對於企業來說,不論是為了響應政府能源政策或全球產業鏈趨勢,皆需要開始部署再生能源系統之設置。而考慮技術成熟度、成本與空間規劃,現有的太陽能、水力、風力等再生能源當中,最可行的方案為設置「屋頂型太陽能系統」。若想訂定 綠能 策略,得先對屋頂型太陽能系統架構有基本的認知,才能在進行選型規劃時,清楚要考慮哪些面向。
從零開始解釋太陽能系統架構
何謂太陽能系統?簡單來說,整體系統可以分為三個部分,第一部分為太陽能模組(也就是太陽能板),常見應用可分為地面式太陽能、屋頂型太陽能及水面型太陽能;太陽能板接收陽光後會形成直流電,須經由變流器(Inverter)轉換為交流電,此為系統的第二部分。
第三部分則將交流電匯入電網,而這個部分又可以分為兩種情況:其一為廠辦自發自用,根據再生能源發展條例的規定,此種方法製造之電力只能做為義務量之消耗,無法進一步躉售;第二種則為全額或餘額躉售,此種狀況雖不列入用電大戶條款計算,但可將電力與台電電網併聯,將電力輸送至市電網路中,一旦系統發電量難以滿足基本運轉用電,可由市電網路供應不足之電力。
太陽能板如何發揮最大效益?最大功率點追蹤方法
太陽能模組就像隨處可見的電池,都是能量轉換裝置,然而,兩者的運作原理又不太一樣。一般電池為「定電壓源」,它們透過化學反應,穩定地將化學能轉換為電能;而由於太陽能模組的傳輸效率會隨日照情形產生變化,因此需要控制其電壓,以產生相應的電流值,此種運作方式被稱為「壓控電流源」。
若要控制電壓,就需要做最大功率點追蹤(Maximum power point tracking,MPPT)。常用的方法有電壓迴授法、功率迴授法、擾動觀察法、增量電導法、實際量測-開路電壓法、實際量測-短路電流法、直線近似法等。目前不管是學界或是業界,最常使用的是擾動觀察法(Perturb and observe),擾動觀察法的架構簡單、控制方法容易。基本原理為利用控制器小幅的對太陽能板增加或減少電壓,並且量測其輸出功率是增加或減少。整個追蹤的過程就像在爬山,當功率對電壓的曲線(IV and PV curves)未達峰值,電壓就會不斷上升,反之,若超過峰值,電壓就會下降。透過找到太陽能板最佳工作點的過程,能使太陽能板發揮最大產電效益。
就像先前做的解釋,變流器(Inverter)的作用在於使直流電轉換為交流電。而變流器的設計趨勢也從集中式(Central)轉變為組串式(String),許多國外大型案場皆採用後者的設計。與集中式比較,組串式變流器的優點包含:體積小、重量輕,能使案場設計較為靈活;維運技術門檻低,以機換機即可;建置費用較低,能節省成本:且MPPT(最大功率點追蹤)數量提升,於多面向屋頂形式的案場發電表現更佳。
工商屋頂型太陽能 政策及產業鏈趨勢
太陽能變流器可分為三種應用類型:戶用型、工商屋頂型,以及大型電站型,須針對不同案場的狀況,評估適合的輸出容量。而對於企業來說,屋頂型太陽能系統是較好的選擇。屋頂型顧名思義就是在既有的廠辦屋頂上裝置太陽能系統,它能夠節能減碳,達到政府的再生能源比例要求,對提升企業形象亦有幫助,且與地面型太陽能系統相比,屋頂型還能有效降低室內溫度、延長屋頂使用年限並活用閒置的屋頂,不需要額外的系統裝置空間,此外,又因為鄰近用電場所,可減少遠距離傳輸造成的能源耗損。
在選擇太陽能設備的時候,如果廠辦空間有限,可選擇單機容量較大的變流器;若擔心太陽能系統維運困難,可選擇操作簡易、可遠端管理,或具備組串電流監控功能的變流器;如果廠辦的屋頂外觀較為崎嶇,則可選擇具備多組MPPT的變流器。
屋頂型太陽能可投資、創能,且與地面型太陽能相比爭議性低,在德國、澳洲等國家皆因補貼、躉購等政策而成功推動。目前台灣政府除了訂定用電大戶條款,亦以2025年6GW為目標,鼓勵企業及民間裝設屋頂型太陽能。在政府政策及全球產業的驅動之下,相信台灣能朝能源轉型的目標繼續邁進。
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參考資料:
太陽能光電小知識:屋頂型和地面型比比看
地面型光電爭議頻傳 「屋頂型光電」有潛力