太阳光电发电

太 陽 光 電 發 電 1. http:/ 太 陽 光 電 發 電 視 示 範 系 統 推 廣 計 畫http:/.tw/aboutus/index.html 太 陽 能 (Solar Energy)l 太 陽 能 是 指 太 陽 內 部 連 續 不 斷 的 核 聚 變 反 應 過 程 產 生 的能 量 。l 儘 管 太 陽 輻 射 到 地 球 大 氣 層 的 能 量 僅 為 其 總 輻 射 能 量(約 為 3.75 1026 W) 的 22億 分 之 一 ， 但 已 高 達 173,000 TW (1T = 1012) ， 1.73x1017 W = 1.73x1014 kW.l 也 就 是 說 太 陽 每 秒 鐘 照 射 到 地 球 上 的 能 量 就 相 當 於 500萬 噸 煤 ， 遠 遠 超 過 地 球 上 一 天 所 使 用 的 能 量 。 太 陽 能 (Solar Energy)l地 球 上 的 風 能 、 水 能 、 海 洋 溫 差 能 、 波 浪 能 和 生物 質 能 以 及 部 分 潮 汐 能 其 實 都 是 來 源 於 太 陽 ；l即 使 是 地 球 上 的 化 石 燃 料 （ 如 煤 、 石 油 、 天 然 氣等 ） 從 根 本 上 說 也 是 遠 古 以 來 貯 存 下 來 的 太 陽 能 ，l所 以 廣 義 的 太 陽 能 所 包 括 的 範 圍 非 常 大 ，l狹 義 的 太 陽 能 則 限 於 太 陽 輻 射 能 的 光 熱 、 光 電 和光 化 學 的 直 接 轉 換 。l太 陽 能 既 是 一 次 能 源 ， 又 是 可 再 生 的 能 源 。l它 資 源 豐 富 ， 既 可 免 費 使 用 ， 又 無 需 運 輸 ， 對 環境 無 任 何 污 染 。 太 陽 能 簡 介l 太 陽 能 是 太 陽 內 部 連 續 不 斷 的 核 聚 變 反 應 過 程 產 生 的 能量 。l 地 球 軌 道 上 的 平 均 太 陽 輻 射 強 度 為 1367kw/m2。 地 球 赤道 的 周 長 為 40000km， 從 而 可 計 算 出 ， 地 球 獲 得 的 能 量可 達 173,000TW。l 在 海 平 面 上 的 標 準 峰 值 強 度 為 1kw/m2， 地 球 表 面 某 一點 24h的 年 平 均 輻 射 強 度 為 0.20kw/m2， 相 當 於 有102,000TW 的 能 量 ，l 人 類 依 賴 這 些 能 量 維 持 生 存 ， 其 中 包 括 所 有 其 他 形 式 的可 再 生 能 源 （ 地 熱 能 資 源 除 外 ） 雖 然 太 陽 能 資 源 總 量 相當 於 現 在 人 類 所 利 用 的 能 源 的 一 萬 多 倍 ，l 但 太 陽 能 的 能 量 密 度 低 ， 而 且 它 因 地 而 異 ， 因 時 而 變 ，這 是 開 發 利 用 太 陽 能 面 臨 的 主 要 問 題 。l 太 陽 能 的 這 些 特 點 會 使 它 在 整 個 綜 合 能 源 體 系 中 的 作 用受 到 一 定 的 限 制 。 太 陽 能 簡 介l 太 陽 是 一 個 巨 大 、 久 遠 、 無 盡 的 能 源 。l 儘 管 太 陽 輻 射 到 地 球 大 氣 層 的 能 量 僅 為 其 總 輻 射 能 量(3.75 1026 W） 的 1/2.2x1010， 但 已 高 達 173,000 TW。l 也 就 是 說 太 陽 每 秒 鐘 照 射 到 地 球 上 的 能 量 就 相 當 於 500萬 噸 煤 。l 從 地 球 上 的 能 流 圖 中 可 以 看 出 ， 地 球 上 的 風 能 、 水 能 、海 洋 溫 差 能 、 波 浪 能 和 生 物 質 能 以 及 部 分 潮 汐 能 都 是 來源 於 太 陽 ；l 即 使 是 地 球 上 的 化 石 燃 料 ， 如 煤 、 石 油 、 天 然 氣 等 根 本上 說 也 是 遠 古 以 來 貯 存 下 來 的 太 陽 能 。