建築整合型太陽能光電系統（BIPV）綜合效益之研究-以內政部建築研究所性能實驗中心為例
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(2) 建築整合型太陽能光電系統 （BIPV）綜合效益之研究 -以內政部建築研究所性能實驗中心為例. 研 究 主 持 人 ：何明錦 協 同 主 持 人 ：歐文生 研. 究. 員 ：林霧霆 孫振義. 研 究 助 理 ：施孟亨 劉桂宏. 內政部建築研究所協同研究報告 中華民國 97 年 12 月.
(3) 建築整合型太陽能光電系統綜合效益之研究. 內政部建築研究所協同研究. 九十七年度. I.
(4) 目次. 目 次 表次........................................... Ⅲ 圖次........................................... Ⅴ 摘要........................................... Ⅸ. 第一章 緒論.....................................1 第一節 前言..............................1 第二節 研究目的..........................5 第三節 研究方法與進行步驟................7 第二章 資料蒐集與文獻分析...................... 21 第一節 建築整合型太陽能光電系統(BIPV) ... 21 第二節 亞洲地區 BIPV 案例 ............... 23 第三節 北美地區 BIPV 案例 ............... 35 第四節 歐洲地區 BIPV 案例 ............... 43 第五節 本所性能實驗中心 BIPV 案例 ....... 73 第三章 日射量資料庫與太陽能實測資料庫.......... 85 第一節 日射量資料庫..................... 85 第二節 太陽能實測資料庫................ 101. I.
(5) 建築整合型太陽能光電系統(BIPV)綜合效益之研究—以內政部建築研究所性能實驗中心為例. 第四章 台灣日射量分布特徵與太陽能應用......... 105 第一節 台灣典型日射量演變特徵.......... 105 第二節 台灣日射量之地理分布............ 109 第三節 台灣太陽能發電潛力與發電策略 .... 111 第五章 台灣太陽能設計用日射量動態解析......... 121 第一節 太陽能設計用標準氣象年製作 ...... 121 第二節 台灣日射量動態模擬資料庫建立 .... 125 第六章 結論與建議............................. 127 第一節 初步研究發現.................... 127 第二節 初步建議事項.................... 128. 參考文獻...................................... 129. II.
(6) 表次. 表 次 表 2-1 台灣日射量資料庫......................... 00 表 3-1 台灣各地發電量推估表..................... 00 表 4-1 原始中選月年份與 WS 值.................... 00 表 4-2 經調整後之中選月年份與 WS 值 ............. 00 表 4-3 各月水平全天空日射量之每日平均值 ........ 38 表 4-4 各月平均氣溫 ............................ 39 表 4-5 各月平均相對濕度 ........................ 39 表 4-6 各月份逐年之 WS 值一覽表 ................. 40. III.
(7) 建築整合型太陽能光電系統(BIPV)綜合效益之研究—以內政部建築研究所性能實驗中心為例. IV.
(8) 圖次. 圖 次 圖 1-1 建置設計階段之日照行徑模擬 ...............4 圖 1-2 建置完成之現場照片 .......................4 圖 1-3 研究流程圖 .............................. 19 圖 2-1 設備館架設太陽能光電板完工圖之一 ........ 73 圖 2-2 設備館架設太陽能光電板完工圖之二......... 73 圖 2-3 太陽能發電系統單線圖..................... 76 圖 2-4 系統一流程圖............................. 77 圖 2-5 系統二流程圖 ............................ 78 圖 2-6 系統二流程圖............................. 79 圖 3-1 本研究之中央氣象局測站分佈圖 ............ 86 圖 3-2 各測站全年日射量分佈圖一 ................ 89 圖 3-3 各測站全年日射量分佈圖二................. 90 圖 3-4 各測站全年日射量分佈圖三................. 91 圖 3-5 各測站全年日射量分佈圖四................. 92 圖 3-6 各測站全年日射量分佈圖五................. 93 圖 3-7 台北全年日射量分佈圖 .................... 94 圖 3-8 新竹全年日射量分佈圖..................... 95 圖 3-9 台中全年日射量分佈圖..................... 96 圖 3-10 台南全年日射量分佈圖.................... 97 圖 3-11 高雄全年日射量分佈圖.................... 98 圖 3-12 花蓮全年日射量分佈圖.................... 99. V.
(9) 建築整合型太陽能光電系統(BIPV)綜合效益之研究—以內政部建築研究所性能實驗中心為例. 圖 3-13 台東全年日射量分佈圖................... 100 圖 3-14 2004 年 PEC-BIPV 發電量變化圖........... 102 圖 3-15 2005 年 PEC-BIPV 發電量變化圖........... 102 圖 3-16 2006 年 PEC-BIPV 發電量變化圖........... 103 圖 3-17 2007 年 8 月至 2008 年 7 月 PEC-BIPV 單位發電量 變化圖........................................ 104 圖 4-1 台北全年日射量分佈圖 ................... 106 圖 4-2 台中全年日射量分佈圖 ................... 106 圖 4-3 高雄全年日射量分佈圖 ................... 107 圖 4-4 花蓮全年日射量分佈圖 ................... 107 圖 4-5 台東全年日射量分佈圖 ................... 108 圖 4-6 台灣全年日射量分佈圖 ................... 109 圖 4-7 北部地區月平均日射量變化圖 ............. 116 圖 4-8 北部地區四季月平均日射量變化圖 ......... 116 圖 4-9 中部地區月平均日射量變化圖 ............. 116 圖 4-10 中部地區月四季平均日射量變化圖......... 117 圖 4-11 南部地區月平均日射量變化圖............. 117 圖 4-12 南部地區月四季平均日射量變化圖......... 117 圖 4-13 東部地區月平均日射量變化圖............. 118 圖 4-14 東部地區月四季平均日射量變化圖......... 118 圖 4-15 外島地區月平均日射量變化圖............. 118. VI.
(10) 圖次. 圖 4-16 外島地區月四季平均日射量變化圖......... 119 圖 4-17 高海拔地區月平均日射量變化圖........... 119 圖 4-18 高海拔地區月四季平均日射量變化圖 ....... 119 圖 4-19 南部地區月四季平均日射量變化曲線圖 ..... 124 圖 5-1 台南地區全年月平均日射量變化圖 ......... 118 圖 5-2 太陽能光電動態解析程式主畫面 ........... 126 圖 5-3 動態解析結果輸出畫面 ................... 126. VII.
(11) 建築整合型太陽能光電系統(BIPV)綜合效益之研究—以內政部建築研究所性能實驗中心為例. VIII.
(12) 摘要. 摘. 要. 關鍵詞：建築整合型太陽能光電系統、標準氣象年、綠建築 一、研究緣起 由於人類過去不當的建築能源消費觀念，一直以「持續的生產來解決持 續的消費」，讓世界提早面臨化石燃料枯竭的危機。隨之興起的再生能源的 研究、投資及應用，不應重蹈在電力不夠用時，就生產更多電力來消費的「惡 性循環（vicious circle）」覆轍。因此國際上對於 BIPV 發展的核心價值在於 建築〝生命週期能源消費〞之設計與評估的觀念，唯有先落實「節約能源」 再談開發「再生能源」，以免墮入永無止盡的電力消費世界。簡言之，「BIPV 的先決條件在於節約能源的設計（Low-energy design, the prerequisite to BIPV）」（Deo Prasad, 2006），這正是建築結合太陽光電之核心價值所在。 本 研 究 基 於 協 助 我 國 發 展 整 合 型 太 陽 能 建 築 （ Building Integrated Photovoltaic, BIPV）之所需，特別投入關於「建築整合型太陽能光電系統綜 合效益之研究」。一方面藉由國際知名 BIPV 案例介紹分析，同時彙整本所性 能實驗中心 BIPV 系統綜合效益，讓建築師瞭解個案設計內容與運轉效益，以 作為 BIPV 設計參考。另一方面，本研究也探討我國不同地域之風土條件在太 陽能光電利用上的潛能與策略，並製作七大都市之太陽能發電量動態解析程 式，以利設計者評估太陽能利用之效益。. 二、研究方法及過程. IX.
(13) 建築整合型太陽能光電系統(BIPV)綜合效益之研究—以內政部建築研究所性能實驗中心為例. （一）日射量資料庫： 氣象數據之整理方法如下：由於本研究採用了中央氣象局Precision Spectral Pyranometer（簡稱為Eppley PSP）資料來探討台灣日射量議題，因 此基於確保日射量資料的品質，必須進行定性定量兩道程序的確認。在定量 上，檢視原始檔案，去除不合理數據（數據矛盾之情形主要有二， 第一：日射量的有無與晝夜之關係，例如日出以後，卻無記錄到日射量 或是日落以後，仍記錄到日射量，這時須進一步檢視雲量再確認該筆數據是 否不合理而應否剔除； 第二：日射量與雲量之關係，例如白天雲量大，且日射量也大或是白天 雲量少，而日射量仍低的矛盾現象。），接著進行月平均日射量統計。在定 性上，將根據其他相關氣象參數（如雲量、日照時數和最高、最低溫度差距 等）的雙因子變異數分析和相關係數計算，以確保Eppley PSP數據品質，利 於展開後續動態解析作業。. （二）日射量動態解析方面： 太陽能設計用日射量與建築外殼耗能解析用日射量對於日射量的評估相 當類似。基於 BIPV 所需，必須能推算不同方位、不同高度的日射量變化與 發電效益，本研究採用「標準氣象年（Typical meteorological year, TMY）」 的觀念來評估發電量，強調各項氣象因子應如同自然氣候所具有的同時性與 相關連性。BIPV 的發展需求，同時也要考慮非最佳角度的發電效益，必須有 各方位垂直面的直達及擴散日射量才便於利用。因此也必需獨立建立一套適 合太陽能設計用的氣象數據集以作為解析的基礎。. VIII.
