太陽能小教室彙整了一些關於太陽能的基礎知識與常見問題,適合第一次接觸太陽能,或是有意向設置太陽能發電的朋友。
Q1. 什麼是綠能?
綠能,就是綠色能源,又稱為清潔能源,能量獲取來源不會造成污染,對環境是零威脅,對環境友善性,可再生性、永續性,又屬於永續能源。綠能可分為狹義和廣義的定義。嚴格來說綠能又稱為再生能源(又稱可再生能源),如太陽能、風能、水能、海洋能(潮汐)、地熱能和生質能源、生質燃料等,再生能源消耗後可以再生循環,產生的污染量少、環境永續性高。
Q2. 為什麼需要再生能源?
人類很早就能利用再生能源,像是帆船、風車、水車、水閘門等,十八世紀美國富蘭克林發現電之後,水壩/水電站成為最主要的再生能源;上世紀70年代的石油危機,我們開始思考各種節能以及替代能源的技術;因應石油開採終將枯竭,我們開始研究各種新能源技術;近年由於全球暖化升溫造成生態浩劫的危機迫在眉睫,我們不得不全心力投入再生能源的開發,人們對於再生能源的距離也不再感到遙遠。
Q3. 什麼是太陽能?
太陽由氫與氦的核融合(核融聚)產生大量熱能,核心溫度高達1,400萬度,表面也近6,000度(5800K)高溫,在已知的45.67億年間,不斷地向太空釋放光和熱(輻射)。
廣義的太陽能提供地球萬物的生長,包括維持地表氣候溫度、地表湖泊、河流、海洋的水循環、植物的光合作用;狹義的太陽能是指我們人類通過一些機電裝置,直接或間接將接收到的太陽輻射轉換為熱能或電能,小到太陽能手錶、計算機、熱水器、大到太陽能發電廠、或是人造衛星的太陽能板。
Q4. 太陽能發電系統有哪些?
目前主要的太陽能發電有兩種形式,一是光伏能發電(Photovoltaic Effect),也就是我們常說的太陽能電池發電;另一個是聚光太陽能熱發電(或稱聚焦型太陽能熱發電,Concentrated solar power,縮寫:CSP)。
光伏能發電,指光電半導體材料(通常為矽晶半導體)照射陽光,產生光生伏打效應,導致半導體矽晶兩層物料(一邊正極P、一邊負極N)之間產生的電場便會推動電子移動,產生直流電。通常光度越強,電流便越大。
聚光太陽能熱發電是一個集熱式的太陽能發電廠的發電系統,主要是通過反射鏡或透鏡,把陽光聚焦在一條線或一點上,由光熱轉換原理令太陽能換化,產生的熱能可用於製造高壓水蒸汽,以推動渦輪機發電。在陽光充沛的地區,太陽能熱電站更可供應大量的電力。
Q5. 太陽能發電的原理是什麼?
太陽能發電的專業技術名稱為光伏效應(Photovoltaic Effect),藉由陽光熱輻射照射,透過釋放電子(負極粒子)的半導體物料來產生電能。所有光伏電池都有最少兩層半導體(通常是矽晶), 一邊正極(P)一邊負極(N)。當光照射到半導體,兩層物料之間產生的電場便會推動電子移動,產生直流電。
以PN二極矽晶太陽能發電板為例,當矽晶受到太陽照射之一定輻射量時,N極會游離出負電子,經由迴路流向P極,PN二極即會產生電位差,此為電壓,這就是最簡單的太陽能板的發電原理。
Q6. 為什麼選擇太陽能發電?
綠能發電包括太陽能發電、風力發電、水力發電、海洋能(潮汐力)發電、地熱發電等:
發電類型 | 太陽能發電 | 風力發電 | 水力發電 | 潮汐力發電 | 地熱發電 |
建置規模 | 小~大 | 小~大 | 大 | 大 | 大 |
小型模組 | 可 | 可 | 不可 | 不可 | 不可 |
建置成本 | 小~大 | 大 | 大 | 大 | |
持續發電 | 相對穩定 | 相對不穩定 | 相對不穩定 | 穩定 | 穩定 |
運營成本 | 低 | 高 | 高 | 高 | 高 |
耐候風險 | 低 | 高 | 低 | 低 | 低 |
維護成本 | 低 | 高 | 高 | 高 | 高 |
太陽能發電相對來說可以小型化,應用層面廣,可以很容易走入一般來說家庭,且由於技術已經成熟,價格來說市場面已具經濟規模;太陽能發電2019年全球產值達2,056億美元,且近年來持續年增超過20%高速成長,可說是所有綠能產業中綜合表現最好的:
- 技術成熟
- 價格趨穩
- 規模可控
- 安全可靠
- 穩定輸出