議題背景:

07/25台灣媒體引述歐洲新聞台(Euronews)報導,指出歐洲連日高溫與熱浪,可能會阻礙太陽能板發電。新聞指出,太陽能板多數在理想溫度攝氏25度的氣溫下測試效能,這也是最佳發電條件。若高於這個溫度,太陽能板的發電效率會開始下降。對此,台灣科技媒體中心邀請專家解釋台灣的太陽能板發電效率。

新聞連結:

專家怎麼說?

2022年07月27日
台灣科技大學電子工程學系特聘教授 魏榮宗

Q1. 現在台灣設置最廣泛的矽基太陽能板,也是在攝氏25度的氣溫情境下,測試發電效率嗎?如果是的話,實際發電效率與測試情境的落差多大?如果不是,台灣的測試情境為何?

為了統一評估太陽能板的發電效果,國際上規範太陽能板標準測試條件(Standard Test Conditions , STC)為25℃、照度1000W/m²,AM1.5標準光譜[1]之情境。依照目前的太陽能板測試數據,溫度每上升1℃,由於太陽能板電壓會變小,所以輸出功率下降0.35%[2],但溫度越低則輸出功率反而增加。台灣夏天溫度高,實際太陽能板的表面溫度約在45~65℃之間,換算下來約降低7%至10.5%發電功率。

Q2. 新聞中也有提到,在上一波熱浪期間「德國的太陽能發電打破紀錄」,對於發電量破紀錄跟發電效率可能降低之間似乎有概念上的落差,我們該怎麼理解才正確?

雖然太陽能板受溫升影響而降低效率,但實際上夏季的日照時間最長[3],太陽光垂直照射太陽能板使輸出電流更高[3],所以即便扣除7-10.5%發電功率以及下雨影響,台灣夏季平均每日發電量仍高於冬季約40-60%[4]。德國緯度比台灣高,夏冬日照時間差距比台灣更大,熱浪期間必長期不下雨,所增加發電量的比例遠高於溫升影響,所以發電量破紀錄是必然現象。

Q3. 對於高溫可能降低太陽能轉換效率,我們有什麼措施或是新技術來因應這個氣候變遷的挑戰?

  1. 太陽能板架設時,要預留下方空間給空氣流通,三角屋頂施作時應避免貼平烤漆板,盡量可以自然風散熱,降低太陽能板溫度。
  2. 研發太陽能板不易受溫升影響發電效率的電池片,十年前影響大約每度溫升影響發電效率0.5%,目前已經下降至0.35%,期待未來可以進一步降低溫升影響。

 

2022年07月27日
成功大學光電科學與工程學系教授 陳昭宇

太陽能電池的效率,必須在特定的標準測試條件(Standard Test Condition, STC)下量測,這樣不同的實驗室或研究團隊所得到的數據才能互相比較,這些條件包含了1000W/m2 的光照強度、攝氏25度與特定的太陽能光譜分佈 (AM 1.5G),然而當太陽能電池真正應用時,情境大不相同。

矽晶太陽能電池的轉換效率的確會隨著溫度的上升而下降,然而就算一般的情況之下沒有熱浪來襲,屋頂型太陽能電池的工作溫度在大晴天下也會處於40度到50度左右,基本上也不會以25度的條件發電。一般太陽能模組溫度每增加一度,太陽光電板之效率將降低0.4%~0.5%,因此熱浪所增加的高溫(相對於沒有熱浪的情況)對於效率的降低可能只是很小的影響。

而發電量是「光照強度」×「轉換效率」,炎熱的天氣通常伴隨著較強的日照,很少遇到炎熱的陰天或雨天,這意味著光照強度整體上升。因此大部分高溫情況下,會得到較高的發電量是因為日光強度的提升,彌補了發電效率的下降,就好比一張滿分一百分的考卷你答對了九成是90分,一張滿分是120的考卷你答對八成,分數是96分。

圖一是我們成大光電系系館頂樓的太陽能系統7/26的發電情形,紅色是溫度,綠色是日照量,藍色是發電功率,你會發現發電功率與日照量是高度相關的。

圖一 2022年07月26日 成大光電系太陽能系統發電情形

圖二這張是5/2,當天應該是陰天,溫度只有攝氏20度左右,接近太陽能最佳轉換效率之溫度,然而因為日照大量減少(綠色),因此發電量也大減。

圖二 2022年05月02日 成大光電系太陽能系統發電情形

因此該篇報導只注重轉換效率與發電量是錯誤的連結,因未考慮到日照量的變化。

另外有一點我覺得值得提出來的是,歐洲地區的用電尖峰是在冬天為了避寒,然而這個季節的太陽能發電量是相對較少的。

台灣的情境剛好相反, 我們的用電尖峰是在夏天,太陽能的供應是相對高的,因此我們在供給與需求的匹配上是處於比較有利的條件,我們的地理條件對於使用太陽能來輔助尖峰時的供電不足相對容易。

參考資料與註釋:

[1] 由於太陽輻射進入地球時,會受不同的入射角度與大氣層厚度影響,AM1.5標準光譜是指太陽光以48.2度夾角,穿過1.5倍大氣層,到達地表的平均輻射照度。

[2]元晶模組規格書

[3]中央氣象局(2021)氣候月平均/日照時數

[4]台灣電力公司(2022)台電自有太陽光電發電運轉實績

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