臺灣太陽熱能產業發展情況分析

○文/本刊通訊員 劉曉陽 趙文涓

臺灣太陽熱能產業發展情況分析

○文/本刊通訊員 劉曉陽 趙文涓

本期專題 臺灣能源科技產業（中）

相比其它可再生能源，太陽所提供的能量是最大的。太陽光熱每天到達地面的能量約為全世界石油蘊藏量的1/4，且不會產生環境污染，可說是最環保的能源了。如何善加利用汲取最大效用，一直是全世界能源界熱門的研究話題。

臺灣太陽熱能應用發展目標與策略

目前太陽能的應用形式主要分為兩種：一種是光伏轉換，即利用光電效應，通過半導體將太陽光轉換成電能來使用；另一種則是利用太陽熱能溫度來做不同轉換形式的利用，其中大家最熟知的便是太陽能熱水器，即將太陽輻射集中加熱水，來做沐浴、洗滌等使用。此外，人們還研制了太陽能空調，即通過太陽輻射加熱水，驅動制冷空調系統。還可以利用太陽熱能蒸餾水分，使之汽化后再凝結，用于生產飲用水、海水淡化或是消毒等方面。甚至還可以聚焦太陽熱能，將熱水轉化為蒸汽，再推動渦輪機和發電機轉換成電能發電。

由于臺灣屬于偏低緯度亞熱帶海島地區，夏季太陽輻射強，氣溫較高，利用太陽熱能方式其實要比光伏發電效率高得多。也因此，太陽熱能被認為臺灣再生能源應用中最理想的能源之一。2009年7月，臺當局行政管理部門公布施行《再生能源發展條例》，經濟管理部門也發布《再生能源熱利用獎勵補助辦法》，其中制訂太陽熱能應用利用目標和推廣補助措施，并通過相關鼓勵政策來推動島內太陽熱能產業發展。

圖1 正在安裝中的太陽能熱水器集熱系統

總體而言，臺灣太陽熱能發展目標主要以發展應用技術為主軸，并加速提升太陽能熱水器安裝面積。鑒于臺灣屬地狹人稠，以及面臨中國大陸在國際市場競爭，島內發展方向確定為：從精進現有技術朝開發高效率、高品質、低成本太陽熱能應用產品為目標，包括提升集熱器產品競爭力、工業制程應用系統、太陽熱能空調應用系統及太陽熱能產品建材化應用等4個方向著手；同時進一步拓展太陽熱能應用范圍，并整合島內相關人力及物力進行發展，逐步達到節能減碳的目的。具體發展目標分述如下：

1. 提升集熱器產品競爭力，包括針對島內大部分廠商使用的噴涂烤漆吸收膜技術，開發自動噴涂技術，提升吸收膜的吸收率與放射率比值(α/ε)＞2.0的效果，以增加整體系統的集熱效率；進行水質侵蝕分析及其改進措施，有效解決太陽能熱水器儲水桶及集熱板水質侵蝕問題；利用已通過TAF認證的實驗室，推動太陽熱能產品檢測，以提升產品品質；提供中溫集熱/儲熱系統效率檢測服務。

圖2 實驗型太陽熱能聚焦發電系統

2. 工業制程應用系統開發，包括運用產業精密加工、鍍膜、材料與真空技術，以瞬時聚光集熱或長時儲熱升溫等方式發展高效率太陽能集熱模組，提升中溫太陽熱能在工業制程預熱中的應用潛力，預定開發目標包括：操作溫度100至200℃、效率≧0.4與產品驗證等技術；技術開發完成后，同時建立系統設計規范；結合熱交換器等技術，導入太陽熱能完成前置預熱，再結合原有燃料加熱機制，彌補太陽熱能不穩定與加熱溫度的不足；建構熱處理制程復合預熱系統，同時降低原有石化重油燃料使用量，達成節能、減排與降污等效益。

3.太陽熱能空調應用系統開發，包括開發結合熱儲存的小型太陽能制冷系統，并提升效率及降低成本。每千瓦制冷量主機成本：吸收式為新臺幣2.5萬元；吸附式為新臺幣3.5萬元；發展適用于島內工、農與建筑業的可儲能太陽熱能通風/干燥技術的裝置。

