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什麼是太陽能

Q1. 什麼是綠能?

綠能,就是綠色能源,又稱為清潔能源,能量獲取來源不會造成污染,對環境是零威脅,對環境友善性,可再生性、永續性,又屬於永續能源。綠能可分為狹義和廣義的定義。嚴格來說綠能又稱為再生能源(又稱可再生能源),如太陽能、風能、水能、海洋能(潮汐)、地熱能和生質能源、生質燃料等,再生能源消耗後可以再生循環,產生的污染量少、環境永續性高。

發電類型太陽能發電風力發電水力發電潮汐力發電地熱發電
建置規模小~大小~大
小型模組不可不可不可
建置成本依規模小~大
持續發電穩定不穩定不穩定穩定穩定
運營成本
耐候風險
維護成本

Q2. 為什麼需要再生能源?

人類很早就能利用再生能源,像是帆船、風車、水車、水閘門等,十八世紀美國富蘭克林發現電之後,水壩/水電站成為最主要的再生能源;上世紀70年代的石油危機,我們開始思考各種節能以及替代能源的技術;因應石油開採終將枯竭,我們開始研究各種新能源技術;近年由於全球暖化升溫造成生態浩劫的危機迫在眉睫,我們不得不全心力投入再生能源的開發,人們對於再生能源的距離也不再感到遙遠。

百年全球平均升溫統計
百年全球平均升溫統計
2019年全球異常升溫
2019年全球異常升溫

Q3. 什麼是太陽能?

太陽由氫與氦的核融合(核融聚)產生大量熱能,核心溫度高達1,400萬度,表面也近6,000度(5800K)高溫,在已知的45.67億年間,不斷地向太空釋放光和熱(輻射)。

廣義的太陽能提供地球萬物的生長,包括維持地表氣候溫度、地表湖泊、河流、海洋的水循環、植物的光合作用;狹義的太陽能是指我們人類通過一些機電裝置,直接或間接將接收到的太陽輻射轉換為熱能或電能,小到太陽能手錶、計算機、熱水器、大到太陽能發電廠、或是人造衛星的太陽能板。

人造衛星太陽能電池
人造衛星太陽能電池

Q4. 常見的太陽能發電系統有哪些?

目前主要的太陽能發電有兩種形式,一是光伏能發電(Photovoltaic Effect),也就是我們常說的太陽能電池發電;另一個是聚光太陽能熱發電(或稱聚焦型太陽能熱發電,Concentrated solar power,縮寫:CSP)。

光伏能發電,指光電半導體材料(通常為矽晶半導體)照射陽光,產生光生伏打效應,導致半導體矽晶兩層物料(一邊正極P、一邊負極N)之間產生的電場便會推動電子移動,產生直流電。通常光度越強,電流便越大。

美國的大型光伏能發電站
美國的大型光伏能發電站

聚光太陽能熱發電是一個集熱式的太陽能發電廠的發電系統,主要是通過反射鏡或透鏡,把陽光聚焦在一條線或一點上,由光熱轉換原理令太陽能換化,產生的熱能可用於製造高壓水蒸汽,以推動渦輪機發電。在陽光充沛的地區,太陽能熱電站更可供應大量的電力。

位於中國新疆省的聚光太陽能熱發電
位於中國新疆省的聚光太陽能熱發電

Q5. 光伏效應太陽能發電的原理是什麼?

資料來源:researchgate
資料來源:researchgate

光伏能發電(Photovoltaic Effect),藉由陽光熱輻射照射,透過釋放電子(負極粒子)的半導體物料來產生電能。所有光伏電池都有最少兩層半導體(通常是矽晶), 一邊正極(P)一邊負極(N)。當光照射到半導體,兩層物料之間產生的電場便會推動電子移動,產生直流電。

以PN二極矽晶太陽能發電板為例,當矽晶受到太陽照射之一定輻射量時,N極會游離出負電子,經由迴路流向P極,PN二極即會產生電位差,此為電壓,這就是最簡單的太陽能板的發電原理。

Q6. 為什麼在眾多綠能產業中,選擇太陽能發電?

太陽能發電相較其它綠色能源,由於可以小型化,應用層面廣,可以很容易走入一般來說家庭,且由於技術已經成熟,價格來說市場面已具經濟規模;太陽能發電2019年全球產值達2,056億美元,且近年來持續年增超過20%高速成長,是所有綠能產業中表現最好的。

發電量 2014 2015 2016 2017 2018 2019
水力發電 1,174,396 1,210,496 1,245,469 1,275,538 1,297,465 1,310,292
風力發電 349,300 416,275 466,827 514,402 563,820 622,704
太陽能 176,018 221,993 295,821 388,557 488,752 586,434
潮汐發電 513 513 524 528 529 531
生質能源 89,891 96,822 104,594 110,571 117,740 123,802

PS. 常見的太陽能發電系統專有名詞中英對照

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綠能Green energy
清潔能源Clean energy
永續能源Sustainable energy
可再生能源Renewable energy
太陽能Solar energy
風能Wind energy
水能Hydropower
海洋能Ocean energy
地熱能Geothermal energy
生質能源Biomass
生質燃料Biofuel
石化能源Petrochemical energy