相關知識
- 北市自來水廠大火 疑太陽能板自燃
- 太陽電池構造與發電原理
- 光電發電系統種類
- 光電發電量計算方式
- 電器用品耗電量參考表
- 光電與建築結合應用(BIPV)
- 太陽發電原理
- 太陽光電系統分類
- 太陽光電系統規劃流程
- 太陽能模板陣列設計表
- 蓄電池容量設計表
- 太陽光電應用範例
- 太陽光電發電系統一年可發多少度電？
(更新：新增目擊民眾說法、園區說法、現場火勢照片、動新聞 － 突發中心黃彥傑/台北報導）
位於台北市思源街自來水廠，今午2時許突然冒出濃煙，疑似太陽能板自燃頂樓竄出大火，消防局獲報，派出大批消防人員已趕抵現場，並全面疏散搶救中。 台北市自來水園區淨水廠下午2時許發生火警意外，消防局接獲報案，出動多名消防人員及各式車輛到場搶救，火勢順利在半小時後撲滅。
據目擊民眾表示，當時許多家長帶著小孩，在緊鄰淨水場旁的泳池內玩水，突然發現濃煙直竄，工作人員趕緊廣播疏散，大家都沒換衣服就到園區外人行道避難，幸好沒有人受傷，小朋友看到黑煙，嚇了一大跳！
自來水園區總工程司王明榑表示，當時起火點是自來水園區沉澱池上方設置的太陽能板，園區監控台發現後，趕緊散園區工作人員及遊客一千多位。經消防人員搶救，總共有35組面板燒毀，損失金額約三百萬。而太陽能板壽命約10到15年，每周也有專員進行裝備檢查，不過最近熱浪襲台，工程人員推測應該是面板過熱，導致火災發生。這場火警已經是園區內兩個月來第二起火警，上次是工人施工不慎火花燒到沉澱池上方塑膠蓋板，這次疑似塑膠蓋板上的太陽能板過熱起火。園區將會針對其他太陽能設施會做全面檢查，並調查這次起火原因。
太陽電池構造與發電原理
利 用電位差發電，無電磁波產生 太陽電池(solar cell)是以半導體製程的製作方式做成的，發電原理是將太陽光照射在太陽電池上，使太陽電池吸收太陽光能透過圖中的p-型半導體及n-型半導體使其產 生電子(負極)及電洞(正極)，同時分離電子與電洞而形成電壓降，再經由導線傳輸至負載。
太陽光電的發電原理，是利用太陽電池吸收0.2μm～0.4μm波長的太陽光，將光能直接轉變成電能輸出的一種發電方式。
太陽電池產生的電是直流電，若需提供電力給家電用品或各式電器則需加裝直/交流轉換器，將直流電轉換成交流電，才能供電至家庭用電或工業用電。
太陽光電板架設原則
仰角23.5
由於台灣位於北回歸線上，而北回歸線緯度為北緯23.5度。
太陽由東方升起後，行進的軌跡會在台灣的南方，所以架設太陽能光電板將板面朝南可以得到最大效益。
而因為位於北緯23.5度，所以將板面仰角設定為23.5度可以得到最大日照效益。
避免遮陰
架設太陽光電板的場地周圍，須避免高樓、樹林或其他有可能遮蔽太陽光照射太陽光電板的高物遮蔽物，以利太陽光電板可以完全的接收太陽光達到最大的發電效益。
獨立型(Stand-Alone)太陽光電系統
使用蓄電池，白天太陽光電系統發電，並供負載及充電，夜間由電池供電，可以自給自足。
- 定義：使用蓄電池且換流器(Inverter)無逆送電功能之太陽光電發電系統。
- 適用地點：高山、離島、基地台…等市電無法到達處
- 工作方式：白天 PV 發電供負載並充電、夜間由電池供電，可以自給自足(必需搭配蓄電池)
- 考慮點：
- 系統設計考慮因素多(組列、蓄電池容量、負載與陰天日數等安全係數，最佳化設計複雜)
- 一般充電控制器無 MPPT，搭配蓄電池使發電效能較差
- 蓄電池每日>50%DOD深度放電、>0.2C充電，壽命短
- 太陽光發電量與負載需求量不搭配時、太陽光之發電能量利用率偏低 (負載需求搭配與安全係數為互相矛盾之設計)
- PV-柴油發電機，PV-風力...等混合系統為改善之方法
市電併聯型(Grid- Connected)太陽光電系統
