 火 性 能 與 設 計 工 法 研 究 方
向．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．55
表 4-2 太陽光電模組防火試驗歷程表．．．．．．．．60
表 4-3 冷流場試驗．．．．．．．．．．．．．．．．67
表 4-4 太陽光電模組(水膜)防火試驗歷程表．．．．．．70
表 4-5 太陽光電模組(防火設計)防火試驗歷程表．．．．74
表 4-6 太陽光電模組規格表．．．．．．．．．．．．78
表 5-1 測試原理說明．．．．．．．．．．．．．．．103
表 5-2 校正流量 (Based on Natural Gas)．．．．．．．107
表 5-3 氣體與熱流率．．．．．．．．．．．．．．．110
表 5-4 平均校正值．．．．．．．．．．．．．．．．113
表 5-5 太陽光電模組規格表．．．．．．．．．．．．125
表 5-6 太陽光電模組延燒試驗歷程表．．．．．．．．128
表 A1-1 防水布實驗結果．．．．．．．．．．．．．．143
圖次
圖 2-1 研究流程圖．．．．．．．．．．．．．．．．．7
圖 3-1 全球太陽光電設置容量．．．．．．．．．．．9
圖 3-2 近 30 年全球太陽光電模組產量及發電成本．．．10
圖 3-3 中國的太陽光電發展趨勢．．．．．．．．．．10
圖 3-4 太陽光電模組的能量回饋期(德國)．．．．．．．11
圖 3-5 太陽光電帷幕牆的電力輸出(Al-ain, Abu Dhabi,
Dubai)．．．．．．．．．．．．．．．．．．12
圖 3-6 建築物結合太陽光電模組之設計手法．．．．．12
圖 3-7 太陽光電模組結合屋頂之設計手法．．．．．．13
圖 3-8 太 陽 光 電 模 組 結 合 牆 之 設 計 手 法 ． ． ． ． ． 1 4
圖 3-9 太陽光電模組結合其他方式之設計手法．．．．14
圖 3-10 Light through 設計．．．．．．．．．．．．．15
圖 3-11 Light shield 設計．．．．．．．．．．．．．．15
圖 3-12 太陽光電模組於受火前現場照片．．．．．．．17
圖 3-13 太陽光電模組於受火後現場照片．．．．．．．17
圖 3-14 日本太陽光電災害事故統計表．．．．．．．．19
圖 3-15 太陽光電火災實例．．．．．．．．．．．．．19
圖 3-16 太陽光電火災實例(蘋果公司)．．．．．．．．．20
圖 3-17 電線短路所造成玻璃破裂或是由玻璃破裂造成電線
短路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20
圖 3-18 電弧放電導致玻璃融化．．．．．．．．．．．21
圖 3-19 接線盒被燒壞．．．．．．．．．．．．．．．21
圖 3-20 避免煙囪效應導致擴大火焰．．．．．．．．21
圖 3-21 萬能斧破壞單晶太陽光電模組的位置．．．．．22
圖 3-22 萬 能 斧 破 壞 薄 膜 太 陽 光 電 模 組 的 位 置 ． ． ． 2 2
圖 3-23 單晶太陽光電模組被破壞時的輸出電壓比．．．24
圖 3-24 薄膜太陽光電模組被破壞時的輸出電壓．．．．24
圖 3-25 多晶太陽光電模組示意圖．．．．．．．．．．25
圖 3-26 不同光源照度的實驗設備與配置方式．．．．．25
圖 3-27 火焰與照明燈照度對太陽光電模組輸出電壓的影響
性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26
圖 3-28 實驗設備與火焰試驗圖．．．．．．．．．．．27
圖 3-29 多 晶 太 陽 光 電 模 組 燃 燒 後 的 外 觀 損 壞 情
形．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27
圖 3-30 多 晶 太 陽 光 電 模 組 的 輸 出 電 壓 與 表 面 溫 度 變
化．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．28
圖 3-31 實尺寸房屋外觀．．．．．．．．．．．．．．30
圖 3-32 實尺寸房屋的平面圖與內部擺設情況．．．．．31
圖 3-33 太陽光電模組在火災過程的溫度與輸出電壓變化 32
圖 3-34 消防隊滅火的情形．．．．．．．．．．．．．32
圖 3-35 損壞的太陽光電模組與損傷部位的電路圖．．．32
圖 3-36 光電板應用安裝於屋頂之方式．．．．．．．33
圖 3-37 光電板應用安裝於帷幕牆構造之方式．．．．．34
圖 3-38 光 電 板 應 用 安 裝 於 鋼 筋 混 凝 土 外 牆 構 造 之 方
式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34
圖 3-39 裝設在屋頂之 BIPV 示意圖．．．．．．．．．．35
圖 3-40 裝設在屋頂之太陽光電板結構圖．．．．．．．35
圖 3-41 裝設在屋頂之太陽光電板示意圖 (a)側視圖 (b)上視
圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．36
圖 3-42 三種外掛式太陽光電板構造圖．．．．．．．．36
圖 3-43 陶瓷基座太陽光電單元模組之示意圖與 BIPV 磁磚
產品．．．．．．．．．．．．．．．．．．．37
圖 3-44 瓦型光電模組之示意圖．．．．．．．．．．．37
圖 3-45 薄膜矽太陽能電池與陶瓷磚相結合．．．．．．38
圖 3-46 試體非加熱面上測溫點分佈情形．．．．．．38
圖 3-47 試體非加熱面上各測溫點升溫曲線．．．．．．39
圖 3-48 複合材料式太陽光電模組系統示意圖．．．．．40
圖 3-49 測溫點配置於太陽光電模組上示意既實體圖．．40
圖 3-50 太陽光電模組於正面受火時非曝火面溫度曲線圖 40
圖 3-51 太陽光電模組於反面受火時非曝火面溫度曲線圖 41
圖 3-52 小尺度太陽光電模組結構示意圖．．．．．．42
圖 3-53 小尺度太陽光電模組防火阻熱實驗現場照片． ．．42
圖 3-54 太陽光電模組耐火測試現場照片．．．．．．43
圖 3-55 太陽光電模組裝設圖解．．．．．．．．．．43
圖 3-56 橫葺型太陽光電板屋頂細部圖．．．．．．．44
圖 3-57 縱葺型太陽光電板屋頂細部圖．．．．．．．．45
圖 3-58 太陽光電磁磚示意與實體圖．．．．．．．．46
圖 3-59 太陽光電磁磚於小型門牆耐火加熱爐裝設示意與實
體圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．46
圖 3-60 量測溫度與時間關係圖．．．．．．．．．．47
圖 3-61 大 型 門 牆 耐 火 加 熱 爐 實 驗 配 置 側 視 圖 ． ． ． 4 8
圖 3-62 非曝火面形成水膜實驗過程影像．．．．．．．48
圖 3-63 曝火面形成水膜實驗過程影像．．．．．．．．49
圖 3-64 外 牆 延 燒 示 意 圖 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 5 0
圖 3-65 外牆/窗延燒路徑潛勢：(1)非耐火層間牆及非耐火玻
璃窗，(2)耐火層間牆；非耐火玻璃窗，(3)耐火層間
牆及耐火玻璃窗．．．．．．．．．．．．．．51
圖 3-66 試體正立與背立面圖．．．．．．．．．．．．52
圖 3-67 全尺寸鋼筋混凝土建築物．．．．．．．．．．52
圖 3-68 各種開口組合及橫向火焰噴出實驗照片．．．53
圖 4-1 小型門牆耐火加熱爐．．．．．．．．．．．．56
圖 4-2 太陽光電模組．．．．．．．．．．．．．．57
圖 4-3 防火設計工法之太陽光電模組．．．．．．．．58
圖 4-4 熱電偶溫度量測分佈示意圖．．．．．．．．．59
圖 4-5 爐內升溫曲線．．．．．．．．．．．．．．．59
圖 4-6 太陽光電模組防火試驗歷程影像．．．．．．．61
圖 4-7 太陽光電模組在防火試驗後的影像．．．．．．62
圖 4-8 太陽光電模組各部位的結構分析圖 1．．．．．63
圖 4-9 太陽光電模組結構分析圖 2．．．．．．．．．64
