一、前言
由於人口愈來愈多，加上取得土地成本不斷增加，在陸地設置太陽能面臨發展困境。根據Frost & Sullivan統計，近三年(2019年-2021年)全球共有107件FSPV專利申請(圖一)，2021年較2019年約成長兩倍，其中韓國專利申請數占33.3%為首。因此，設置於水面上（包括：水庫、水壩、人工湖、潟湖等等）的浮動式太陽能（Floating Solar Photovoltaic, FSPV）將成為未來再生能源發展重點之一。尤其是在土地資源有限的國家，如新加坡於2021年7月啟動一座超大型FSPV^註1 ，面積等同45座足球場，最高發電量為60MWp，每年可減少32千噸的溫室氣體(約7000輛汽車)，是全球內陸最大的FSPV。而以色列亦於2022年6月宣布將結合人工智慧開發新型FSPV^註2 ，預計安裝於Mekorot的水庫湖面。其透過機器學習建立一個控制水負載和抽水系統的智慧管理系統，藉此精準地控制FSPV的傾斜角度與追蹤太陽光線，並用來預測發電性能、電廠營運。

以下簡述Frost & Sullivan彙整之FSPV發展優勢與挑戰：

（一）優勢
由於FSPV不需設置於陸地上，因此取得設置場址部署FSPV成本較低，法規要求亦相對寬鬆。再者，太陽能模組在較低溫的條件下發電效率較高，因此FSPV利用水自然冷卻的優勢，可比陸域太陽能多產生10%的電量。此外，FSPV可防止水分蒸發（最多可減少40%的蒸發量）達到節水效益，亦可抑制藻類生長與較無沙塵積累於面板上影響效率。
（二）挑戰
截至2022年，FSPV的設置成本約為65萬美元~78萬美元/MW，約為陸域太陽能的1.25-1.5倍。然而，隨著部署規模擴大，設置FSPV的成本呈現下降趨勢。另外，環境條件（包括強風、海浪、高鹽度）將使得FSPV的營運和維護更為複雜和耗時。

二、FSPV關鍵零組件
標準的FSPV系統包含PV模組、電纜、變流器、浮動平台、錨碇系統，以下針對FSPV特有零組件以及創新技術-太陽能自動追蹤系統進行介紹：
（一）浮動平台支撐材料
高密度聚乙烯（HDPE）是目前浮動平台最為常見的材料，其次為纖維強化塑膠（FRP），另外還有中密度聚乙烯（MDPE）和鋼絲網水泥（Ferro Cement）等。
實例
1. 印度Adtech Systems Limited 企業為採用鋼筋水泥生產FSPV浮動平台的先行者之一，並在印度建置目前世界上最大的FSPV鋼絲網水泥浮動平台。
2. 法國Cier& Terre 企業則為FSPV浮動平台產業的主要參與者，提供傾斜角度為5 度和12度的浮動平台，可承受各種惡劣的海洋環境並運行30餘年。

（二）錨碇系統
錨碇系統主要將FSPV浮動平台固定於水上的系統，可分為以下3種類型：
1.堤岸錨固
將FSPV錨碇於水體岸邊，此方式亦為目前最具成本效益的錨固類型，但其適用性需取決於岸邊條件，較適用於淺水和小型水體，而其主要缺點則為可能影響原有景觀。

2.底部錨固
由於底部錨固具靈活性和廣泛適用性，為目前最常見的錨固類型。此種方法是將錨直接插入水底或水底的水泥基座中，再使用繫泊繩連接FSPV。由於涉及較複雜的規劃程序，因此底部錨固設置成本較堤岸錨固高。

3.樁錨固
此類型乃先在水底設置樁，並將FSPV繫泊到這些樁上，樁錨固亦為3種錨固類型中承受水位變化能力最佳的類型。然而其最大的缺點則在於建置過程中需重型設備和土建工程，導致其在3種錨固類型中設置成本最高。

（三）水底電纜
由於水位變化和風會導致FSPV移動，因此FSPV需預留額外的電纜長度，並以較鬆弛的形式佈線以因應浮動平台的移動及避免電纜斷裂。目前FSPV主要的電纜佈線方式有以下2種：