市電負載併聯，平時與太陽光電系統併聯發電，並供負載，不夠的電由台電供電。好比將市電電力系統當作一個無限大、無窮壽命的免費蓄電池。
- 定義：換流器(Inverter)具有逆送電功能，可操作於併聯模式之太陽光電發電系統。
- 適用地點：電力正常送達之任何地點
- 工作方式 ：白天 PV系統併聯發電、夜間由台電供電。方 將市電電力系統當作一個無限大、無窮壽命的免費蓄電池
- 優點：系統簡單、不需安全係數設計、維護容易。 具最大功率追蹤(MPPT)，發電效率高。 太陽光之發電能量利用率高
- 缺點：
停電時為將自動關機，因而無電可用，無防災功能。 一般併聯型Inverter無法直接搭配蓄電池使用 (具特殊功能者例外)
緊急防災型(獨立/併聯混合型)太陽光電系統
和市電及蓄電池搭配。平時太陽光電系統併聯發電，並供負載及充電，夜間由台電供電。刮颱風、下大雨，電力中斷時，仍有足夠的蓄電池可以安排救災，待到市電回復時就沒有問題。
- 定義：換流器(Inverter)具有逆送電功能，同時裝置蓄電池，可操作於併聯模式或獨立模式之太陽光電發電系統。
- 適用地點：有防災需求(照明、汲水、通信….)之公共設施
- 工作方式 ：
- 平時PV併聯發電、效率高、利用率高、夜間由台電供電
- 視需要建置足夠之防災用電池，長時間停電時白天 PV 發電供負載並充電、夜間由電池供電，適合作為救災用電力來源
- 蓄電池平時(或定時)浮充保養，不需每日深度充放電，壽命可以延長
- 缺點： 包含兩種系統建置成本較高，系統較複雜
以日射量來計算
年發電量（EP）＝PAS * HA * K * 365(天)
PAS：太陽電池組列容量
HA：設置場所及設置條件的累計日射量（kWh/m2 *日）
K：總和設計係數（0.65～0.8≒0.7程度）
以系統利用率來計算
年發電量＝太陽電池陣列模板的發電量*系統利用率 * 8760（小時）
系統利用率＝0.1～0.15≒0.12程度
一年總時數＝24（小時）* 365（天）＝8760小時
電器耗電量參考
| 類別 | 電器名稱 | 消耗電力(W) | 每年使用時間估計(時) | 年耗電量(度) | 備註 |
|---|---|---|---|---|---|
| 空調類 | 冷氣機 | 900 | 5時×30日×6月＝900 | 810.0 | 2000kcal/hr，冬季較少使用 |
| 吹風機 | 800 | 1/6時×15日×12月＝30 | 24.0 | ||
| 電暖爐 | 700 | 3時×30日×3月＝270 | 189.0 | 季節性使用 | |
| 除濕機 | 285 | 3時×30日×6月＝540 | 153.9 | 16.6升/日，季節性使用 | |
| 電扇 | 66 | 3時×30日×8月＝720 | 47.5 | 16吋，季節性使用 | |
| 抽風機 | 30 | 4時×10日×12月＝480 | 14.4 | ||
| 照明類 | 燈泡(60W) | 60 | 3時×30日×12月＝1,080 | 64.8 | |
| 日光燈(20W) | 25 | 5時×30日×12月＝1,800 | 45.0 | ||
| 省電燈泡 | 17 | 5時×30日×12月＝1,800 | 30.6 | ||
| 神龕燈 | 10 | 24時×30日×12月＝8,640 | 86.4 | ||
| 廚房類 | 微波爐 | 1200 | 5時/月×12月＝60 | 72.0 | |
| 電磁爐 | 1200 | 2時/月×12月＝24 | 28.8 | ||
| 開飲機 | 800 | 2時×30日×12月＝720 | 576.0 | ||
| 電鍋 | 800 | 1/2時×30日×12月＝15 | 144.0 | 10人份 | |
| 電烤箱 | 800 | 2時/月×12月＝24 | 19.2 | ||
