太陽能發電原理是什麼？2大應用方式大解析，全面了解優勢在哪裡！

在這個重視環保與能源效率的時代，太陽能已經不再只是未來的發展趨勢，而是正在逐步改變我們生活的現實選擇。無論是想要降低電費開支，還是想要節能減碳，太陽能發電都可以幫助我們輕鬆辦到。

因此，越來越多家庭與企業會選擇安裝太陽能板，除了省錢以外更可以為地球的永續經營進一份心力。究竟太陽能未來的發展趨勢會走向何處，又可以替未來的我們帶來多大的生活變化？如果你也對綠電這個議題感到興趣的話，不妨就讓我們一起透過本文來掌握這場能源變革的先機吧！

太陽能是什麼？發電原理介紹

所謂的「太陽能」，指的是來自太陽所提供的能量；而這種太陽能量是可以通過不同的方法，將「熱能」轉化為「電能」。也正因為太陽可以提供源源不絕的能量，因此「太陽能」也被視為一種「可再生能源」。

太陽能的發電原理

「太陽能」的利用方式，主要可分為2大類：應用「光」的太陽能模組和應用「熱」的太陽熱能系統。而我們常提及的「太陽能發電」，其實就是透過「光電伏效應」，把太陽光當作為能量來源轉化為「電能」。

目前最常見的太陽能板材料為「矽」，根據「光電伏效應」的原理，太陽光照射到太陽能板時，「矽」會自動吸收太陽光子的能量，從而激發電子，並形成自由電子（負電荷）與電洞（正電荷）；而在電位差驅動下，自由電子和電洞會分別朝相反方向移動，進而形成電流。當電流被收集並通過外部電路時，即可轉換為可用的「電能」。

太陽能運用有哪些? 2大方式告訴你！

要知道「太陽能」的應用是隨處可見的，無論是在生活中或商業上，都可以看到不同的應用方式。以下就來介紹常見的2大運用方式：

1. 生活應用，還可賣電創造收益

近年來，隨著政府大力發展太陽能，許多公家機關、學校、溫室、畜牧禽舍或住家，也開始著手在屋頂上架設太陽能板發電，用來抵銷部分用電，以達到降低電費、遮蔭降溫的作用。另外，還可藉由太陽能發電系統回賣給台電，或把屋頂租給公民電廠的開發商，藉此收取租金與分潤。而在熱能應用上，太陽能熱水器也是臺灣家庭和商業建築中常見的設施之一。安裝太陽能熱水器不僅可以降低能源消耗，也能節省大量的電力花費。

2. 政府與企業的應用

政府與企業經常會採取建置大規模的太陽能源案場，再經過評估後，案場即可設置在垃圾掩埋場、鹽田、水庫或是林地與不利耕作區，進而成為2025年再生能源發電佔比20％政策目標，以及2025年太陽光電裝置容量達20GW的重要能源來源。

除了地面型的太陽能發電案場，「漁電共生」也是一個發展太陽能的新方向。在「漁電共生」的模式下，在養殖區域的水面、池邊或水池上方額外安裝太陽能板，結合養殖與綠能發電系統，可以解決土地資源的競爭問題。

除了我們最常見的黑色矽晶太陽能板，廠商與研究單位也積極研發新型態太陽能，並尋找其他材質來擴大太陽能的應用範圍。舉例來說，「鈣鈦礦太陽能」若跟現有的「矽晶太陽能」複合應用，可以提升發電效率或是整合到建築上，讓窗戶維持透明外的同時也能導光發電。

太陽能發電量如何計算？

基本上，會影響太陽能發電量的因素非常多，裝設的位置、日照條件差異、天氣條件變化，或不同廠商的發電轉換率差異等，都會影響每年發電量變化。但就算如此，仍可透過以下公式來獲得預估發電量：

每年發電量（度）＝ 裝置容量（瓩（kW））x8760小時（一年的小時數）x所在地容量因數

根據能源局太陽光電單一服務窗口的評估，每瓩（kW）的太陽能發電設備約需要3坪（10平方公尺）的設置面積。因此，如果想知道自家可以架設多少太陽能板，以臺北市屋頂有30坪空間的房子為例，可以這樣計算：