(14) 摘要. 三、重要發現 本研究「建築整合型太陽能光電系統(BIPV)綜合效益之研究」得到以下 幾項結論： 1. 本研究完成性能實驗中心 BIPV 之「太陽能發電實測資料庫」與「日射量 資料庫」及「太陽能設計用標準氣象年資料庫」，有助於未來教育示範。 2. 本研究完成國際著名 22 個 BIPV 案例與性能實驗中心案例之發電效益與 節能技術之資料彙整，冀能提供給建築師設計參考。 3. 本研究完成了台灣台北、台中、高雄、花蓮及台東等五大測站之三十年期 （1977~2006 年）典型日射量資料庫，並與近十年期（1997~2006 年）之 日射量做比較，初步發現近十年期之日射量較典型日射量數約下降 5~15%。 4. 本研究根據日射量標準氣象年資料庫，設計製作太陽能設計用動態模擬軟 體，完成台灣七大都市之全年逐時動態模型。這模型且具備八方位、0~90 度傾斜角之日射量與發電量之預測能力，能夠協助設計者進行太陽能事先 評估。. IX.
(15) 建築整合型太陽能光電系統(BIPV)綜合效益之研究—以內政部建築研究所性能實驗中心為例. 四、主要建議事項 根據研究發現，本研究則提出以下之建議事項： 建議一 建立太陽能利用的經濟性評估指標。 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：經建會、經濟部、內政部 太陽能利用的經濟性評估（FOM）與能源的有效應用是 BIPV 發展的重 要考量點之一，因此初步建議應當投入關於 FOM 的研究。 FOM=在年間被節省下來的能源價格/為了太陽能利用而增加之設備費用. 建議二 本研究之具體成果，亟待建置於建築研究所網站，以方便設計界及民眾 使用。 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：經建會、經濟部、內政部 本研究日射量資料庫，分別有年平均日射量與月平均日射量兩種格式， 相關圖表製作方式淺顯易懂，建議發行專題報告或建置於建築研所網頁，以 方便設計界或一般民眾參考使用。此外本研究提出六大分區之日射量潛能、 季節優勢與發電策略，可以作為建築物建置太陽能光電最佳化設計的效益評 估之一。. X.
(16) 摘要. 建議三 本研究建立之日射量資料庫，亟待進一步進行相關太陽能再生能源利 用、節約能源等教育宣導工作。 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：經建會、經濟部、內政部 本研究根據中央氣象局氣象數據解析結果顯示，我國日射量之月平均分 布與全年日射量的變動特徵，這個結果期待透過宣導教育方式，讓設計者及 使用者在建置太陽能光電設備或 BIPV 發展的參考。. XI.
(17) 建築整合型太陽能光電系統(BIPV)綜合效益之研究—以內政部建築研究所性能實驗中心為例. XII.
(18)
(19) 建築整合型太陽能光電系統(BIPV)綜合效益之研究—以內政部建築研究所性能實驗中心為例. ABSTRACT Keywords: Solar Architecture, Average Year Weather Data, Green Building The purpose of this study is to establish a database of AYWD (Average Year Weather Data) for solar energy simulation of building in Taiwan. The AYWD which contain 8760 hourly weather data in a year is obtained by analyzing the characteristics of the building heat load and the climatic changes. Its raw data is compiled on the basis of the long-term weather data tapes of recent 10 years from the Central Weather Bureau. In this report, contains the following weather data: (1) Climatic classification for architectural application (2) Temperature (3) Solar radiation (4) Humidity (5) Design weather data for BIPV Because this database is based upon the observed weather data on Central Weather Bureau and is established through theoretical analysis methods of thermal behaviors between climate factors, building shelters and generation, it is believed to match the purpose of application for the physical environment design and BIPV. Use the convenience of the data on the environmental plan for the architecture. Besides, we label the solar radiation data in the Taiwan map and architecture can use it conveniently. It can also benefit the solar building of development. This research divides six areas from the 27 weather stations in Taiwan, to analyze the characteristic of solar radiation. We find the average solar radiation on the north and northeast area relatively has the potentiality of generating electricity in summer. It can help to design the solar energy system which can reduce the peak load of summer. Middle area and monthly average variation tendency of southern areas genteelly, may is it generate electricity solar energy of load systematic the whole year to design emphatically to help comparatively.. XII.
(20) 摘要. XIII.
(21) 第一章 緒論. 第一章 緒. 論. 第一節 前言 1-1.1 建築整合型太陽能光電系統之研究興起 回顧100年間人類文明使用能源的歷史，人類正在消耗地球累積50萬年的有 限能源（化石燃料）。能源使用雖然釋放了極大的生產力，但同時也敲響了能源 枯竭的警鐘。根據研究顯示，人類已知的石油儲存剩餘40多年、天然氣60餘年、 煤大約200年存量。因此，開發再生能源以取代舊有化石燃料已是刻不容緩的國 際研究議題。由於太陽能具有無污染、無公害，且具有取之不盡、用之不竭特性， 所以適合被用來取代舊有化石燃料的乾淨能源之一。 太陽能的利用可分為熱能與光能兩種能量形式，其中又以光電能量轉換的應 用比重佔最大，此方式是利用特殊的半導體材料，製造出太陽電池，太陽電池經 由光線照射後，把光能直接轉換成電能。近年來，由於半導體工業的蓬勃發展， 使得製作太陽電池的技術快速進步，製造成本亦逐漸降低，預計在未來的電力結 構中必然占有一席重要地位。 太陽能產業的發展，以德日發展較為先進，美英亦不遑多讓。德國的太陽能 發展起步甚早，尤其在 2000 年實施再生能源法（Renewable Energies Laws，德 文縮寫為 EEG）舉足輕重，促使太陽能科技產業蓬勃發展。位於亞洲地區的日 本，1989 年由政府率先建立規範制度，接著在 1994 年開始實施獎助辦法，每戶 3 千瓦的「與市電並聯型太陽電池發電系統」 ，政府補助 50％（逐年遞減） 。據統 計，從 1994 年裝置戶數 539 戶，發電量 1.8 百萬瓦，到 1999 年的裝置戶數已超 過 18000 戶，總發電量也超過 60 百萬瓦，到了 2003 年時，裝置的戶數達到十萬 戶，總發電量達 100 百萬瓦。在美國 1984 年的 Carrisa Plain，設立了 3000 kW 之集中型系統，奠定了里程碑。1997 年克林頓總統宣佈了太陽能百萬屋頂計畫， 預計到 2010 年在國內建造 100 萬座太陽能屋頂，該計畫完成後每年可以減少排 放的二氧化碳相當於 85 萬輛汽車的排放量。此外位於我國南邊臨邦的菲律賓， 由西班牙政府與英國的太陽能公司（BP Solar）和菲律賓政府三方簽署協議，斥 資四千八百萬美元，在菲律賓南部地區一百五十個村落建構太陽能電源計畫。由 此可見國際間對於太陽能產業發展之重視。. 1.
(22) 建築整合型太陽能光電系統(BIPV)綜合效益之研究—以內政部建築研究所性能實驗中心為例. 1-1.2 建築整合型太陽能光電系統之核心價值 由於人類過去不當的建築能源消費觀念，一直以「持續的生產來解決持續的 消費」，讓世界提早面臨化石燃料枯竭的危機。隨之興起的再生能源的研究、投 資及應用，不應重蹈在電力不夠用時，就生產更多電力來消費的「惡性循環 （vicious circle） 」覆轍。因此國際上對於 BIPV 發展的核心價值在於建築〝生命 週期能源消費〞之設計與評估的觀念，唯有先落實「節約能源」再談開發「再生 能源」，以免墮入永無止盡的電力消費世界。簡言之，「BIPV 的先決條件在於節 約能源的設計（Low-energy design, the prerequisite to BIPV）」 （Deo Prasad, 2006） ， 這正是建築結合太陽光電之核心價值所在。 1-1.3 國內建築整合型太陽能光電系統之發展 目前國內「太陽能光電設備」（大多不足以稱之為 BIPV）推廣風潮多不以 節約能源為設計首要考量，設置目的可能為了宣示高科技、展現建築造型，或是 為了更加消費電力而擴張發電，影響所及，恐將誤導民眾以為太陽能發電足以解 決建築物能源短缺問題。 就提高能源替代率（再生能源與傳統能源之比）的觀點而言，單純提高再生 能源之比率（提高分子）遠不及以節約能源來得有效（降低分母）。例如位於台 南科學園區的台達電子，是 2006 年得到國家綠建築認證的廠辦，在設計得宜的 外殼計畫下，其辦公室的耗電密度為 97 度/m2，比標準辦公室 148 度/m2 節能 34.5%。而其在屋頂上設置的太陽能光電板（設備容量 21.6kW）發電替代率僅 為 1%。 1-1.4 國際建築整合型太陽能光電系統之發展 國際上知名的 BIPV 案例多為整合多重目標的案例。BIPV 的設計程序， 首重預前評估建築物能源的合理需求量，並依據當地氣候條件進行再生能源 與傳統能源（conventional energy）的規劃。BIPV 可能效益如下： (一) 建材減量效益：在建築外殼有利位置藉由太陽光電板取代建築材料（例 如帷幕牆、頂棚），減少建築材料的使用，也等同於降低建築物二氧化碳 的排放量。 (二) 外殼遮陽效益：太陽能晶片的構造本體具有遮蔽陽光的效果，因此阻擋 太陽輻射熱進入室內，於是產生了降低室內空調熱負荷的效益。同時對於. 2.