| 抽油煙機 | 350 | 1/3時×30日×12月＝120 | 42.0 | ||
| 果菜榨汁機 | 210 | 1時/月×12月＝12 | 2.5 | ||
| 烘碗機 | 200 | 1/2時×30日×12月＝180 | 26 | ||
| 電冰箱 | 130 | 12時×30日×12月＝4,320 | 561.6 | 320公升 | |
| 衣著類 | 乾衣機 | 1200 | 1/3時×10日×10月＝40 | 40.0 | 夏季較少使用 |
| 電熨斗 | 800 | 3時/月×12月＝36 | 28.8 | ||
| 洗衣機 | 420 | 1/2時×10日×12月＝60 | 25.2 | ||
| 視聽類 | 電視機 | 140 | 4時×30日×12月＝1,440 | 201.6 | 28吋彩色 |
| 音響 | 50 | 1時×30日×12月＝360 | 18.0 | ||
| 收音機 | 10 | 1時×30日×12月＝360 | 3.6 |
註：
- 本表所列各種電器產品之耗電量，會因廠牌、型號或用電時間長短之不同而有差異。
- 本表年使用時間為估計值。用戶欲估算自家年耗電量，可依家中電器品實際消耗電力及年使用時數自行推估。
太陽光發電系統比起柴油發電系統，具有減少環境污染、解決尖峰用電之不足、遮蔽陽光直曬（一方面降低建築物之熱效應，稱為被動省能；同時轉換太陽光為電能，供應建物自主能源，亦稱為主動節能）等多項優點。
初期建置成本雖然較高，但若使用於防災或緊急輔助電力上，其發揮的效益可說高於經濟成本上的考量。因此，以總體效益而言，太陽光發電系統是較佳的選擇。
定義
太陽電池模組(module)或陣列(array)被整合、設計並裝置在建築物上，且具有兩種以上之功應用。(Ref. Dr. Tomas )
優點
- 可有效利用建築物的外表大面積
- 可替代建築物的外表包覆材料
- 代替屋頂、牆面、窗戶之建材
- 可遮陽，降低建築物外表溫度
- 兼具建材及發電之功能
- 與生活、用電緊密結合
- 高可見度、高宣傳效果
- 降低整體建築成本
- 縮短建築施工時間、避免二次施工
- 建築物美觀
- 空間充份利用
- 結構安全性
應用範圍
- 大樓帷幕牆或外牆
- 大樓、停車場遮陽棚
- 大樓天井
- 住家式斜瓦屋頂
- 大型建築物屋頂
- 隔音牆
- 其他
| 太陽電池(solar cell)是以半導體製程的製作方式做成的，其發電原理是將太陽光照射在太陽電池上，使太陽電池吸收太陽光能透過圖中的p型半導體及n型半導體使其產生電子(負極)及電洞(正極)，同時分離電子與電洞而形成電壓降，再經由導線傳輸至負載。 由於太陽電池產生的電是直流電，因此若需提供電力給家電用品或各式電器則需加裝直/交流轉換器，將直流電轉換成交流電，才能供電至家庭用電或工業用電。 |
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太陽能電池種類
系統分類
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系統分類圖
獨立系統示意圖
併聯系統示意圖
| 電力需求估算： | 平時： | 緊急時： |
| 115kWh/d；770人用電量 | 83.2kWh/d；500人用電量 | |
| ↓ | ||
| 模組面積估算： *日照強度：1kW/m2 *日照時間：3.84h/d *模板效率：12﹪ |
電力需求÷（日照強度×日照時間×模板效率×綜合係數） | |
| 綜合係數：溫度變化、污損、線損、Inverter效率＋蓄電池充放電補償 | ||
| 平時：0.65~0.8 | 緊急時：0.57 | |
| 115kWh/d÷1kW/m2÷3.84h/d÷12﹪÷0.75＝332 m2 | 83.2kWh/d÷1kW/m2÷3.84h/d÷12﹪÷0.57＝317 m2 | |
