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綠建築：綠建築就是太陽能建築嗎

100/04/06 24931

歐文生｜勤益科技大學景觀系

太陽能利用是綠建築重要的技術之一，但很多人把綠建築誤以為就是太陽能建築，這是以偏蓋全的想法。根據研究，人類已知的石油儲存量僅能再使用四十多年、天然氣存量六十餘年、煤存量大約 160 年。因此，開發再生能源取代舊有化石燃料已是刻不容緩的議題。由於太陽能具有無汙染、無公害，且有取之不盡、用之不竭的特性，先進國家無不積極投入研發。尤其是我國能源對外依存度高達 98％以上，太陽能的利用和發展更深受國人的期待。

太陽能的利用大致上可分為熱能和光能兩種形式，其中又以光電能量轉換的應用比重較大。光電能量利用方式是使用特殊的半導體材料，製造太陽電池或稱晶片；再把晶片模組化後成為太陽能光電板，經由光線照射後，可以把光能直接轉換成電能。

近年來，由於半導體工業的蓬勃發展，使得製作太陽電池的技術快速進步，製造和發電成本也逐漸降低。因此太陽能光電的發展和利用，將和國人生活的居住環境息息相關，其中太陽能系統和建築的整合稱為「建築整合型太陽能光電」（building integrated photovoltaic, BIPV）。

臺灣能源短缺和地窄人稠的環境條件，促使太陽能光電朝向 BIPV 發展，儼然成為時代趨勢，這潮流可以從城鄉環境中觀察得出。近年來，太陽能光電板有如雨後春筍般地湧現，占據了屋頂和空地。

目前國內太陽能光電板設置的經費大多仰賴政府補助，對於太陽能發電的效益評估，偏重在增加多少鋪設面積和增加多少發電總量等數據。而不知除了這些考量因素之外，應當省思我國發展再生能源的方向，是否偏離了地球環保和永續發展的宗旨？

我們經常從傳播媒體得知，某地太陽能光電設置規模刷新紀錄、總發電量是如何地高、回收年限是如何地短等斷章取義且帶有歌頌偉大再生能源的議論。但在宣導上，往往不談再生能源投資昂貴且得來不易的事實。長此下來，恐怕對於民眾能源使用的觀念產生嚴重的誤導作用。

有鑑於此，本文簡述太陽能光電的發展，兼論臺灣日射量特徵，並針對臺灣日射量和德、日比較，最終提出 BIPV 的核心價值所在。

太陽能光電的發展

國際現況

太陽能產業的發展，以德、日發展較先進，美、英也不遑多讓。德國的太陽能發展起步甚早，尤其在 2000 年實施再生能源法（Renewable Energies Laws，德文縮寫是 EEG），促使太陽能科技產業蓬勃發展。

位於亞洲地區的日本，1989 年由政府率先建立規範制度，接著在 1994 年開始實施獎助辦法，每戶 3 千瓦的「與市電並聯型太陽電池發電系統」，政府補助 50％（逐年遞減）。據統計，從 1994 年裝置戶數 539 戶，發電量 1.8 百萬瓦，到 1999 年的裝置戶數超過 18,000 戶，總發電量超過 60 百萬瓦，到了 2003 年時，裝置的戶數達到 10 萬戶，總發電量達 100 百萬瓦。

在美國，1984 年的 Carrisa Plain 設立了 3 百萬瓦集中型系統，奠定了里程碑。1997 年，柯林頓總統宣布了太陽能百萬屋頂計畫，預計到 2010 年在美國國內建造 100 萬座太陽能屋頂。這計畫完成後，每年可以減少排放的二氧化碳相當於 85 萬輛汽車的排放量。

此外，位於我國南邊鄰邦的菲律賓，由西班牙政府、英國的太陽能公司（BP Solar）和菲律賓政府三方簽署協議，斥資 4 千 8 百萬美元在菲律賓南部地區 150 個村落建構太陽能電源，由此可見國際間對於太陽能產業發展的重視。

上述國家對於太陽能產品和建築的整合，多是循著完善且合理的配套程序，對於建築的能源消費、設置地域條件、產品的耐候性能、使用安全維護等環節進行整合研發。特別是 1989 年日本政府建立太陽能建築規範制度，並立法確保太陽能光電產品的品質和保障使用者的安全。

在德國，為了鼓勵設置太陽能光電系統，更採取「產能」補助的策略，也就是政府不直接補助設置太陽能光電硬體設備，而是採取收購並保證回收電價的方式激勵設置風潮。藉由產能補助，積極誘導設置者竭盡所能地維護管理自家的太陽能光電系統，以保持良好的發電運轉效率和設備壽命。