(23) 第一章 緒論 非空調的空間而言，也能因為遮陽而緩和高溫，提升人體舒適度。 (三) 溫室暖房效益：太陽能光電板的玻璃構造型式，可以設計選用陽光波長 而形成溫室，在空調暖房需求多的地區，成為降低室內暖房負荷的誘導式 設計之一。 (四) 其他節能效益：為了增進發電效益，結合通風、聚光、功率追蹤等方式 以提高發電量，除了可以降低建築物本身對於傳統電力之依賴度，也可作 為其他誘導式設計之電力來源（例如通風換氣設計之備載電力來源）。 1-1.5 內政部建築研究所性能實驗中心 BIPV 之教育示範意義 本所 91 年度建置的性能實驗中心（Performance Experiment Center, PEC）位 於台南縣歸仁鄉，太陽能及外遮陽實驗設備建構於設備館平屋頂上方，並向建築 物南側出挑形成遮陽（圖 1-1 及圖 1-2）。太陽電池（cell）部分，設置有三種不 同晶矽系統（單晶矽、多晶矽及非晶矽） ，裝置容量共計 30kW，面積約為 350m2； 遮陽板部分，設置穿孔金屬板，面積約為 180m2。這個實驗系統，在國內外均屬 大型個案實驗示範系統，因此節能成效深受各界矚目與期待。 PEC 太陽能實驗系統建置完成後，進行了關於 BIPV 之「建築外遮陽與光電 板實驗設備品管計畫」 、 「太陽能光電板系統結合建築外殼效益分析」 、 「太陽能設 計用標準氣象資料與相關檢測規範」及「建築物建置太陽能光電最佳化設計模型」 等研究計畫，BIPV 研究成果相當豐碩。然而在整體闡述 BIPV 之效益上缺乏整 合，影響所及，減低了研究成果向建築界教育示範的價值。因此亟待投入關於歷 年研究案之成果彙整與綜合效益之研究，以利後續宣導教育工作。. 3.
(24) 建築整合型太陽能光電系統(BIPV)綜合效益之研究—以內政部建築研究所性能實驗中心為例. 圖 1-1 建置設計階段之日照行徑模擬. 圖 1-2 建置完成之現場照片 4.
(25) 第一章 緒論. 第二節 研究目的 我國行政院於 1996 成立「永續發展委員會」以來， 「綠建築政策」是國家施 政重點，也是政府「挑戰 2008 國家發展重點計畫」之一環。從 1995 年草創期的 「建築外殼耗能評估指標」到 1999 年的「綠建築評估體系」，乃至於 2000 年的 公有建築物的「綠建築標章認證審查」制度實施，每年節省國家能資源，在電力 方面達兩億六千度，在水資源方面達一千萬公噸，可謂成果豐碩（林憲德，2006） 。 這些優異成效的背後，歸功於我國的建築節能法令立足於本土氣象基礎，掌握區 域氣候特性，提出適切可行的科學技術，所以成效自然立竿見影。 國際上對於 BIPV 設計的根本構想，最重要的是建築生命週期能源消費評估 觀念。亦即從評估建築物能源的合理使用量出發，尋求誘導式設計之最佳化策 略。簡言之「BIPV 的先決條件是節約能源設計（Low-energy design, the prerequisite to BIPV）」。真正智慧化及科技化的建築，其本質在於追求節約能源設計，而日 射量則是建築物節能計畫裡最重要的一環 本所 91 年度於性能實驗中心（Performance Experiment Center, PEC）建構「性 能實驗群太陽能及外遮陽實驗設備」，並持續推動了關於建築整合型太陽能光電 系統（Building Integrated Photovoltaic, BIPV）之研究計畫，BIPV 研究成果相當 豐碩。今年度研究計畫主要是彙整性能實驗中心過去六年來執行建築結合太陽光 電（Building Integrated Photovoltaic, BIPV）研究之成果，進行關於不同晶矽發電 量、垂直帷幕式光電板效率、遮陽隔熱性能、水洗除塵降溫效能、室內舒適度及 日射量分布等多項研究課題之數據驗證工作，同時基於我國發展 BIPV 所需，必 須增加「典型日射量」及「四大都市日射量動態解析」之副課題研究。因此本研 究之目的分述如下： 一、PEC-BIPV 成果彙整 本所性能實驗中心過去六年來進行了不同晶矽發電量、垂直帷幕式光電板效 率、遮陽隔熱性能、水洗除塵降溫效能、室內舒適度及日射量分布等多項研究課 題，今年研究案之預計將成果彙整並作綜合效益之研究，期能有利於我國發展 BIPV 歷程之國際宣傳與綠建築教育示範。 二、日射量數據驗證 5.
(26) 建築整合型太陽能光電系統(BIPV)綜合效益之研究—以內政部建築研究所性能實驗中心為例. 在日射量實測數據解析方面，將進行三種晶矽發電效率之監測數據補 充，並建立 PEC 之「太陽能實測資料庫」以供建築界參考。在「台灣日射量 資料庫」方面，基於日射量研究之國際接軌所需，將進行“台灣典型日射量演 變特徵”之研究，預計將增加 1977-1996 年的日射量資料研究來補充過去研究 之 1997-2006 年的日射量資料，以呈現台灣三十年來（1977-2006 年）日射量 的典型演變特徵。 三、日射量動態解析 在日射量動態解析方面，本研究根據日射量資料庫數據，採用美國再生 能源實驗室(National Renewable Energy Laboratory, NREL)於 1995 年所公布的 方法（Sandia Method） ，進行標準氣象年(TMY)格式製作，繼去年完成台北、 台中及高雄等三大都市之日射量動態模擬解析後，今年將增加新竹、台南、 花蓮及台東等四大都市之全年逐時日射量數據解析，據此健全台灣「太陽能 設計用日射量動態模擬資料庫」。. 6.
(27) 第一章 緒論. 第三節 研究方法與進行步驟 本研究主要是彙整性能實驗中心過去六年關於 BIPV 之研究計畫，進行 發電、遮陽、隔熱及室內舒適度等多項課題之數據驗證與擴增三十年期日射 量演變課題之探討。驗證數據部分，將與去年建立之日射量資料庫相互比較。 新增三十年期日射量資料研究，可讓「太陽能設計用日射量資料庫」更加健 全。本研究最終將宏觀地闡述整個 BIPV 系統從規劃設計到使用管理階段之 效益評估歷程，期能協助我國 BIPV 之發展與綠建築教育示範，研究成果並 且有利於向國際發表。 本研究之工作重點與研究方法： 一、工作重點： （一）建築研究所性能實驗中心 BIPV 成果彙整： 本研究主要是彙整「性能實驗中心」之「性能實驗群太陽能及外遮 陽實驗設備」之歷年研究計畫所得的原始數據資料，據以完成「性 能實驗中心 BIPV」綜合評價。 （二）國外 BIPV 案例資料收集： 本研究主要是以文獻回顧方式，收集國際上已發表之建築物結合太 陽光電之經典案例，研究探討其實現 BIPV 真諦的設計觀念與具體 成效。本研究預計蒐集 12 國、22 個案例作研究，據以完成國際案 例介紹與比較。 （三）健全日射量資料庫： 今年度研究計畫將建立「性能實驗中心」之「太陽能實測資料庫」。 此外基於 BIPV 成果與國際太陽能發展之研究接軌所需，也將進行 “台灣典型日射量演變特徵”之研究，預計將增加 1977-1996 年的日 射量資料研究，以呈現台灣三十年（1977~2006 年）來日射量的演 變特徵。 （四）健全日射量動態解析資料庫： 在動態解析方面，本研究繼去年完成台北、台中及高雄等三大都市 之標準氣象年(TMY2)格式製作，今年將增加新竹、台南、花蓮及 7.
(28) 建築整合型太陽能光電系統(BIPV)綜合效益之研究—以內政部建築研究所性能實驗中心為例. 台東等四大都市之全年日射量逐時數據動態模擬解析，以健全台灣 日射量動態解析資料庫。 二、研究方法： （一）PC-BIPV成果彙整： 過去「性能實驗群太陽能及外遮陽實驗設備」實測所得之原始 數據，在垂直帷幕式光電板效率、遮陽隔熱性能、水洗除塵降溫效 能等部分，由於實驗執行期限（缺跨年度）、實驗目的設定（季節 性、尖峰負載）或系統不穩等因素，所記錄到的數據無法呈現完整 一整年之變化態勢，無形中削弱了BIPV效益宣導的完整性。缺漏 的數據如果採取事後補測方式，由於天候參數不同，紀錄數據將會 失真，所以不宜進行數據補測。因此本研究在發電量實測數據部 分，將根據標準氣象年格式製作完成之「太陽能設計用標準日射量」 數據作印證與補建。至於不同晶矽發電效率比較方面，同樣是運用 「太陽能設計用標準日射量」數據作印證與補建，只需調整不同晶 矽發電效率參數來換算。在遮陽隔熱性能方面，可以直接引用我國 建築外殼耗能指標（ENVLOAD）法令之公式來推算熱負荷及節省 空調之效益，同時也將呈現相關材料熱阻性能及節能效益。我國 ENVLOAD規範，以簡單的一次方程式來計算精確的空調耗能量， 其簡算式的形式如下： ENVLOAD = a ０＋ a １×G＋ a ２×L×DH＋ a ３×（ ΣMk×IHk） (式 1) 其中： ２. ENVLOAD：建築外殼耗能量［Wh／(ｍ -fl-area．yr)］ ２. L：外殼熱損失係數［W／(ｍ -fl-area．K)］ Mk：k方位外殼面的日射取得係數 ２. G：全年室內發散熱量［Wh／(ｍ -fl-area．yr)］ DH：當地之"冷房度時"或"暖房度時"［K．H／yr］，冷、暖房 度時以基準溫度23、20℃為計算標準. 8.
