再生能源科技的前瞻遠景再生能源科技的前瞻遠景太陽能發電篇太陽能發電篇

主講人茂迪股份有限公司

電力事業部張咀亮 總經理

大 綱 大 綱 O.O. 市電併聯名詞解釋市電併聯名詞解釋一、太陽能之市場一、太陽能之市場二、太陽能之應用二、太陽能之應用三、客戶在那裡 三、客戶在那裡 ??四、太陽光發電之設計四、太陽光發電之設計五、目前太陽光發電系統設置案例五、目前太陽光發電系統設置案例 (( 茂迪公司設計監造茂迪公司設計監造 )) 六、六、太陽光電延伸之產業機會太陽光電延伸之產業機會

Market Sectors of PV Applications in 2004Market Sectors of PV Applications in 2004

Source: W. Hoffmann, RWE Schott Solar, 20th PVSEC, Barcelona Spain, June 2005.

Grid Connected PVGrid Connected PV SystemSystem

一、太陽能之市場一、太陽能之市場

Solar Power will be Dominant for Solar Power will be Dominant for the Future Energy Supplythe Future Energy Supply

Source: German Advisory Council on Global Change, 2003

Transformation of the Global Energy System, an Exemplary Path

Solar Cells Production to 2004 Solar Cells Production to 2004

Source: “Renewable Energy Technologies”, Lisa Frantzis, Navigant Consulting, Inc. (2005/06)

Annual Market by country BAU in MWp 2006 2007

Germany 550 600

Spain 50 100

Italy 35 50

Switzerland - 5

Greece 5 20

France 10 15

Portugal 10 20

Rest of Europe 20 30

USA 130 160

Japan 330 365

China 50 100

South- Korea 20 40

Rest of Asia 40 65

Rest of the World 70 85

Total 1.320 1.655

I.I.Market DevelopmentMarket Development

I.I.Market DevelopmentMarket Development

Business as usual annual Worlwidemarket in MWp

1.1501.320

1.655

2.070

2.585

3.232

0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

2005 2006 2007 2008 2009 2010

Source: Workshop 22nd of December, 2005.

II.II.Production (1)Production (1)

Silicon Production [tons]

22.00025.000

30.000

16.00014.50014.400

10.416

17.000

0

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

30.000

35.000

2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

Source for 2005: 2005 CLSA Asia Pacific Markets, rest estimated increase according to announced new production facilities.

Poly-Silicon Poly-Silicon ForecastForecast

Volume available by 2010• 30.000 [tons] by 2010 could be a realistic target.Price per Kg• 30 to 40 €/Kg is considered as realistic for 2010 or even lower. Wafer thickness 2008 to 2010• 200µm in 2005 and even of 100 to 130 µm for the end of the decade

is achievable. By the end of the decade the available silicon will it make unnecessary for manufacturers to focus on thinner wafers as this is dependent on the yield and has repercussions on the cell efficiency and quality.

Volume for Thin-Film: 1 GWp probably too ambitious, participants agreed on appr.600 MWp

Upgraded Metallurgical to Grade-Silicon MaterialsConsiderable investment into c-Si production to meet the industry

needs

II.II.Production (2)Production (2)

Source for 2005: 2005 CLSA Asia Pacific Markets, rest estimated increase according to announced new production facilities.

Ingots/Wafer thickness and Cell Efficiency

320300

180 170 160 150

200240

17,5%17,0%16,5%

16,0%15,5%15,0%

14,5%14,0%

120

170

220

270

320

2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

10%11%12%13%14%15%16%17%18%19%20%

Ingots/Wafer thickness (μm) Cell efficiency (in percent)

[μm] [Efficiency in %]

II.II.Production (3)Production (3)

Source for 2005: 2005 CLSA Asia Pacific Markets, rest estimated increase according to announced new production facilities.

World Solar Cell ProductionWorld Solar Cell Production

Source: PV News, March 2005.

