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SOLAR POWER PLANTS Q&A
工程相關Q&A
A01.
  • 安裝角度
  • 緯度越大陽光越在南邊,為接受最大的陽光照射太陽能光電板安裝應有傾斜角度。以並聯系統而言一般採用當地緯度作為適當傾斜角度;以獨立系統而言,為使光電板在冬天接受較大陽光通常以緯度加上10~15度作為傾斜角度,例如在台灣緯度為23度,則需傾斜33~38度左右。

  • 安裝方向需面向正南
  • 安裝時太陽能模板需面對正南邊,水平仰角與當地相同,即可在全年裡吸收最大能量產出最多電量。

  • 避免遮陰
  • 架設太陽光電板的場地周圍須避免高樓、樹林或其他有可能遮蔽太陽光照射太陽光電板的高物遮蔽物以達到最大的發電效益。

  • 選用適當的電力線
  • 適當電力線能傳導最佳電力,請參照所購太陽能光電板說明。

  • 安裝面績估算
  • 結晶矽太陽能模板:每設置1kW約需10平方公尺,如果設置10kW,所需空間約100平方公尺。
    非矽晶太陽能模板:每設置1kW約需18平方公尺,如果設置10kW,所需空間約180平方公尺。

  • 太陽能光電板數量
  • 太陽能光電板越大單位發電量價格越低,例如1片80W太陽能光電板比2片40W太陽能光電板價格便宜,因此太陽能光電板在滿足總發電量的前提下,單片發電瓦數越高數量越少越好。
A02.
需要視系統型式而定,如果是並聯型則不需要設置。
A03.
首先必須瞭解當地政府相關電力法令是否允許與公用電力網絡並聯,這分為幾種情況說明:
  • 電力法令不允許,不建議使用者規劃此型式系統。
  • 電力法令允許並聯,但不允許回售電力,則尖峰發電量建議小於同時段用電量。
  • 電力法令允許並聯,且鼓勵將本離散式發電系統的多餘電力回售給公共電力網,這是最適合安裝本系統的情況。
  • 發電量除了用戶自用之外,多餘部分透過一個回售電錶計算電量,回售給電力公司。
  • 安裝者除了瞭解以下的規劃要點外,必須遵守當地政府相關電力法令。依據設置依據, 使用者可以決定出系統規模。
  • 以並聯型發電發電而言,設置規模的主要考慮因素為其節能目標(為安裝者省下電力、有多少電力可以回售給電力公司)。
A04.
一.串並聯設計
  • 同一系統的太陽能光電板型號須為一致。
  • 串聯回路的發電電壓,必須在安裝地點高低溫環境下,均能有效發電,即均在選用的轉換器MPPT電壓追蹤範圍內。
  • 串聯回路的開路電壓,不得超過選用轉換器能接受直流輸入範圍。
  • 如有兩個或以上串聯回路,則每個回路的發電電壓須為一致,即每個串聯回路的太陽光電板數量須相同。

二.轉換器容量
具有防孤島效應(anti-islanding),在市電斷電時能自動跳脫,確保安全;並能于市電恢復正常時,自動複歸運作。具有完整保護功能,過電流、過低/高頻率、過低/高電壓、接地失敗等。