圖 4-10 各點量測溫度變化．．．．．．．．．．．．．65
圖 4-11 太陽光電模組防火試驗歷程(熱像儀影像)．．66
圖 4-12 水膜試驗配置圖．．．．．．．．．．．．．．67
圖 4-13 水膜均於度試驗(均勻水膜)．．．．．．．．．．68
圖 4-14 熱電偶配置圖(非曝火面處)．．．．．．．．．．69
圖 4-15 設備實體圖．．．．．．．．．．．．．．．．70
圖 4-16 太陽光電模組(水膜)在防火試驗後的影像．．．．70
圖 4-17 各點量測溫度曲線變化．．．．．．．．．．．71
圖 4-18 太陽光電模組防火設計工法．．．．．．．．．71
圖 4-19 太陽光電模組防火設計工法(實體圖)．．．．．．72
圖 4-20 太陽光電模組防火設計工法．．．．．．．．．72
圖 4-21 溫度量測點分佈圖．．．．．．．．．．．．．73
圖 4-22 爐內升溫曲線．．．．．．．．．．．．．．．73
圖 4-23 太陽光電模組防火試驗歷程影像．．．．．．．75
圖 4-24 各點量測溫度曲線變化．．．．．．．．．．．75
圖 4-25 太陽光電模組防火試驗歷程影像．．．．．．．76
圖 4-26 水套試驗配置圖．．．．．．．．．．．．．．78
圖 4-27 熱電偶配置圖．．．．．．．．．．．．．．．79
圖 4-28 環境照度的變化．．．．．．．．．．．．．．79
圖 4-29 太陽光電模組(無水套)表面溫度的變化-雨天．．80
圖 4-30 輸出電壓與電流的變化-雨天．．．．．．．．．80
圖 4-31 輸出功率的變化-雨天．．．．．．．．．．．．81
圖 4-32 太陽光電模組(無水套)表面溫度的變化-晴天．．82
圖 4-33 輸出電壓與電流的變化-晴天．．．．．．．．．82
圖 4-34 輸出功率的變化-晴天．．．．．．．．．．．．83
圖 4-35 太陽光電模組表面溫度的變化-晴天(水套)．．．84
圖 4-36 輸出電壓與電流的變化-晴天(水套)．．．．．．85
圖 4-37 輸出功率的變化-晴天(水套)．．．．．．．．．85
圖 5-1 標準溫升曲線(BS EN 1363-1)．．．．．．．．．88
圖 5-2 內部曝火示意圖(BS EN 1364-3)．．．．．．．．89
圖 5-3 外部曝火示意圖(BS EN 1364-3)．．．．．．．． 90
圖 5-4 多面試體的配置方式 (水平段) (BS EN 1364-3)．91
圖 5-5 試體外部曝火的安裝方式(BS EN 1364-3)．．．．92
圖 5-6 位 於 試 體 S 2 表 面 熱 電 偶 的 位 置 ( 平 均 溫 升 )
(BS EN 1364-3) ．．．．．．．．．．．．．．92
圖 5-7 外部曝火的熱電偶位置 (最大溫升) (多面試體-由爐
外觀看) (BS EN 1364-3)．．．．．．．．．．．93
圖 5-8 內部曝火的熱電偶位置 (最大溫升) (多面試體-由爐
外觀看)．．．．．．．．．．．．．．．．．．94
圖 5-9 內部曝火的熱電偶位置 (最大溫升) (多面試體-由爐
內觀看) (BS EN 1364-3)．．．．．．．．．．．95
圖 5-10 外部曝火的熱電偶位置 (最大溫升) (平直試體-由爐
外觀看)．．．．．．．．．．．．．．．．．．95
圖 5-11 內部曝火的熱電偶位置 (最大溫升) (平直試體-由爐
內觀看)．．．．．．．．．．．．．．．．．．96
圖 5-12 內部曝火的熱電偶位置 (最大溫升) (包括一個垂直
線 性 間 隙 密 封 的 平 直 試 體 - 由 爐 內 觀
看)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．97
圖 5-13 不同牆體結構所對應的試驗法．．．．．．．．98
圖 5-14 S1, S2 與 S3 表面的熱電偶位置(平直試體) (BS EN
1364-4)．．．．．．．．．．．．．．．．．．99
圖 5-15 內部曝火的熱電偶位置 (最大溫升) (多面試體-由爐
外觀看)．．．．．．．．．．．．．．．．．．100
圖 5-16 S1, S2 與 S3 表面的熱電偶位置 (平均溫升) (平直試
體) (BS EN 1364-4)．．．．．．．．．．．．．101
圖 5-17 外部曝火的熱電偶位置(最大溫升) (多面試體-由爐
外觀看) (BS EN 1364-4)．．．．．．．．．．．101
圖 5-18 內部曝火的熱電偶位置(最大溫升) (多面試體-由爐
內觀看)．．．．．．．．．．．．．．．．．．102
圖 5-19 不 同 牆 體 結 構 所 對 應 的 試 驗 法 ( B S E N
1364-4)．．．．．．．．．．．．．．．．．．104
圖 5-20 測試屋結構示意圖 (NFPA 285)．．．．．．．．105
圖 5-21 牆體框架示意圖 (NFPA 285)．．．．．．．．．105
圖 5-22 測驗室燃燒器-俯視圖 (NFPA 285)．．．．．．．106
圖 5-23 燃燒器設備示意圖 (側視圖) (NFPA 285)．．．．106
圖 5-24 窗戶燃燒器-俯視圖 (NFPA 285)．．．．．．．．107
圖 5-25 火焰傳播的範圍 (NFPA 285)．．．．．．．．．108
圖 5-26 測驗室燃燒器平面圖 (ASTM E2307-10)．．．．109
圖 5-27 窗 戶 燃 燒 器 平 面 圖 與 窗 戶 燃 燒 器 位 置 立 面 視 圖
(ASTM E2307-10)．．．．．．．．．．．．．．110
圖 5-28 外牆組件圖例 (ASTM E2307-10)．．．．．．．111
圖 5-29 校 正 牆 的 正 視 室 外 面 的 熱 電 偶 配 置 ( A S T M
E2307-10)．．．．．．．．．．．．．．．．．112
圖 5-30 溫度時間曲線 (ASTM E2307-10)．．．．．．．114
圖 5-31 設備示意圖(包含試體)( ISO 13785-1)．．．．．．115
圖 5-32 熱電偶分佈示意圖 (包含試體) ( ISO 13785-1)．．117
圖 5-33 試體設備示意圖 ( ISO 13785-2)．．．．．．．．118
圖 5-34 試體設備上之儀器示意圖 ( ISO 13785-2)．．．．119
圖 5-35 標準點火源示意圖 ( ISO 13785-2)．．．．．．．120
圖 5-36 燃料流率 ( ISO 13785-2)．．．．．．．．．．．120
圖 5-37 木籠配置分佈圖 ( ISO 13785-2)．．．．．．．．121
圖 5-38 木籠構造圖 ( ISO 13785-2) ( ISO 13785-2)．．．122
圖 5-39 測驗室燃燒器．．．．．．．．．．．．．．．124
圖 5-40 測驗室燃燒器(試車)．．．．．．．．．．．．．124
圖 5-41 窗戶燃燒器．．．．．．．．．．．．．．．．124
圖 5-42 窗戶燃燒器(試車)．．．．．．．．．．．．．125
圖 5-43 太陽光電模組延燒試驗之熱電偶分佈圖．．．．126
圖 5-44 太陽光電模組延燒試驗的影像歷程．．．．．．127
圖 5-45 太陽光電模組延燒試驗後的試體影像．．．．．128
圖 5-46 太陽光電模組正面各點溫度變化．．．．．．．129
圖 5-47 太陽光電模組背面各點溫度變化．．．．．．．130
圖 5-48 太陽光電模組延燒過程的電壓與電流變化．．．130
圖 A1-1 絕緣用防護具．．．．．．．．．．．．．．135
圖 A1-2 消防過程示意圖．．．．．．．．．．．．．．136
圖 A1-3 消防隊員救災周圍之設置．．．．．．．．．．137
圖 A1-4 太陽光電設備警示圖．．．．．．．．．．．．137
圖 A1-5 消防活動通道示意圖(設置超過 300 m
2)．．．．138
圖 A1-6 消防活動通道示意圖(設置未超過 300 m
2)．．．139
圖 A1-7 光滑內壁噴頭觸電危險等級．．．．．．．．．140
圖 A1-8 可調式噴頭觸電危險等級．．．．．．．．．．140
圖 A1-9 A 級泡沫觸電危險等級．．．．．．．．．．．141
圖 A1-10 1 號防水布(4mil 厚的黑塑膠膜)．．．．．．．142
圖 A1-11 2 號防水布(5.1 mil 後的藍色通用防水布)．．．142