(29) 第一章 緒論 IHk：當地k方位外殼面之"冷房日射時"或"暖房日射時"［Wh ２. ／(ｍ ．yr)］ ，冷、暖房日射時以基準溫度23、20℃為計算 標準 ２. a０：常數［Wh／(ｍ -fl-area．yr)］ a１、a２、a３：偏回歸係數 （二）國外BIPV案例資料收集： 本研究將採分析比較法，給予所有個案在節能效益作綜合評 價。由於本研究是收集國際上已發表之BIPV之經典案例，關於發 電數據已有定論，因此本研究只能針對其他節能概念或技術貢獻作 評價與介紹。 （三）健全日射量資料庫： 今年將建立「性能實驗中心」之「太陽能實測資料庫」，並且 與去年之「台灣日射量資料庫」作比較研究，以印證資料庫之準確 性。在台灣典型日射量研究方面，從國際期刊顯示出，論述一地典 型氣候特徵之統計年限，通常具備三十年以上之氣象數據，因此今 年度研究計畫，將延續前年度之近十年（1997-2006年）之氣象研究 成果，增加1977-1996年份的日射量氣象資料併同研究，以呈現台灣 三十年（1997~2006年）的日射量演變特徵。 原始氣象數據之整理方法如下：由於本研究採用了中央氣象局 Precision Spectral Pyranometer（簡稱為Eppley PSP）資料來探討台灣 日射量議題，因此基於確保日射量資料的品質，必須進行定性定量 兩道程序的確認。在定量上，檢視原始檔案，去除不合理數據（數 據矛盾之情形主要有二， 第一：日射量的有無與晝夜之關係，例如日出以後，卻無記錄 到日射量或是日落以後，仍記錄到日射量，這時須進一步檢視雲量 再確認該筆數據是否不合理而應否剔除； 第二：日射量與雲量之關係，例如白天雲量大，且日射量也大 或是白天雲量少，而日射量仍低的矛盾現象。），接著進行月平均 日射量統計。在定性上，將根據其他相關氣象參數（如雲量、日照. 9.
(30) 建築整合型太陽能光電系統(BIPV)綜合效益之研究—以內政部建築研究所性能實驗中心為例. 時數和最高、最低溫度差距等）的雙因子變異數分析和相關係數計 算，以確保Eppley PSP數據品質，利於展開後續動態解析作業。 （四）日射量動態解析方面： 太陽能設計用日射量與建築外殼耗能解析用日射量對於日射 量的評估相當類似。基於BIPV所需，必須能推算不同方位、不同 高度的日射量變化與發電效益，本研究採用「標準氣象年（Typical meteorological year, TMY）」的觀念來評估發電量，強調各項氣象因 子應如同自然氣候所具有的同時性與相關連性。BIPV的發展需 求，同時也要考慮非最佳角度的發電效益，必須有各方位垂直面的 直達及擴散日射量才便於利用。因此也必需獨立建立一套適合太陽 能設計用的氣象數據集以作為解析的基礎。 所謂「標準氣象年」格式製作，先進國家開發一套「典型的（或 稱標準的）」氣象資料檔，來代表當地全年中各項氣象要素的逐時、逐 日、逐月變動。亦即採用一「典型的」一年 8760 小時的氣溫、濕度、 日射量、雲量、風速等逐時氣象數據構成的「氣象年」來代表當地長 期氣象的「典型」變化情形。其各項氣象數值都由當地過去的實測的 逐時數據來組成，因此各氣象值之間具有同時發生的關連性。以此「氣 象年」資料進行工程上的解析可確保氣象變化的合理性及信賴性。這 種「氣象年」在美國以 WYEC（Weather Year for Energy Calculation）， TRY（Test Reference Year） ，TMY（Typical Meteorology Year）為代表， 在日本則以「標準氣象資料平均年」為代表，在台灣則以林憲德教授 的「平均氣象年 AYWD（Average Year of Weather Data） 」為代表。 標準氣象年之製作是由各月份的氣象要素中依權重選取出具代表 性的「中選月」 ，再將十二個「中選月」連結成一個氣象年。此由來自 不同年份之各月份所組成的氣象年謂之「平均氣象年」或稱「標準氣 象年」。標準氣象年是由逐時的氣象數據所組成一年份之假想氣象年 (8760小時)，實際上此一年份並不存在，然其意義在於能夠以一年的 假想氣象數據來代表長期間的氣象變化，剔除極端、異常氣候之數據， 以此一標準氣象年進行太陽能光電效益的研究，將能更具當地氣候之 代表性，確保分析結果的信賴度。. 10.
(31) 第一章 緒論 本 研 究 採 用 美 國 再 生 能 源 實 驗 室 (National Renewable Energy ，製作標準 Laboratory, NREL)於1995年所公布的方法（Sandia Method） 氣象年(TMY)格式。在此特將「標準氣象年」一詞（林憲德,1984）作 說明如下： 1. 標準氣象年簡介： 所謂「標準氣象年」 ，本質上是一筆由多種氣象要素所組成的全年 8760 小時的氣象資料，也就是一筆全年的逐時氣象資料，以供建築物 全年熱負荷電腦解析程式使用。同時，這種電腦解析出來的建築耗能 量，必須具備長期平均的代表性，以使建築設計者對其建築物的長期 熱特性做正確的評估。 因此一般而言，「標準氣象年」資料的意義應有如下兩點： (1) 具長期氣候代表性，可以代表長期氣候的平均年變動狀態。 (2) 具建築物年熱負荷（Annual Heat Load）代表性，可供模擬出建築 物耗能量的一般平均狀態。 而由以上可知，「標準氣象年」的功用當有如下兩點： (1) 它具有全年 8760 小時的逐時氣象資料，可供大型熱負荷電腦解析 程式使用，以計算建築物的全年熱負荷及設備量。 (2) 因其具有氣候代表性，可供其他建築物理方面的各種後繼研究。如 度時（Degree-Hours） 、焓時（Enthaphy-Hours）等，便可由「標準 氣象年」推定出大致不差的資料，而未必要從長期資料統計。 關於「氣象年」的組成，一般可分為兩類。一種為真實的一年 氣象資料所構成。它是由長期氣象資料中，找出具氣候或能源計算 值代表性的全年資料，而成為一個「氣象年」 。另一種則由各月份氣 象要素中選取出具代表性的「平均月」 ，再將十二個「平均月」連結 成一個「氣象年」 。換句話說，這一類的「氣象年」並非真有這樣的 一年資料，而是人為製作的一種平均狀況。雖然它是一人為的氣象 資料，但它也必須符合上述「長期氣候代表性」和「年熱負荷代表 性」之原則。本研究所採用的「標準氣象年」是屬於第二類的人造 「氣象年」。 2. 各國「平均氣象年」資料的統計方法簡介 世界各先進國大多均建立氣象資料的系統，而類似「平均氣象年」 11.
(32) 建築整合型太陽能光電系統(BIPV)綜合效益之研究—以內政部建築研究所性能實驗中心為例. 的資料在美國便有 Test reference Year（T.R.Y） ，Weather Year for Energy Calculation（W.Y.E.C），Typical Meteorology Year（T.M.Y）和加州地 區專用的 CTZ 等等，在日本則有「標準氣象資料平均年」 ，在南非也 有類似的設計用氣象年資料等等。 根據成功大學林憲德教授的資料，其中較具代表性的作法，包括 美國的 TRY、WYEC，日本的標準氣象資料平均年，以及南非的作法 來比較，節錄於下： （1）Weather Year for Energy Calculation（WYEC）的作法 WYEC 的完成是在美國冷凍空調學會（ASHARE）的支持下所促 成，主要在於以電腦模擬商業建築物的逐時熱負荷時，提供一筆可代 表某地區氣候狀況的全年逐時資料，其著眼點在於長期氣候的代表性 上。WYEC 的組成，乃是由長達 30 年（1941～1970 年）的長期氣候 資料中，選出各月份的代表月，而後將十二個代表月串接為逐一時的 全年氣象資料。目前已完成的 WYEC 有全美 22 個主要城市。 各代表月的選取方式，第一步為由 30 年月平均溫度中，選出各月 一個或數個最靠近各月份 30 年平均值的準代表月。第二步，為了使選 出的代表月更接近於長期平均狀況，故而必須將各月份代表月的逐時 資料，抽換其中數小時至數日的資料，以不同年度的同月份資料代替 之，而使月平均值愈逼近 30 年長期平均值，以月平均溫度的調整為例。 然而實際的調整及代表月的選定，並非以單一的指標進行，當由 第一步中選出幾個「準代表月」後，必須同時在參照日射量的調整狀 況，做最後的決選。例如，對某一成是而言，3 月份選出 1962 年及 1964 年兩年度，此時對 1962 年來說，溫度資料需要代換 2 日，日射量的偏 差已再可行範圍之中。故最後的「代表月」便選定 1964 年的 3 月，使 各主要氣象要素的誤差量平均化。 當各月分的「中選月」選定後，再將 12 個「中選月」聯結，即可 成為一個「氣象年」 。而在月分與月分聯結點上，有時會有一些不自然、 急遽的變化，這時便需要調整前後數小時的資料，使得各個氣象要素 皆能平緩的遞變，符合一般氣候狀況的變化。 （2）Test Reference Year （TRY）的作法 TRY 也是一比 8760 小時的全年逐時資料，供電腦城市精密計算 12.
