風車發電

太陽能電池與一般電池

太陽能電池與一般的電池不同。太陽能電池是將太陽能轉換成電能的裝置，且不需要透過電解質來傳遞導電離子，而是改採半導體產生 PN 結來獲得電位。 當半導體受到太陽光的照射時，大量的自由電子伴隨而生，而此電子的移動又產生了電流，也就是在 PN 結處產生電位差。因此，太陽能電池需要陽光才能運作，所以大多是將太陽能電池與蓄電池串聯，將有陽光時所產生的電能先行儲存，以供無陽光時放電使用。關於太陽能電池的應用有一般家庭安裝於屋頂上以加熱洗澡水或太陽能車上的動力來源。 太陽能有許多優點：豐富、清潔、安全且不受任何壟斷。它不從地球上帶走任何東西，也不會導致污染，卻默默地發出光和熱，推動生命的成長。它確實是無後顧之憂的能源。 基本原理： 太陽能光電池簡稱為太陽能電池或太陽電池，又稱為太陽能晶片；在中國大陸稱為硅晶片；在物理學上稱為光生伏打 ( Photovoltaic )，簡稱 PV ( photo = light 光線，voltaics = electricity 電力)。 太陽能電池係一種利用太陽光直接發電的光電半導體薄片，其將高純度的半導體材料加入一些不純物使其呈現不同的性質，如加入硼可形成 P 型半導體，加入磷可形成 N 型半導體，PN 兩型半導體相結合後，當太陽光入射時，產生電子與電洞，有電流通過時，則產生電力。 由於單一太陽能電池所輸出的電力有限，為提高其發電量，將許多太陽能電池經串並聯組合封裝程序後，做成模板，成為太陽能電池模板 ( Solar Module ) 。太陽能電池的發電能源來自於光的波長。 太陽光是一種全域波長。此外白熾燈的波長與日光燈的波長不同。而太陽能電池以陽光或白熾燈之波長為較適用。而且太陽能電池有三種，其中太陽能電子計算機上的太陽能電池是屬於「 室內型的非晶 」，如果長期拿到戶外曝曬，且串並聯為較大電壓及電流時，將導致其內部連結組織燒斷而損壞。 組成材料： 可使用的半導體材料甚多，矽 ( silicon ) 為目前通用的太陽能電池之原料代表，而在市場上又區分為：1. 單結晶矽；2. 多結晶矽；3. 非結晶矽。 目前最成熟的工業生產製造技術和最大的市場佔有率乃以單晶矽和非晶矽為主的光電板。 原因是：一、單晶效率最高；二、非晶價格最便宜，且無需封裝，生產也最快；三、多晶的切割及下游再加工較不易，而前述兩種都較易於再切割及加工。最近十多年，薄膜光電池 ( thin film PV )如 Culn ( Ga ) Se2，CdTe，pc-Si，和非晶矽 ( a-Si ) 的發展迅速，光電轉換效率也快速提高。 製作技術： 國內太陽能電池製造廠商將太陽能電池稱為晶片，把晶片 ( 或依設計所需要的電流進行晶片切割後 ) 焊上箔條導線再將許多焊好的晶片用箔條串聯成一組，再和 EVA、tedlar 與低鐵質強化玻璃層層疊疊，一同放入層壓機 ( laminate ) 的機台上做真空封裝，製成 module ( plane / panel )稱之為模組或稱太陽能板，將若干太陽能板組成方陣 ( 列陣 array )，接配上過充放保護控制 ( controller ) 及深 ( 循環 ) 放電蓄電池 ( 鉛鈣 ) 以及逆轉流器( inverter 直流轉變為交流 ) 合稱為太陽能電力系統，又稱太陽能發電站。 保存維護： 太陽能電池最主要的就是轉換光能成電能的晶片部分了，而此部份也最容易破碎；故於使用時要特別注意勿使此部份受到壓迫而破碎，造成太陽能電池的無法作用。 應用領域： 太陽能技術的應用以自 1950 年代的太空科技移轉至一般民生商業用途，隨者成本的降低與環保考量，太陽能電池的使用愈來愈普遍，主要應用在下列範圍。 1.家用發電系統：從 20W 至 4kW，視需要量與經濟情況而定 2.農業：灌溉及抽水等動力系統 3.