太陽光能發電元件-太陽能電池

太陽能電池

利用太陽能電池來實現太陽能源的開發，

是 21世紀極有發展潛力的光電技術之一。

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楊素華　蔡泰成

太陽光能

發電元件

人 們 早 在 春 秋 戰 國 時 代 以 前 ， 就 已 經 發 現 如 何 利 用 太 陽 能。在史書中也曾經記載「司垣 氏掌水夫燧，取火於日」和「陽 燧見日，則燃而為火」。根據考 證，在這當中的「夫燧」和「陽 燧」，就是類似凹面鏡的聚光集熱 裝置。 以太陽能發展的歷史來說，光照射到材料上 所引起的「光起電力」行為，早在 19 世紀的時候 就已經發現了。到了 1930 年代，照相機的曝光計 廣泛地使用這一個原理。接著，到了1950 年代， 隨著半導體物性的逐漸了解，以及加工技術的進 步，第一個太陽能電池在 1954年誕生在美國的貝 爾實驗室。1973 年發生了石油危機，讓世界各國 察覺到能源開發的重要性。由於太陽光是取之不 盡，用之不竭的天然能源，除了沒有能源耗盡的 疑慮之外，也可以避免能源被壟斷的問題，因此 各國也積極地發展太陽能源的應用科技，期望由 增加太陽能源的利用來減低對化石能源的依賴 性。

取之不盡的太陽能

從太陽輻射出來的能量非常龐 大，是人類賴以維生的主要能源。 太陽能傳送到地球大氣層以後，一 部分被大氣層吸收，一部分反射回 太空中，另外一部分則會被地表接 收，照射在地球的能量可以達到平均每平方公尺 地面約有180瓦特。如果能夠充分地轉換、應用 地表所吸收的龐大能量，對於那些遠離輸送電網 的偏遠地區，可以成為最佳的能量來源。 最近，由於環保意識的抬頭和其他能源的逐 漸枯竭，太陽能源又開始受到大家的重視。此 外，因為台灣缺乏能源資源，90％ 以上的能源必 須從國外進口，因此，加強新能源的研發是有其 必要的。 台灣地處亞熱帶，陽光充足，日照量大，非 常適合利用太陽能做為新能源。太陽能除了可以 用曝曬、集光點燃等方法直接利用外，也可以把 它轉換成熱能和電能進一步加以使用。例如，在 日常生活中常用的太陽能熱水器，就是把太陽能 51 科學發展 2005年6月，390期 太 陽 光 是 取 之 不 盡，用之不竭的天 然能源，除了沒有 能源耗盡的疑慮之 外，也可以避免能 源被壟斷的問題。 中鋼的太陽能系統 資料來源：茂迪股份有限公司

三菱重工，更紛紛擴建生產工廠。

在美國方面，前總統柯林頓先生所提出的 「Million Roofs Solar Power」方案，打算在 2010 年

以前，建設完成100萬戶太陽能發電系統。 除了日本和美國之外，德國也從1990 年起， 開始實施千屋計畫，每戶太陽能發電的裝置容量 在 1∼5千瓦特之間，政府補助 70％的經費。到了 1995年，已經有 2,250 戶裝設太陽能系統，總裝 置容量也達到 5.6百萬瓦特。此外，荷蘭政府也預 計在 2020 年，太陽能系統的總裝置容量可以達到 1,450 百萬瓦特。至於其他各國，例如瑞士、挪威 及澳洲等國，也都推行每年數千戶的太陽能電池 安裝計畫。 在台灣方面，目前生產太陽能電池的主要廠 商有光華、茂迪和士林電機等公司。光華開發科 技公司從1988年，就以生產非晶矽太陽能電池為 主，主要應用在消耗性電子產品上，像手表、計 算機等。在 1999 年，茂迪公司開始在台南科學工 業園區設廠，以生產單晶矽和多晶矽的太陽能電 池為主。士林電機也曾經派研發團隊到美國接受 訓練，學習衛星所使用的太陽能電池板的製造和 封裝技術，同時在 1999 年成功發射中華衛星一號 後，更進一步投入民生用途的太陽能電池研發。 此外，工業技術研究院材料所也成功地開發 出太陽能電池的製造與封裝技術，並把技術轉移 給茂迪公司及士林電機公司，以推廣國內的太陽 能發電事業。近年來，國內廠商對太陽能電池事 業的投資也逐漸感到興趣，主要原因除了國際市 場的供不應求外，另一因素則是政府從 1999 年 起，開始大力推展太陽能電池發電，並且著手推 動各項獎勵措施，因此投入這一個事業的業者也 明顯增加。 目前，國內在推行太陽能發電的工作上還有 一些難題，最主要的原因是若比較一般的市電和 太陽能發電的申請手續，申請市電顯然方便很 多，而且太陽能發電的設置必須先投入一筆資 金。基於經濟方面的考量，對一般民眾來說確實 比較難以接受。 即使如此，換一個角度來看，台灣具有日照量 充足、半導體和電力電子產業發展健全和政府極力推 廣等優厚條件，再加上可能的能源危機，以及環保意 識普及等，太陽能發電事業在台灣確實具有非常大的 發展空間。相信只要能夠大幅降低製造成本，便可以 迎頭趕上其他國家，並占有一席之地。

展望

夜間不能發電是太陽能電池的一大缺點，但是 針對這一個缺點有兩種方式可以克服。第一種方式是 把白天的太陽光能轉成其他的能量形式加以儲存，例 如蓄電池、飛輪裝置、抽蓄發電廠等，到黑夜的時候 再把儲存的能量釋放出來。 另外一種方式是美國和日本兩國正在進行的 「衛星太陽能發電廠」計畫（Satellite Solar Power

Station，SPSS），這一個計畫的工作項目就是在太空 中找到一個能夠不斷接受太陽光的地方，例如在赤道 附近上空，發射具有太陽能電池或熱能發電系統的衛 星，利用人造衛星在太空中吸收太陽能來發電。由於 免除了晝夜、溫差及氣候等因素影響，人造衛星可以 連續不停且穩定地接收太陽能，再把它轉換為電能， 然後以微波的方式傳回地球，經過地球微波接收站接 收後，再轉換回來成為電能，輸送到各個地方。 在目前，由於科學家們不斷的研究，再加上半 導體產業技術的進步，太陽能電池的效率也逐漸增 加，而且發電系統的單位成本也正逐年下降。因此， 隨著太陽能電池效率的增加、成本的降低以及環保意 識的高漲，太陽能電池的使用也會愈來愈普遍。現 在，太陽能電池已經被廣泛運用在日常生活中，例如 手表、計算機、汽車、飛機等，可見它有很大的發展 潛力，相信未來太陽能電池可以在能源的運用上扮演 重要的角色。 楊素華　蔡泰成 高雄應用科技大學 55 科學發展 2005年6月，390期 □