日本2020年太陽光電開發戰略

 

刊登日期:2021/3/10
  • 字級

李守仁/健行科技大學助理教授、白立文編譯
 
1973年石油危機,日本啟動了替代石油的「新能源技術研究開發計畫」。而後自1980年起陸續開啟了矽原料、結晶矽與化合物系太陽電池、低成本矽原料以及方形鑄造矽晶圓製作等太陽光電技術的研發。1993年日本開始將其太陽電池的研發成果應用於電子計算機等民生、獨立電源用途,之後,為了普及太陽光電發電設備與扶植產業繼續成長,接著於2004年訂定了太陽光電發電藍圖(PV2030、PV2030+)。眾多策略中最值得一提的是:日本於2012年實施的固定價格買電制度(FIT),藉此加速了太陽光電的導入。滄海桑田、時至今日,在甫推出之NEDO PV Challenges 2020中,日本訂定了降低發電成本、提高信賴性、消除場所限制、確定回收系統以及提高產業附加價值的最新太陽光電發電戰略目標。
 
FIT是大量導入的契機,而大量導入是支撐太陽光電產業發展的重要因素。首先受益的當屬太陽電池、模組因量產而成本降低,其後進而帶動施工、發電事業、運轉維護管理(O&M)與回收等產業發展,進而再以資通訊技術(ICT)啟動聚落(Aggregator)、虛擬電廠(VPP)等新商業模式。
 
2020年12月訂定之「2020年太陽光電發電開發戰略」則著眼於2050年發生大量導入時,社會可能面臨之五大挑戰的解決方案:以強化產業競爭力為目標之太陽光電產業高附加價值化、大量導入後社會將面臨之場所與電網系統的限制、提高安全性、建構循環型社會以及降低發電成本。
 
創造高附加價值產業
2004年時,日本在全球太陽光電市佔率超過50%,然2012年時陡降至9.0%,2018年進一步降至1.2%。大量導入的系統大多為地面設置型,此部份市場幾已被中國產品所獨佔,日系產品很難再切入。開發高附加價值;例如輕量化模組、設置於之前無法設置的場所等,應是未來較可行的發展方向。
1. 建築物(牆壁、窗)
商業部門的節能已成為全球性的重要挑戰。針對節能,日本對非住宅建築物訂出2020年新建公共建築、2030新建築ZEB(Zero Energy Building)的目標。面對此嚴苛目標,單靠節能是無法達成的,須再搭配太陽光電發電等再生能源的創能,方可達成目標。
 
具體而言,根據NEDO的試算,屋頂設置太陽光電板,結合節能與創能,具有83.2%的節能效果。如果牆面也設置太陽光電板,節能效果可提高至96.4%。相較於設置於屋頂的太陽光電板,設置於牆面的太陽光電板更要求「設計性」與「長壽命」。太陽光電板材料需能與建築材料擁有相同的使用年限(60年),其中至少得有20〜30年的發電壽命,目前使用的太陽光電板的壽命已約有30年,所以接下來需要努力的就是太陽光電板的「設計性」了。
 
2. 有重量限制的屋頂(工廠、倉庫的屋頂)
工廠與倉庫上方之大面積屋頂得為設置太陽光電發電設備的理想場所,唯大量設置沈重的太陽光電板時需另外考慮屋頂的荷重限制。現有的可撓性輕量薄膜太陽光電模組,受限其光電轉換效率低於結晶矽太陽光電電池(市售品光電轉換效率約18〜20%),實務上較少使用。如果能有光電轉換效率佳的超輕量太陽光電模組出現,則目前受限於荷重限制而無法設置太陽光電發電設備的屋頂,在不需額外結構補強下也將可以設置。
 
3. 移動體(車輛)
毫無懸念的,電動車將成為未來運輸工具的主流。太陽光電板除了設置於車體增加續航距離外,也可設置於充電站以作為電力來源。專家試算,如果車輛配置光電轉換效率達30%之太陽光電板,則一部車約可設置1kW的太陽光電板,在適當的使用模式下,可以達成零充電的夢幻目標。
 
場所與電網系統的限制
FIT加速了太陽光電發電系統之大量導入,唯導入之潛力並非無限。例如﹕經濟效益較佳的設置點日漸難覓;一旦達電網併聯容許量上限,新設系統即無法再併聯。在FIT制度下,收益是原本主要的考量點,然而經過一段時間的演化後,鑒於低成本設置點取得日趨不易,設置點的成本也漸納入考量。例如---以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 
表一、地表大面積設置太陽光電發電設備的環境影響相關法令
表一、地表大面積設置太陽光電發電設備的環境影響相關法令

分享