顏文治

台開公司 綠能顧問

太陽光電發電系統發電效益分析

與保養維護說明

Ref: Richard Smalley, Energy & Nanotechnology Conference

Rice University, Houston May 3, 2003

能源 ENERGY

WATER

FOOD

ENVIRONMENT

POVERTY

TERRORISM & WAR

DISEASE

EDUCATION

DEMOCRACY

POPULATION 2003 6.3 Billion People

2050 8-10 Billion People

人類未來五十年將面臨的前十大問題

傳統能源之全球蘊藏量預估

年產量

約 3.58 萬公噸

年產量

約 45.6 億公噸

年產量

約 2.46 兆m3

日產量

約 7449 萬桶

蘊藏量約 1.05 兆桶

估計可採約 40.3 年

蘊藏量約 155.1 兆m3

估計可採約 61.9 年

蘊藏量約 9845 億公噸

估計可採約 216 年

蘊藏量約 311 萬公噸

估計可採約 47.9 年

石油 天然氣 煤 鈾

(資料來源: BP 2002、World Nuclear Association)

石油約

40～50年

天然氣約

60～70年

煤炭約

200年 鈾約50年

發/用電量的單位觀念

•1 kW = 103 W (1 千瓦，瓩 = 1000瓦)

•1 MW = 103 kW =106 W

(1兆瓦=1000 千瓦=1百萬瓦 = 1,000,000 瓦)

•1度電 = 就是1個耗電量是1kW的電器設備，讓它開了1個小時

= 1 kWh

Ex: 使用100瓦燈泡一個小時的電費是多少？

A: 0.1千瓦 x 1 小時 = 0.1 千瓦小時 = 0.1 度

0.1 度 x 2.5 元 / 度 = 0.25 元

再生能源發展條例推動重點作法

各項再生能源發電系統的售電機制與義務收購

2014年 暫定

再生能源推動目標與策略

再生能源推動的各階段目標規劃

太陽光電推動-陽光屋頂百萬座計畫

175MW 200MW 大於200MW

開放無法耕 種的地，將 超過4000MW

太陽光電推動-陽光屋頂百萬座計畫

風力發電推動-千架海陸風力機計畫

風力發電推動-千架海陸風力機計畫

生質能推動現況

生質能發展潛力與待克服問題

地熱發電推動現況 •101年12月 於宜蘭清水地熱區建置國人自主技術的50kW地熱增強型雙循環 發電示範系統，並於102年協助清水地區開發1MW地熱發電系統。

•配合再生能源躉購機制與運用「地熱能發電系統示範獎勵辦法」，鼓勵業 者投入設置。

•台北市政府亦積極規劃推動陽明大屯山區的地熱發電開發計畫。

地熱發電發展潛力與待克服問題

海洋能發電發展現況

海洋能發電發展潛力與待克服問題

台灣的日照情況究竟如何?

太陽光電發電應用

電力轉換器

(電力調節器)

蓄電池 太陽光電發電系統

單元太陽電池 太陽電池模板 太陽光電池系統

•獨立電源(獨立型系統)

•輔助電源(併聯型系統)

•混合型(防災併聯型、...)

蓄電/放電

直流 交流

太陽光電應用產品

太陽能發電系統的種類

(A)獨立系統 (Stand-Alone

System)

(B)混合系統(Hybrid System)

(C)併聯系統(Grid-

connected

System)

太陽光電能 組列

充電 控制器

放電 控制器

蓄電池

交流負載 直/交流 轉換器

整流器

輔助 發電機

太陽光電能 組列

充電 控制器

放電 控制器

蓄電池

直流負載

太陽光電能 組列

直/交流 轉換器

交流負載

PCU

PCU

獨立型太陽光電

庭園燈

太陽能時鐘

人造衛星

路燈

太陽能

充電夾克

玩具

資料來源：國外Solar PV相關網頁

風光互補的路燈設計

太陽能發電系統併聯應用

太陽能發電系統併聯應用

德國

高速公路

加油站 停車場 70kw

太陽能發電系統併聯應用

太陽能發電系統應用 外遮陽型態

太陽能發電系統應用 建材一體型太陽能電池模組(Build Integrated Photovoltaic,BIPV)