德、日發展太陽能產業的做法，在法制面和推動面上的經驗值得我國借鏡（臺灣在 2010 年 4 月通過再生能源條例，其中已經採納了德國產能補助的觀念）。

臺灣現況

近 10 年來，臺灣掀起設置太陽能光電的流行風潮，到處可以見到設置案例。太陽能光電設備和建築物結合的方式，大多直接在建築物的平屋頂或露臺上架設太陽能光電板。

從建築物外觀而言，太陽能光電設備如同廣告招牌或屋頂水塔，成為名符其實的建築物附加設備，而不是「整合」建築。從建築物能源利用觀點而言，關於發電效率、再生電力和傳統電力規畫、運轉穩定度及管理維護等諸多問題，卻鮮少受到補助者和設置者關心，甚至只是醉心於追逐設置業績的成長表象而已，對於日漸吃緊的傳統電力負載的幫助微乎其微。

對於這種直接架設在平屋頂和露臺的光電板，一般來說，觀感普遍不佳，於是促使設計者暫且忽略光電板發電效率，轉而追求別出心裁的造形變化設計。爾後出現的案例的確令人耳目一新，然而還是患了漠視設計配套程序的弊病（不知做發電效率預估、再生電力與傳統電力規劃、運轉穩定度及管理維護等諸多問題的考量）。這些稱為經典的示範案例，從不宣導如何節約能源，反而誇耀再生能源的科技偉大，如此做法很容易讓普羅大眾陶醉在電力無虞的憧憬中，忘卻節約能源的重要。

最近有些地方政府在所轄水域環境中，引進了太陽能動力船當作遊水運具，以取代部分傳統燃油的遊艇。主辦單位這個作為，從環保觀點來講，採用無噪音、無排放廢氣的綠色交通工具，的確值得讚揚。但是若能進一步宣導告訴民眾，為了環保、節能減碳，花了很多的錢才能得到一點點再生能源，也請民眾多重視居家的節能措施，如此才是真正落實環保教育示範的真諦。

綜上所述，目前國內太陽能利用的設計風潮，大多不以節約能源為設計首要考量，設置目的可能為了宣示高科技、展現造形創意，或為了不計成本的發電而發電。影響所及，恐會誤導民眾以為太陽能發電足以解決建築物能源短缺的問題。

臺灣氣候與太陽能光電的發展

臺灣的日射量

國內對於臺灣日射量一直有「日射量充足」和「日射量不足」之爭。

持日射量不足的論點有「臺灣的日射量明顯低於同緯度地區」、「臺灣只是氣溫高而非日射量高的地區」等論述。持日射量充足的論點有「我國日射量遠比日本及美國大部分地區為佳」、「亞熱帶的臺灣地區，陽光充足，日射量大」、「南臺灣的陽光含金量極高」、「在臺灣的屏東地區，太陽能的發電量足足比德國及日本高出 50％」、「臺灣地處熱帶及亞熱帶地區，日照豐沛、緯度適中，相較於世界其他國家，發展太陽光電具有相對優勢」等論述。

至於國外文獻對於臺灣地區的日射量研究，和同緯度地區比較，則持日射量偏低的看法。例如，美國太空總署對於地球日照輻射的研究顯示，長江中下游和臺灣地區明顯是日射量較低的區域。美國著名的國家再生能源實驗室（National Renewable Energy Laboratory, NREL）繪製的地球全天空水平輻射量分布圖和中國日射量輻射分布圖，都顯示臺灣年平均日射量（介於 3.0～4.5 kWh／m²／day 之間）明顯低於同緯度地區。

以上兩派專家學者對於臺灣日射量的看法差異極大，筆者認為太陽能發電量的根源來自於地表接受太陽輻射量的大小，因此試著以我國日射量的研究結果，和日本、德國的日射量文獻比較，來探討這個議題。

臺灣日射量與德國和日本的比較

筆者根據中央氣象局的氣象資料，收集年分是 1997 至 2006 年，統計分析後顯示，臺灣的日射量分布情形，在海拔 500 公尺以下的區域，大致上呈現由東北往西南方向遞增的現象。換言之，從東北角的基隆地區的年平均日射量每平方公尺每日大約 2.2 度（kWh），往嘉南平原一直到恆春地區的 4.7 度而增加。整體而言，臺灣年平均每平方公尺每日約有 3.1 度的日射量。

在德國的日射量方面，筆者根據李培特（Liepert）博士於 1997 年對於德國日射量的研究數據得知，德國年平均日射量每平方公尺每日約為 5.8度。在日本的日射量方面，根據 2001 年日本建築學會的日射量資料庫，日本 14 個城市測候站年平均日射量每平方公尺每日約為 4.9 度。