l 所 以 廣 義 的 太 陽 能 所 包 括 的 範 圍 非 常 大 ， 狹 義 的 太 陽 能則 限 於 太 陽 輻 射 能 的 光 熱 、 光 電 和 光 化 學 的 直 接 轉 換 。 地 球 上的 能 流 圖(單 位 106 MW）l 一 太 陽 的 構 造 太 陽 是 一 個 熾 熱 的 氣 態 球 體 ， 它 的l 直 徑 約 為 1.39 106 km，l 質 量 約 為 2.2 l027 ton， 為 地 球 質 量 的 3.32 105 倍 ，l 體 積 則 比 地 球 大 1.3 106 倍 ，l 平 均 密 度 為 地 球 的 1/4。l 其 主 要 組 成 氣 體 為 氫 (約80 )和 氦 (約 19 )。l 內 部 持 續 進 行 著 氫 聚 合成 氦 的 核 聚 變 反 應 。l 所 以 不 斷 地 釋 放 出 巨 大的 能 量 。 太 陽 的 構 造l 太 陽 能 量 以 輻 射 和 對 流 的 方 式 由 核 心 向 表 面 傳 遞熱 量 。l 溫 度 也 從 中 心 向 表 面 逐 漸 降 低 。l 由 核 聚 變 可 知 ， 氫 聚 合 成 氦 在 釋 放 巨 大 能 量 的 同時 ， 每 1 g質 量 將 虧 損 0.00729 g。l 根 據 目 前 太 陽 產 生 核 能 的 速 率 估 算 ， 其 氫 的 儲 量足 夠 維 持 600億 年 ，l 因 此 太 陽 能 可 以 說 是 用 之 不 竭 的 。 太 陽 的 結 構-內 核 區 太 陽 的 內 核 區 ： 在 太 陽 平 均 半 徑 23 (0.23R)的 區域 內 。R 其 溫 度 約 為 8 106 4 107KR 密 度 為 水 的 80 100倍R 占 太 陽 全 部 質 量 的 40R 總 體 積 的 15R 這 部 分 產 生 的 能 量 占 太 陽 產 生 總 能 量 的 90 太 陽 的 結 構 氫 聚 合 時 放 出 射 線 ， 當 它 經 過 較 冷 區 域 時 由 於 消 耗 能 量 ， 波 長增 長 ， 變 成 X射 線 或 紫 外 線 及 可 見 光 。l 輻 射 輸 能 區 ： 從 0.23 0.7 R的 區 域 稱 之 。 溫 度 會 降 到 1.3 105K， 密 度 下 降 為 0.079 g/ cm3。l 對 流 區 ： 0.7 1.0 R之 間 稱 之 ， 溫 度 會 下 降 到 5 103K， 密 度 下 降 到 10-8 g/cm3。 l 太 陽 的 外 部 ： 是 一 個 光 球 層 ， 即 人 們 肉 眼 所 看 到 的 太 陽 表 面 。 溫 度 為 5762 K， 厚 約 500 km， 密 度 為 10-6 g/cm3， 由 強 烈 電 離 化 的 氣 體 組 成 太 陽 能 絕 大 部 分 的 輻 射 都 是 由 此 向 太 空 發 射 。l 反 變 層 ： 分 佈 於 太 陽 光 球 外 面 ， 是 由 極 稀 薄 的 氣 體 所 組 成 ， 厚 約數 百 公 里 ， 呈 現 幾 乎 是 透 明 的 太 陽 大 氣 層 。 能 發 光 ， 也 能 吸 收 某 些 可 見 光 的 光 譜 輻 射 。 l 色 球 層 ： 位 於 “ 反 變 層 ” 的 外 面 ， 為 太 陽 大 氣 的 上 層 ， 稱 之 。 厚 約 1 1.5 104 km， 大 部 分 由 氫 和 氦 組 成 。 “ 色 球 層 ” 外 是 伸入 太 空 的 銀 白 色 日 冕 ， 溫 度 高 達 1百 萬 度 ， 高 度 有 時 達 幾 十 個 太陽 半 徑 。 l從 太 陽 的 構 造 可 知 ， 太 陽 其 實 並 不 是 一 個溫 度 恒 定 的 黑 體 ， 而 是 一 個 具 多 層 結 構 ，且 每 層 結 構 會 發 射 不 同 波 長 之 電 磁 波 ， 也會 吸 收 不 同 波 長 之 電 磁 波 的 輻 射 體 。