(33) 第一章 緒論 之用，為美國海洋大氣管理局（NOAA）所發展。但 TRY 與 WYEC 不同的是，TRY 不經過人為地重組、抽換、連接氣象資料而成，而是 原原本本的選取一整年 8760 小時資料之實際氣象資料。製作的著眼點 在於避免氣候的極端狀況。主要用於建築空調系統耗能的比較上，它 未必具有長期氣候代表性，較不適用於年度耗能的預估上。TRY 的組 成是由 1948～1975 年資料中，選初一最無極端狀況的年度，而這年度 的全年逐時資料便是 TRY，目前全美有 60 個站的資料。 TRY 選取的方式是以固定的順序，由長期資料中，逐步除去含有 極端月平均溫度的年份，直至僅剩一年為止。作法上，先按能源比較 上的重要性，決定各極端月的順序。例如，最炎熱的七月及最寒冷的 一月，在熱負荷計算上是最重要的。然後以七月及一月為準，將所有 月份按照月份寒、暖相間的順序排好。左右兩行分別代表月平均溫度 的兩種極端，即左行為由最炎熱的七月順序排列至最涼爽的四月，而 右行即最涼爽的七月至最溫暖的四月，一般對熱負荷計算而言，左行 的重要性應大於右行。 所以選取的第一步，先將 24 個極端月分，分別登記於左、右兩行 中，順序為由左行上端開始，在登記右行。只要有登記的年度便將其 去除。第一次登記完畢後，若所剩的年度不只一個，便再做第二次登 記，由左行次炎熱的七月開始，向下登記，直到僅剩一年為止。而最 後僅存的一年便是 TRY。 （3）南非設計用氣象年的作法 南非所發展出的氣象年資料，其組成大致與 WYEC 相類似，也是 選取各月份的「代表月」 ，而後再將各「代表月」連結而成。但是選取 的方式確有所差異。 其選取「代表月」的方式，第一步，將約 20 年期間的月平均溫度， 以月份來分，按照各月平均溫度與長期平均值的偏差大小，來排定順 序。第二步，再將月平均日最高及日最低溫度按偏差排序，比較這些 順序，去除偏差過大的月分，留下約 5 個月。第三步，將準代表月的 月平均相對濕度排序，再與前者相較，兩者綜合偏差最小的，便是最 後的代表月。南非的氣象站並非每站均有日射量資料，倘若在日射量 資料可獲取的狀況下，最後代表月的選取，必須再參照日射量的偏差， 13.
(34) 建築整合型太陽能光電系統(BIPV)綜合效益之研究—以內政部建築研究所性能實驗中心為例. 方可決定。 12 個代表月、選定後，便加以聯結成「氣象年」，而在聯結點上 並不加任何調整，其製作者 Wentzel 博士認為自然氣候有時也會有一 些狀況，並不會造成太大的誤差。故南非的「氣象年」採不調整的方 式聯結。 （4）日本「標準氣象資料平均年」的作法 日本「標準氣象資料平均年」乃是由日本空調和衛生工學會的標 準氣象資料委員會所開發完成的。 「平均年」的功用及組成均與美國的 WYEC 類似，但平均月的選擇方式，則有所不同。它採雙重的選擇方 式，第一階段，先以氣候的長期代表性為主要來判斷。第二階段，再 以熱負荷計算觀點來做最後的選取。 第一階段的作法，是以溫度、絕對濕度及日射量為選取要素，先 求取三要素逐月平均值與 10 年長期平均值的偏差，以三者同時小於標 準偏差者為「候選月」 ，這「候選月」可能有兩個或數個。如果沒有三 者皆符合者，則以溫度及日射量同時符合者為「候選月」。 第二階段的作法，是將三要素的偏差對於熱負荷計算上所佔的比 重，轉化為一個單一標準的數值指標。這個數值指標的意義在熱負荷 計算上，便是該月的氣候狀況與平均狀況偏離的綜合指標。故而在由 前面所選的數個「候選月」中，選取出數值指標最接近於零（亦即最 接近平均值）的月份，做為最後中選的「平均月」。 「平均月」選取完畢後，便將各「平均月」接續成一個完整全年 資料的「平均年」 。接續時在聯結點的前後二日中，尋找兩個月資料最 靠近的點，調整此點前後數小時資料，使其接點呈現十分平滑的情況。 總括上述，以日本的「標準氣象資料平均年」的作法，最為詳盡 且嚴謹。其原因如下： A. 在氣象選取因子上，歐美、南非的作法均以溫度為主。然實際上， 濕度及日射量對氣候代表性的影響亦極大。故而以三要素兼顧的日本 作法較合理。 B. 歐美、南非的作法未顧及能源計算代表性之特性，而日本的作法以 熱負的數值指標來掌握之。一般而言， 「氣象年」是用於能源消耗估算 上，一筆有利的資料，假使在能源代表性上不能兼及，則在資料的使 14.
(35) 第一章 緒論 用上，無形中便增加了許多的限制。 C. 在「平均月」的接續方法上，歐美及南非的「氣象年」有的完全不 顧及接續點附近氣候變化的平滑與否，而強行以一點接續；有的對於 接續雖有考慮，但作者所收集到的文獻中卻交代不清，相反地，日本 的作法對於接續點的處理有嚴謹而明確的交代。這種接續點氣候要素 不平滑的現象，會使此處氣象數據變化呈現不合自然的矛盾。雖然這 種矛盾不會造成能源計算上嚴重的誤差，但也許會使得「標準氣象年」 在其他領域研究應用上發生困惑。 基於上述理由，本研究決定採用日本「標準氣象資料平均年」的 作法，做為本研究的基準進行下面「標準氣象年」的製作。預計進行 我國四大城市（新竹、台南、花蓮及台東）全年日射量逐時數據動態 模擬解析。理論上，在具備長期逐時實測的條件下，可以直接採用平 均統計法獲得標準年（或典型年）的逐時氣象計算參數。當氣象資料 不齊全時，則需對原始資料進行整理、缺漏資料之補齊作業，所要補 齊的氣象要素為日射量與雲量。日射量補建作業，擬採以日照率（實 際日照時數/最大可照時間）來估算全天空日射量(林憲德、蘇瑞 泉,1986)，所使用之公式如下： Q’= (a0+a1×(n/N)+a2×sinα)×Ra …………………………………(式 2) 其中. Q’：全天空日射量(MJ/ m2hr) a0-a2：回歸係數 Ra：大氣圈外水平全天空日射量(cal/cm2hr) n/N：日照率 α：太陽高度角 此外於雲量部分，原始的雲量紀錄是約三小時才記錄一筆，故亦需. 針對雲量進行補建。雲量的補建方法區分為日間與夜間來進行。日間由 於具有日射量故，以全天空水平面日射量與外太空之水平面日射量依來 反推雲量。本研究採用 Budyko 氏之迴歸式(顏俊士,1974)，可由大氣圈 外的日射量與地面實測的日射量之公式(如下式 3)反推出來。. 15.
(36) 建築整合型太陽能光電系統(BIPV)綜合效益之研究—以內政部建築研究所性能實驗中心為例. Q’=Ra×(1-0.37C-0.38C2)………………………………(式 3) 其中. Q’：地面日射量(W/m2) Ra：大氣圈外的日射量(W/m2) C：雲量 至於夜間雲量之推估，因為夜間無日射量數據，無法以(式 3)的方. 法推算雲量，所以夜間雲量的估計僅能採用數值方法。且因同時必須顧 慮到該估計點前後雲量變化的趨勢，故解決方法為取估計點前後各三筆 雲量實測數據以五次最小平方法之曲線擬合方式來補齊。 決定中選月的方法是將各氣象要素按對太陽能光電發電效益之影 響程度而賦予不同之權重後，逐月進行對長期氣象資料之累積分佈函數 分析以求得最具長期氣候代表性之中選月。實務上中選月的篩選是由 WS(Weighted Sum)指標所決定，而 WS 指標是由 FS 統計量(Finkelstein & Schafer statistics 1971)經氣象要素加權後而來。篩選的過程其實即在計 算各氣象要素各年逐月之 FS 及 WS 值，並以具最小 WS 值之月份為中 選月份。 FS 統計量採用累積分佈函數 CDF (Cumulative Distribution Function) 作 計 算 。 累 積 分 佈 函 數 為 一 統 計 用 語 是 機 率 分 佈 函 數 (Probability Distribution Function)的累積值，其意義為將所有樣本重新升冪排序後， 該單一樣本值以下的所有樣本個數佔總樣本個數的百分比。其實質之意 義在於比較各月份之逐時單一氣象要素對長期氣候的偏差程度，意即單 一氣象要素長期氣候代表性之檢定，其值愈小表示該月愈能代表該氣象 要素長期氣候之平均狀態，其計算公式如(式 4)。本研究為考量選出之 北、中、南三氣候區全年具氣候同步之變化以符合南北氣候分佈之合理 性，在計算長期氣候之 CDF(δiL)時，以新竹、台南、花蓮及台東四地之 十年逐時氣候同時計算，作為 FS 偏差值之計算依據。亦即將來四個地 區所選出的中選月皆來自同一年份，以避免三地氣候獨自變動所產生之 不合理現象。. 16.
(37) 第一章 緒論. 1 n FSw = ( ) ∑ ( δ iS − δ iL ) n i=1 其中. ……………………… (式 4). δiS：該氣象要素之各月累積分佈函數(short-term monthly-CDF) δiL：該氣象要素之各月長期累積分佈函數(long-term monthly CDF) n：該月份的總小時數 w：各氣象要素. WS 指標則是綜合了各氣象變數之 FS 值(Finkelstein & Schafer statistics 1971)乘以權重係數後之總合，其計算公式如(式 5)。以 WS 值作為決定最終中選月的原因在於各氣象要素間彼此對於太陽能光電 發電效益影響程度不盡相同所致。本研究於進行挑選中選月過程採用 日射量、乾球溫度、相對濕度等三種氣象要素，並分別以 60%, 20%與 20%之全權重加權來計算各原始月份之 WS 值。權重之決定考量各氣 象要素對於太陽能光電發電效益之影響程度而定義，目前國際上尚無 有關權重值之相關研究，故本研究以經驗訂定上述之值作為挑選中選 月份之依據。 WS =Σwi×FSw. ................................................ (式5). 其中 wi：各氣象要素的權重係數. 此外，本研究在四大城市進行的動態解析，必須分解水平面的直 達日射與擴散日射，由氣象局所取得的日射量資料為水平面全天日射 量，其中包括直達日射量及擴散日射量，是一總合的觀測量值。然而 在未來進行太陽能利用效率計算時，由於直達日射量具有方向性，為 了得以計算在不同方位、任意角度下之總日射量，則勢必要將水平面 全天日射量分開計算其直達日射與擴散日射的部分。此即進行日射量 直散分離處理的必要性。 日射量的直散分離過程中，根據 Bouguer 與 Berlage 之公式，水 平面全天日射量三種日射量有如以下(式 6)至(式 10)之關係公式如下： 17.
