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全球太陽能及風力發電技術趨勢

古慧雯/ 發布日期:2020/05/06/ 瀏覽次數:157

基於實現「巴黎氣候協定」控制全球平均氣溫升幅低於2℃,各國共同遏阻全球暖化之共識,能源轉型將是減少碳排放與降低氣候變化影響的核心途徑,因此再生能源大幅成長,2010年至2019年間風力發電與太陽能於全球總發電量的占比已從4%成長至18%。BNEF的研究報告指出全球無追蹤系統之太陽能的平均發電成本(Levelized cost of electricity, LCOE) 已從2009年304美元/MWh降至2019年的57美元,降幅達81%;陸域風力發電由93美元/MWh降至2019年的50,降幅為46%;海上風力發電則由160美元/MWh降至2019年的89美元,降幅達44%。因再生能源的成本下降與技術改進,削弱了原本以化石發電為主的市場,也降低對政府補貼政策的依賴,因此2019年已有越來越多的國家/地區,以太陽能或風能為新的發電方式。

 

一、太陽能技術發展趨勢

(一) 晶片切割技術
晶片切割是太陽能矽晶片生產過程中一個重要製程,在過去兩年中幾乎所有製造商都從早期的砂漿切割技術演變成鑽石線切割,可降低矽原料的使用量與增加晶片可切割的數量。

(二)先進太陽電池設計
製造商藉由改良太陽能電池設計(如背面射極鈍化太陽能電池passivated emitter rear contact, PERC),和增加集電的匯流排(busbars)數量以提高產品的能源轉換效率。同尺寸太陽能板的匯流排數量已從2016年的4條至今增加到12條,這將使每個cell的輸出功率增加0.1W。

(三)雙面(bifacial)太陽能電池模組
雙面(bifacial)太陽能電池模組即正反兩面皆裝有太陽能電池,除正面吸收陽光外,背面模組也可吸收地面反射光,繼而增加發電功率輸出。BNEF分析師曾預估2019年雙面模組的產量將增加1倍以上,再加上2019年美國政府通過雙面模組的關稅豁免法案,促使雙面模組市場將大幅成長。

(四) 鈣鈦礦(perovskites)太陽能電池
鈣鈦礦是一種與鈣鈦氧化物 (CaTiO3)晶體結構相同的材料,與矽原料最大的不同在於鈣鈦礦容易透過簡單的化學方法產生,且可從不同的光譜吸收能量。生產成本低且可與矽晶混合堆疊增加功率輸出的特性,因而被視為最具有潛力的新興太陽能電池技術。目前英國Oxford Photovoltaics開發的鈣鈦礦/矽晶混合式電池轉換效率已達28%,超過矽晶電池的22%。

二、風力發電技術發展趨勢

(一) 變速箱技術的創新
在整個風力發電系統中,齒輪箱為重要之關鍵組件之一,隨著風機大型化趨勢導致運輸成本的增加。因此變速箱創新的結構配置,以緊湊的結構設計降低運輸成本,提供製造商(例如ZF和Winergy)能更彈性的選擇製造地點。

(二)預測技術
風力發電導入大數據和物聯網技術,藉由氣候的資訊可預估風力發電的產能輸出,以及進行系統診斷或故障預測,優化維護作業的安排,以減少發電量損失和降低維護成本。

(三)風力發電機尺寸
近年來隨離岸風力發電的發展,渦輪機尺寸有大型化趨勢,開發商可減少安裝的數量,亦可節省大量的鋼材和基礎。目前最大的商用渦輪機是9.5MW的MHI Vestas 164,在2018年3月,General Electric於2019年建置Haliade-X 12MW於鹿特丹進行測試並計畫2021年開始商售,其塔高達260m,葉輪直徑達220m,預測渦輪機的容量係數(實際產能佔額定容量的比例)將達到63%,比產業標準約高出5%。

(四)浮動式風力發電機
浮動式風力發電機技術的發展促使可在更深的海域建造風場,可降低安裝成本。目前業界正在開發各種浮動式平台設計,且示範項目已從單個渦輪機擴展到多個:如WindFloat Atlantic在葡萄牙海上測試的三座渦輪機示範專案;Equinor在蘇格蘭外海的五座渦輪機示範專案,顯見浮動式離岸風場正處逐漸商業規模化中。BNEF分析師預估浮動式離岸風機到2030年將有1.2GW安裝容量,最大市場為法國和日本,且日本目前尚有1.8GW未決定採用傳統基座或是浮動式基座,預期離岸風力發電將成為下一波風電市場成長動力。

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