l不 過 在 太 陽 能 利 用 中 通 常 將 它 視 為 一 個 溫度 為 6000 K， 發 射 波 長 為 0.3 3m的 黑體 輻 射 球 體 。 太 陽 電 池 發 電 的 示 意 圖 太 陽 電 池 的 發 電 原 理 l 太 陽 電 池 (solar cell)是 以 半 導 體 製 程 製 成 的 ， 將 太 陽 光 照射 在 其 上 ， 太 陽 電 池 吸 收 太 陽 光 後 ， 能 透 過 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 。l 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 。 l 動 畫 ：l 太 陽 能 相 關 之 動 畫 檔 案 太 陽 電 池 photovaltic energy 之 工作 原 理 的 動 畫 -完 整 版 .swf l 太 陽 能 相 關 之 動 畫 檔 案 動 畫 三 ： 太 陽 能 電 池 原 理 動 畫 .swf 太 陽 電 池 發 電 的 原 理l 太 陽 電 池 (solar cell)是 以 半 導 體 製 程 製 成 的 ， 將 太 陽 光 照 射 在 其上 ， 太 陽 電 池 吸 收 太 陽 光 後 ， 能 透 過 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 。 l 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 。 模 板 陣 列 l u 太 陽 電 池 太 陽 電 池 的 種 類 l 太 陽 電 池 種 類 半 導 體 材 料 市 場 模 組轉 換 效 率矽 結 晶 矽 單 結 晶 (晶 圓 型 ) 1014%多 結 晶 912%非 晶 矽 -Si、 -SiO、-SiGe 69%化 合 物半 導 體 2元 素 GaAs (晶 圓 型 ) GaAs 1830%CdS、 CdTe薄 膜 型 1012%3元 素 CuInSe 2 (薄 膜 型 ) 1012%有 機 半 導 體 1%以 下 單 晶 矽 太 陽 電 池 外 觀 多 晶 矽 太 陽 電 池 外 觀 非 晶 矽 太 陽 電 池 外 觀 (可 撓 式 ) 系 統 分 類 圖 l 一 獨 立 系 統示 意 圖 獨 立 系 統示 意 圖 併 聯 系 統 示 意 圖 太 陽 光 電 板 架 設 原 則 l 台 灣 位 於 北 回 歸 線 上 ， 而 北 回 歸 線 緯 度 為 北 緯 23.5度 。l 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 。l 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 。 規 劃 流 程 電 力需 求 估 算 平 時 緊 急 時115kWh/d770人 用 電 量 83.2kWh/d500人 用 電 量模 組 面 積 估 算(1) 日 照 強 度- 1 kW/m2 (2) 日 照 時 間- 3.84 h/d (3) 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 ： 0.650.8 緊 急 時 ： 0.57115kWh/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 332 m21 kW/m212 39.8 kW 40 kW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 ：40kW 3.84h/d 0.75 115.2Wh/d 緊 急 時 ：40kW 3.84h/d0.57 87.5 kWh/d 是 否 符 合 電 力 需 求估 算進 行 模 板 陣 列 及蓄 電 池 容 量 設 計Yes 此 檔 案 製 作 尚 未 完 成其 餘 部 分 待 製 中各 位 讀 者 抱 歉 了 ！