(38) 建築整合型太陽能光電系統(BIPV)綜合效益之研究—以內政部建築研究所性能實驗中心為例. Ith=Idn*sinh+Ish .................................................(式 6) Idn=Io*Pcsch.......................................................(式 7) Ish=0.5*Io*sinh*(1-Pcsch)/(1-1.4lnP) ................(式 8). ⎛ csc h 0.5 ⋅ (1 − P csc h ) ⎞ Ith = Io ⋅ sinh ⋅ ⎜⎜ P + ⎟⎟ ......(式 9) 1 − 1 . 4 ⋅ ln P ⎝ ⎠ Io=116.4+3.8*sin(2π*(89+Y)/365) ...................(式 10). 其中 Ith：水平面全天日射量(kcal/m2.hr) h：太陽高度角(rad) Idn：法線面直達日射量(kcal/m2.hr) Ish：擴散日射量(kcal/m2.hr) Io：大氣圈外日射量(kcal/m2.hr) P：大氣透過率 Y：一年中之第幾天 其中Io與h均可尤其他關係式求出，故僅需要求得大氣透過率(P)， 即可進行日射量的直散分離。由於由氣象站所取得的數據中並無大氣 透過率的觀測值，故本研究擬以將式6至式8聯立後整理如式9，在以兩 兩逼近法求得大氣透過率，以計算法線面直達日射量與擴散日射量之 值。以上述過程求出近似P值之後，再代入式7與式8中，求出逐時的 法線面直達日射量(Idn)與水平面擴散日射量(Ish)而完成日射量的分 離。而大氣圈外之日射量則可以式10求得。 本研究在 96 年度完成台北、台中、高雄三地之日射量標準氣象年 之製作，依此分別代表台灣地區 1997-2006 年間北、中、南地區之標準 日射量。今年度增加新竹、台南、花蓮及台東等四大都市之全年日射量 逐時數據動態模擬解析。. 18.
(39) 第一章 緒論 三、研究步驟 本研究進行步驟分為資料收集、研究執行及成果彙整等三階段工作，整個研 究流程如下所示：. 本研究案. PEC 數據整理. 典型、動態日射量. 資料收集. 建築整合型太陽光電系統綜合效益之研究. 國際 BIPV 案例. 研究執行. 分析、比較. 20 餘個 BIPV 案例研究. PEC-BIPV 成果. 國際 BIPV 成果. 成果彙整. 實測資料 VS 日射量資料. 結案報告. 圖 1-3 研究流程圖. 19.
(40) 建築整合型太陽能光電系統(BIPV)綜合效益之研究—以內政部建築研究所性能實驗中心為例. 20.
(41) 第二章 資料蒐集與文獻分析. 第二章 資料蒐集與文獻分析 第一節 建築整合型太陽能光電系統(BIPV) 由於人類過去不當的建築能源消費觀念，一直以「持續的生產來解決持續 的消費」 ，讓世界提早面臨化石燃料枯竭的危機。隨之興起的再生能源的研究、 投資及應用，不應重蹈在電力不夠用時，就生產更多電力來消費的「惡性循環 （vicious circle）」覆轍。因此國際上對於 BIPV 發展的核心價值在於建築〝生 命週期能源消費〞之設計與評估的觀念，唯有先落實「節約能源」再談開發「再 生能源」，以免墮入永無止盡的電力消費世界。簡言之，「BIPV 的先決條件在 於節約能源的設計（Low-energy design, the prerequisite to BIPV）」（Deo Prasad, 2006），這正是建築結合太陽光電之核心價值所在。 本章介紹國際上著名 BIPV 設計案例，蒐集 12 國 22 個 BIPV 案例，分別 以亞洲、美洲及歐洲地區等三大地區分類整理。本章設計案例之圖片摘自《Solar Power, Deo Prased & Mark Snow, 2005》、《Solar Architecture Design Book, 日本 建築學會，2007》 。表中氣候特徵之日射量數據所指為全天空水平日射量，資料 來源引自日本中島研究室數據及 NASA 日射量分佈圖，因此日射量數值與案例 所在地的觀測紀錄值可能有較大之差異。. 21.
(42) 建築整合型太陽能光電系統(BIPV)綜合效益之研究—以內政部建築研究所性能實驗中心為例. 22.
(43) 第二章 資料蒐集與文獻分析. 第二節 亞洲地區 BIPV 案例 本章蒐集亞洲地區 BIPV 設計案例計有 3 個國家、5 個案例，如表 2-1 所示。 本研究 BIPV 設計案例資料蒐集項目包括：計畫名稱、設置地點、氣候類 型、建築物狀態、經緯度、標高、日照時數、建築類型、裝置容量、晶矽類型、 設計概要、發電量等數據，並輔以案例照片，翔實整理列表如後，俾供參考。 表 2-1 亞洲地區 BIPV 設計案例簡要資料表 晶片 國家. 地點/城市. 計畫名稱. 系統容量. 單位發電量. （kWp）. （kWh/kW）. 系統. 當地日射. Newington, 雪梨 澳洲. Homebush. 量高達. 單晶矽. 屋頂. 623. 4.1. 奧林匹克村 Bay,雪梨. 6.0kWh/m2 /day. NTT 日本. 備註. 架設位置. 東京. 多晶矽. 牆面. 單晶矽. 屋頂及. 多晶矽. 牆面. 15.2. 0.83. 4.94. 2.15. 30.5. 1.15. 30. 2.67. 電信大樓 新宿 J-HOUSE. 日本 東京 Shibuya. SBIC EAST. 單晶矽. 屋頂及. 東京. BUILDING. 多晶矽. 牆面. 多晶矽. 屋頂. 日本 KIER Super 南韓. Taejon. Low Energy Building. 23.
(44) 建築整合型太陽能光電系統(BIPV)綜合效益之研究—以內政部建築研究所性能實驗中心為例. 24.
(45) 第二章 資料蒐集與文獻分析. 亞洲地區：澳洲 基本資料： 名稱/容量. 雪梨奧林匹克村（623 戶，每戶裝設 1kWp）/623 kWp. 地點/城市. Newington, Homebush Bay, 雪梨. 國. 澳大利亞. 家. 太陽能光 電板系統. 裝設於 ■屋頂 □牆面 晶片系統 ■單晶矽 □多晶矽 □非晶矽. 建築類型. ■住宅. 建物狀態. ■新建建築物. □辦公 □舊有建築物. 氣候特徵： 經 緯 度. 151° 12' E. 33° 87' S. 日 射 量. 6.0 kWh/m2. 標高(M) 氣候類型. 40 亞熱帶氣候（溫度：冬季平均 17℃；夏季平均 26℃）. 日照時數. 年平均=5.5 小時/日. 案例照片. 25.
(46) 建築整合型太陽能光電系統(BIPV)綜合效益之研究—以內政部建築研究所性能實驗中心為例. 計畫 背景. Newington 位於雪梨城市西側 15 公里處的近郊，屬於低層住宅區。 這個計畫（雪梨奧林匹克村）在世界上屬於大型的太陽能社區，也是雪 梨近郊永續社區計畫的一部份，計畫要求包括： 1. 建造提供 15,300 年輕者、公務員及 Newington 未來居民（200 個家 庭，約 5,000 人）居住需求。 2. 社區必須嚴格履行能源有效利用與管理。 3. 成為與環境親和的生態社區。 4. 展示再生能源結合建築的生活方式，提供未來其他社區參考。 5. 提供美觀且實用的建築整合型光電系統。. 設計 內容. 1. 優良的敷地計畫：住宅的配置方位順應當地有利風向，利用自然通 風。 2. 綠色建材：全面採用綠色建材建造。 3. 能源方面：採用有效率的新能源使用，如太陽能熱水器及太陽能光 電系統，並落實能源監控等措施。 以上的節能減碳措施，使得雪梨奧林匹克村榮獲澳洲國家 NatHERS （The National Housing Energy Rating Scheme）評估系統 4 顆星等級 的認證。. 發電量. 單晶矽，每 KW 太陽能光電板發電 4.1 kWh。. 相關 照片. 26.
(47) 第二章 資料蒐集與文獻分析. 亞洲地區：日本 基本資料： 地點/城市. NTT DoCoMo BUILDING/15.2 kWp 代代木（Yoyogi）, Tokyo. 國. 日本. 名稱/容量 家. 太陽能光 電板系統. 裝設於□屋頂 ■牆面 晶片系統 □單晶矽 ■多晶矽 □非晶矽. 建築類型. □住宅. 建物狀態. ■新建建築物. ■辦公（含行動電話通訊機房） □舊有建築物. 氣候特徵： 經 緯 度. 139° 7' E. 35° 7' N. 日 射 量. 3.9 kWh/m2. 標高(M) 氣候類型. 40 溫帶氣候（溫度：一月平均 5.2℃；八月平均 27.1℃）. 日照時數. 年平均= 4.96 小時/日. 案例照片. 27.
(48) 建築整合型太陽能光電系統(BIPV)綜合效益之研究—以內政部建築研究所性能實驗中心為例. 計畫背景. DoCoMo 大樓位於東京市內，日本 NTT 電信總部設於此，並決 定利用建築立面進行 BIPV。本案在設計階段即審慎評估發電量、 用電分區等規劃。太陽能發電與市電併聯。 DoCoMo 大樓由 NTT 委託 Kajima 公司設計建造，包括 BIPV 設 備的整合與執行。. 設計內容. DoCoMo 大樓原設計階段並未考慮 BIPV，為了推動落實 BIPV 而 增加六個月的設計時間。太陽能光電板架設於大樓的南向立面， 由於太陽能光電板牆面受到局部遮陽而影響發電效率，雖然在設 計上採取分開系統來因應，DoCoMo 大樓立面光電板的發電量約 為其他案例的 70%。 DoCoMo 大樓增設 15.2kW 太陽能光電系統增加約 4,000 萬日幣。. 發 電 量. 多晶矽，每 kW 太陽能光電板發電 0.83 kWh。. 相關照片. 28.