Year 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

Japan 16.4 21.2 35 49 80 128.6 171.22 251.1 363.91 602

Europe 20.1 18.8 30.4 33.5 40 60.66 86.38 135.1 210.35 314

USAUSA 34.7534.75 38.8538.85 5151 53.753.7 60.860.8 74.9774.97 100.32100.32 120.6120.6 103.02103.02 139139

ROW 6.35 9.75 9.4 18.7 20.5 23.42 32.62 55.05 83.8 140

Total 77.6 88.6 126 155 201 287.65 390.54 561.8 761.08 1195

• Top 10 cell Manufacturers ＞ 79.7% (952.3 MWp) of world

output in Year 2004• Top 5 cell Manufacturers ＞ 55.6% (664 MWp) of world

output in Year 2004

Top Cell/Module Manufacturers Top Cell/Module Manufacturers

Source: PV News, Vol. 24/No. 4, April 2005

Taiwan

Unit: MWp

PV Systems Installation Prediction to 2030PV Systems Installation Prediction to 2030

Crystalline Si Solar Cells will share 69% to year 2020Thin Film and New Concept Solar will increase market gradually

Source: Winfried Hoffmann, Towards an Effective European Industrial Policy for PV Solar Electricity, Paris France, 19th EPVSEC, June 2004.

二、太陽能之應用二、太陽能之應用

太陽電池的產業關聯與應用

結晶矽結晶矽 晶圓晶圓 單元電池單元電池 太陽電池模組太陽電池模組

獨立型獨立型 併聯型併聯型

應用產品

國外太陽光電發電廠應用例( 美國 Springerville Generating Station)

2.4 MWp (2002)

1.4 MWp (2001)3.78 MWp (2003)

設置容量：4.4 MWp ，佔地：>38英畝 (約 15公頃 )(目前世界最大 )

德國太陽能發電投資基金德國太陽能發電投資基金

Aanstein,Germany-12MW

德國 Sloar Optimal公司出售整套 PV發電系統，由客戶購買，替客戶辦理貸款、安裝及運轉維護，售電收益回饋給客戶，約 13年可回本，每年收益約 6%

德國德國 Plus-Energy House 太陽能環保社區社區

對此社區之居民來說電力並非是生對此社區之居民來說電力並非是生活上之支出而是額外的獲利活上之支出而是額外的獲利

太陽能光電模板之應用太陽能光電模板之應用

太陽能光電板用在圍牆及隔音牆之例子。

高速公路之隔音牆結合太陽光電系統配置高速公路之隔音牆結合太陽光電系統配置

提高隔音效果減低噪音繞射

歐洲地區高速公路之太陽光電系統配置歐洲地區高速公路之太陽光電系統配置

德國柏林大車站德國柏林大車站 -BIPV-BIPV

德國弗來堡市區德國弗來堡市區BIPVBIPV 太陽光電發電系統太陽光電發電系統

偏遠地區之太陽能應用偏遠地區之太陽能應用

海上

高山

玉山氣象站

偏遠地區之太陽能應用偏遠地區之太陽能應用

太陽能公用電話太陽能監視系統

獨立型系統應用範例獨立型系統應用範例

太陽能停車繳費機

獨立型系統應用範例獨立型系統應用範例

太陽能行動電力車

太陽能交通號誌

太陽能路燈太陽能庭園燈

太陽能之應用太陽能之應用 -- 交通工具交通工具

三、客戶在那裡？三、客戶在那裡？

客戶在那裡 客戶在那裡 ? (? ( 觀察觀察 ))各國政府政策各國政府政策油價油價高電價高電價京都議定書京都議定書碳稅碳稅環保人士環保人士Benz vs. HondaBenz vs. Honda

太陽能裝設累計值 (MW)開始 /期間( 年 )

1999 2000 2001 2002 2003 2004

德國 69.5 113.8 194.7 277.6 431.0 794.0 2000/20

西班牙 9.1 11.0 15.6 20.4 26.9 38.7 1998/20

義大利 18.5 19.0 20.0 22.0 26.0 30.3 2005/20

奧地利 3.7 5.0 6.6 10.3 16.8 19.8 2003/13

葡萄牙 0.8 1.0 1.3 1.7 2.1 2.3 -

已推行買賣電之國家 :

未推行買賣電之國家 :

太陽能裝設累計值 (MW)