4.太陽熱能產品建材化應用技術開發，包括開發建材化的太陽熱能系統，發展兼具美觀、結構安全及節能的親太陽熱能整合式造型建筑；跨領域整合建筑業美學設計、營建施工與太陽熱能系統研制技術，開發建材化、規格化及模組化的太陽熱能產品，以帶動太陽熱能結合新建物整合發展。

實際推動策略如下：

1.提升太陽能熱水器產品效能及品質，包括依據臺灣標準規范CNS 12556-B7275及CNS 12558-B7277，執行太陽能集熱器及熱水器等熱性能檢測；改進熱水器外型及安裝技術，以增進抗風損能力，延長熱水器使用壽命；與世界知名檢測機構建立同等標準的相互驗證管道，以協助臺灣廠商取得國際標準認證，確保廠商生產品質及國際外銷競爭力。

2.推廣及鼓勵使用太陽熱能產品，包括持續獎勵補助安裝用戶，推廣及鼓勵大眾安裝太陽能熱水器，減少使用傳統化石能源，并積極推廣至各旅宿業、機關學校裝置非家用大型太陽能熱水器系統，以提升裝置使用量。

3.建立自主研發能量，包括研究開發太陽熱能產品核心技術，如高吸收率低放射率的吸收膜自動噴涂技術、抗腐蝕、工業制程應用、可儲能式的太陽熱能通風/干燥等各項關鍵技術，確保研發能量與世界發展同步。

表1 臺灣島內外太陽熱能技術發展指標對比

4.加強產學合作，提升產業技術能力，包括整合學界各項技術，研究開發商業化產品，降低生產成本，配合島內精密機械、模具、電機、材料等傳統產業的技術，建立產業鏈接，提高產品經濟效益。

5.開發建材化應用研究，深化住商區塊的使用，包括依據建筑規格需求，開發適合于建物整合安裝，并兼具建筑美觀的建材化、規格化與模組化的太陽熱能產品，并經由測試、示范后，再推廣導入市場，以強化太陽熱能產品于住商區塊的應用深度。

6.建立安裝補助標準，舉辦安裝教育訓練，包括建立太陽熱能產品安裝補助標準，定期舉辦相關技術研討會及教育訓練，合格人員發給證書，以確保安裝品質等。

臺灣太陽熱能產業技術發展指標與時程

臺灣太陽熱能低溫(指不聚光、不追日的方式，＜100℃)應用技術發展至今已日趨成熟，產品都已商品化，如平板式或真空管式太陽能集熱器、熱水器等產品。但目前發展趨勢并不因此而稍有停滯，反而更積極朝中高溫應用領域研究開發。

島內企業為擴增再生能源熱利用的比例，除了持續推廣與橫向開發低溫多元應用技術，如太陽熱能產品建材化、規格化與模組化等應用外，正在研究開發中溫(需搭配聚光/追日技術，100℃至200℃)集熱系統，以利更快速與更有效拓展太陽熱能的應用廣度，與國際發展潮流接軌。另外，中溫集熱系統大都需要采用聚光型集熱系統，開發過程需采用耐中溫性材料及配合特殊制程與機構設計等技術，一旦進入研制階段將可鏈結相關產業發展，有效增進島內就業機會與經濟發展。

就市場而言，島內太陽熱能產業技術發展已漸成熟，產品97%以上均為家用太陽能熱水器。未來推動除應持續由臺當局獎勵補助安裝外，技術發展上應針對產業技術、產品設計、標準化等工作做進一步提升。整合既有技術或融入新方法，以發展滿足市場新導向的產品技術。對于海外技術發展及推動作法也可效法，并協助島內太陽熱能產業迎頭趕上。對于太陽能產業推動方面，除了配合島內補助裝置太陽能熱水器，加強太陽能集熱器及熱水系統性能測試服務外，另提供產業資訊調查評估、技術諮詢服務、產業技術人員訓練、技術交流與推廣研討會等措施，以協助太陽能產業發展及提升外銷競爭力。