圖 A1-12 3 號防水布(綠色消防用防水布)．．．．．．．143
圖 A1-13 4 號防水布(沉重紅乙烯消防用防水布)．．．．143
圖 A1-14 太陽光電模組表面上的泡沫出現間隙．．．．．144
圖 A1-15 使用電纜鉗剪斷電線會產生火花．．．．．．．145
圖 A1-16 作業流程．．．．．．．．．．．．．．．．．148
摘要
關鍵字：綠色建築、建材一體型太陽光電模組、延燒、防火安全。 一、研究緣起
在「建築物產生能源」的新概念下，太陽光電系統是未來綠色建築的主要設 備，然而根據 103 年度建研所研究計畫成果顯示，一般市售太陽光電模組若要直 接以 BIPV(Building Integrated Photovoltaics)設計的方式應用於建築物上，會有防 火時效與消防安全上的問題(未能通過防火時效最少半小時(屋頂)或 1 小時(外牆) 之規定)[1]。再者，根據國外相關火災案例文獻顯示，太陽光電系統會因短路、 電弧或是電線走火等因素而造成火災。然而國內目前大多數都是採用建築附著型 (Building Attached Photovoltaic; BAPV) 應用於建築物，此類設計方式雖然不用特 別考慮太陽光電模組的防火時效性問題，原因為建築物本體就具有防火時效性， 但火災延燒對太陽光電模組與建築物之防火安全影響值得進一步深入探討。另一 方面，如何透過搭配特殊設計手法或結構使得太陽光電模組建築構造(BIPV)能夠 具有半小時以上的防火時效，以應用於建築物外牆及屋頂上，以橋接太陽光電與 建築設計產業，因而擴大太陽光電應用於建築物之效應，實屬重要之議題。 本研究計畫預計藉由開發具防火性能之太陽光電模組與研究外部延燒對太 陽光電模組之兩個面向影響進行探討與評估，藉此縮減太陽光電模組性能與建築 技術法規之間的落差，使其能夠擴大太陽光電模組之應用。 二、研究方法與過程 目前國內太陽光電模組應用於建築物時，大多數都是建築附著型(Building Attached Photovoltaic; BAPV) ， 鮮 少 使 用 建 材 一 體 型 (Building Integrated
Photovoltaics; BIPV)。針對建材一體型(BIPV)太陽光電模組於工程實務上的規劃 應用尚須考量以外，其防火與阻熱能力的提升仍有極大改善的必要性。目前的設 計工法僅能讓太陽光電模組達到約 30 分鐘的防火時效，因此更進一步的設計工 法使其太陽光電模組具有半小時以上之防火時效則是必須要深入探討與研究。 本研究計畫除了提升建材一體型(BIPV)太陽光電模組的防火與阻熱能力之 外，另一研究重點為外部延燒對太陽光電模組之特性探討，藉由太陽光電模組發 生火災或火焰延燒的狀況，觀察其火焰延燒的特性以及太陽光電模組或建築物的 受損情形，最後依照試驗研究結果與文獻分析比對進而提出玻璃帷幕防火性能實 尺寸實驗之設備與場地規劃建議事項，藉此縮減太陽光電模組性能與建築技術法 規之間的落差，使其能夠擴大太陽光電模組之應用。 三、重要 發現 本研究針對結論整理分為三個項目如下：工法設計與防火試驗、消防救助事 項、非承重外牆防火試驗法的評估。最後亦有主要建議事項。 1. 工法設計與防火試驗： 本研究所採用的兩種設計工法分別為：(1)太陽光電模組與框架、矽酸鈣板 相互整合，(2)太陽光電模組與框架、水膜系統相互整合。在防火試驗過程，分 別將具有較佳防火性能的部分(矽酸鈣板或水膜)置於曝火面處，其研究結果顯示 在試驗2小時的過程中，此兩種設計工法均沒有火焰竄出的現象，此結果優於前 年度的計畫成果。 此外，本試驗所採用的水膜流量、厚度與覆蓋範圍均比先前的研究還要多， 因此水膜技術雖然能夠提升試體的防火與阻熱時效，但若應用於不同性質的試體 ，則必須改變水膜的流量、厚度與覆蓋範圍。 2. 消防救助事項： 由本研究的太陽光電模組延燒試驗與相關文獻均指出，當建築物或太陽光電
模組發生火災時，火焰的照度與延燒現象會使得太陽光電模組有輸出功率的產生 ，並且太陽能光電模組在燃燒過程會產生「不知鏈長的醛類、甲烷、乙炔、丙烯 、丁二烯、丙醛、苯、甲苯、苯乙烯。」等可燃性以及有毒的氣體。此外，消防 員若遇到太陽光電火災的現場時，除了基本的防火裝備之外，亦須穿戴絕緣的防 護具，並且要先切斷太陽光電相關設施的電源；而在滅火的方式上，由相關研究 結果可知，若採用消防水柱的方式滅火，則是會有觸電的機率與危險，若採用水 霧方式滅火則可以降低觸電的問題，或是依據火場狀況可用防火布蓋住太陽光電 模組，藉由遮蔽光線的方式避免太陽光電模組持續發電，以確保消防人員安全。 3. 非承重外牆防火試驗法評估：
由比較EN、ASTM與ISO 三種標準試驗法可知；ASTM E2307-10試驗標準 則是較接近建築火災實際狀況；目前內政部建築研究所防火試驗中心已經採購 ASTM E2307-10試驗法所要求的測驗室燃燒器與窗戶燃燒器並已完成驗收，但該 試驗屋的建置費用則尚未有相關研究的經費去完成；希望之後能將該試驗屋建置 完成，並藉由完整的ASTM E2307-10試驗法與試驗設備，驗證帷幕牆耐火效果與 帷幕牆結構發生火焰延燒時所產生的各種現象與特性變化；此類相關研究成果則 是能夠納入相關建築法規修訂時的參考依據，或更進一步將ASTM E2307-10試驗 法研擬至國內建築相關的試驗標準。 4. 主要建議事項： 建議一 中長期建議：提升太陽光電模組的防火與阻熱實效 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：太陽光電產業協會、工業技術研究院 提升太陽光電模組的防火與阻熱能力，可分為兩個方向；一、改進太陽光電 模組本身的防火與阻熱能力：(1)改善強化玻璃的防火阻熱能力，或是更換具有 透光、防火與阻熱性質之材料。(2)改善黏著劑之耐燃性質。二、改進或創新的
BIPV 設計工法：藉由太陽光電模組與建築物結合時，採用特殊的工法使其太陽 光電模組提升防火安全時效。本研究所主要是朝向第二點提出的防火與阻熱設計 工法，其成果已將防火時效提升至 2 小時，但第一點的「改進太陽光電模組本身 的防火與阻熱能力」則需仰賴相關產業或研究單位商研或研究出解決之方案與技 術。 建議二 立即可行建議：太陽光電模組於火災時的防火安全及消防救助應注意事項 主辦機關：內政部消防署 協辦機關：內政部建築研究所 太陽光電模組與建築物相互結合，當火災發生時均有太陽光電板破裂、掉 落、延燒等現象。此外，火災現場的火焰亦會使太陽光電模組有輸出功率的現象 產生，並且太陽光電模組在燃燒過程會有可燃氣體與毒氣的產生。因此消防員須 除了基本的防火裝備之外，亦須穿戴絕緣的防護具，並且要先切斷太陽光電相關 設施的電源，而在滅火的方式上，由相關研究結果可知，若採用消防水柱的方式 滅火，則是會有觸電的機率與危險，若採用水霧方式滅火則可以降低觸電的問 題，或是依據火場狀況可用防火布蓋住太陽光電模組，藉由遮蔽光線的方式避免 太陽光電模組持續發電，以確保消防人員安全。 建議三 中長期建議：ASTM E2307-10 相關設備的建置 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：內政部建築研究所 由於ASTM E2307-10試驗標準的測試法較接近建築火災實際狀況；目前內政 部建築研究所防火試驗中心已經採購ASTM E2307-10試驗法所要求的測驗室燃 燒器與窗戶燃燒器並已完成驗收，但該試驗屋的建置費用則尚未有相關研究的經 費去完成；希望之後能將該試驗屋建置完成，並藉由完整的ASTM E2307-10試驗
法與試驗設備，驗證帷幕牆耐火效果與帷幕牆結構發生火焰延燒時所產生的各種 現象與特性變化；此類相關研究成果則是能夠納入相關建築法規修訂時的參考依 據，或更進一步將ASTM E2307-10試驗法研擬至國內建築相關的試驗標準。
ABSTRACT
Keyword: Green Building, Building Integrated Photovoltaics, Flame spread, Fire Safety
This study examines the materials used for PV modules via fire resistance experiments, and discusses the safety of using such modules on buildings.