☞投資成本約較模板式光電板高一倍，主要原因在 於目前設計都是Case by Case的生產，再配合與 建築本體的接合填縫、承載、隔熱設計、安全耐 用設計保證等多項考量。

大型太陽光電發電廠

台灣太陽光電案例 南沙太平島 海巡署20.3瓩太陽光電系統

屏東縣 戴先生 2.1瓩

一般型太陽電池模板與屋頂型設置範例 (蘭嶼國中8kWp，在地面上不易看見太陽電池模板)

預計103年度太陽光電躉售電價說明

(元/度)

型態 容量(kW) 6/30以前完工商轉 7/1以後完工商轉

屋頂型 1-9 7.0738 6.9875

屋頂型 10-99 6.3398 6.2607

屋頂型 100-499 5.9225 5.8001

屋頂型 500以上 5.1309 5.0229

地面型 不分 4.8214 4.7279

•公告躉售電價(1-折扣率) •台電合約一簽就是20年 •離島地區電價加15%回來

太陽光電系統設置須知:

•系統型態有三種:地面型，平台屋頂型，金屬鋼板屋頂型

•台灣位居北半球緯度約23.5度，夏天冬天太陽軌跡不同，遮陽不同

•太陽光電模組設置角度要面南20度左右

•太陽移動軌跡有沒有遮陰：見下頁。

•年發電量(度/kW)：見下頁。

•光電模組效率10年不得降超過10%，20年降20%以內是國際認證標準， 當然穩定度是非常重要。(CNS15114,IEC61215,UL1703,IEEE1262,JIS C8917等國際認證)

•系統中最會損壞的關鍵元件是整流器，所以保固及維護支出很重要。 (UL 1741,VDE 0126安全規範測試認證)及台電公司規定具備系統低(過) 電壓保護、高(低)頻保護、主動被動單獨運轉防止保護等。

•支撐架與模組的固定很重要，而系統整體架設在屋頂避免漏水亦重要 •有經驗且信譽卓著的系統施工商非常重要，亦關係到日後維護工作。

東

太陽四季移動的軌跡及左高右低建物的遮陰模擬

春季-早上0830 春季-下午15:30 夏季-早上0830 夏季-下午15:30

太陽四季移動的軌跡及左高右低建物的遮陰模擬

東

設置太陽光電發電系統之各縣市回報發電量平均值

縣市地區 日平均發電量

kWh/day/kWp

年平均發電量

kWh/kWp

台北 2.61 952

桃園 2.72 992

新竹 2.69 981

苗栗 2.96 1080

台中 3.5 1277

彰化 3.65 1332

雲林 3.51 1281

嘉義 3.45 1259

台南 3.68 1343

高雄 3.56 1299

屏東 3.02 1102

宜蘭 2.6 949

花蓮 2.38 868

台東 2.92 1065

澎湖 3.59 1310

太陽光電系統關鍵元件

太陽光電

模組 直流接線箱

整流器

變流器 交流配電箱

併接點 (台電分界)

100kW以上 大型整流器

平台屋頂型 (有兩種設計)

一片光電板重約20

公斤，面積為1.6平方公尺，發電量約240-250W

1kW需要10-12平方公尺

南向斜屋頂型 (屋頂與光電板之間仍有空隙)

1kW需要7-8平方公尺

1kW需要7-8平方公尺

斗六平台屋頂案例 (17坪,56m2空間，設置了快9kW,合法的前後突出)

平台屋頂型水泥支墩建置

水泥支墩可以是植筋灌水泥或是重力式兩種

台東 屏東

平台屋頂建置太陽能光電系統

斜屋頂金屬鋼板太陽光電系統示意圖

神原汽船株式會社

斜屋頂400kW

地面型以地錨方式建置太陽能光電系統情形

地面型以單軸植入建置(可調整角度並做車棚)

日常與定期點檢項目與重點

•日常點檢以目視為主，聽聲、聞臭及清玻璃，至少每週一次

•定期點檢的頻率:系統裝置容量100kW以下，每年兩次 系統裝置容量大於100kW，兩個月一次

住家型太陽光電注意事項

•關鍵元件與材料

(認證，防蝕)