在太陽熱能應用技術提升和研發方面，島內近期發展重點包括：臺灣地區太陽日射量資料庫建立與分析，改良傳統選擇性吸收膜技術開發，太陽熱能工業制程應用技術開發，中溫太陽熱能產品檢測技術建立，太陽熱能儲熱技術研究，太陽熱能通風技術研究，太陽熱能除濕系統技術研究，太陽熱能產品建材化效能分析等。

如今，臺灣在太陽能熱水器推動上已有相當時日及具顯著的成效，島內企業正在加速科技研發以及專業人才培養，循序漸進提升太陽熱能產業技術能量，假以時日，太陽熱能產業必能蓬勃發展。太陽熱能應用依技術領域分為短、中及長期目標，發展時程如表2所示。

表2 臺灣太陽熱能技術發展時程

島內太陽熱能技術發展現況

1. 提升集熱器產品競爭力

太陽能熱水系統的集熱效率主要與日照率相關，所謂日照率是指地面上單位水平面積在單位時間內實際接受的太陽輻射能。而影響太陽輻射能強度因素包括地理緯度、太陽高度角、大氣透明度及海拔高度等。臺灣地區位居亞熱帶，平均日照量(每日)約為3.78千瓦小時/平方米，其中以臺南及恒春的年日照時數最長，適合發展太陽熱能的各項應用。自1986年臺當局第一次推動太陽能熱水系統補助安裝以來，島內已有43家制造廠及492家代理安裝商從事太陽能熱水系統制造與行銷，所開發產品有214件已通過補助認證的檢測標準，可提供島內民眾選擇安裝使用。

島內太陽能熱水器技術發展多半集中在集熱器開發與小型家用系統的設計，非家用的較大型系統總累計安裝面積41,878平方米，只占全部安裝面積的3%，比例甚小。配合二氧化碳減排政策推動，島內也應積極推廣非家用系統安裝使用，工廠、學校、旅宿業、溫水游泳池等單位，若能善加利用，相信可節省相當可觀能源。

另外，非家用太陽能熱水系統，也可考慮與熱泵熱水器結合利用，熱泵主要利用空氣中的熱能加熱水溫。目前冷媒壓縮機的制造技術已非常成熟，以熱泵為核心元件制熱性能系數(輸出熱量與輸入熱量的比值）已可超過3.0以上，因此在日落以后以及沒有太陽陰雨天時，較單純的瓦斯熱水器以及電熱水器更具有節能效益。在非家用型太陽能熱水系統推廣應用上，若能配合熱泵熱水器使用，除可增加日落以后及陰雨天時的集熱效果外，也可利用熱泵集熱制冷的雙重效果來輔助所需的空調量。

圖3 正在大陸展會演示的臺灣產太陽能空調系統

島內家用太陽熱能系統遠程發展目標朝與建筑物整合方向發展，以深化居住和商業小區的利用，除可兼具外型美觀及結構安全外，也可將余熱分配給其他家用熱能系統使用，以提升民眾安裝意愿。

在集熱器本身性能方面，覆置于面板上的太陽熱能選擇性吸收膜制作技術，目前主要采用涂料噴涂式烤漆制程，其制程成本較低，但品質不易控制，且光學性質有待提升，目前吸收率最高已可達0.9以上，但放射率仍有很大改進空間(一般在0.8至0.9左右）。

近年來，島內相關企業積極發展真空濺鍍制程技術，并已有兩家廠商完成批次制程建立及濺鍍集熱板產品開發，目前已逐步有少量產品產出。然而濺鍍制程設備成本高昂，島內熱水器廠商多屬于中小企業，無力承擔購買濺鍍技術及設備，因此目前也有必要進行傳統噴涂式涂料的材料開發，以及制程改良，以提升產品品質及降低成本，將有助于強化產品競爭力。

2. 工業制程應用系統開發

近幾年來在臺當局積極推廣太陽能熱利用努力下，目前島內在太陽熱能低溫整合應用發展已有顯著成果。利用大型集熱系統提供屠宰、飲料制程、烤漆烘烤與加工制程等預熱所需，而臺糖烏樹林精致農業部則采用大型集熱系統，提供作為種植蘭花的殺菌與溫室用途，另也有開發作為制作水果干與中草藥干燥的太陽熱能設備，可見太陽熱能在現階段的應用發展上充滿許多發展空間。但為有效拓展太陽熱能的應用，有必要更積極開發易于達成中溫的集熱器或系統。