30坪的面積約可設置10瓩的裝置容量，而根據112年​​太陽光電容量因數，臺北市年均容量因數為11.48%，故每年能產生的電力約為：

10 × 8,760×11.48% = 10,056度

但仍需要注意預估的結果，不一定等於實際的情況。上述提及的外部因素皆會影響發電量，也因此預估時我們只能依據上一年的裝置容量與實際發電量，來計算容量因數，並依容量因數來估算可能的發電量。

太陽能發電價值在哪裡？3大優勢看這邊！

架設太陽能板，除了可以獲得經濟上的收益，也可創造以下3大面向的優勢：

✅環境層面

太陽能發電也有助於改善環境，以傳統的化石燃料來說，例如：燃煤和燃油，發電時會釋放二氧化碳和其他空氣汙染；不只會加重全球暖化，多種空氣汙染物也有可能影響人類健康和生態系統。相對而言，太陽能發電過程中不會產生二氧化碳、空汙排放，這對於減緩氣候變遷具有非常重大的意義。

✅國家政策層面

太陽能發電，可有助於臺灣能源自主性！由於臺灣能源約有95%依賴進口，使得臺灣在國際能源市場承受較大的風險波動。而太陽能發電能夠減少進口能源依賴，提升能源供應的穩定性。除此之外，太陽能技術的發展也促進了電力系統現代化與智能化，有助於構建更靈活和可靠的電力網絡，更進一步增強臺灣的能源安全，並促進國家在能源政策上的自主決策能力。

✅經濟發展層面

在經濟發展層面，太陽能發電的普及帶動了能源產業發展，包括：創造就業機會、推動綠色經濟的增長。根據國際能源署（IEA）的報告，在2024年，全球對再生能源的投資為化石燃料的2倍。此外，隨著太陽能技術的成熟和成本的持續下降，太陽能發電的價格相較於過去已經顯著降低，家庭和企業都能夠以更低的成本獲得再生能源，替未來的經濟增長提供新的動力和發展空間。

太陽能未來發展趨勢大解析！

儘管太陽能在使用上擁有許多優勢的要點，但在實際應用中卻仍需面臨一些需要克服的挑戰與新技術：

▶間歇性能源

太陽能為一種間歇性能源，在將太陽能納入電網時，需要改變原本強調「基載電力」的電力調度方式。需依據天氣條件和當下太陽能的發電量，來調整其他化石燃料機組的發電量，或是儲能系統的儲電量。

故當廣泛安裝太陽能時，除了需要增加饋線讓電力進入電網、增設變電所以調整電力頻率，也可更進一步發展大型儲能系統，在發電量充裕時儲存太陽能。當然，若可以結合AI與更精確的天氣預測技術，提升預測發電精準度，都將可以更靈活調度電網的電力分配。

▶太陽能板回收

隨著太陽能的裝置容量不斷增加，太陽能板回收也成為重要議題之一！環保署以太陽能板20年的使用壽命進行廢舊量評估，預估民國121年廢棄量約1萬公噸，民國124～128年間則達到約10萬公噸之廢棄量。

而在太陽能板的回收過程需要技術的不斷更新進步，以減少汙染、降低成本並提高回收率。為了建立廢棄太陽能板的回收機制，能源局在「再生能源電能躉購費率及其計算公式」納入太陽光電模組回收費用，以每瓩（kW）1,000元進行徵收。

▶新技術提升

「矽晶太陽能板」雖然技術穩定，但其需要很大的設置面積。故新世代太陽能的研究也受到重視，如：染料敏化電池（Dye-Sensitized）、鈣鈦礦電池（Perovskite）等，其目的是為了提升發電功率與應用的靈活性。

然而新世代太陽能該如何邁向大規模商業化，以及是否具備長期發電穩定度，與後續的回收和溶劑處理皆為一大挑戰，也是新世代太陽能板未來發展的重要關鍵。面對未來的挑戰，太陽能產業需要更好地整合資源，發展新技術，朝向提升效率、智能化和多元化的應用發展。

但當企業有綠電需求，卻難以投入太陽能案場的建設，可以透過售電業者獲取綠電將是快速且方便的途徑。綠電交易平台通過創新技術和靈活的商業模式，促進綠色電力的普及，提供可靠的售電服務，為企業和個人提供了參與綠能市場的機會，使更多人受益於可再生能源帶來的優勢。如果你也想了解更多有關於臺灣目前的能源改革相關議題，那就快到星星專欄看看吧！