臺灣、德國和日本 3 地的年平均日射量比較顯示，臺灣的日射量僅是日本的 63％，大約是德國的 53％。這個結果出乎一般人的刻板印象，我們一直以為臺灣地處亞熱帶，理論上「越接近赤道，日射量越強」才是。殊不知長江中下游，從雲南、貴州、四川一路到臺灣，氣候潮溼多雨，空氣中的溼度也就是水蒸氣大量吸收了太陽輻射，因而降低了到達地表的日射量。

關於這一點，也可以從中國古籍文獻中嗅出端倪。例如四川自古以來常以「蜀犬吠日」來形容當地的氣候，根據中國氣象站科學文獻所示，四川成都的地表日射量約為大氣圈外日射量的 10％，廣州和臺灣則同為 20％，都是同緯度地區日射量較少的區域。而我們常見晴朗、清晰的西藏拉薩布達拉宮照片，到達地表的日射量則高達 50％。

綜上所述，臺灣在發展 BIPV 的過程中，在發電效益上應當正視「臺灣的日射量明顯低於同緯度地區」、「臺灣只是氣溫高而非日射量高的地區」的氣候特徵，以免過度期待發電量。

建築整合型太陽能光電的發展　建築運用太陽能也是「綠建築」設計的一環，符合「綠建築」講究的「順應環境」、「因地制宜」的技術。發展太陽能建築，必須有「全球思考、地方行動」的認識，注重「地域環境因素」，同時須考慮「產業環境因素」，以及其他「綜合效益因素」，如此一來，BIPV 的實際效益才會彰顯出來。

從「地域環境因素」而言，應當認清「臺灣的日射量明顯低於同緯度地區」的事實，切莫高估了發電量，甚至誤信「投資太陽能發電產業可以在 5 至 10 年內回收」的神話。這幾年來，筆者也觀察到國外著名的太陽能效益評估軟體進入臺灣，這些軟體的日射量氣象資料庫數據明顯有問題，運算邏輯有的以大氣圈外的日射量來推估，有的以某一城市的片段日射量數據來演釋全臺灣。影響所及，不僅降低了推估準確率，也普遍一致地高估發電量。這是屬於我們必須留意的地域環境因素。

在「產業環境因素」上，政府應當留意綠色產業是否真正在臺灣扎根。目前風行並席捲我國的太陽能光電設置案例中，太陽能板、電力轉換器、監控設備等，有很大比率都是國外製品，我們幾乎快淪為國外產品的拼裝實驗場了。

此外，我國行銷全球 Made in Taiwan 的許多太陽能光電商品，例如茂迪、旺能光電模組、臺達電力轉換器等，品質享譽國際，卻在內銷市場敵不過次級舶來品，到底是何緣故？是否我們的採購制度保障了國外劣級品，而犧牲了優良國貨？這些課題都是必須正視的產業環境因素。

在「綜合效益因素」上，一個好的 BIPV 設計，大多是整合多目標型的案例，而且都會對建築物進行先期能源評估作業。評估能源的合理使用量後，決定再生能源的規畫，再選用或組合以下幾項可能效益，達到建築能源永續發展的目的。

建材減量效益—在建築外殼有利位置，以太陽光電板取代建築材料（例如帷幕牆、頂棚），減少建築材料的使用，也等於降低二氧化碳的排放量。
外殼遮陽效益—太陽能板的構造本體具有遮蔽陽光的效果，因而阻擋太陽輻射熱進入室內，得到降低室內空調負荷的效益。
其他節能效益—為了增進發電效益，結合通風、聚光、功率追蹤等方式以提高發電量，除了可以降低建築物本身對於公共電力的依賴度外，也可做為其他誘導式設計的電力來源。

人類過去不當的觀念，一直以「持續的生產來解決持續的消費」，讓世界提早面臨化石燃料枯竭的危機。隨之興起的再生能源的研究、投資和應用，不應重蹈在電力不夠用時就生產更多電力來消費的「惡性循環」覆轍。因此，國際上對於建築太陽能光電發展的核心價值，首重於「建築生命周期能源消費」的整體評估觀念，也就是先講究設計低耗能的建築，再談再生能源的加持。唯有先落實「節約能源」，再談開發「再生能源」，才能避免墮入永無止盡的電力消費世界。

簡言之，BIPV 的先決條件在於建築本身的節能設計。

資料來源

《科學發展》2011年4月，460期，40 ~ 47頁

再生能源(106) 科發月刊(5221)

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