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工程與社會專題 以適當科技與風 險評估的角度來 看太陽能系統 指導老師:林聰益 班級:車輛三甲 學號:49915014 姓名:廖冠棊 目錄 前言-能源危機 太陽能發電的簡介與系統 太陽能的使用方法及原理 太陽能產品 太陽能優缺點 結論 參考資料 台南太陽能車 能源問題 如以非再生能源有以下因素產生： （1）因人類人口爆增、生活習慣改變與過度使用以造成供需不平衡，更造成污染問 題，如排放過多CO2。 （2）礦產及可用種類有限，於製次能源時又造成嚴重污染以致無法或減少使用，如 核能發電。 （3）期貨可居少數擁有，將造成物價膨脹，經濟蕭條；甚至於為了爭取生存而發生 戰爭、搶奪。 而再生能源有以下因素產生: （1）科技創新尚未符合工業商品化要求的經濟性，但隨著非再生能源產能減少，開 發再生能源勢在必行。 （2）國家領導人無遠見，未重視能源政策為第一要務(值得稱讚的瑞典2020非石化國 家宣言，台灣呢?「沒有能源就沒有民生，沒有能源就沒有經濟，沒有能源就沒有國 防。」）。 （3）非再生能源既得利益者之阻礙。 太陽能發電的簡介與系統 太陽能發電系統是由太陽能發電模組、電池組、太陽能控制配電箱、直流—交流電壓轉換器、 交流配電設備等組成，是把太陽光能直接轉化為電能的一種發電系統。 太陽能模組可以分為單晶矽、多晶矽、非晶矽、薄膜等種類。單晶矽太陽能模組以高純 度的單晶矽棒為原料，純度要求99.999％以上。目前某太陽能廠商的單晶矽太陽能模組的光 電轉換效率可以達到18％以上。多晶矽太陽能模組含有大量單晶顆粒的集合體，有多種不同 排列方向的組成。用廢次單晶矽料和冶金級矽材料熔化鑄造固化而成，光電轉換效率一般在 17％左右。 太陽能發電系統的主要設備： （一）太陽能模組：太陽能模組是由若干矽晶圓製成的晶片串聯或並聯而成，主要功能為光 電轉換。 （二）儲能電池組：免維護環保鋰鐵電池作為儲能裝置，用來儲存太陽能發電系統轉換出來 的電能。 （三）太陽能控制器：實現整套系統的充、放電等全自動控制，當蓄電池電量充滿時自動切 斷太陽能電池大電流充電，改為涓流充電，當蓄電池電量不足時報警並切斷輸出，有過充、過 放保護。 （四）電壓轉換器：是將直流電轉換為交流電的設備。太陽電池產生的一般為12VDC、 24VDC、48VDC直流電，當輸出電壓為交流電時則需要轉換器來轉換220V或110V電壓工作， 當負載功率超過額定功率或輸出端短路，轉換器自動保護電路工作。 太陽能的使用方法及原理 太陽能可以直接轉換為其他能量來加以利用。轉換形式，目前有下列 三種類型 一 通過光合作用利用太陽能: 地球上所有綠色植物，都是通過光合作用來直接利用太陽能的。於是有 人提出利用葉綠素再造太陽能電池的設想，更據計算，利用葉綠素製造的太 陽能電池，效果相當理想。計每十平方米面積這種光電池，效果即使僅得十 分之一，也能發出一千電力。科學家研揪其他半導體和染料，以找出模擬光 合作用的最佳搭配，實現通過光合作用利用太陽直接發電，這對解決人類對 電力的需求具有特別意義。以下是普通太陽能電池的構造圖 : 太陽能電池可以把光能轉換成電能，主要構造是利用半導體材料，薄的 ｎ型半導體置於較厚的ｐ型半導體上，當光子撞擊該裝置的表面時，ｐ型和ｎ 型半導體的接合面有電子擴散，電流即可利用上下兩端的金屬導體將電流引出 利用，不過電池的成本很高，且要有足夠的功率要有相當大的面積放置電池。 