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太陽光電(二)：太陽光電-太陽帶的陽光選擇

102/02/08 12380

胡湘玲｜德國Bielefeld大學科學與技術研究中心

不需經由動能、熱能或化學能的轉換過程，太陽光電系統可將陽光直接轉換成電能。從1958年開始，太陽光電就已用來供給太空衛星的電力。隨時間轉移，在屋頂上、停車場自動售票機上、隔音牆上，或是空曠土地上，太陽光電系統逐漸供應全世界各地的電力需求。

1839年，法國物理學家貝克勒爾（Alexandre Edmond Becquerel）發現光電效應（photoelectric effect）。1876年，亞當斯（Walliam G. Adams）與戴伊（Richard E. Day）在矽結晶上證明了光電效應。1905年，愛因斯坦成功的解釋光電效應的原理，並且在1921年獲得諾貝爾物理獎。經過多次發現與不斷研究發展，1954年，美國貝爾實驗室的三位科學家（Daryl Chapin、Calvin Fuller與Gerald Pearson）終於第一次在矽晶片上成功製造出轉換效率高於4%，甚至達到6%的光電效應。從1950年代末，先鋒一號（vanguard I）人造衛星首度搭載太陽光電模組，歷經1960、1970年代的相關應用，太空計畫對太陽晶片的發展有絕對性的影響。

經過1970年代的能源危機，再加上日漸提升的環境意識，藉由半導體技術發展與太陽光電市場的成長，太陽光電的成本持續降低。1980年代，太陽光電已不只是應用在太空計畫中，也開始供應地面上人們的生活電力。此外，自1990年代以來，美國、日本與德國都紛紛開始透過立法來推動太陽光電；其中，德國環境部不僅致力帶動新型太陽晶片的研究，也透過再生能源法的制訂與十萬戶太陽光電屋頂的計畫，成功的促成德國太陽光電產業的勃興。

在太陽光電系統中，最重要的組成是太陽晶片。從1954年，科學家首度讓矽晶片產生光電效應到今天，全世界有90%的太陽晶片都產自以矽晶為主要原料的半導體技術。太陽晶片的運作原理主要是光伏效應，在光線的照耀下，也就是光子的作用下，以特定方式上下重疊放置的半導體層會產生正、負電荷，被電場分開的正、負電荷經由電導，便可以產生電流。藉由這種方式產生的直流電，可以藉由蓄電控制器儲存在電瓶中，但是會有損耗；或者，直流電也可以透過交直流轉換器轉換成交流電，回輸公共電網使用，這是最沒有損耗的做法。也就是說，電網是個最大型且最佳的電能儲藏設備。

將成行列的太陽晶片封裝成太陽能模組，再將多片模組用線路串聯架設在屋頂上或外牆立面上，就成了典型的太陽光電系統，也是一座太陽發電廠。當陽光照射，太陽光電系統產生直流電，再經過交直流轉換器將直流電轉換成交流電，就能與市電網併聯，供應電網立即調配使用。

以去集中化、也就是小型的發電系統來看，太陽光電可以避免大型發電廠在電力運輸與調配過程中所發生的電力損耗，可以省下輸配電纜的投資成本，以及大型電廠必要的高備載容量。以台灣99%以上的能源需要進口的現況來看，使用太陽光電能夠避免大規模故障的風險，降低我們對化石燃料的依賴，並且遠離（近東）國際緊張關係所導致的能源危機。這應該是我們位處太陽帶，最適合發展的發電方式。（本文由國科會補助｢新媒體科普傳播實作計畫─電機科技新知與社會風險之溝通｣執行團隊撰稿）

責任編輯：黃承揚｜英商牛津儀器海外行銷有限公司

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