(49) 第二章 資料蒐集與文獻分析. 亞洲地區：日本 基本資料： 地點/城市. J-HOUSE/4.94 kWp 新宿/ Tokyo. 國. 日本. 名稱/容量 家. 太陽能光 電板系統. 裝設於■屋頂 ■牆面 晶片系統 ■單晶矽 ■多晶矽 □非晶矽. 建築類型. ■住宅. 建物狀態. ■新建建築物. □辦公 □舊有建築物. 氣候特徵： 經 緯 度. 139° 7' E. 35° 7' N. 日 射 量. 3.9 kWh/m2. 標高(M) 氣候類型. 40 溫帶氣候（溫度：一月份平均 5.2℃；八月份平均 27.1℃）. 日照時數. 年平均=4.96 小時/日. 案例照片. 29.
(50) 建築整合型太陽能光電系統(BIPV)綜合效益之研究—以內政部建築研究所性能實驗中心為例. 計畫背景. J-HOUSE 位於東京新宿區，屬於低層住宅區，先天上具有全天日 照的優勢。設計理念欲將此建築物塑造與環境親和、省能源即使 用自然能源而建造。. 設計內容. 本案例的業主是為建築師，在設計階段考慮利用地表冷房系統及 自然通風手法，並採用多種 BIPV 模組。BIPV 模組採用單晶矽、 多晶矽、熱水系統。屋頂架設單晶矽系統，南向窗戶則採用雙層 玻璃結合多晶矽系統。 本住宅案例經由電腦程式模擬，太陽能發電量約可取代該宅 2/3 的市電需求。. 發 電 量. 兩種晶矽合計，每 kW 太陽能光電板發電 2.15 kWh。. 相關照片. 30.
(51) 第二章 資料蒐集與文獻分析. 亞洲地區：日本 基本資料： 地點/城市. SBIC EAST BUILDING/30.5 kWp Shibuya（涉谷區） / Tokyo. 國. 日本. 名稱/容量 家. 太陽能光 電板系統. 裝設於■屋頂 ■牆面 晶片系統 ■單晶矽 ■多晶矽 □非晶矽. 建築類型. □住宅. 建物狀態. ■新建建築物. ■辦公 □舊有建築物. 氣候特徵 經 緯 度. 139° 7' E. 35° 6' N. 日 射 量. 3.9 kWh/m2. 標高(M) 氣候類型. 40 溫帶氣候（溫度：一月份平均 5.2℃；八月份平均 27.1℃）. 日照時數. 年平均=4.96 小時/日. 案例照片. 31.
(52) 建築整合型太陽能光電系統(BIPV)綜合效益之研究—以內政部建築研究所性能實驗中心為例. 計畫背景. 1. SBIC EAST BUILDING 位於東京 Shibuya（涉谷區），是一個 新興的副都心。本大樓名稱為 Nihonsekkei 投資育成大樓，主 要空間有辦公室、會議室、訓練室及展示室。 2. 原始建築設計並無考慮 BIPV，而是在做建築物整體空調評估 時發現建築物西側的牆面結合通風的外殼熱負荷過大，於是採 用半透光型的太陽能光電板來兼具採光與遮陽之需求。. 設計內容. 1. 本大樓在西側立面上，設計了直立型遮陽板並結合半透光型的 太陽能光電板，這樣的 BIPV 結合方式在日本為設計首例。 2. 牆面直立型遮陽兼光電板裝置容量為 20.1kWp，屋頂光電板裝 置容量為 10.4kWp。 3. 年發電量 13,000kWh，約佔建築物全體用電的 3%。 4. 一年可減少 2.3 公噸的 CO2 排放。. 發 電 量. 每 kW 太陽能光電板發電 1.2 kWh. 相關照片. 32.
(53) 第二章 資料蒐集與文獻分析. 亞洲地區：南韓 基本資料 名稱/容量. KIER Super Low Energy Building / 30 kWp. 地點/城市. Taejon 南韓. 國. 家. 太陽能光 電板系統. 裝設於■屋頂 □牆面 晶片系統 □單晶矽 ■多晶矽 □非晶矽. 建築類型. □住宅. 建物狀態. ■新建建築物. ■辦公 □舊有建築物. 氣候特徵 經 緯 度. 127° 24' E. 36° 18' N. 日 射 量. 3.4 kWh/m2. 標高(M) 氣候類型. 77 溫帶氣候（溫度：冬季平均 5℃；夏季平均 22℃）. 日照時數. 年平均= 6.0 小時/日. 案例照片. 33.
(54) 建築整合型太陽能光電系統(BIPV)綜合效益之研究—以內政部建築研究所性能實驗中心為例. 計畫背景. 本案 KIER 是南韓國家研究中心所在，基地位於南韓首都首 爾南方 160 公里處。 根據 1998 年國家計畫，創立一棟低耗能源的建築物，所以這 座也稱之為超級低耗能建築(SLEB)。這座建築物有六項主要能源 高效率系統設計，分別是：雙層外殼設計、儲熱水櫃設計、地熱 交換系統、智能控制系統、高效率真空管熱能收集器、30kWp 的 太陽光電系統等六項。. 設計內容. 1. 2. 3. 4.. 發 電 量. 每 kW 太陽能光電板發電 2.67 kWh. 相關照片. 34. 本計畫由 KIER 及多種特別委員會的設計團隊聯合執行設計。 市電併聯型的太陽能光電系統，主要提供大樓的照明使用。 多晶矽模組 580 片，型號為 Samsung SM-50。 本大樓使用能源之比例，暖房需求 21%，冷房需求 14%，照明 及辦公設備需求 64.9%。.
(55) 第二章 資料蒐集與文獻分析. 第三節 北美地區 BIPV 案例 本章蒐集北美地區 BIPV 設計案例計有 2 個國家、3 個案例，如表 2-2 所示。 本研究 BIPV 設計案例資料蒐集項目包括：計畫名稱、設置地點、氣候類 型、建築物狀態、經緯度、標高、日照時數、建築類型、裝置容量、晶矽類型、 設計概要、發電量等數據，並輔以案例照片，翔實整理列表如後，俾供參考。 表 2-2 北美地區 BIPV 設計案例簡要資料表. 國家. 地點/城市. 計畫名稱. 曼哈頓. 4 Time. 紐約. Square. Vancouver. William. British. Farrell. Columbia. Building. 美國. 加拿大. 晶片系統. 系統容量. 單位發電量. 備註. （kWp）. （kWh/kW）. 架設位置. 非結晶矽. 牆面. 14. 2.70. 多晶矽. 牆面. 2.2. 不詳. 單晶矽. 屋頂. 4.8. 2.6. TORONTO 多倫多 HIGHRISE. 加拿大 安大略省. ROOF. 35.
(56) 建築整合型太陽能光電系統(BIPV)綜合效益之研究—以內政部建築研究所性能實驗中心為例. 36.
(57) 第二章 資料蒐集與文獻分析. 北美洲地區：美國 基本資料 名稱/容量. 4 Time Square / 14kWp. 地點/城市. Manhattan,New York 美國. 國. 家. 太陽能光 電板系統. 裝設於 □屋頂 ■牆面 晶片系統 □單晶矽 □多晶矽 ■非晶矽. 建築類型. □住宅. 建物狀態. ■新建建築物. ■辦公. ■商業 □舊有建築物. 氣候特徵 經 緯 度. 73°58' W. 40° 47' N. 日 射 量. 4.1 kWh/m2. 標高(M) 氣候類型. 57 潮濕的大陸性氣候（溫度：一月平均 0℃；七月平均 24℃）. 日照時數. 年平均= 4.6 小時/日. 案例照片. 37.
(58) 建築整合型太陽能光電系統(BIPV)綜合效益之研究—以內政部建築研究所性能實驗中心為例. 計畫背景. 1. 本大樓建於 1990 年代，是一棟 48 層的超高層建築物，位在紐 約 Broadway 和 42 街的轉角。 2. 由 Cathcart 建築師事務所設計 PV 系統。太陽能光電板位於 37 至 43 層東側及南側的外牆。除此之外，設計上也注重能源使 用效率及大樓外殼採光以利內部的晝光利用等。. 設計內容. 1. 本案的光電板設計模組化、標準化，以利與大樓外牆的玻璃帷 幕整合。整個外殼帷幕玻璃尺寸只有四種規格，利於維護更換。 2. 本案位在商業中心，且位在街角，所以特別注重建築外觀之美 學考量。 3. 太陽能光電板之設置位置也考慮到周邊建築群的遮蔽效應，因 此設置於第 37 至 43 層。 4. 太陽能光電板電力系統規劃為東側及南側兩個系統，這是考慮 到光源特性與發電效率而區分設計。. 發 電 量. 每 kW 太陽能光電板發電 2.70 kWh. 相關照片. 38.
(59) 第二章 資料蒐集與文獻分析. 北美洲地區：加拿大 基本資料 名稱/容量. William Farrell Building / 2.2kWp. 地點/城市. Vancouver, British Columbia 加拿大. 國. 家. 太陽能光 電板系統. 裝設於 □屋頂 ■牆面 晶片系統 □單晶矽■多晶矽 □非晶矽. 建築類型. □住宅. 建物狀態. □新建建築物. □辦公. ■商業 ■舊有建築物. 氣候特徵 經 緯 度. 123° 15' W 49° 15' N. 日 射 量. 2.8 kWh/m2. 標高(M) 氣候類型. 10 海洋型氣候. 日照時數. 年平均= 4 小時/日. 案例照片. 39.