太陽能的使用方法及原理 二 利用光生伏打效應使太陽能轉化成電能: 利用光生伏打效應，以太陽的輻射能力使太陽能直接轉化成電能的製 品，這是目前人造衛星的主要動力來源，也是地面上許多場合不可缺少的 特殊電源。如船標電源等。 三 聚集太陽能加以利用 這是利用太陽能最成功的方式。只需依各吸收能量的表面極佳熱表面 接觸的液體，便可達到加熱取軟，供熱的目的。 這種聚集太陽能而加以利用的太陽能設備，按他的原理，大致又可分 為兩類：一是利用熱箱原理製成的；另一類是利用各種類型的反射鏡將太 陽光會聚後投射到吸收表面而製成的。 所謂熱箱原理也叫溫室效應。他是四個側面和底面木板之類作成的箱 子，分內外兩層，中間放絕緣材料，箱子內壁塗黑，箱子上面裝塊平玻璃 板。這樣，當太陽光線投射到玻璃板上並進入箱子裡面時，塗黑的內表面 將很好的吸收太陽輻射能，從而使箱內可以達到遠比室外高的溫度。利用 這種原理，以製成各種用途的太陽能設備和器具。 太陽能的使用方法及原理 利用各種反射鏡面會聚太陽而製成的太陽能設備，則可獲得比較高的 溫度。通常使用的反射鏡有拋物面反射鏡，，柱形反射鏡，圓錐形反射鏡等。 這些反射鏡通常是在玻璃表面鍍上反射層，或是金屬表面拋光或反射層。 太陽能電廠就是利用這搜集原理來搜集陽光的 太陽能電廠主要有二種集光的方法： 1、塔型集光 先建造一座高塔，然後在地面排列鏡子，將陽光友射於塔頂，陽光移 動時塔下方的鏡子也不斷追隨太陽移動，所以放置在塔頂的熱吸收器被 加熱到極高溫，並製造蒸氣發電。 2、曲面分散集光 使用半管型的拋物面鏡集光，由拋物面鏡反射的太陽能向各自的焦點 集中，而焦點設有集熱管以產生蒸氣發電。 簡易原理圖 太陽能產品 一、 太陽能電池 太陽能電池與一般的電池不同。太陽能電池是將太 陽能轉換成電能的裝置，且不需要透過電解質來傳遞導電 離子，而是改採半導體產生 PN 結來獲得電位。 當半導體受到太陽光的照射時，大量的自由電子伴隨 而生，而此電子的移動又產生了電流，也就是在 PN 結處 產生電位差。因此，太陽能電池需要陽光才能運作，所以 大多是將太陽能電池與蓄電池串聯，將有陽光時所產生的 電能先行儲存，以供無陽光時放電使用。 太陽能產品 太陽能電池分非晶、單晶及多晶三種 （一）單晶矽的組成原子均按照一定的規則，週期性地排列，它的製作方法是把矽金屬（純度為 99.999999999％，11 個 9）熔融於石英坩堝中，然後把晶種插入液面，以每分鐘 2 ~ 20 轉的速率旋轉， 同時以每分鐘 0.3 ~ 10 毫米的速度緩慢的往上拉引，如此即可形成一直徑 4 ~ 8 吋單晶矽碇，此製作方 法稱為柴氏長晶法（Czochralski method）。用單晶矽製成的太陽電池，效率高且性能穩定，目前已 廣泛應用於太空及陸地上。 （二）多晶矽的矽原子堆積方式不只一種，它是由多種不同排列方向的單晶所組成。多晶矽是以熔融的 矽鑄造固化而成，因其製程簡單，所以成本較低。目前由多晶矽所製作出的太陽電池產量，已經逐漸超 越單晶矽的太陽電池。 （三）非晶矽乃是指矽原子的排列非常紊亂，沒有規則可循。一般非晶矽是以電漿式化學氣相沈積法， 在玻璃等基板上成長厚度約一微米左右的非晶矽薄膜。因為非晶矽對光的吸收性比矽強約 500 倍，所以 只需要薄薄的一層就可以把光子的能量有效地吸收，且不需要使用昂貴的結晶矽基板，而用較便宜的玻 璃、陶瓷或是金屬等基板，如此不僅可以節省大量的材料成本，也使得製作大面積的太陽電池成為可能 （結晶矽太陽電池的面積受限於矽晶圓的尺寸）。 