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太陽能發電系統

Q1. 太陽能發電系統的架構?

從最簡單的說起,一塊太陽能板當照射陽光後,就能在正負極產生電位差(電壓),接上迴路即可產生直流電流,通過直流負載(點亮燈泡),是最簡單的太陽能發電架構,如下圖。

太陽能發電
太陽能發電

上面的架構並不完美,很容易因為各種意外導致產生不穩定的電壓、電流,造成太陽能板或是負載裝置損壞。解決這個問題,我們加上太陽能控制器(MPPT,Maximum power point tracking),如下圖。這樣可以提供較穩定安全的功率輸出,同時保護太陽能板與負載裝置。

太陽能發電系統
太陽能發電系統

由於電是無法儲存的,如果我們希望白天太陽能系統發出來多餘的電量留到晚上使用,則需要加上蓄電池,將電能專換為化學能儲存下來,如下圖。當(晚上)要使用時再將化學能轉換為電能,產生電流供電器使用。

太陽能發電系統加上蓄電池
太陽能發電系統加上蓄電池

太陽能系統發的電為直流電,而家用電器設備多是用交流電,因此需要一個轉換器將直流電轉換成交流電,變流器(又稱逆變器 Inverter)就是負責這個工作,可以將24V或48V的直流電,轉換為110V家用交流電,如下圖。

太陽能發電系統變流器
太陽能發電系統變流器

加上一個電錶(Meter) ,即可觀看與紀錄迴路使用的電量度數,如下圖。

太陽能發電系統加上電表
太陽能發電系統加上電表

家用太陽能設備最常見的是與市電併網發電,如下圖。

太陽能發電與市電併網
太陽能發電與市電併網

更多關於 MPPT | INVERTER | BATTERY | METER 設備與太陽能板的知識,可以參考 太陽能發電設備如何選太陽能板

Q2. 太陽能系統如何併網發電?

併網發電可分為兩種模式,分別是太陽能發電併市電與市電併太陽能發電。

併網模式 太陽能發電併網市電 市電併網太陽能發電
主供電系統 市電(台電)電網 太陽能發電
次供電系統 太陽能發電 市電(台電)電網 or 其它
介紹 最常見的模式,太陽能發電併網市電,以市電電網為主供電系統,太陽能發電為次供電系統,共同提供電力需求。 較少見,以太陽能發電系統獨立運作提供電力,市電僅作為備源之一,當太陽能系統電力不足時,系統自動切換市電,。
應用場景 常用於家庭用電、小型工業用電。 用於特大規模的工業用電,或為獨立電廠。
使用設備 需使用專用併網機 INVERTER,以穩定出電壓與交流電頻率(正弦波) 需使用專用或訂製併網設備,輸出符合獨立系統之電壓與交流電頻率
優點 當太陽能發電,或有備載能量時,使用太陽能以減少市電使用,節省電費 太陽能系統可獨立供電,不使用市電,可用於電網末端或供電不足之場景
缺點 太陽能系統不可獨立供電,當市電停電,太陽能系統也必須停止供電,以保護系統 太陽能系統規模通常比較大,同時必須有較大容量的蓄電池,以維持穩定功率輸出

Q3. 如何挑選適合我的太陽能發電系統?

要挑選或設計太陽能發電系統,您可以從以下六個面向進行思考:

  1. 目的用途
    是家用、工業用、農牧魚業用、戶外休閒,還是要蓋電廠售電。
  2. 可供安裝太陽能板的有效面積
    大、小直接影響到可以架設最多太陽能發電模組的功率瓦數。
  3. 輸出功率
    評估實際輸出功率不可單看太陽能發電模組的功率瓦數,還要考量全年日照天數、附近陽光遮蔽時間、與氣候風險等因素。
  4. 用電時機
    僅需白天使用,可考慮省下蓄電池預算;若需要晚上甚至24小時持續供電,則一定要配置蓄電池。
  5. 停電的風險
    像是工廠或農牧魚業用萬一遇到停電,將受到非常巨大的損失,這種狀況一定要計算出足夠的備載容量與風險係數,配置大容量的續電池。
  6. 成本預算
    預算足夠應優先考量豪華完善的配置;預算有限採高C/P值經濟型配置。此外無論採用豪華配置或經濟配置,預算除考量建置成本,一定不要忘記必須包括維護成本。

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