The design of building-integrated photovoltaics (BIPV) can be divided into four types: (1) roof coverings, (2) roof attached, (3) façades, and (4) windows. The designs for brightness can be divided into two types, light through and light shield. With regard to fireproofing, some studies note that using methods such as applying metal as a back sheet to PV can achieve a fire rating of 30 minutes.
We applied a calcium silicate board to combine the PV module, and then used the full-scale heating furnace to testing the fire resistance of the PV module with CNS12514-1 method. The result was shown the extrusive flame can not observed from the PV module in the heating process of 2 hours.
The surface temperature of the PV module was measured by the thermocouple at the seven points. The maximum temperature was found at the point 7 from 30 oC increased to 450oC, and then each temperature of the point1, 2, 3, 5, 6 were increased to 375oC from 30 oC. The temperature of the point 4 was increased to 300oC from 30 oC. It was shown the temperature of the point 4 was lower compared with other points.
Arrangement for the conclusion of this research is divided into three parts as follows: Design methods and fire test, matters of fire rescue, assessing fire test method of non-load-bearing external walls. Finally, there are also major recommendations.
Two design methods used in this study are: (1) PV modules and frames combine with calcium silicate boards, (2) PV modules and frames combine with water film systems. In the fire test procedures, respectively, the part (calcium silicate board or water film)which has better fire performance is placed at the exposed surface. The study shows that during two hours process, there are not flame sprang phenomenon in the two design methods. This result is better than the result of the last plan.
In addition, the flow, thickness, and coverage of water film in this study are even more than the last plan used. Although the water film technology can enhance the fire and heat performance of test specimen, but, if it is applied to the different test specimen, we must change the flow, thickness and coverage of water film.
2. Matters of fire rescue
The fire spread of PV module test in the study and related literature indicate, when there is a fire on a building or PV modules, the illumination of fire and fire spread phenomenon will make PV modules output power generation, and PV modules in the combustion process will generate " aldehydes which have unknow chain length, methane, acetylene, propylene, butadiene, propionaldehyde, benzene, toluene, styrene." and other toxic gases. Moreover, if the firefighters encountered PV modules fire field, in addition to basic fire safety equipment, protective insulation equipment shall also be worn, and cut off the power of PV-related facilities first. In the way of extinguishing, by the research results, the use of water column to extinguishing, then there will be the risk of electric shock. The use of water mist to extinguishing can reduce the problem of electric shock. According to fire situation , the fireproof covering the PV modules is available, by the way of masking the light to avoid the PV modules continuing generating power, in order to ensure firefighter safety.
3. Assessing fire test method of non-load-bearing external walls
From Comparing EN with ASTM and ISO three standard test method shows; ASTM E2307-10 standard test method is closer to the actual building fire situation. Now, Architecture and Building Research Institute, Ministry of the Interior has purchased the required chamber burner and windows burner in ASTM E2307-10 standard test method and has completed acceptance, but the costs of building test house are yet funding for relevant research to complete; hope the test house can build completely afterward. By a complete ASTM E2307-10 standard test method and test equipment, to verify fire resistant of façade wall and various phenomena and the changes of properties in the façade wall when the structure of façade wall occurs fire spread. Related research is able to incorporate by reference in accordance with relevant building act revision. Further, the ASTM E2307-10 standard test method is elaborated to the relevant test standard in domestic architecture.