根據2013年國際能源署（IEA）發布的報告，2012年全球太陽熱能市場總裝置容量將可達到268,100兆瓦，相當于3.8億平方米安裝面積，總產能(225萬億瓦小時）僅次于風能，為太陽光電(110萬億瓦小時）的2.05倍，顯見太陽熱能的應用與發展蔚為全球趨勢，太陽熱能無疑在再生能源中具領先地位，故在此領域發展，也應與國際發展潮流相接軌。

島內目前絕大部分太陽熱能應用，大都提供做為家庭熱水使用或空間加熱，雖然住宅仍然是太陽熱能一個極具開發潛力的市場，然工業制程預熱應用，也不應該被忽視，主要有兩個原因：一是工業運作所需能源，在島內占總消耗能源約38%(折合耗用油當量約431.6億升)，與住商耗能相當；二是工業領域所消耗熱量中，幾乎都在中、低溫度(400℃以內)范圍，通常利用太陽熱能做為工業制程加熱所需溫度，有一半以上約在60℃到260℃之間，而據國際能源署2008年統計，歐洲各主要國家其工業所需求熱源約有3%至4%為直接由太陽熱能所供應。其中歸納較適合應用的工作項目，包括清洗、干燥、蒸發、蒸餾、熱燙、殺菌、烹煮、熔化、涂裝和表面處理等。由此印證，開發工業制程預熱與農畜牧領域的太陽能熱利用極具發展潛力與開發價值。

目前積極開發中溫太陽熱能應用于工業制程的相關技術，包括復合式拋物面集熱器(CPC)、槽式拋物面集熱器(PTC)與中溫集熱器檢測等技術，而島內也有廠商于2013年完成建立研制真空集熱管產能設備，預計開發吸收涂層吸收率≧0.95；最高操作溫度300℃的中溫真空集熱管，并已成功開發鍍鋁(反射率≧0.89)與鍍銀(反射率0.92)的反射板。

由于中溫聚光型集熱器的集熱效率會受當地漫射率所影響，也有學者進行漫射率相關研究。從其實驗結果證實，當漫射率每下降10%，將使集熱效率提升約3%。而漫射率越低時，表示日射量愈穩定，聚光型的集熱器效率就會越好，顯示漫射率是影響聚光集熱效率主要原因之一，但島內尚未出現完整的漫射率預測模式。

臺灣屬亞熱帶海島地區，日照漫射率較高，聚光效率不如內陸型地區，且局限于地窄人稠與多臺風，較不適合設置大型聚光追日系統，但適合開發聚光不追日的定置型復合式拋物面集熱系統(CPC)，此系統可聚集操作溫度雖較低(≦120℃)，卻足以應用于工業制程預熱，且因開發成本較低及可吸收部分漫射量等優點，這對于高漫射率而言，顯然較具發展優勢。

在中溫吸收膜研究上，目前島內企業己完成批次濺鍍中溫太陽熱能選擇性吸收膜制程設備建立，經實驗證明所研制的集熱膜操作溫度已能耐溫達500℃，未來持續進行商品化開發驗證完成后，對島內邁入中溫集熱系統技術研究將有很大助益。

3.太陽熱能空調應用系統開發

太陽熱能空調系統（如圖4）可分為集熱系統、制冷系統及通風系統三大部分，島內發展現況分述如下：

圖4 臺灣產太陽熱能空調系統示意圖

(1) 集熱系統：集熱效果攸關制冷效率，以往制冷技術中較主要問題在集熱溫度無法提供制冷設備足夠能量，目前島內部分真空管集熱器產出熱水溫度最高可達85℃以上，足可提供制冷設備工作的能量。若使用線性菲尼爾透鏡集熱，以提升集熱效率，預估可將溫度提升至200℃以上(若搭配追日系統)，配合儲熱系統的開發，能有效提高制冷效率。