1.浮於水面上
利用電纜槽、電纜管線和電纜夾支架將電纜架在水面上，此佈線成本較水底電纜低，且更容易進行維護。

2.水底電纜
此技術係將電纜鋪設於水底，佈線時需潛水員導致成本較高。此外，當電纜斷裂時，此類型的維護成本和停機時間比浮於水面上的電纜高許多。然而，水底電纜的最大優點在於穩定性高，且能保護電纜免受波浪影響，適合風浪較大的水域。

（四）太陽能自動追蹤系統
由於水具高阻力特性，因此調整太陽能板的自動追日系統為FSPV技術主要挑戰之一。目前FSPV的追蹤系統可分為以下2種：

1.單軸追蹤
近年FSPV系統大多採用單軸移動的追蹤系統以有效捕獲太陽能，主要有兩種，一是由浮動平台圍繞中心樁移動；另一則以固定外環支撐旋轉。由於沿單一方向移動的阻力較低，因此技術較雙軸追蹤系統更為容易。

2.雙軸追蹤
使太陽能板可朝兩個軸向移動的設計，主要是在浮動平台上加裝減波器，以實現第二軸向的移動，亦可減少風浪波動。2016年印度Yellow Tropus公司是全球第一家在部署雙軸追蹤的FSPV企業，其發電量較陸域太陽能多出40%。

三、FSPV未來發展趨勢
根據Frost & Sullivan分析，未來FSPV以下三種應用將大幅成長：
（一）FSPV結合水力發電廠
水庫的水位在雨季時最高，在夏季時則因缺乏雨水及農工業用水需求影響，水位顯著下降，直接影響水力發電機組的發電量。若FSPV結合水庫水力發電設備可發揮以下優勢：
1. FSPV在夏季的發電量較高，可彌補水力發電夏季發電量不足的問題，以降低季節性的發電變化。
2. FSPV 可防止水分蒸發，有助於提高水力發電量。
3. FSPV可直接利用既有的水力發電輸配電網路，以降低設置成本。

（二）在日照度高的地區部署FSPV可提高經濟可行性
由於北非、南非、中東、印度和澳洲等高日照度地區已有許多人工湖泊和水壩，因此具備部署FSPV的巨大潛能和效益：
1. FSPV可利用水作為天然冷卻劑，以提高太陽能板的轉換效率。
2. FSPV可覆蓋水面減少水分蒸發，以解決水分蒸發率高的問題。
3. FSPV可抑制藻類生長，有助於避免污染水質。

（三）混合浮動式太陽能：整合其他海洋能技術
四面環海的島國的發電資源有限，為了滿足常規發電機組的能源需求，此類國家往往高度依賴進口化石燃料（例如：天然氣、煤炭和石油），此亦導致高發電成本和低能源安全性。

海洋能源為島國擁有的獨特資源，目前可透過波浪能、離岸風電和浮動式太陽能發電等方式加以運用，將更具經濟性及實現更穩定得發電模式：
（1）波浪能因時間和空間的不規則性導致的高度間歇性，可透過整合太陽能和風力發電實現更穩定的發電模式；
（2）雨季時海上浪潮相對較大，易對浮動式太陽光電產生負面影響，但風力和波浪能發電裝置卻可達更高的發電效率，形成發電互補；
（3）可在離岸風力發電的浮動平台上部署FSPV和波浪能發電系統，以節省成本及增加發電效益。例如德國SINN Power公司開發整合浮動式太陽能、離岸風電和波浪能的發電設備，其發電效能較單一海洋能發電設備更高。

四、小結
臺灣為人口密集度相當高的島國，取得土地成本相對昂貴且可設置太陽能板面積有限，因此FSPV可在兼顧景觀及環境的前提下設置於湖泊/水庫上，或整合離岸風電、海洋能發電，進而提高再生能源的發電效率及穩定性。

註1: 科技新報：新加坡60MW最大浮動式太陽能發電廠開幕。https://technews.tw/2021/07/15/sembcorp-tengeh/

註2: NSTC國家科學及技術委員會_駐以色列代表處科技組：逆轉全球暖化威脅，以色列結合人工智慧開發新型漂浮太陽能板。https://www.nstc.gov.tw/israel/ch/detail/fd9efcf3-42dd-4bfc-b630-d96f735334f0