1999 2000 2001 2002 2003 2004

大英聯合王國 1.1 1.9 2.8 4.1 5.9 7.8

瑞典 2.6 2.8 3.0 3.3 3.8 4.1

芬蘭 2.3 2.6 2.8 3.0 3.4 3.7

丹麥 1.1 1.5 1.5 1.6 1.8 2.2

-- 石油危機石油危機 --揮霍石油的世紀已過揮霍石油的世紀已過

油價飆漲油價飆漲

各國電價比一比各國電價比一比

京都議定書京都議定書• 由 36個工業國共同訂定法律規範約束溫室氣體的排放量

• 2008~2012降低排放總量到 1990的水準5.2%以下

• 各國皆訂定達成使用再生能源比例佔總體使用能源 12%~15%之目標

• 6 種管制溫室氣體前 3 類： CO2、甲烷與氧化亞氮 ---回到 1990水準後 3 類：氫氟碳化物、全氟化碳與六氟化硫 ---回到

1995水準

國內產業之衝擊國內產業之衝擊

台電公司積極進行各類再生能源之應用評估企業需提早重視環保課題，因應貿易制裁、ＩＳＯ認證或被　　課征碳稅政府鼓勵利用再生能源，企業設置再生能源提昇形象植樹造林，設置再生能源，抵減溫室氣體排放量

台電公司積極進行各類再生能源之應用評估企業需提早重視環保課題，因應貿易制裁、ＩＳＯ認證或被　　課征碳稅政府鼓勵利用再生能源，企業設置再生能源提昇形象植樹造林，設置再生能源，抵減溫室氣體排放量

台 電 每 發 一 度 電 將

產 生0.5Kg 之 Ｃ

O2 ， 約 佔 全 國CO2 排 放 總 量 之 三

分 之 ㄧ ， 為 全 國 產

業 溫 室 氣 體 排 放 量

之 首ISO 國 際 標 準 組 織

已 成 立 「 氣 候 變 遷

技 術 工 作 小 組 」 檢

討ISO 　 14000 認

證 制 度 關 於 溫 室 氣

體 減 量 之 應 用

依 環 保 署 規 劃 ， 至

2010 年 前 二 氧 化 碳 排

放 量 成 長 率 必 須 減 緩

至

2 ％~3 ％ ，2010~2020 年 零 成 長 ，2020

年 以 後 開 始 進 入 減 量

時 期

國家 主要措施 未來目標德國 再生能源優先法(Act on Granting Priority to

Renewable Energy Sources)，規範公用電業有向再生能源發電者購買電力的義務。

2010 年再生能源發電量占比約為 12.5%。

英國 公用事業法(Utilities Act)，要求電業之電力供應必須一部分產自政府認可之再生能源，稱為「再生能源義務」(Renewable Obligation)。

2010 年再生能源發電量占比約為 10%。

日本 電業之再生能源配比義務(Renewable PortfolioStandards, RPS)。要求電力公司一定比例之電力需來自再生能源。

2010 年再生能源發電量占比約為 10.8%。

註：一般國際計算再生能源均含水力發電

主要國家採行之再生能源措施

200000千公噸

130 88

478 704

887

11 15 22 29 5338

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

燃料

設備、運用

單位： g/kWh

發電型式及二氧化碳產生量發電型式及二氧化碳產生量台灣能源結構之變化 單位： %

統計數字統計數字• 台塑、中油、中鋼等前 200大能源用戶的二氧化碳等溫室氣體排

放量約佔總體排放量的 80%• 中鋼每煉 1 噸鋼約排放 2　噸二氧化碳• 中油 2004年二氧化碳排放量 1293萬公噸• 台電每生產一度電約產生 0.51kg二氧化碳• 除台塑大煉鋼廠、國光石化， 2015年前，還有中龍一貫作業鋼