第一章
緒論
第一節 研究緣起與背景
在「建築物產生能源」的新概念下，太陽能光電系統是未來綠色建築的主要 設備，故將使得太陽光電模組建築構造(Building-integrated photovoltaic, BIPV)成 為趨勢產品。然而根據 103 年度建研所研究計畫成果顯示[1]，一般市售太陽光 電模組若直接應用於建築物上會有防火時效與消防安全上的問題(未能通過防火 時效最少半小時(屋頂)或 1 小時(外牆)之規定)。再者，根據國外相關火災案例文 獻顯示，太陽光電系統會因短路、電弧或是電線走火等因素而造成火災。而國內 目前大多數都是採用建築附著型(Building Attached Photovoltaic; BAPV) 應用於 建築物，因此在國內建築附著型太陽光電板發生火災時對建築物之防火安全影響 值得進一步深入探討。另一方面，如何透過搭配特殊設計手法或結構使得太陽光 電模組建築構造(BIPV)能夠具有半小時以上的防火時效，以應用於建築物外牆及 屋頂上，以橋接太陽光電與建築設計產業，因而擴大太陽光電板應用於建築物之 效應，實屬重要之議題。 本研究計畫預計藉由國內常用的建築附著型太陽光電系統發生火災對於建 築物之危害以及開發具防火性能之太陽光電模組兩個面向影響進行探討與評 估，以縮減太陽光電模組之安全規定與建築技術規則之間的落差，擴大太陽光電 模組應用在建築物之成效。
第二節 研究目的
針對建材一體型(BIPV)太陽光電模組於工程實務上的規劃應用尚須考量以 外，其防火與阻熱能力的提升仍有極大改善的必要性。由 103 年度建研所研究計 畫的研究結果可知[1]，目前的設計工法僅能讓太陽光電模組達到約 30 分鐘的防 火時效，因此更進一步的設計工法使其太陽光電模組具有半小時以上之防火時效 則是必須要深入探討與研究，並且提出具防火性能太陽光電模組建築構造之設 計。 本研究計畫除了提升建材一體型(BIPV)太陽光電模組的防火與阻熱能力之 外，另一研究重點為外部延燒對太陽光電模組之特性探討，藉由太陽光電模組發 生火災或火焰延燒的狀況，觀察其火焰延燒的特性以及太陽光電模組或建築物的 受損情形，最後依照試驗研究結果與文獻分析比對進而提出玻璃帷幕防火性能實 尺寸實驗之設備與場地規劃建議事項，藉此縮減太陽光電模組性能與建築技術法 規之間的落差，使其能夠擴大太陽光電模組之應用。第三節 研究目標與成效
本研究計畫探討國內外 BIPV 之案例與設計工法，並由相關研究人員進行整 合分析，使研究成果可應用於實際案例中；除了透過相關專家技術人員諮詢，給 予本系統之可行性與工程實務性，並於未來提出本 BIPV 防火性能的設計應用總 則，以及太陽光電模組延燒時的防火安全評估。計畫目標與成效敘述如下： 1. 太陽光電板延燒對建築物防火安全之影響因素，可做為後續工程推廣應 用或修訂相關解說之參考依據。 2. 申請具防火性能太陽光電模組建築構造之專利，日後本所可以透 過技術移轉讓具防火性能太陽光電模組建築構造商品化。 3. 提升太陽光電模組在建築上的應用，將可與我國再生能源政策接軌，促 進太陽能光電系統相關產業之發展第二章
研究方法與進度說明
第一節 本研究採用之方法
文獻分析
本研究計畫將依照計畫之研究議題，蒐集包含各國有關 BIPV 太陽光電模組 的防火與阻熱之設計工法，設計案例以及相關文獻資料，以及藉由 103 年度建研 所研究計畫[1]的相關研究經驗與成果進行比較分析與歸納整理，作為進一步本 研究計畫在實驗設計規劃階段之基礎參考。而建築物外部火焰延燒之研究議題， 亦是透過收集國內外相關文獻，並參考 101 年度建研所自行研究報告「非承重外 牆與層間縫隙耐火性能驗證基準之研究」[2]當中的相關內容與建議進行比較分 析與歸納整理，作為本研究計畫在太陽光電模組外牆延燒之實驗設計規劃階段的 基礎參考，希望藉由收集文獻的分析與比對能夠明白國際間在與本研究議題有關 之發展方向與現況，作為本研究計畫報告與投稿論文撰寫之文獻回顧資料庫。專家諮詢法
研究結果經初步整理後，研究團隊將定期邀請相關學者以及產業界、工會專 家進行意見溝通交流，並針對研究內容進行審議，提出應修正及增刪之意見，作 為充實、加強本研究計畫內容之參考。並擇期辦理期中、期末簡報來說明研究計 畫執行成效、進度及所遭遇之問題。實尺寸實驗驗證
本研究計畫在防火時效實驗驗證方面，會將具有防火性能設計之太陽光電模 組，進行實尺寸的防火與阻熱性能試驗，藉此瞭解不同防火設計之太陽光電模組 的耐燃性與防火時效。此外，亦分析各試驗結果與發生原因，之後再修改太陽光 電模組的外在條件或設計工法，尋求有效提升本系統的防火與阻熱性之要因。太陽光電模組外牆延燒之實驗設計規劃則是利用建築研究所防火實驗中心之實 驗設施及設備進行。而試驗之場地、設備與規劃方式，則是參考相關收集之文獻 並自行設計相關測試條件與實驗參數。
研究採用方法之原因
本研究計畫主要探討如何提升 BIPV 太陽光電模組的防火與阻熱設計工法， 以及建築物外牆發生火焰延燒時對於太陽光電模組之影響性。因此本研究計畫延 續過去研究計畫採用防火中心的設備儀器作為實驗量測方法，並搭配文獻調查分 析法以及專家諮詢法以達成計畫之目標。研究過程中可能遭遇之困難
現行市售太陽光電模組產品之種類繁多，並且在經費與執行期程之限制下， 要完全測試市售太陽光電模組確實有其困難度。因此，本研究計畫先透過103年 度建研所研究計畫[1]的相關研究經驗與成果進行比較分析與歸納整理，作為進 一步本研究計畫在實驗設計規劃階段之基礎參考，之後再修改設計工法，提升太 陽光電模組的防火與阻熱性。第二節 計畫時程與進度說明
目前國內太陽光電模組應用於建築物時，大多數都是建築附著型(Building Attached Photovoltaic; BAPV) ， 鮮 少 使 用 建 材 一 體 型 (Building Integrated Photovoltaics; BIPV)。除了太陽光電模組當作建築物之建材有一定的難度以及挑 戰之外，防火與阻熱時效性的問題更是一個相當重要的議題。因此，藉由收集各 國太陽光電模組結合建築物之設計工法，以及103年度建研所研究計畫[1]的相關 研究經驗與成果提出延長太陽光電模組耐火時效性的設計工法，並分別研究建築 物外牆發生火焰延燒時對於太陽光電模組之影響性。本計畫時程由今年104年2 月25日至104年12月31日。研究流程與研究進度分別如圖2-1與表2-1所示。圖2-1 研究流程圖
表 2-1 研究進度表
月 工作項目 第 1 個 月 第 2 個 月 第 3 個 月 第 4 個 月 第 5 個 月 第 6 個 月 第 7 個 月 第 8 個 月 第 9 個 月 第 10 個 月 備註 相關文獻收集與彙 整 ■ ■ 收集 BIPV 太陽光 電模組相關之防火 與阻熱設計工法以 及相關火焰延燒試 驗之設計 ■ ■ ■ BIPV 太陽光電模 組防火與阻熱試驗 ■ ■ ■ 實驗數據整理與分 析 ■ ■ 期中審查 ■ 太陽光電模組火焰 延燒試驗 ■ ■ ■ 實驗數據整理與分 析 ■ ■ ■ 太陽光電模組應用 於建築物之火災安 全探討與分析 ■ ■ 期末審查 ■ 研究成果提出 ■ ■ 預 定 進 度 ( 累 積 數 ) 1 0 % 2 0 % 3 0 % 4 0 % 5 0 % 6 0 % 7 0 % 8 0 % 9 0 % 100% 說明： 1 工作項目請視計畫性質及需要自行訂定，預定研究進度以粗線表示其起訖期。 2 預定研究進度百分比一欄，係為配合追蹤考核作業所設計。請以每一小格粗組 線為一分，統計求得本案之總分，再將各月份工作項目之累積得分(與之前各月 加總)除以總分，即為各月份之預定進度。 3 科 技 計 畫 請 註 明 查 核 點 ， 作 為 每 一 季 所 預 定 完 成 工 作 項 目 之 查 核 依 據 。(本研究製作)
第三章
文獻回顧
第一節 太陽光電模組結合建築物之能源效益評估與設計工法
由於氣候變遷與化石燃料價格的上漲，使得世界各國開始增加再生能源的使 用比例，尤其是太陽能設置容量則是不斷的再增加，如圖 3-1 所示[3]。圖中顯示 2006 年之後全世界的太陽光電設置容量開始有很明顯的增加，於 2012 年的時候 已經超過 100GW。太陽光電的製造與設置成本，亦隨著設計與生產能力的提升 而使得價格逐年降低。1980 年以來，太陽光電模組產生每瓦特的成本從 30 美元 減少至 3 美元。圖 3-2 顯示太陽光電模組從 1975 年到 2005 年的全球產量與發電 成本。太陽光電模組的安裝成本也由 1992 年的 16,000 美元/千瓦減低到 2008 年 的 6000 美元/千瓦。雖然太陽光電模組的生產成本有逐漸減低的趨勢，但仍有發 電效率偏低的問題存在[4]。圖 3-1 全球太陽光電設置容量
(資料來源：見株式会社インターリスク総研, 太陽光発電の事故リス
ク, (災害リスク情報第 60 号, 2014.))
圖 3-2 近 30 年全球太陽光電模組產量及發電成本
(資料來源：F. Azadian, M. A. M. Radzi, A general approach toward
building integrated photo voltaic systems and its implementation
barriers: A review, (Renewable and Sustainable Energy Reviews,
Vol.22, pp. 527~538, 2013.))