(2) 制冷系統：利用太陽能制冷與太陽熱能供給保持一致性的特性，當天氣越熱、太陽輻射越強時候，太陽熱能制冷系統效能也越高，這是位處亞熱帶臺灣發展太陽能制冷最有利優點。太陽熱能驅動制冷一般分為噴射式、吸收式和吸附式3種制冷方式。

圖5 建筑整合化太陽能集熱器

搭配聚光式集熱系統的太陽熱能制冷系統除了可制冷外，余熱若考慮用來產生熱水，可提供家用熱水，提高太陽熱能整體應用的效率；此外在不需使用空調季節，該系統也可充當熱水器使用，俾使全年皆能利用太陽能。

(3) 通風系統：太陽熱能通風技術一般被歸類為被動式通風技術，相較于傳統主動式通風技術，太陽熱能通風技術具有不需使用額外能源特點。太陽熱能通風技術相當多元化，島內研究機構規劃籌建的綠色魔法屋，首先于島內將整合型太陽熱能通風塔概念融入該綠色建筑內，另外學界研究團隊提出以熱管輔助、加強太陽熱能通風效果技術，該技術可提供工廠的通風規劃，或建物整合設計參考。

4. 太陽熱能產品建材化應用技術開發

島內目前每年安裝太陽熱能產品產值約新臺幣14億元，每年新建物比例約占總建物3%，經調查研究新建物中約有30%比例適合安裝太陽熱能產品，換算每年產值約為新臺幣40億元，欲達到此產值的條件，包括產品品質、民眾可接受售價外，是否可被建筑業、營建業采納而成為建材化整合應用，將成為主要關鍵因素。

太陽能集熱器與建筑整合的考量重點，除了美觀及集熱效率外，尚包括系統抗風結構設計與安裝介面的防水、排水、防漏工程等，目前島內太陽能熱水系統大多仍采傳統支架式安裝，且為達最佳集熱效果，其安裝角度約在15至30度之間，此條件使得系統必須承受環境風力；尤其臺灣臺風多，若系統未能有足夠耐風能力，極易造成損毀甚或吹落地面。

圖6 全臺灣歷年集熱器安裝統計表

有鑒于此，已針對既有安裝型式的熱水系統完成抗風性能改良及延長熱水系統壽命研究，以確保安裝的安全性。且傳統支架式安裝，影響現代化建筑物外觀，不利于推廣。因此，藉由太陽能集熱器與建筑物間介面整合化設計、如標準扣件、標準尺寸以及標準接合方式等，在不影響集熱效果下，可改善對建筑物外觀的影響。目前已有少數架構式、嵌入式整合化太陽能集熱器案例建置，可整合于建筑物斜屋頂、女兒墻、欄桿及雨庇等用途，未來可進一步推廣建材化(建筑一體化)太陽能集熱器技術，建構完整技術發展體系。

建物整合另一個重點項目為建筑整合化集熱器開發，在建材化集熱器的研制方面，島內已完成適合安裝于女兒墻與遮陽棚的新型集熱器設計開發，未來將持續精進設計，并進行示范與推廣，擴大建筑整合式集熱器開發技術的應用層面，并整合前述太陽熱能空調、通風及熱水系統等技術，發展多功能“零碳建筑”屋的理想。

推廣應用成果

近年來在臺當局大力補助推廣下，太陽能熱水器安裝面積趨向穩定成長，截至2013年底，島內太陽能熱水器裝置安裝戶約達52萬戶，每年總安裝面積約12萬平方米，裝置面積密度為每平方公里有66.87平方米的集熱器面積，在全球排名第5位，每年可省下約615萬罐20公斤裝液化氣，約減少45萬噸二氧化碳氣體排放。

依國際能源署統計，至2011年為止，全球太陽能集熱器總裝置容量為234,573兆瓦。全球前三大的太陽能集熱器市場依序為中國大陸(151,180兆瓦，占全球總裝置容量的64.87%），美國(15,889兆瓦，占6.77%），德國(10,732兆瓦，占4.58%）。臺灣在太陽能集熱器總裝置容量已達1,510兆瓦，在全球排名第14位，約占全球太陽能集熱器總裝置容量的0.64%。