廠、旭硝子玻璃基板、台灣玻璃基板、台灣康寧顯示玻璃基板等案，可能增加二氧化碳排放量約 3,100萬公噸

• 「兩兆雙星」計畫在 2010年完工，立即增加 4910萬公噸二氧化碳排放量

• 預計 2005年台灣二氧化碳總排放量將達 2 億七千萬公噸• 經濟部能源局委託台灣經濟研究院調查，台灣每減一公噸二氧化

碳成本約 80~90美元

全球暖化 二氧化碳含量全球暖化 二氧化碳含量 6565萬年萬年來最來最高高

二氧化碳二氧化碳排放權交易機制排放權交易機制

多餘部分

實際的排出量

A公司 X公司排出量配額

排出權出售

排出量配額

超過部分

仲介業者

金錢

出售

金錢

購入

交易所

出售

金錢

金錢

購入

B公司 Y公司

金錢

資料來源：讀賣新聞， 2001 年 2 月 23 日

二氧化碳排放權於 2005正式於世界首座 碳市場 carbon market交易，每公噸約 20歐元

各國碳稅稅率各國碳稅稅率目前為止 計有芬蘭、瑞典、挪威、荷蘭、丹麥、斯洛維尼亞、義大利、德國、英國、法國等開徵 碳稅

四、太陽能發電系統之設計四、太陽能發電系統之設計

太陽運行軌跡與太陽電池仰角太陽運行軌跡與太陽電池仰角

冬至 夏至春、秋分

所在緯度 23.5o

23.5o47o0o

47o 23.5o

太陽電池模板外觀例太陽電池模板外觀例

BIPV-半透光型模板

單元太陽電池

- + - +

太陽電池模板接線 一般型太陽電池模組外觀

太陽光發電系統應用之市場太陽光發電系統應用之市場

獨立型獨立型 ((Stand Alone, Off Grid) PVStand Alone, Off Grid) PV 系統系統

適用地點：高山、離島、基地台… .等市電無法到達處使用方式：作為 獨立電源使用 (必要搭 配蓄電池 )工作方式 ：白天 PV 發電供負載並充電、夜間由電池供電，

必須 可以自給自足缺點：• 系統設計考慮因素多 (組列 、蓄電池容量、負載與陰天日數等安

全係數，最佳化設計很複雜 )• 搭配蓄電池使發電效能損失 (無最大功率追蹤 )• Inverter 效率低 ( 低壓型 <48V) • 太陽光發電量與負載需求不搭配、利用率偏低• 蓄電池建置複雜、成本很高、壽命很短

太陽電池組列

充電控制器

放電控制器

蓄電池

ATS直 / 交流轉換器

PCU交流負載

備用電源

防災型併聯型系統防災型併聯型系統

適用地點：有防災需求 (照明、汲水、通信… .) 之公共設施工作方式 ：• 平時 PV 併聯發電 ( 電池浮充 ) 、效率高、利用率高、夜間由台電供電

• 視需要建置供防災用之蓄電池，長時間停 電時白天 PV 發電供負載並充電、夜間由電池供電

考慮點：• 含電池成本較高• 系統較複雜

太陽電池組列

充電控制器

蓄電池

正常時負載

直 / 交流轉換器

災害時負載

整流器

太陽光電發電系統應用例太陽光電發電系統應用例應用領域 應用實例

民生 收音機、測電表、手錶、計算機、太陽能照相機、手電筒、電池充電器、野營燈

道路、交通 路燈、交通號誌、道路指示牌、標誌燈、太陽能電動車充電站、高速公路緊急電話、偏遠道路緊急電話、停車計時器、停車場控制門系統、高速公路防音壁 PV 系統、公路休息區 PV系統、太陽能車、平交道指示燈、候車亭 PV系統、車站屋頂型 PV

系統

農林漁牧 農宅用電、溫室栽培 PV系統、農業灌溉用、自動灑水系統、農牧電籬、牛乳冷藏、漁業養殖揚水通氣、自動餵食器、

通訊 無線通信用、中繼站基地台、緊急電話中繼站、電話通信 PV 系統、Radio 受信 PV

系統、微波中繼站、

建築物 住宅用供電系統、緊急供電系統、緊急照明系統、帷幕牆、遮陽棚、採光罩、屋瓦

產業用 緊急供電系統、管線電氣防蝕、輸油管流量計 PV 系統、市場廣告塔、海上石油平台、各種計測站 PV系統、發電廠情報指揮中心、

緊急防災 勤務指揮中心、緊急避難所、醫療院所、公園、學校、地震觀測站、森林嘹望台、避難指示燈、氣象觀測所、水位警報 PV系統、河川安全燈、防波堤安全 PV燈、

離島、偏遠區 中途驛站電化 PV、離島用 PV系統、山岳地帶 PV系統

•太陽能抽水循環系統 Solar Water Pump•產品應用： 生態池 農田地下水補給 水產養殖 生態治河親水建設 城鎮地貌改造 高爾夫球場水池循環噴水系統•系統特色： 安裝容易 / 操作簡便 直流供電 / 無須另 外架設交流電力 若需 24小時 運轉可搭配蓄電池