單、多晶太陽能電池較非晶太陽能電池能夠轉化多一倍以上的太陽能為電能，但單、多晶的價格比非晶 的價格貴兩三倍以上，在陰天的情況下非晶體式反而與晶體式能夠收集到差不多一樣多的太陽能。所以， 除非受到每單位面積產電功率的限制，否則的話，使用非晶體式太陽能電池板為更加划算的投資。 太陽能電池是利用太陽光與材料相互作用直接產生電力之一種無污染之可再生能源，尤其是太陽能電池 在使用中並不會釋放包括二氧化碳在內之任何氣體，這可改善生態環境、解決地球溫室效應的問題，因 此太陽能電池可望成為21世紀之重要新能源。 太陽能產品 太陽能產品 二、恆溫型太陽能與一般傳統太陽能熱水器的比 較 恆溫型太陽能冬天省電好用的 原理 恆溫型太陽能熱水系統的特色： 一、 洗澡時不進冷水，熱水使用率100%， 冬天時 最好用、最省電、省錢。 二、可以定時控制進水，也可以手動強制進 水，洗澡人數沒有限制，洗多少人都行。 三、可以定時強制加熱，也可以手動強制加 熱，低水位安全裝置，沒有空燒的疑慮，安 全第一。 四、太陽能熱水器專用電腦控制器，使用方 便，外型美觀大方，功能齊全。 太陽能產品 一般傳統太陽能熱水器或 儲備式電熱水器 一般傳統熱水器冬天電費貴的原因： 一般儲備式電熱水器或一般的太陽 能熱水器的保溫桶是出熱水同時補冷 水，導致保溫桶內的熱水溫度越來越 低，因為一邊出熱水一邊補冷水，所 以熱水的使用率很低。 在冬天寒流來的時候，水塔的冷水 溫度非常低，常常只有15度或16度， 如果洗澡時一邊出熱水一邊補進冷水， 就會導致保溫桶裏的熱水溫度快速下 降，熱水使用率大多不到50%，意思是 原來可以洗5個人的保溫桶在冬天寒流 時只能洗2個人，第3個人洗到一半就 會洗到冷水了，除非一直用輔助電熱 器一直加熱，這就是電熱水器及一般 傳統太陽能熱水器在冬天時電費特別 貴的原因。 太陽能優缺點 優點 : 在光照充足的地區，太陽能的供應源源不斷，生產過程不會產生環境 污染，又不會消耗其他地球資源或導致地球溫室效應。 太陽能能源取自於太陽，來源源源不絕，太陽能為良好能源如同水力 或風力，世界各地皆積極發展太陽能。 缺點: 目前利用太陽能的各種技術都具有成本很高的缺點，因此首期資本投 資不菲。 在許多陰雨綿綿或是日照短的的地區，很難完全靠太陽能供應，投資 報酬率較低。另外，除非有大量的太陽能板或更成熟的太陽能技術， 不然目前仍然難以產生大量電源供給使用。 太陽能板壽命有限。大約是10-30年。而製作時所需使用的大量矽、 鍺、硼可能會造成其他方面的污染，得先做好事先的管控處理。 結論 沒有單一能源可以滿足所有國家或地區的需 求。但隨著科技的進步，我們也在為了永續經營 而在找尋能夠替代現在所沒有的東西。 參考資料 http://tw.knowledge.yahoo.com/question/question?q http://tw.knowledge.yahoo.com/question/question?qid=16 10032002978id=1306070606697 http://tw.knowledge.yahoo.com/question/question?qid=10 09121401596 http://tw.knowledge.yahoo.com/question/question?qid=12 05080907135 http://cat.hfu.edu.tw/~m9025026/lp300.htm