近年來太陽能發電產業在中國迅速發展，從 2000 年產量僅為 3 兆瓦增加至 2009 年的 4382 兆瓦，在這期間中國的年均增長率約高達 191.3%。此外，中國的 太陽光電發展趨勢如圖 3-3 所示[5]。
圖 3-3 中國的太陽光電發展趨勢
( 資 料 來 源 ： C. Peng, Y. Huang, Z. Wu, Building-integrated
photovoltaics (BIPV) in architectural design in China, (Energy and
Buildings, Vol.43, pp. 3592~3598, 2011.))
雖然全球太陽光電設置容量有逐年增加的趨勢，但裝設太陽光電模組或設置 容量增加的同時，該裝設的支出費用以及回收年限亦是相當重要的參考指標。因 此目前有研究是以能量回饋期的方式來進行評估，而能量回饋期便是太陽光電模 組需要要花費多長的時間來回饋補償製造的能量。此外，熱源與散熱的問題亦是 會影響到太陽光電模組的效率、模組結構性能與使用壽命…等問題。 一個在瑞士以十二個小型太陽光電模組的生命週期分析（LCA）研究可知， 每個有 3 千瓦的能力，其中單晶矽的能量回饋期是 4~6 年，而多晶矽則是 3.5〜 4.5 年，然而太陽光電模組的發電能力則是受到地形、氣候或日照…等多重因素 的影響而有所改變。因此在德國的能量回饋期則是 5.6~6.1 年(單晶矽)或約 4.5 年 (多晶矽)，詳細如圖 3-4 所示[6]。
圖 3-4 太陽光電模組的能量回饋期(德國)
(資料來源：B. P. Jelle, C. Breivik, H. D. Røkenes, Building integrated
photo voltaic products : A state-of-the-art review and future research
opportunities, (Solar Energy Materials and Solar Cells, Vol.100, pp.
69~96, 2012.))
圖 3-5 顯示阿拉伯聯合大公國(UAE)在 Al-ain, Abu Dhabi, Dubai 三個城市各 別太陽光電帷幕牆的電力輸出情形，由圖 3-5 的數據顯示 Al-ain, Abu Dhabi, Dubai 此三個城市的太陽光電模組均是面向南方或西方會有較佳的電力輸出[7]。
圖 3-5 太陽光電帷幕牆的電力輸出(Al-ain, Abu Dhabi, Dubai)
( 資 料 來 源 ： H. Radhi, Energy analysis of facade-integrated
photovoltaic systems applied to UAE commercial buildings, (Solar
Energy, Vol.84, pp. 2009~2021, 2010.))
現今太陽光電設施除了大型發電廠之外，另有將太陽光電模組與建築物相互 結合的設計方式，藉由太陽光電模組可自行發電的能力來提供建築物所需的電 力，目前的設計方式如圖 3-6 所示[8]。圖 3-6 建築物結合太陽光電模組之設計手法
(資料來源：太陽光発電設備に係る防火安全対策の検討結果, (東京
消防庁, 2014.))
太陽光電模組結合建築物的設計重點分別在於屋頂、牆與其它類，其實際設 置影像與施工相片則如圖 3-7 至圖 3-9 所示[8]，而這些設計的方式又可將其區分 為建築附著型 (Building Attached Photovoltaic; BAPV)與建材一體型 (Building Integrated Photovoltaics; BIPV)這兩種方式。建築附著型(BAPV)泛指太陽光電模 組附著在建築物的外牆上，模組本身獨立存在並不為建築物的一部份；例如圖 3-7 當中的「(1)屋頂安裝：傾斜式屋頂類型，平屋頂型」以及圖 3-4 當中的「牆： 壁掛式。」 建材一體型(BIPV)則為建築物與太陽光電模組的集合，在建築物外圍結構表 面安裝建築材料形式的太陽光電模組，因此建材一體型(BIPV)太陽光電模組本身 是一種建築材料。如圖 3-7 當中的「(2)屋頂建材型：屋頂建材一體型，牆：牆體 建材類型」
圖 3-7 太陽光電模組結合屋頂之設計手法
(資料來源：太陽光発電設備に係る防火安全対策の検討結果, (東京
圖 3-8 太陽光電模組結合牆之設計手法
(資料來源：太陽光発電設備に係る防火安全対策の検討結果, (東京
消防庁, 2014.))
圖 3-9 太陽光電模組結合其他方式之設計手法
(資料來源：太陽光発電設備に係る防火安全対策の検討結果, (東京
消防庁, 2014.))
目前 BIPV 的應用設計，在建築物採光上的設計方式，還分別具有透光式 (Light through)與遮光式(Light shield)的設計[9]，如圖 3-10 至圖 3-11 所示。此兩 種的設計方式，主要可依照建築物採光的需求分別應用。透光式設計主要是將數 片太陽光電板與具透光性材質或建材相互結合，使其達到太陽能發電與保持建築物所需的採光特性。遮光式設計主要是將數片太陽光電板與不透光性材質或建材 相互結合，使其達到太陽能發電與遮蔽太陽光線的特性。
圖 3-10 Light through 設計
(資料來源：見楊俊英, 太陽光電公共建築設置應用, (工研院太陽光電
科技中心, 民國 98 年)。)
圖 3-11 Light shield 設計
(資料來源：見楊俊英, 太陽光電公共建築設置應用, (工研院太陽光電
科技中心, 民國 98 年)。)
第二節 太陽光電模組於火災的特性研究
隨著太陽光電模組應用技術的逐漸成熟，將太陽光電模組與一般建築物結合 之概念，已廣為一般民眾所接受。但在建築附著型(Building Attached Photovoltaic; BAPV)與建材一體型(Building Integrated Photovoltaics; BIPV)的這兩種設計方式則是存在著許多的差異性。例如市售太陽光電模組必須先通過一系列的產品安全 與性能測試，一旦符合後方能販售以及安裝使用。但此一系列的測試方式和通過 標準與建築法規上所要求的通過標準有很大的差距[1]，由前年度的研究成果可 知；各國在太陽光電模組與建築防火時效性的相關法規中，發現太陽光電模組在 測試法規上的要求與建築物的防火試驗要求並不相同，因此若將太陽光電模組直 接與建築物結合(BIPV)，則是會有防火時效與消防安全上的問題(防火時效最少 半小時(屋頂)或 1 小時(外牆))。因為若是以建材一體型(BIPV)的設計手法來說， 太陽光電模組就是建築物外殼的一部分，此時太陽光電模組就必須要有法令規定 的防火時效性能，但目前鮮少有具半小時防火時效之 BIPV 裝置。 若建築物外殼構造是採用建築附著型(BAPV)設計時，則建築物外殼的防火 時效要求便不是以太陽光電模組必須要達到法令規定為要求，原因為建築附著型 (BAPV)的設計手法主要是將太陽光電模組以外掛的方式附著於建築物外殼上。 而一般在設計建築物外殼時，此建築物外殼就必須達到法令規定的防火時效，因 此不屬於主要建築物外殼構件的 BAPV 設計手法則是不需考量太陽光電模組的 防火或阻熱時效性。 雖然 BIPV 或 BAPV 的設計方式會影響到太陽光電模組是否必需要達到建築 法規上最低的半小時防火時效要求，但太陽光電模組發生火災時，其起火原因與 燃燒特性則亦是須要詳加探討與研究。 目前有關太陽光電模組自身發生火災所造成的模組損壞甚至危急建築物的 文獻，國外許多學者針對太陽光電模組於 UL 防火相關性能法規，進行了實尺寸 的實驗規劃，同時針對世界上有關太陽光電模組的防火阻熱性能驗證條文進行了 初 步 歸 納 整 理 ， 並 列 舉 出 IEC 61730-2:2004, ANSI/UL 1703:2004, ANSI/UL790:2004 等類似條文以及比較不同國家之太陽光電模組防火阻熱性能 法規。研究過程假設起火原因設定為電器火災(電線起火)，並模擬市售太陽光電 模組發生火災時的實際情況進行測試。有關各國太陽光電模組的防火性能法規如
表 3-1 所示，針對一般市售太陽光電模組進行防火阻熱實驗的現場照片如圖 3-12 與圖 3-13 所示。結果顯示，比較各國太陽光電模組的防火性能法規於尺寸、受 火條件以及外在環境皆有所差異，而市售太陽光電模組於不附加任何提升防火阻 熱措施情況下，僅具一般不燃特性而不具阻熱性能，因此於火場中受熱時，破損 速度相當快。