太陽能抽水循環系統 太陽能抽水循環系統

五、目前太陽光發電系統設置案例五、目前太陽光發電系統設置案例

(( 茂迪公司設計監造茂迪公司設計監造 ))

1. 富邦福安紀念館 容量 :20KW BIPV

型式 : 市電併聯型

特色 :綠建築設計

工程介面 :富邦建設

中鹿營造

世宏水電

Show Cases of PV Systems in TaiwanShow Cases of PV Systems in Taiwan

19.8 kWp BIPV for Sun Shading of Fu-Bon Memorial Building at Taipei City

2. 立法院

容量 :10KW

型式 : 市電併聯型

全額補助

3. 自來水博物館

容量 :6.6KW

型式 :混合型

特色 : 景觀設計

全額補助

4. 高雄市政府 容量 :6.6KW

型式 : 市電併聯型

特色 :遮陽節能設計

工程介面 :隆大建設

該案工程包括建築物外遮陽工程、雨水回收系統工程、太陽能光電發電系統工程等 3 項內容。據評估，設置建築物外遮陽板及遮陽太陽能板後，外殼節能改善效能 20%以上，每年可節省空調電費 100至150萬元，就建築物使用週期 40年計算，有一半使用時間 可享有節能改善的成效。

5. 海洋生物博物館

容量 :9KW

型式 : 市電併聯型

全額補助

6. 高雄科學工藝博物館

容量 :１０ KW

型式 : 市電併聯型

7.南創 - 工業技術研究院

容量 :５０ KW

型式 : 市電併聯型

8. PV System Installed at System Installed at 東沙群島東沙群島

東沙群東沙群島島

Southern Southern China SeaChina Sea

TaiwanTaiwan

VietnamVietnam

ChinaChina

PhilippinesPhilippines

9. Tuti College of Solomon Islands

Capacity : 1KW

Type: Grid-off

10.BIPV-Parking 10.BIPV-Parking CanopyCanopy in in MOTECH MOTECH Industries Industries Inc.Inc. Tainan Sience Park BranchTainan Sience Park BranchCapacity : 20KW

Type: Grid Connected

六、六、太陽光電延伸之產業機會太陽光電延伸之產業機會

六、六、太陽光電延伸之產業機會太陽光電延伸之產業機會

晶片晶圓廠

Solar cell 製造廠

模組封裝廠設備商、原料供應商建材一 體型 PV - 透光型、屋瓦型

應用產品

電力組件

變流器 (INVERTER)DC/DC CONVERTER充電器 (mppt)

施工 (SYSTEM INTEGRATION)

研發 電力電子技術、電子量測、材料科學、光電技術、超導體

工程

太陽光電延伸之產業機會太陽光電延伸之產業機會

政府補助經費

MetallurgySOG

Metal Si

Raw Si

SiHCl3

SiH4

SOGSi

Off SPCPoly Si

Off SPCCz-Si

Poly Si

Off SPCWafer

Dummy,MonitorWafer

Poly Si

Cz Si Wafer IC

Remelt Si

Cz

Cast

Ribbon

PV

Wafer

α Si

Silicon Material FlowNZ:simatflow

Slic

e

New Future of Nano & New Future of Nano & PVPV

Nano Solar Cells

Mini Nano Fuel Cell(reduse grid-off PV System Volume)

Nano Glass(wear-proof, hard and light,ageing-proof,Automatically clean)

Nanorod Solar cells(could be rolled out, ink-jet printed, or even painted onto surfaces )

Rechargeable Solar cells(solar energy->electricity->chemical energy)

簡報結束簡報結束敬請指教敬請指教

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