三.安裝面積
  • 晶矽光電板所需安裝面積約8~10m2/kW。
  • 非晶矽光電板所需安裝面積約15~20m2/kW。
  • BIPV光電板所需安裝面積須視其造型與功率而定。
  • 北半球太陽光電陣列以面對正南、南半球太陽光電陣列以面對正北可得到最高發電效率。
  • 並聯型系統以追求全年最高發電量為目標,以當地緯度值作為光電陣列水準揚度可得到最佳效果。
  • 安裝追蹤型支撐架,追蹤太陽方位與角度,可以提升30%~40%的發電量。
A05.
  • 線路損失:輸電線路會造成損失,必須慎選正確線徑以降低損失;通常應控制在4%或更低的水準。
  • 轉換損失:太陽光電陣列輸出直流電,當轉換為交流電時會造成損失,因此必須慎選轉換效率高的轉換器。
  • 現在並聯型轉換器的尖峰效率通常在92%以上,平均轉換效率也都在90%以上。
  • 轉換損失請參考所選用並聯型轉換器的數值估算。
  • 變壓損失:如果並聯型轉換器輸出規格與當地電力規格不同,必須在光電系統與市電間加裝變壓器。
  • 應選擇變壓效率95%以上高效率機型,以儘量減低此方面損失。
  • 自耗損失:轉換器、變壓器與其他監測設備需要使用電力,其耗電量將無法匯入市電。
A06.
日用電量-依據使用各項設備用電量,計算每日總用電量。
尖峰用電量-依據使用設備耗電量在各個時段使用情形,可估算出尖峰用電量。
蓄電量-連續陰雨天日照量必然降低,必須定出最大連續陰雨天的天數,以設計足夠的蓄電容量備用。

設計的發電量必須在所有時間均能滿足以上三種因素,所以必須了解獨立型發電系統的:
季節發電量差異-冬天與夏天的日照時間與強度不同,各季節發電量必須能滿足不同季節的用電量需求。

區域發電量差異-海上、高山與平地的的日照情況不同,必須做出正確的估算。
最長不足發電時間-連續陰雨天日照量必然降低,必須定出最大連續陰雨天的天數,以設計足夠的蓄電容量備用。
A07.
串並聯設計
  • 同一系統的太陽能光電板型號須為一致。
  • 獨立系統的串聯電壓通常為12V/24V/48V。
  • 串聯迴路的開路電壓,不得超過選用轉換器能接受直流輸入範圍。
  • 如有兩個或以上串聯迴路,則每個迴路的發電電壓須為一致,即每個串聯迴路的太陽光電板數量須相同。
  • 直交流轉換器容量以供應負載全部開啟功率的100%~120%設計。
  • 有一些線圈負載,如馬達啟動電流為運轉電流數倍以上,須了解轉換器能否負荷其尖峰電流。

充電控制器
  • 與太陽能光電板的串聯電壓須為一致。
  • 充電控制器的控制電流須大於太陽能光電板的充電電流。

蓄電池-電池蓄電容量通常以安培-小時表示,計算步驟如下:
  • 依據各項設備消耗電力定出每小時負載電流Atotal = A1 + A2 + A3 + …;
  • 估計各項設備每日使用時間 T1 , T2 , T3 …;
  • 估計每日總耗電量Qday= A1 T1 + A2 T2 + A3 T2+ …
  • 查詢當地氣候或者依照系統需求定出無日照(無發電)最長日數Dfail;
  • 計算有效蓄電容量C = Qtotal × Dfail
  • 為保持電池壽命,應增加安全係數25%,Cdesign = C × 125%

安裝面積
  • 晶矽光電板所需安裝面積約8~10m2/kW。
  • 非晶矽光電板所需安裝面積約15~20m2/kW。

方位與水平揚度
  • 北半球太陽光電陣列以面對正南、南半球太陽光電陣列以面對正北可得到最高發電效率。
  • 以追求冬天(日照不佳時段)最高發電量為目標,通常以當地緯度值加上10~15度作為光電陣列水平揚度。
  • 如能安裝追蹤型支撐架,追蹤太陽方位與角度,可以提昇30%~40%的發電量。

其他功能需求
  • 啟動柴油發電機:有一些地點的負載非常重要,如公用無線電話中繼站無線求生系統等。
  • 當氣候惡劣超出預期、或太陽光電陣列遭受破壞,需要有其他電力供應時,柴油發電機為最常見的選擇。
  • 資訊輸出功能:能提供系統運作資訊作為監測與維護用途。
A08.
防災型系統發電設置規模的主要考量為在電力中斷後,蓄電池組能提供多少電力與太陽能發電能補充多少電力等兩個要素。