圖3-12 太陽光電模組於受火前現場照片
(資料來源：本研究整理)
圖3-13 太陽光電模組於受火後現場照片
(資料來源：本研究整理)
表3-1 燃燒試驗之結果
(資料來源：本研究整理)
針對太陽光電模組系統等性能認證，各國已有相關法規條文進行規制。目 前，世界各國廣泛以義大利之太陽光電模組安全認證IEC61730的規範描述了太陽 能電池基本的結構要求，從而保證太陽能電池在其使用期內，在電工和機械方面 工作時的安全性。標準中有明確的主題來評定由於機械和環境作用而導致的電 擊、火災、人身傷害的阻止措施。IEC61730-1的這一部分適用於結構的特殊要求。 IEC61730-2 概 述 了 實 驗 的 要 求 。 其 中 ， IEC61730-2 內 文 定 有 預 處 理 試 驗 (Preconditioning tests)、濕冷凍試驗(Humidity freeze test)、濕熱試驗(Damp Heat Test)、電擊危害試驗(Electrical shock hazard tests)、火災試驗(Fire hazard tests)、 機械應力試驗(Mechanical stress tests)以及結構試驗(Component tests)。
火災試驗部分，IEC61730-2 MST22、23項條文中明訂以ANSI/UL790(屋頂覆 蓋材料安全性能測試)進行太陽光電模組防火測試等等要求，而根據UL790規範 中針對屋頂覆蓋材料的溫度限制可分為A、B、C三級，如表3-2所示。
表3-2 屋頂覆蓋材料各分級溫度限制
(資料來源：本研究整理)
雖然目前許多國家均有太陽光電模組結合建築物的設計，並且設計方法與材 料選擇也是不斷的在改進，然而太陽光電模組在建築物上若有發生火災的話，這 卻會延伸出另外的消防救難問題。以日本為例；當日本在廣推太陽光電設置容量 的同時[10]，亦發現到太陽光電災害事故的發生。由圖 3-14 顯示 2009 年至 2013 年共有 133 件的太陽光電災害事故，其中以火災事故的件數為最高(40 件)，其次 依序分別為；其它災害(35 件)、發煙，發火，過熱(22 件)、產品破損(18 件)…等 [11]。此類太陽光電模組發生火災的事故在美國亦有一些案例(圖 3-15)，如 2015 年 5 月蘋果公司在亞利桑那州工廠的太陽光電屋頂發生火災(圖 3-16) [12, 13]。圖 3-14 日本太陽光電災害事故統計表
(資料來源：見株式会社インターリスク総研, 太陽光発電の事故リス
ク, (災害リスク情報第 60 号, 2014.))
圖 3-15 太陽光電火災實例
(資料來源：C. C. Grant, P.E., Fire Fighter Safety and Emergency
Response for Solar Power Systems Final Report, (Fire Protection
Research Foundation, 2014.))
圖 3-16 太陽光電火災實例(蘋果公司)
(資料來源：12news, Fire at Apple facility in Mesa may have been
caused by solar panels,
(http://www.12news.com/story/news/local/valley/2015/05/26/mesa-ind
ustrial-fire/27968857/, 2015.))
Dhere [14]等人研究太陽光電常見的火災原因，包括局部高電流、熱班效應 、接地故障、電弧放電或接線盒被燒壞等。圖3-17為電線短路所造成玻璃破裂或 是由玻璃破裂造成電線短路，圖3-18為電弧放電導致玻璃融化，圖3-19為接線盒 因為高溫被燒毀，而在於防範方面，必須注意太陽光電模組加裝在斜屋頂時，必 須注意斜屋頂著火所造成的煙囪效應，其方法可以在太陽光電板中間間隔處加裝 防火阻熱等障礙物，防止火焰往上延燒，如圖3-20所示。圖3-17 電線短路所造成玻璃破裂或是由玻璃破裂造成電線短路
(資料來源：N. G. Dhere, N. S. Shiradkar, Fire hazard and other safety
concerns of photovoltaic system, (Journal of Photonics for Energy,
Vol.2, 022006, 2012.))
圖3-18 電弧放電導致玻璃融化
(資料來源：N. G. Dhere, N. S. Shiradkar, Fire hazard and other
safety concerns of photovoltaic system, (Journal of Photonics for
Energy, Vol.2, 022006, 2012.))
圖3-19 接線盒被燒壞
(資料來源：N. G. Dhere, N. S. Shiradkar, Fire hazard and other
safety concerns of photovoltaic system, (Journal of Photonics for
Energy, Vol.2, 022006, 2012.))
圖3-20 避免煙囪效應導致擴大火焰
(資料來源：N. G. Dhere, N. S. Shiradkar, Fire hazard and other safety
concerns of photovoltaic system, (Journal of Photonics for Energy,
以下則是說明有關於太陽光電模組遭受破壞或火災時的相關特性研究： 太陽能電池模組遭受破壞時的發電特性[15] 圖 3-21 至圖 3-24 顯示萬能斧破壞單晶與薄膜太陽光電模組的試驗圖，以及 太陽光電模組被破壞後的輸出電壓變化。 以萬能斧破壞正在發電的單晶與薄膜太陽光電模組試驗。由圖 3-21 顯示萬 能斧分別在單晶太陽光電模組的 6 個位置進行敲擊破壞試驗，圖 3-21 顯示單晶 太陽光電模組被萬能斧破壞過後，其表面的強化玻璃會有裂開的現象。圖 3-22 顯示薄膜太陽光電模組的敲擊破壞試驗，由光電模組的背面可以清楚看到萬能斧 刺穿薄膜太陽光電板。
圖 3-21 萬能斧破壞單晶太陽光電模組的位置
(資料來源：見消防庁消防研究センター, 太陽光発電システム火災と
消防活動における安全対策, (消防研究技術資料 83 号, 2014.))
圖 3-22 萬能斧破壞薄膜太陽光電模組的位置
(資料來源：見消防庁消防研究センター, 太陽光発電システム火災と
消防活動における安全対策, (消防研究技術資料 83 号, 2014.))
圖 3-23 顯示在不同時間點用萬能斧破壞單晶太陽光電模組的 6 個位置，並 觀察單晶太陽光電模組受到破壞之後的輸出電壓比(模組被破壞時的電壓/模組未 破壞時的電壓)變化，以及在 1500 秒之後另外將水灑在被破壞的太陽光電模組 上，研究其灑水動作是否會影響太陽光電模組的輸出電壓比。 當單晶太陽光電模組受到萬能斧敲擊破壞時，輸出電壓比會有下降的趨勢。 顯示單晶太陽光電模組一但遭受到破壞，則太陽光電模組的輸出電壓會減少，隨 著敲擊次數的增加可以明顯觀察到輸出電壓比會不斷的下降，最後在 900 秒過後 則不再有輸出電壓的產生，結果顯示太陽光電模組不再有輸出電壓的產生。當試 驗時間超過 1500 秒之後進行灑水動作，由圖顯示一但有灑水動作的時候，原本 沒有輸出電壓的單晶太陽光電模組則是會突然有輸出電壓的產生，此結果是因為 水在被破壞的單晶太陽光電模組上是一個導體，因此原本被破壞的電器迴路則是 有可能會藉由水的附著而形成導通的電器迴路，使得被破壞的太陽光電模組又有 輸出電壓的產生。 圖 3-24 顯示薄膜太陽光電模組被萬能斧破壞時的輸出電壓變化，而試驗的 陽光照度約在 70000~130000 lx。由圖顯示薄膜太陽光電模組在敲擊破壞試驗之 前的輸出電壓約 80V 上下，當試驗時間約 60 秒左右進行第一次的敲擊破壞試 驗，其結果顯示薄膜太陽光電模組的輸出電壓立即變成 0 V。由此結果可知薄膜 太陽光電模組只要被萬能斧敲擊破壞一次，則立即不再有電壓輸出。此現象與單 晶太陽光電模組並不相同，但詳細原因則未加詳細探討。
圖 3-23 單晶太陽光電模組被破壞時的輸出電壓比
(資料來源：見消防庁消防研究センター, 太陽光発電システム火災と
消防活動における安全対策, (消防研究技術資料 83 号, 2014.))