交通：電動車、充電系統、道路照明系統及交通號誌 4.電訊及通訊：無線電力、無線通訊 5.備載電力：災害補救 6.小功率商品電源 7.戶外定位監視系統:電子式公車站牌 8.大功率電子發電系統 因早期的太陽能電池大多用為人造衛星的電力供應系統，產量少、價格昂貴。所以大約自 1972 年起，PV 才開始被有規模地發展應用到陸面上發電。比如座落在美國加州 Carrisa Plains，1983年啟建，1986年完工，六百萬瓦 ( 6MW ) 的 PV 電廠；以及超過 20 個比較小規模的 PV 系統，也在近十年內陸續地被多家電力公司採用，作為實驗性的輔助裝置，或是裝設於住宅屋頂上以提供家庭用電。 新英格蘭電力公司 ( NEES ) 的一個六年 PV 實驗計畫，就選擇了麻省的 Gardner 鎮的一些住宅加裝了 2.2 千瓦 (十片 220W 的 PV 光電板)，結果平均省了約 50％ 的夏天的電費，而且使用者反應良好。 加州的 Sacramento 電力公司 ( SMUD )，更是具有遠見並配合當地居民重視環境空氣品質的要求，於 1984-1986 年裝設試用二個 1000kW PV 系統；自1993 年起大量裝設中等規模的 PV 系統，現今總裝置容量已超過 3.7MW，數年來深為居民接受，電費也沒上漲，更留住了幾家原本不滿電力供應品質而欲搬遷的大公司。還有兩大公司，Amoco Corp. 和 Enron Corp.，也宣布了一個合資計畫，準備投資一億五千萬美元在內華達州建立一個大型 PV 電廠，以 ＄0.055/kWh ( 千瓦小時 ) 的價格將電力賣給新企業園區 ( New Enterprise Zone ) 的廠商。 另一方面，自其一貫化生產技術成熟後，效率低但廉價的 a-Si 薄膜光電池就被大量地應用在消費者產品，比如大家都熟悉的太陽能電池計算機和手錶。目前 c-Si，pc-Si，和a-Si 的各型大小光電板已逐漸地普及於許多商業和軍事用途，而將 PV 光電板與建築物 ( 住宅商業和工業大樓 ) 整合，更是現前世界在 PV 工業發展的一個熱門項目；美國、日本、西歐及澳洲的多家 PV 公司正與建築業密切配合，以克服某些技術和美觀的問題。 在過去 20 年 PV 的銷售量以每年約 20％ 的速度成長。1987 年世界銷售量是28.6MW，1990 年為 46.5MW，到 1993 年全世界為數六十家以上的PV公司總產量超過600MW，到公元 2000 年美國的總裝置量將超過 1000MW，世界其他國家的總裝置量將超過 500MW；到 2030 年，全世界的 PV 總裝置量將超過 100,000MW，其累積銷售額將超過 2000 億美元。而幅員遼闊、電力網路系統不普及、以及人口眾多、比較貧窮落後的發展中國家或區域，將會對 PV 有較大的潛在需求。 隨著生產製造技術的改進和日趨成熟以及銷售市場的快速擴張，PV 光電板的生產成本也快速從六、七十年代的 US $500/Wp ( peak watt ) 跌至九十年代初期的 $5-10/Wp，為了協助 PV 工業改進生產製造技術，降低生產成本，和重新掌握 PV 市場佔有率，美國能源部 ( DOE ) 特於 1990 年撥款一億元，委託 NREL 推動一個為期五年的「 PV生產製造技術計畫 ( PVMaT )」，僅 3,4 年內，PV 電板的平均生產成本 ( 不包括行銷成本 ) 就從 1992 的 $4.50/Wp 降低到 1995 的 $2.70/Wp， 1997 降低到 $1.50/Wp。現在 PV 發電成本可與煤料火力發電成本的 $1.20-1.50/Wp 相抗衡。從另一個角度來看，目前 PV 電力價格大約是$0.20/kWh ( 相當於傳統發電的電力價格 )，而 PV 電板的使用壽命則為 30 年。