聚光型太阳光电技术发展概况.doc

聚光型太陽光電技術發展概況標題：聚光型太陽光電技術發展概況產業分類：電機產出單位：工研院IEK作者：李雯雯聚光型太陽光電技術的研究始於二十世紀七十年代石油危機時，然而因發電成本太高在過去數十年來聚光型太陽光電技術佔整體太陽光電研發的比例仍然很小，直到近期因環保意識高漲及對再生能源的重視，加上高效率聚光電池的效率一再提升及成本下降空間大，而又再度受到了關注。一、發展近況聚光型太陽光電技術在1970年代開始發展，美國的Sandia實驗室在1970年代中期發表了第一篇對效率為12.7%、光強50倍(50 Suns)的1kWp聚光型太陽光電系統的研究。約此同時，美國的Spectrolab公司(有與Sandia實驗室合作)也發展出效率為10.9%、光強25倍的10kWp聚光型太陽光電系統，相近於Sandia實驗室原型的系統也很快的在法國、義大利、西班牙等地發展並安裝；並於1989年首次效率突破30%。過去由於聚光型太陽光電系統的表現與可靠度還不夠好因此難以普及；隨著技術的演進，2002年時，已出現安裝300kW的系統成本為$6/W(美國Arizona Public Services(APS)的報告，並預期未來數年成本可在下降至$3/W、至2010年可下降至$1.5/W的預測，能與現有市電競爭的潛力使得聚光型太陽光電技術受到更多的矚目。在2004年時只有不到1MW的安裝量，但到2006年時已有18MW的新產能計畫投入；有許多廠商也開始注意到此市場的潛力，包括太陽光電產業龍頭Sharp及Isofoton也開始發展聚光型太陽光電技術。目前投入多接面三五族太陽能電池及/或聚光型太陽光電系統之主要生產廠商如表一所示。表一多接面三五族太陽能電池及/或聚光型太陽光電系統之主要生產廠商二、成本分析聚光型太陽光電技術的技術難度比平盤式(Flat-Plate)太陽光電技術來得低，使用的半導體材料或太陽電池較少、相關配件如透鏡等並不昂貴、容易大規模安裝且更具經濟效益。在種種優勢下，投資聚光型太陽光電技術所付出的成本將低於其他太陽光電技術。以投資建造年產能100MW的工廠來估算，其投資成本如表二。表二基於不同技術建造年產能100MW的太陽光電工廠所需成本估計此外，聚光型太陽光電系統的最大優勢便在於成本的降低，根據經驗法則，平盤式太陽光電系統的系統價格約為$5-6/W，而聚光型太陽光電系統可以降到$3/W(以產能10MW估算，美國Arizona Public Services(APS)所推估)，例如西班牙的Isofoton在2006年時的聚光型太陽光電系統安裝價格為2.5/kW(折合當時幣值約為$3.07)。德國Fraunhofer的ISE(Institute for Solar Energy System)推出裝有菲涅爾(Fresnel)鏡片的聚光型太陽能發電模組FLATCON，可以有效提升電能轉換效率達23%，未來改良後甚至可達28%。德國的Concentrix Solar為ISE的衍生公司，據其估算，若使用500 Suns的三五族聚光電池(目前使用的是385 Suns)之FLATCON模組來建造產能20MW聚光型太陽光電系統，至2010年的成本可為2.38/Wp(3.18$/Wp)；若產能能擴充至200MW，成本更可下降至1.24/Wp(1.66$/Wp)；其成本結構分析如表三。表三FLATCON聚光型太陽光電技術成本分析除了大規模量產可以促成成本的下降外，使用三五族電池的聚光率(Concentration Ratio)越高也對成本下降助益越大，甚至比電池效率的影響還來得更大。根據西班牙馬德里科技大學的IES研究中心(the institute of Solar Energy at the Polytechnic University of Madrid，IES-UPM)對產能10MW系統的估算，使用不同效率、聚光率的三五族電池其系統價格估算如表四。而以IES-UPM的估算方式為基礎，若產能達到1,000MW，系統價格更可以低至0.7/Wp(0.9$/Wp)。表四不同聚光率與效率的三五族電池在10MW產能下的系統價格估算另外在發電成本分析上，根據Concentrix Solar的估算，在西班牙Andalusia的Tabernas，1MW的電廠在2010年時，若是使用傳統平盤式、無追蹤器的模組，發電成本估計為0.19/kWh($0.25/ kWh)；但若使用雙軸追蹤(Two-Axis)的聚光型FLATCON模組，發電成本可以低至0.16/kWh($0.21/kWh)，具備了15%以上的成本優勢；若是在陽光直射的地區例如北非或美國西南部，其成本優勢更可達到20%以上。三、小結雖然聚光型太陽光電技術是所有太陽光電技術中轉換效率最佳者，但由於應用市場小，在量產經驗上卻一直不如其他太陽光電技術，在成本下降與技術方面也還有很大精進的空間。未來聚光型太陽光電技術能否實現中到大規模的併網發電，在保證可靠性的前提下儘量降低成本是非常重要的，這也是解決聚光型太陽光電技術問題的基本原則。由於聚光型太陽光電