謝建俊、黃朝揚、林福銘 / 工研院綠能所
隨著氣候變遷與節能減碳的議題逐漸受到國際重視，再生能源已成為全球科技發展的重點。台灣屬海島型國家，四面環海，未來有機會發展海上型太陽光電系統。光電系統常建置於濱海區等嚴苛環境，對系統可靠度影響甚遠，最著名的案例是2013年澎湖的低碳島專案計畫議題，可知目前國內業者對嚴苛環境建置系統經驗不足。本文前半段將回顧目前海上光電系統技術發展現況，後半段將探討系統面臨的問題與挑戰，最後給予建議方向。
【內文精選】
前 言
台灣因屬海島型國家，地狹人稠，考量土地利用與政策、財政支出等原因，政府採取「逐步發展、先屋頂後地面」的推動策略，預計2025年達到太陽光電20 GW的設置目標。為達成政府2025年如此大的太陽光電設置目標量，政府除應持續努力健全國內太陽光電設置環境外，亦需積極鼓勵地方政府、國/公營機構、相關機關及民間企業、廠商等，共同參與設置太陽光電系統。且為推動土地上大容量利用，考慮將嚴重地層下陷區、污染場址、湖泊、水庫、埤塘及行政院專案土地做為優先許可設置區域，以達到土地充分利用及綠能應用之雙重功效。
海上型太陽光電系統設計多元產品百家爭鳴
依據National University of Singapore (NUS)的Solar Energy Research Institute of Singapore (SERIS)提出的典型大面積浮動型太陽光電(示意圖如圖三)，從環境條件、PV技術、浮台技術、變流器選擇、直流/交流箱設計、電纜設計等等都需要多方考量。目前市場投入海上型太陽光電系統設計主要分為剛性(Rigid)結構與撓性(Flexible)結構兩種，其中剛性結構設計有Ciel & Terre、SolarDuck、Oceans of Energy、Heliofloat、Moss Maritime、Swimsol與Seavolt等公司之產品；而撓性結構設計有MIRARCO、DNV KEMA的SUNdy，以及Ocean Sun等之產品。
圖三、典型大面積浮動太陽光電示意圖
Ciel & Terre產品：該公司開發浮動光電 Hydelio技術，以浮台來支撐太陽光電系統，使用夾具或固定件方式固定PV發電設備，全球超過280個浮動太陽能案場，設置容量超過800 MWp。
Heliofloat產品：維也納科技大學(TU Wien)開發的Heliofloat是使用桶建造的，以提供漂浮作用，每個Heliofloat桶均由柔性材料製成。這種底部開放的柔性材料可將空氣截留在每個桶的頂部，在惡劣天氣下發揮減震器的作用。當受到波浪沖擊時，桶的柔軟側面也會彎曲，從而使系統能夠在海中保持穩定。
Swimsol產品：與維也納科技大學合作開發獨特的浮動太陽能平台，透過數值模擬、測試和試驗，該平台可以承受熱帶淺水潟湖的波浪，以及海流、潮汐、極端紫外線、濕度，並且可防腐蝕。
MIRARCO產品：由加拿大礦業公司開發，浮力設計在浮筒與薄膜光電帶有層壓氣穴以維持浮在水面上，並透過面板與水直接接觸增加冷卻與自潔效果，增益發電與降低維運成本。
SUNdy產品：DNV KEMA能源開發SUNdy產品。由一系列連接在一起的薄膜太陽電池板組成，然後連接到穿過六邊形頂點的電氣總線上。預計面板本身將被層壓並黏附到柔性泡沫表面，為面板提供浮力和結構。
Ocean Sun產品：發源於挪威公司，將PV發電設備設置在可支撐的水彈性強化膜片中，例如提供浮力支撐的管狀環，再利用抽水馬達將流入強化膜中的水抽出。
海上型太陽光電系統的技術與挑戰
1. 剛性結構設計浮動型太陽光電系統
■ 優點：透過模組化浮台設計，配合連接器相互連接的浮動陣列結構，模組化浮台可有效縮短施工時間。
■ 缺點：近/離岸海域環境條件對於大規模剛性浮台陣列將導致連接器和繫纜系統受力增加，對應之材料及發電成本提高。
2. 撓性結構設計浮動型太陽光電系統
■ 優點：浮台可藉由彈性體變形機制傳遞受力及運動，以降低波浪浮台兩者的交互影響，亦可降低纜繩及材料強度的規格。另外，面板溫度受益於與水直接接觸可有效降低溫度。
■ 缺點：模組放置海上會有海洋附著物生成，比如貽貝、藤壺、管蟲、水螅。而因可動件較多，材料易疲勞且較難失效分析。此外，撓性結構特性，抗颱能力較低。
當浮動型太陽光電系統設計不良時，比如電纜沒有好的固定方式，電纜與連接器有可能泡在水中，如圖十六所示，長期系統將發生問題 ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖十六、浮動型太陽光電系統電纜固定設計不良
★本文節錄自《工業材料雜誌》441期，更多資料請見下方附檔。