  • 蓄電池蓄電量:依據使用各項設備用電量,計算每日總用電量,設計蓄電量。
  • 太陽光電陣列規模:依據設置地點日射量計算補充電力的能力。
A09.
太陽光電發電系統賣給電力公司的電力係以交流電力為準,在與台電公司的計量責任點上會安置一個標準電表,賣出發電量以此電表之紀錄值為準。台電公司會定期抄表,並與投資者定時結算售電金額。

此外,電力計算是整個太陽能發電系統中最重要的一部份,設計過多的發電量造成金錢上的浪費,不足的發電量造成使用上的困擾,甚至導致用電設備的停頓,產生巨大的損失。電力計算的最終結果必須決定出兩項要素:發電系統所需的太陽能發電量以及蓄電容量,接著才有依據去選擇適合的各種發電系統組件。

太陽能發電系統依其設立目的分為輔助電力系統及獨立電力系統兩大類,計算輔助電力系統的太陽能發電量比較容易,我們只要定出電力負載輔助量就可以決定了,例如電力負載輔助量的目標為每年省下500KWH(度)的電力,我們只要設計一個發電系統,其每年發電量超過500度(KWH)即可;至於電力獨立系統必須在所有時間(full time)都能負擔所有用電需求,因此需要考慮的因子有兩個,包括:

一. 平均耗電量
依據使用設備耗電量(參考下圖之依照場所及面積大小概估耗電量大小參考表或常用設備及電器耗電量估算表)可計算出平均耗電量。
依照場所及面積大小概估耗電量大小參考表
用途種別 電燈負荷 一般電力 冷暖房電力 全負荷電量
辦公事務所 37 59 37 113
工寮/宿舍 37 25 26 80
店鋪/百貨公司 62 72 43 156
學校 27 15 18 40
醫院 47 64 48 145
銀行 46 71 43 134
體育館 32 34 23 83
研究單位 60 108 53 240
倉庫 18 45 33 66
電腦計算中心 33 92 60 260
※以上舉例而言,如果是一個100平方米(30.9坪)的辦公室,那麼每月耗電量約為:
113W/m2×100 m2×24小時/1,000=271.2 KWH(度)
常用設備及電器耗電量估算表
電器名稱 消耗功率(W) 數量 每日使用時間估計(時) 全日用電量(WH)
春、秋天 夏天 冬天 春、秋天 夏天 冬天
個人電腦 150 1 2 2 2 300 300 300
電冰箱 120 1 24 24 24 2,880 2,880 2,880
電鍋 800 1 0.5 0.5 0.5 40 40 40
微波爐 1200 1 0.1 0.1 0.1 120 120 120
洗衣機 500 1 0.3 0.3 0.3 150 150 150
抽風機 30 1 2 2 2 60 60 60
吹風機 600 1 0.25 0 0.5 150 0 300
電視機 140 1 2 2 2 280 280 280
音響 50 1 1 1 1 50 50 50
冷氣機 900 1 1 3 0 900 2,700 0
電扇 60 2 2 4 0 240 480 0
省電燈泡 17 4 2 2 3 136 136 201
20W日光燈 25 10 3 3 4 750 750 1000
總功率 4928 總用電量 6,056 7,946 5,384
二. 尖峰耗電量
依據使用設備耗電量在各個時段使用情形可估算出尖峰耗電量。設計的發電量必須在所有時間均能滿足以上兩種因子,所以必須了解發電系統的:

  • 平均發電量:平均發電量必須大於平均耗電量。
  • 季節發電量差異:冬天與夏天的日照時間與強度不同,各季節發電量必須能滿足不同季節的耗電量需求。
  • 區域發電量差異:北部與南部,高山與平地的的日照情況不同,必須做出正確的估算。
  • 最長不足發電時間:連續陰雨天日照量必然降低,必須定出最大連續陰雨天的天數,並備足足夠的蓄電容量備用。

