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德國的太陽能發電

2009年04月02日
作者:曾千芝(德國柏林工業大學碩士生)

德國的太陽能發電已經行之有年,這回有幸進入兩家太陽能工廠實際參觀,深深覺得其實台灣有很大機會發展太陽能產業,怎說呢?待我慢慢道來。

在接觸太陽能之前,總覺得這是個很先進又難以追趕的產業,畢竟無論在太陽能市場佔有率或是技術上,德國都具有一定優勢。但讓人驚訝的是,參訪兩家工廠,發現事實上太陽能產業製程並不難,重點在於產品必須確保20年有效,而製程中某些限制步驟,機器必須定時清洗,整條產線因而停工,進而造成庫存,廠內仍未導入6個標準差(six sigma)管理,而且竟然有很大一部份製程仍以人工作業進行!原因可能是目前產線速度仍得以掌控,而市場需求受到經濟危機影響而相對萎縮。但人工作業無法確保準確度,且材料污染情況常發生,使得產品耗損率高達15%(汽車業可能僅幾千分之一)。

德國政府提供補助,太陽能發電榮景可期;圖片來源:曾千芝(德國柏林工業大學碩士生)     德國政府提供補助,太陽能發電榮景可期;圖片來源:曾千芝(德國柏林工業大學碩士生)
德國政府提供補助,太陽能發電榮景可期;圖片來源:曾千芝。

當然也有越來越多的製程將由機械手臂取代人工,除了全天候24小時開工,產量大幅提高外,也可將更多精力放在技術改進上,但面對亞洲快速崛起的競爭者,德國製造商面臨嚴峻的價格戰。除了開發新市場外,技術改進的腳步勢必加速。該薄膜太陽能板廠商表示,目前技術領先其他廠商約兩年,但受限於材料的物理特性,效率提昇速度並不如預期,且各家皆朝向輕薄、高效率發展(薄膜優點:可使用在各種基板上,不限於玻璃,輕又可撓曲,但效率仍低於傳統的矽材面板)。

這家薄膜面板廠是德國唯二可依客戶要求,客製化生產不同大小、顏色,可於整合至建築上的太陽能面板(Building-integrated photovoltaic,BIPV),這種面板的好處在於結合太陽能發電與建築物外牆兩項功能。除了原有的太陽能面板外,該公司也發展出帶圖案的太陽能面板,利用雷射刻劃出想要的圖案或以印刷方式將圖案印至基板上,但必須是連續的圓點、方塊或直條圖案,否則電流無法流通,且發電效率還會因而降低,目前此類太陽能面板的效率低於傳統的面板,但因為需要額外的生產步驟,市場價格高於傳統面板。

雖然美觀和發電效率仍是無法兼顧的兩難課題,但對建築師而言,此類太陽能板提供了太陽能屋頂與牆壁鋪面更多的選擇性。相較於早期炫耀式但並無太大功用的太陽能面板,現在的面板效率已提高至可以供應部分需電量,且開始藉由調整面板的大小、曲度或外觀以符合建築造型需求,若未來價格具有向下調降的彈性空間,相信市場需求量將隨之擴大。

德國在太陽能市電整合部份的法規雖然已經十分完整,除補助民眾裝設太陽能面板並以保證價格購回太陽能生產多餘的電力外,為了避免面板滑落砸傷人,對於屋頂裝設太陽能板的安全支架亦有諸多規範,但將傳統工法應用於裝設太陽能面板上是一大挑戰,且技術牽涉領域廣泛,究竟由建築工人或是電力技工負責?仍屬灰色地帶。所幸新興面板已經將變壓器結合到太陽能面板上,當面板裝設完成後,電力可馬上通導,大大節省時間並降低施工的複雜度。

雖然太陽能發電是一個趨勢,但可惜的是目前僅能供應約30%的電量,以參訪的太陽能公司為例,由於工廠需電量高,太陽能發電僅供應日常的照明或小量電力需求,剩下的部份則必須由傳統電力供應,根據調查,德國電力需求最大宗在房屋保暖方面,(在德國,牆面中加入保麗龍板以隔絕屋外冷空氣是常見建築手法之一,但此法不適合位於地震帶的台灣),而多數老式房舍耗電量大,主因暖氣與熱水供應來源仍以燃油或熱水為主,且管線老舊也使得改裝工程難以進行。再加上裝設成本過高更是大大限制了市場成長。

即使德國政府提供補助,以現值換算,每戶裝設太陽能面板的成本必須經過40至50年後才可望回本,假使政府為平衡再生能源發展,降低對太陽能的補助進而轉至補助其他再生能源使用,民眾裝設意願將大受影響,造成太陽能面板市場需求下降,未來仍須政府與學界努力,朝著降低成本提高效率方面努力,並加速周邊配合產業的發展,太陽能發電榮景可期。

目前台灣太陽能產業因政策不明朗且國內需求不高,生產的面板90%以上皆以外銷為主,但隨著海外市場逐漸飽和,擴大內需市場將成為國內廠商主要課題,產品也需要考量國內氣候、環境與建築物特性和國外的差異而隨之調整,個人覺得太陽能屋頂可能不適合國內環境,畢竟台灣都市內獨門獨棟具有大片屋頂的房舍不多,比較看好的是具有裝飾效果的太陽能面板,另外如何將國外用於房屋保暖的研究改成適合台灣亞熱帶氣候的房屋冷卻系統,相信也會成為熱門研究項目之一。