| ↓ 取max 332 m2，如僅供緊急應用則取317 m2 |
||
| 設置容量計算： 模板效率依太陽電池種類而異 |
太陽發電系統設置容量＝設置面積×日照強度×模板效率 | |
| 332m2×1kW/m2×12﹪＝39.8kW≒40kW | ||
| ↓ | ||
| 發電量計算： | 太陽發電系統發電量＝設置容量×日照時間×綜合係數 | |
| 平時： 0kW×3.84h/d×0.75＝115.2Wh/d |
緊急時： 40kW×3.84h/d×0.57＝87.5 kWh/d |
|
| ↓ | ||
| 是否符合電力需求估算?! | ||
| ↓Yes | ||
| 進行模板陣列及蓄電池容量設計 | ||
| 模板陣列設計： *模板功率：120W *模板輸出電壓：16.9V *直交流轉換器(Inverter)輸入電壓：300V |
陣列串聯數＝Inverter輸入電壓÷模板輸出電壓 | |
| 300V÷16.9V＝17.75片（取整數17 or 18） | ||
| 單串功率： | ||
| 17片×120W＝2040W | 18片×120W＝2160W | |
| 陣列併列數＝設置容量÷單串功率 | ||
| 40kW÷17片/串÷120W＝19.6列≒20列 | 40kW÷18片/串÷120W＝18.5列≒19列 | |
| ↓ | ||
| 選擇最佳陣列： | 最佳陣列：較經濟之設置容量 | |
| 120W×17片/串×20列＝40800W＝340片(最佳陣列) 120W×18片/串×19列＝41080W＝342片 |
||
| 蓄電池需求容量設計： *補償係數：1.45 *無日照天數：1日 |
蓄電池需求容量＝緊急電力需求×無日照天數×補償係數 補償係數：蓄電池內阻抗、放電停止電壓、電壓降低補償 |
| 蓄電池需求容量＝83.2kWh/d×1d×1.45＝120.64kWh | |
| ↓ | |
| 串併數設計： *蓄電池電壓：2V/個 *蓄電池容量：200Ah/個 *Inverter電壓： 輸入電壓 額定電壓 300V 288V 200V 192V |
串聯數＝Inverter額定電壓÷蓄電池電壓 |
| 288V÷2V＝144個 | |
| 併列數＝蓄電池需求容量÷Inverter額定電壓 | |
| 120640Wh÷288V÷200Ah＝2.1列≒2列 | |
| 蓄電池數量＝144個×2列＝288個 | |
| 應用領域 | 應用範例 |
| 民生 | 收音機、測電表、手錶、計算機、太陽能照相機、手電筒、電池充電器、野營燈 |
| 道路、交通 | 路燈、交通號誌、道路指示牌、標誌燈、太陽能電動車充電站、高速公路緊急電話、偏遠道路緊急電話、停車計時器、停車場控制門系統、高速公路防音壁PV系統、公路休息區PV系統、太陽能車、平交道指示燈、候車亭PV系統、車站屋頂型PV系統 |
| 農林漁牧 | 農宅用電、溫室栽培PV系統、農業灌溉用、自動灑水系統、農牧電籬、牛乳冷藏、漁業養殖揚水通氣、自動餵食器 |
| 通訊 | 無線通信用、中繼站基地台、緊急電話中繼站、電話通信PV系統、Radio受信PV系統、微波中繼站 |
| 建築物 | 住宅用供電系統、緊急供電系統、緊急照明系統、帷幕牆、遮陽棚、採光罩、屋瓦 |
| 產業用 | 緊急供電系統、管線電氣防蝕、輸油管流量計PV系統、市場廣告塔、海上石油平台、各種計測站PV系統、發電廠情報指揮中心 |
| 緊急防災 | 勤務指揮中心、緊急避難所、醫療院所、公園、學校、地震觀測站、森林嘹望台、避難指示燈、氣象觀測所、水位警報PV系統、河川安全燈、防波堤安全PV燈 |
| 離島、偏遠區 | 中途驛站電化PV、離島用PV系統、山岳地帶PV系統 |
