（製圖：RECCESSARY）
太陽能是全球第3大再生能源，僅次於水力和風力。太陽能利用技術將陽光轉化為電力，是潔淨又永續的能源，在全球能源轉型中扮演著重要角色。《RECCESSARY》帶你了解太陽能發電的原理、常見類型，以及政府的補助方案，帶讀者一文掌握光電知識。
太陽能是什麼？
太陽能（solar energy）來自太陽輻射，是一種乾淨、可再生的能源，不會產生污染或溫室氣體。隨著半導體技術的進步，太陽能轉換效率越來越高，使得它在熱能和發電上的應用變得更加普及。在陽光充足的地區，像是海洋、海岸和空曠地帶，太陽能供應穩定且豐富，因此被視為具前景的綠色資源。隨著技術進步和成本下降，太陽能現在已廣泛應用於家庭、商業和工業領域。
太陽能發電原理
太陽能發電主要有2種方式：「光熱轉換」和「光電轉換」。光熱轉換是透過光線聚合來加熱油或水，產生蒸氣推動渦輪發電機，把光能變成電力。而光電轉換則是我們常在城市屋頂看到的太陽能板，能利用太陽電池吸收特定波長的陽光，直接把光能轉換為電能。
太陽能板由P型和N型半導體材料構成，形成正極和負極。當陽光照射時，其能量會使半導體中的正、負電荷分離，並分別往正（P型）極、負（N型）極方向移動，進而在兩極之間產生電位差，以導線接通兩極後即產生電流。通常太陽能板日照面積越大，產生的電能也越多。
太陽能會使半導體中的正、負電荷分離，並分別往正負極方向移動，進而在兩極之間產生電位差產生電流。（圖片來源：台電綠網）
太陽能發電優缺點
太陽能發電主要有以下幾種優缺點：
優點：
- 減少碳排量：太陽能發電不會產生溫室氣體或其他污染，對環境相對友善，有助於減少能源排放。
- 普及性高：太陽能較不受地理限制，只需有陽光就能發電，可安裝在屋頂、建築物外牆等多種場域。
- 安靜無噪音：太陽能發電系統運作時沒有任何噪音，適合安裝在住宅區。
- 維護成本低：太陽能系統一旦安裝完成，維護成本很低，只需定期清洗太陽能板。
缺點：
- 能量密度低：單位面積所能產生的能量較低，需要較大面積的設備來滿足需求，因此也會耗用較大的土地面積。
- 間歇性發電：太陽能依賴日照，在夜間或陰天無法發電，需要配合儲能系統使用。
- 初期成本高：儘管運行成本低，太陽能設備的初期安裝成本仍較高。
太陽能板較不受地理限制，可安裝在屋頂、建築物外牆等多種場域。（圖片來源：iStock）
台灣常見的太陽能發電系統類型
1. 市電併聯型太陽能發電系統
台灣的太陽能發電系統大多屬於這個類型，與台電供電系統併聯，除了自發自用外，用不完的電力可以躉售給台電，賺取被動收入；如果日照不足導致太陽能發電量不夠，則切換使用台電電力，不會有斷電問題。
2. 獨立型太陽能發電系統
獨立型太陽光電系統主要是發電自用，不必與台電併聯。如果有裝設太陽能蓄電系統，還可以儲存電力，遇到氣候不佳或電力不足時便可利用蓄電池電力供電，較常應用於台電無法到達的偏遠地區。
3. 混合型太陽能發電系統
又稱為防災併聯型太陽能發電系統，除了與台電併聯之外，還具備蓄電系統以儲存電力。在蓄電系統電力充足的情況下，優先使用系統的電力；當蓄電池電力不足時切換由市電（台電）供電；即便市電突然停電，可使用事先儲存的電力，直到供電恢復。這個系統可以確保隨時有電力供應，適合有不斷電需求的醫院、工廠、救災中心等。
台電在台南鹽田太陽光電場及儲能設施。（圖片來源：台電）
太陽能發電量如何計算？
太陽能發電量的計算公式為：
發電量（kWh） = 太陽能板功率（kW） × 日照時數（h） × 系統效率
- 太陽能板功率（kW）：製造商通常會提供太陽能板額定功率，例如一塊功率為300W（瓦） 的太陽能板，功率就是0.3kW（瓩）。
- 日照時數（h）：代表每天可以有效利用的日照時間，時數會因為地區、天氣等因素不同，在日照充足的地區，每天有效日照時間可能達5小時。
- 系統效率：太陽能系統的效率可能受到電池效率、線路損耗等因素影響，假設系統效率約為80%（即 0.8），實際計算時需乘上這個數字。
假設有一塊300W的太陽能板，當地每天的有效日照時間為5小時，系統效率為80%，計算方式就會是這樣：
發電量 = 0.3kW × 5小時 × 0.8 = 1.2kWh
也就是代表著這塊太陽能板每天能夠產生1.2kWh（度）的電力。
影響發電效率有哪些因素
影響太陽能板發電效率的幾個主要原因，包括：
- 季節變化：日照夏季時間長，冬季時間短，因此發電量也會隨季節變動。
- 地理位置：靠近赤道的地區通常比高緯度地區擁有更多的日照時間。
- 日照角度和方向：太陽能板的安裝角度和方向會直接影響發電量。以台灣位於北緯23.5度來說，將太陽能板向南傾斜20至30度，有助於提升發電效率。
- 建築陰影或灰塵覆蓋：樹木、高樓都會導致太陽能板出現「熱斑效應」，使被遮擋部分無法有效發電，並可能引起局部過熱。若設於落塵量高的區域，灰塵造成的陰影也可能導致功率損失。
日照夏季時間長，冬季時間短，因此太陽能發電量也會隨季節變動。（圖片來源：iStock）
太陽能有什麼政府補助項目、補助金額？躉購費率為何？
台灣政府目前以躉購費率（Feed-in Tariff, FiT）來推動再生能源發展。簡單來說，就是讓再生能源發電者賣電來賺取收益，進而鼓勵更多人投入建置。根據經濟部的資料，2024年第一期的躉購費率介於每度3.7635～5.7848元，第二期則在3.7236～5.7055元之間。
為鼓勵公民電廠、集合式住宅等微型、中小型家戶屋頂設置太陽光電設備，經濟部更針對不到100瓩的屋頂型太陽光電，再細拆為4個級距。以下為各類型太陽能的躉購費率。
台灣政府目前以躉購費率（Feed-in Tariff, FIT）推動各類再生能源發展。（圖表來源：經濟部）
地方縣市也會依照當地情況，每年更新不同的補助政策。各縣市會針對系統的裝置容量，給予每峰瓩數千到萬元不等的補助金額，今年有台北、高雄、台南等7個縣市提供相關補助，詳細補助金額可以在太陽光電單一服務窗口找到。
拿台南市為例，2024年就推出加碼補助，每峰瓩補助金額提高5千到1萬7,500元不等，最高太陽能補助上限為100萬元。台北市2024年也將每案補助額度調高至150萬元。
再生能源是全球能源轉型的核心，太陽能更是扮演其中要角。隨著氣候變遷加劇，各國投入大量資源發展再生能源技術，減少對化石燃料的依賴，太陽能技術預計將持續受到關注。加入訂閱《RECCESSARY》電子報，掌握最新綠電發展趨勢，共同邁向更綠色、更永續的未來。
參考資料：台電綠網、陽明交通大學、台電月刊、Forbes、The Week、陽光伏特家、台北市政府、經濟部