(60) 建築整合型太陽能光電系統(BIPV)綜合效益之研究—以內政部建築研究所性能實驗中心為例. 計畫背景. 1. 本計畫是一個大幅更新一棟建於 1940 年代的八層樓舊有建築 物的計畫。 2. 建築物位於加拿大 British Columbia 市的 Vancouver，業主希望 藉由設備更新、外殼更新，以延長建築物使用年限。 3. 本計畫經費加幣 90,000，其中半數由政府補助。. 設計內容. 1. 本案在不更動結構體情況下，更動室內隔間、及外殼，考慮通 風換氣路徑、晝光利用。 2. 本案的太陽能光電系統結合通風設計。通風的能源來自太陽能 發電。建築物外周窗戶能夠自動啟閉來通風換氣。 3. 為了室內空氣品質的確保，所有室內裝修的油漆、壁紙及家具 均考慮綠色健康的產品施作。 4. 整建材料 75%為環保建材或回收建材。. 發 電 量. 不詳. 相關照片. 40.
(61) 第二章 資料蒐集與文獻分析. 北美洲地區：加拿大 基本資料 名稱/容量. Toronto Highrise Roof / 4.8 kWp. 地點/城市. Toronto, Ontario 加拿大. 國. 家. 太陽能光 電板系統. 裝設於 ■屋頂 □牆面 晶片系統 □單晶矽 ■多晶矽 □非晶矽. 建築類型. □住宅. 建物狀態. □新建建築物. ■辦公 ■舊有建築物. 氣候特徵 經 緯 度. 79° 38' W 43°60' N. 日 射 量. 2.8 kWh/m2. 標高(M) 氣候類型. 400 溫帶氣候. 日照時數. 年平均= 3.5 小時/日. 案例照片. 41.
(62) 建築整合型太陽能光電系統(BIPV)綜合效益之研究—以內政部建築研究所性能實驗中心為例. 計畫背景. 1. 本計畫建築物位於加拿大多倫多，興建於 1975 年。太陽能光 電系統建構於 Ontario Power Generation (OPG)總公司的屋頂。 2. OPG 是一個具有 30,873Megawatts 發電規模的公司，因此在企 業總部大樓的建築物更新計畫中考慮各種綠建築的設計手 法，其中位在屋頂的 2.2kWp 太陽能光電系統只是一個小部 分，意義在於教育展示。. 設計內容. 1. 本案太陽能光電板架設在屋頂僅剩狹窄空間。 2. 太陽能光電板傾斜角原設計為 30 度，後來考慮當地風力因素 而將角度改為 15 度。 3. 由於光電板傾斜角度改變的關係，降低發電量約 8~10%。. 發 電 量. 每 kW 太陽能光電板發電 2.60 kWh. 相關照片. 42.
(63) 第二章 資料蒐集與文獻分析. 第四節 歐洲地區 BIPV 案例 本章蒐集歐洲地區 BIPV 設計案例計有 8 個國家、14 個案例，如表 2-3 所 示。 本研究 BIPV 設計案例資料蒐集項目包括：計畫名稱、設置地點、氣候類 型、建築物狀態、經緯度、標高、日照時數、建築類型、裝置容量、晶矽類型、 設計概要、發電量等數據，並輔以案例照片，翔實整理列表如後，俾供參考。 表 2-3 歐洲地區 BIPV 設計案例簡要資料表. 國家. 地點/城市 Satteins. 奧地利. Feldkirch, Vorarlberg. 丹麥. 德國. 計畫名稱. Energiepark. British. Farrell. Columbia. Building. Herne德國 Sodingen. 單位發電量. （kWp）. （kWh/kW）. 66.8. 1.8. 2.2. 不詳. 20.1. 2.18. 1,000. 1.92. 15.6. 3.16. 71.88. 不詳. 備註. 牆面及. West William. 系統容量 架設位置. 多晶矽. Vancouver. Freiburg. 晶片系統. 屋頂. 多晶矽. 屋頂. Fraunhofer. 單晶矽. 牆面及. Ise. 多晶矽. 屋頂. 單晶矽. 牆面及. 多晶矽. 屋頂. 多晶矽. 屋頂. Research. 單晶矽. 牆面及. Foundation. 多晶矽. 屋頂. Mont-Cenis The. 義大利. Rome. Children’s Museum of Rome Energy. 荷蘭. Petten. (ECN)-. 43.
(64) 建築整合型太陽能光電系統(BIPV)綜合效益之研究—以內政部建築研究所性能實驗中心為例. Building 31 Energy Research 牆面及 Petten. 荷蘭. Foundation. 單晶矽. 43. 不詳. 6.23. 不詳. 85.5. 不詳. 屋頂 (ECN)Building 42 Gouda. 荷蘭. Le Donjon. 單晶矽. 牆面. Nieuwland 牆面及 Amersfoort. 荷蘭. 1MkWp PV. 多晶矽 屋頂. project 西班牙. Jaen. Univer. 多晶矽. 牆面. 200. 3.42. 單晶矽. 屋頂. 53.04. 2.26. 多晶矽. 牆面. 14.4. 不詳. 單晶矽. 屋頂. 53.3. 2.62. 多晶矽. 牆面. 73. 2.07. ABZ Zurich. 瑞士. Apartment Building. Lausanne. 瑞士. Student Housing Jubilee Campus. Nottingham. 英國. Nottingham University. Solar Office, Doxford Sunderland Internation al Business Park. 英國. 44.
(65) 第二章 資料蒐集與文獻分析. 歐洲地區：奧地利 基本資料 名稱/容量. ENERGIEPARK WEST / 66.8 kWp. 地點/城市. Satteins/Feldkirch, Vorarlberg 奧地利. 國. 家. 太陽能光 電板系統. 裝設於 ■屋頂 ■牆面 晶片系統 □單晶矽 ■多晶矽 □非晶矽. 建築類型. □住宅. 建物狀態. ■新建建築物. □辦公 ■商業 □舊有建築物. 氣候特徵 經 緯 度. 9° 40' E. 47° 14' N. 日 射 量. 2.3 kWh/m2. 標高(M) 氣候類型. 495 高山氣候（阿爾卑斯山高度 3,400 公尺）. 日照時數. 年平均=3.9 小時/日. 案例照片. 45.
(66) 建築整合型太陽能光電系統(BIPV)綜合效益之研究—以內政部建築研究所性能實驗中心為例. 計畫背景. 1. ENERGIEPARK WEST 位於奧地利的 Satteins 靠近 Feldkirch。 2. Satteins 是一個人口 2,550 的小鎮，本案基地業主為 DOMA Solartechnik 公司（集熱器的廠商），在 1999 年決定興建一個 新的廠辦，並希望建築物外殼採用太陽能光電系統。. 設計內容. 1. 太 陽 能 光 電 板 設 置 容 量 為 66.8kWp ， 分 別 是 南 向 立 面 17.16kWp，西向立面 4.14kWp，屋頂 45.5 kWp。 2. 本案除了設置太陽能光電板外，也設置了太陽能熱水系統。 3. 熱水系統作為暖房使用。運用於樓版加熱之用。 4. 本案設計宣言為乾淨能源與環境親和的設計。. 發 電 量. 多晶矽，每 KW 太陽能光電板發電 1.8 kWh。. 相關照片. 46.
(67) 第二章 資料蒐集與文獻分析. 歐洲地區：丹麥 基本資料 名稱/容量. Brundtland Cemtre / 21.3kWp. 地點/城市. Toftlund 丹麥. 國. 家. 太陽能光 電板系統. 裝設於 ■屋頂 ■牆面 晶片系統 □單晶矽 ■多晶矽 □非晶矽. 建築類型. □住宅. 建物狀態. ■新建建築物. ■辦公. ■商業 □舊有建築物. 氣候特徵 經 緯 度. 9° 10' E. 55°20' N. 日 射 量. 1.8 kWh/m2. 標高(M) 氣候類型. 20 北方海洋性氣候. 日照時數. 年平均=5.27 小時/日. 案例照片. 47.
(68) 建築整合型太陽能光電系統(BIPV)綜合效益之研究—以內政部建築研究所性能實驗中心為例. 計畫背景. 1. 丹麥政府呼應聯合國「為了人類的將來」議題，於是徵求地方 政府能夠提出相對於一般建築而能夠節能 50%的具體方案，以 利展示未來能源使用的計畫，本計畫乃應運而生。 2. 本計畫建築物原本設計作為能源教育與展示之功能，經過數年 後賣給一家 IT 公司，但該公司依舊維持原來的節能相關計畫。 3. 本計畫除了設計太陽能光電系統之外，也設計了晝光利用、外 氣冷房等措施。. 設計內容. 1. 太 陽 能 光 電 板 設 置 容 量 為 21.3kWp ， 分 別 是 西 向 立 面 4.14kWp，屋頂 17.16 kWp。 2. 採用環保室內建材、導光式利用晝光、通風換氣行徑規劃、誘 導式太陽能設計。. 發 電 量. 每 KW 太陽能光電板發電 1.4 kWh。. 相關照片. 48.
(69) 第二章 資料蒐集與文獻分析. 歐洲地區：德國 基本資料 名稱/容量. Fraunhofer Ise / 20.1kWp. 地點/城市. Freiburg 德國. 國. 家. 太陽能光 電板系統. 裝設於 ■屋頂 ■牆面 晶片系統 ■單晶矽 ■多晶矽 □非晶矽. 建築類型. □住宅. 建物狀態. ■新建建築物. □辦公 ■研究實驗室 □舊有建築物. 氣候特徵 經 緯 度. 7° 5' E 48° 00' N. 日 射 量. 3.3 kWh/m2. 標高(M) 氣候類型. 260 大陸型溫帶氣候（溫度：一月平均 1.8℃；七月平均 19.5℃）. 日照時數. 年平均=4.8 小時/日. 案例照片. 49.
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