以上四點均與天氣以及日照量有關,國內中央氣象局有部分的日射量及日照時數調查資料可以參考。此外,本公司在全省各地包括高山及海上都有安裝太陽能發電系統超過50個站的經驗,也可以提供部分的數值,有興趣的朋友,可以跟我們聯絡索取。計算出發電量與耗電量(若為輔助系統則不必計算)後,剩下的步驟為選擇系統組件,幾個主要原則如下:

  • 太陽能光電板總發電功率能滿足發電量需求。
  • 充電控制器控制電流需大於充電或供電電流。
  • 轉換器容量需能滿足負載需求,並具有良好的轉換效率,以避免轉換損失。
  • 電瓶容量需能滿足連續低發電時段的用電需求。
  • 接線依照使用手冊指示,以盡量降低線路損失。
A10.
防災型系統發電設置規模的主要考量為在電力中斷後,蓄電池組能提供多少電力與太陽能發電能補充多少電力等兩個要素。

  • 蓄電池蓄電量:依據使用各項設備用電量,計算每日總用電量,設計蓄電量。
  • 太陽光電陣列規模:依據設置地點日射量計算補充電力的能力。
A11.
選擇興建系統商的考慮因素如下:
  • 太陽能系統工程為經驗與知識密集產業,應考慮過去的信譽與實績。
  • 系統商所選用之系統組件是否能營運20年,有無良好的保固方案。
  • 系統商對於長期發電效能的保證方案。
  • 服務是否完整而快速。
  • 應考慮最高性能價格比,而非僅追求最低價格。
A12.
太陽能發電系統有兩大區塊的設備與材料,第一為太陽光電板,以目前的技術所生產的產品一般能工作到30年以上,唯須考慮生產廠的資本額與商譽,在功率保證 20年的期限內,若有不符合生產規格情況發生,生產廠必須還能生存並要有負責處理的能力。第二為其他組件與施工是否正確,此要視系統商的各種保證方案而定。以上兩部分若若能選擇正確,營運20年並無問題。
A13.
太陽能光電板自太陽吸收的能量到轉換為賣給電力公司的電量的比例,此數值越高表示此系統能將越高的能量轉換出來銷售、系統的性能越好。以台電公司之電廠規範為例,其要求承包商在初設完成須達成PR > 72%的目標。 長期營運上除了初設的效能外,長期的效能也非常重要,正常的情況下此效率值會隨著太陽能光電板的功率衰減及材料老化每年會有1%的下降,若高於1.5%的下降,則表示光電板老化超乎預期或系統其他組件有設計或施工上的問題。

依據歐洲經驗,只有前20%之系統能達到PR > 0.78%的水準,慎選系統商將成為投資成敗之關鍵。聚恆對於我們的客戶比照歐洲頂標水準,提供比台電公司更佳的系統效能值(初設年 > 80%(10年平均值) > 75%)以上兩部分若若能選擇正確,營運20年並無問題。
A14.
台灣地區常有颱風、地震等天災,系統的施工強度如果不作加強,提升防風、防水、結構強度及可靠度,這樣的系統安全性將無法讓人放心。

太陽能光電板面積大,屋頂需要靠堅固的支架結構來固定,台灣四面環海且夏、秋多颱風,對於支架防蝕與耐風強度尤為重視,太陽能光電發電系統發展初期以鋼結構概念導入建築用C型鋼做為支架系統,沒過幾年即發生因銹蝕或颱風吹襲造成支架系統損壞,直接導致整個太陽能發電系統報廢,讓投資人血本無歸!

由HENGS所設計組裝之Sunup-G & Sunup-R 太陽能光電板支架,具備堅固耐用、安裝便利、美觀安全之優勢,並提供完善售後太服務與保固。
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