•施工細膩度

•維護關心度

其實效果不顯著

北市府進行已安裝太陽光電發電系統

評選作業執行心得

重點內容 系統發電效能/PR值 (實際發電量=日照量PR值，見下頁)

監測系統正常否(見下頁)

施工廠商與委方維護權責劃分

銹蝕問題(鋁合金，陽極處理7um以上)

模組內容(電池破裂、蝸牛紋、封裝材料失效、引線端失效)

模組因為絕緣不良造成系統短路而溫度過高，結果玻璃焦黑或熔穿

接線盒的線路接頭受損否/防水失效否/變形脫落

DC與AC發電量差異(整流器的效能確保)

支撐架螺絲密合程度/接地

整體線路工整否

線路長期暴露日曬/線槽溫升過高/配線合格否

PR值與發電量關係 PR(Performance Ratio)依定義，其實就是一段時間內，整套發電系統的實際發電量與額定發電量的比值。比值越高就代表系統發電損耗越少。

舉例:依NASA測得(經度120.35，緯度23.9)地區的月平均水平日射量(kWh/m2/day)分別是一月3.18等等，整個12月加總再除以12個月就得到4.44的值。有人就將這個值當作是平均日照時數，所以將4.44365=1620小時(年日照時數)。

所以實際發電量=日照量PR值=162080%=1296小時/年。

所以再除以365得到3.55小時/天(平均每天可以發的電) 所以你就可以計算要是安裝10kW的系統，一年下來可以節省的度數為101296=12960度。而如果你是回售電給台電，若一度電為7元的話，你每年可以有約9萬元電費收入。

請注意，保險起見，PR值設定每年減1%來估算經濟效益較接近實際。

監控系統的內容 監控系統自INVERTER擷取發電資料，以及從日照計與模組溫度計擷取相關資訊，進行發電量運算及PR值統計。

INVERTER若監測出異常訊號(溫度過高、絕緣阻抗異常、接地阻抗異常)或是每台INVERTER發電差異過大，系統就應該透過網路以MAIL通知維護人員。

監控主機本身亦有web server功能，客戶可藉由電腦或手機查看即時發電資料。

監控系統亦應該有產生日報、月報、 季報及年報等歷史發電資料。

如何監控面板顯示數據看出端倪 •請注意，瞬時日照量及發電量僅僅能看出約略正常否，而且

容量越小或日照量越小時，誤差較大。

•如果同一系統有兩個以上串並組列，分別有不同的發電量顯

示，可以用比較的方式判讀有沒有正常運作。

就大湖國小多晶矽的230W模組構成的發電系

統作說明:

本系統裝置容量:50.6kW，模板溫度:51.5度 瞬時交流發電量:17.905kWh，瞬時日照量:342W/m2

分析: 230W的模組以1.6m2計算， 則1kW的安裝面積為(1000/230)1.6=約7m2

50.6kW總容量就有50.67=354m2

當瞬時日照量為342W/m2時，能量342354=121.068kW 一般而言，多晶矽發電系統總效率可以視為14-15% 所以1210.14=16.9kWh ,1210.15=18.15kWh

由太陽圖書館監控面板看出端倪

本系統裝置容量:3.36kW，模板溫度:48.5度，瞬時日照量:772W/m2

瞬時交流發電量:2.074kWh，瞬時直流發電量:2.157kWh，AC/DC=96.15%

分析: 220W的模組以1.6m2計算， 則1kW的安裝面積為(1000/220)1.6=約7.272m2

3.36kW總容量就有3.367.272=24.43m2

當瞬時日照量為772W/m2時，接收到總能量77224.43=18.86kW 一般而言，多晶矽發電系統效率可視為14% (18.860.14=2.64kWh)， 但BIPV系統較差(玻璃厚透光稍差，角度為迎合建築等等因素)

本系統以多晶矽電池作為雙玻鏤空BIPV的設計，模組為220W。

俗稱蝸牛紋的現象

•模組層封(現在電池片更薄) •運輸過程 •施工過程

屏東養水種電案例(地面以30公分直徑水泥樁植入)