圖 3-24 薄膜太陽光電模組被破壞時的輸出電壓
(資料來源：見消防庁消防研究センター, 太陽光発電システム火災と
消防活動における安全対策, (消防研究技術資料 83 号, 2014.))
多晶太陽能電池模組在不同光源照度與火焰試驗的輸出電壓特性實驗[15] 本小節分別敘述多晶太陽光電模組在不同光源照度與火焰試驗的研究結 果，圖 3-25 顯示多晶太陽光電模組的尺寸與示意圖。多晶太陽光電模組在不同光源照度的實驗設備與配置方式如圖 3-26 所示，實驗設備分別有照明燈、油盤、 照度計、幅射計。油盤放置的位置則是距離多晶太陽光電模組 1 公尺處。研究參 數分別為「無照明-無火焰，無照明-有火焰，有照明-無火焰，有照明-有火焰」 等 4 組。
圖 3-25 多晶太陽光電模組示意圖
(資料來源：見消防庁消防研究センター, 太陽光発電システム火災と
消防活動における安全対策, (消防研究技術資料 83 号, 2014.))
圖 3-26 不同光源照度的實驗設備與配置方式
(資料來源：見消防庁消防研究センター, 太陽光発電システム火災と
消防活動における安全対策, (消防研究技術資料 83 号, 2014.))
研究結果如圖 3-27 所示，「無照明-無火焰」的參數顯示，多晶太陽光電模 組並無輸出電壓的產生。「無照明-有火焰」的參數顯示，多晶太陽光電模組會受 到火焰的照度影響，進而有輸出電壓的狀況產生。此油盤火焰所產生的最大照度 約 1500 lx，對應此時的輸出電壓約 7 V。 「有照明-有火焰」的參數顯示，多晶太陽光電模組受到超過 12000 lx 的照 度照射，使得輸出電壓超過 9 V。但在「有照明-無火焰」的參數顯示，純粹只用 照明燈即可提供 13700 lx 的照度，然而多晶太陽光電模組的輸出電壓卻只有 2.6 V 遠低於「有照明-有火焰」的研究結果。由「有照明-無火焰」與「無照明-有火焰」 的研究結果相互比較可知，「有照明-無火焰」參數在 13700 lx 條件下，其輸出電 壓為 2.6 V，然而「無照明-有火焰」參數只需在 670 lx 條件下一樣可以達到 2.6 V 的輸出電壓。此現象可以說明在相同輸出電壓的條件下，不同來源的光波段所對 應的照度也有所不同。
圖 3-27 火焰與照明燈照度對太陽光電模組輸出電壓的影響性
(資料來源：見消防庁消防研究センター, 太陽光発電システム火災と
消防活動における安全対策, (消防研究技術資料 83 号, 2014.))
圖 3-28 顯示火焰試驗的實驗設置與配置，其設備分別有照明燈(6 台)、油盤、 熱電偶(k type)、多晶太陽光電模組。熱電偶主要是固定在多晶太陽光電模組示 意圖(圖 3-25)中的 11 與 23 號位置。本火焰試驗除了油盤火焰之外，亦有照明燈 的光源照射多晶太陽光電模組。試驗用油盤火焰於試驗時間 978 秒時會將燃料消 耗完畢，因此之後的試驗時間僅有照明燈持續照明太陽光電模組，最後在 2700 秒之後關閉照明燈。 圖 3-28 顯示置於多晶太陽光電模組後下方的油盤引燃之後，其產生的火焰 會開始燃燒太陽光電模組的上半部。火焰試驗之後的太陽光電模組與損壞狀況如 圖所示。由圖 3-29 可以清楚顯示太陽光電模組的損壞部分主要是分佈在上半部， 並且還有破碎的強化玻璃與碎裂晶圓。
圖 3-28 實驗設備與火焰試驗圖
(資料來源：見消防庁消防研究センター, 太陽光発電システム火災と
消防活動における安全対策, (消防研究技術資料 83 号, 2014.))
圖 3-29 多晶太陽光電模組燃燒後的外觀損壞情形
(資料來源：見消防庁消防研究センター, 太陽光発電システム火災と
消防活動における安全対策, (消防研究技術資料 83 号, 2014.))
圖 3-30 顯示多晶太陽光電模組在火焰試驗過程中的輸出電壓與表面溫度變 化。由圖顯示多晶太陽光電模組在 600 秒左右仍有穩定的輸出電壓，此時熱電偶 (11 號量測點)所量測的表面溫度亦從室溫上升至約 330 oC，而熱電偶(23 號量測 點)的溫度則是從室溫上升至約 210 oC。當火焰試驗時間約超過 660 秒之後，可 以發現輸出電壓急劇下降至約 0.01 V，此時熱電偶(11 號量測點)所量測的溫度約 達到 350 oC，而熱電偶(23 號量測點)的溫度依然維持在 210 oC。在此火焰試驗過 程可以發現熱電偶(11 號量測點)的溫度最高，以及在此處有發生太陽光電模組損 壞的情形，所以輸出電壓才會急遽下降。 當試驗時間超過 978 秒時，油盤火焰由於油盤內的燃料消耗完畢，因此便無 火焰燃燒太陽光電模組的情形，所以熱電偶(11 號量測點與 23 號量測點)所量測 的溫度會隨著時間的增加而減少。此時太陽光電模組的輸出電壓亦會下降至 0.1 V 以下，最後關閉照明燈時則無輸出電壓的產生。
圖 3-30 多晶太陽光電模組的輸出電壓與表面溫度變化
(資料來源：見消防庁消防研究センター, 太陽光発電システム火災と
消防活動における安全対策, (消防研究技術資料 83 号, 2014.))
太陽光電板燃燒時所產生的氣體[15] 本小節為說明太陽光電板在燃燒時所產生的氣體分析，其試驗的模組結構與 檢測設備如表 3-3 所示。試驗的 A 模組所採用的黏著劑為 EVA(乙烯醋酸乙烯酯) 與 PVF(聚氟乙烯)，而 B 模組所採用的黏著劑為 EVA 與 PET(聚对苯二甲酸乙二 酯)。檢測分析的方式主要分為兩類：第一類為各黏著劑(EVA、PVF 與 PET)分別 在氮氣或空氣的環境(沒有產生火焰)下進行氣體檢測分析。第二類為 A 模組 (EVA-PVF)與 B 模組(EVA-PET)在空氣的環境(有產生火焰)下進行氣體檢測分析。 檢測分析的結果如表 3-4 所示，第一類的檢測結果分別檢驗出「氟化氫、四 氟化矽、醋酸、羰基化合物、丙醛以及不知鏈長的 n-烴及醛類。」而第二類的檢 測結果分別檢驗出「不知鏈長的醛類、甲烷、乙炔、丙烯、丁二烯、丙醛、苯、 甲苯、苯乙烯。」由此可知太陽光電板在燃燒過程會產生可燃性與有毒的氣體。
