分散式光儲氫系統整合應用淺談：材料世界網

楊証皓、黃朝揚、林福銘 / 工研院綠能所

本文探討分散式太陽光電、儲能及氫能系統之整合應用，可實現於高能源利用率、減碳效益和能源自給之潛力。除概述相關之架構與原理外，同時佐以案例分析，例如：在國際上，德國和西班牙實證光儲氫系統可用於小型場域；在國內，工研院致力開發小型分散式光儲氫系統整合技術，於2024年台灣燈會之綠能燈區展示了分散式光儲氫系統在22 kW太陽能板、120 kWh電池儲能和5 kW燃料電池組合下的成效；此外，所開發的移動式光電光儲系統，包含4 kW太陽能模組和40 kWh儲能裝置，亦示範驗證快速部署和應急救災的靈活性。未來將繼續致力於技術優化和成本降低，推動多元系統應用和商業化發展。

前言

分散式多元太陽光電(Solar PV)技術應用將可擴大再生能源應用發展領域，而分散式能源(Distributed Energy)系統可整合太陽光電、儲能和氫能等技術，能夠最大化利用太陽能資源。透過分散式光電系統在不同場所(如屋頂、牆面、道路和水面)安裝太陽光電模組，可擴大太陽能利用範圍；儲能系統在發電過剩時存儲電能，並在需求高峰或夜間用電時釋放，確保能源供應的穩定；氫能技術則利用燃料電池系統發電或採用電解水產生氫氣，作為氫能儲存和利用技術應用路徑。

其中，太陽光電系統的多元應用已成為推動可再生能源發展和實現永續發展目標的關鍵途徑。傳統於地面安裝光電系統雖然在提高能源供應方面發揮了重要作用，但其應用範圍受限於土地資源，為解決這一問題，浮式光電、道路整合型光電、城市光電應用、建築整合型光電(BIPV)、農電共生以及車輛整合光電等多種創新技術應運而生，不僅充分利用了水體、道路、建築物、地力不足農田和車輛等多種區位，擴展光電系統的應用範圍，也在提高能源利用效率、減少碳排放和促進經濟發展方面展現出巨大潛力。例如：浮式光電系統利用水面的冷卻效果提升光電模組效率；BIPV技術將光電模組融入建築材料，實現能源與建築美學的結合；農電共生技術則透過在農田上方安裝光電模組，實現農業生產和能源供應的雙重收益。多元光電系統應用技術不僅有助於提高可再生能源在全球能源結構中的比重，還能有效應對土地資源緊張和環境污染等挑戰，為全球能源轉型和綠色發展提供了堅實的技術支撐。

分散式智慧能源系統利用太陽能、儲能和氫能等分散式能資源，實現在地化的再生能源發電及運用，將大幅提高能源利用效率，減少對傳統電網的依賴，同時降低碳排放並提升能源自給自足能力。隨著可再生能源需求的增長，分散式智慧能源展現了在家庭、企業和社區中的巨大應用潛力，推動能源轉型和持續發展(圖一)。

圖一、智慧分散式能源系統平台架構概念示意圖

分散式光儲氫系統國際應用案例

分散式光儲氫系統是一種結合太陽能光電發電、氫氣生產及儲存技術的綜合能源解決方案。這種系統通過利用太陽能發電來進行水電解產氫，並將生成的氫氣儲存在高壓罐中，以供日後在需求高峰或太陽能不足時使用。這一技術在提升能源自給自足性、減少二氧化碳排放以及支持可再生能源的高效利用方面展現了顯著優勢。然而，這些系統仍面臨一些挑戰，如：高成本的氫氣生產和儲存技術、電解槽和燃料電池的效率和壽命問題，以及能源管理和系統整合的複雜性。未來的研究和發展需要著重於降低成本、提高技術效率和耐用性，並完善能源管理系統，以實現更廣泛的應用和可持續發展。本節將就國際分散式光儲氫之實際案例進行說明及分析。

2. 德國高效率光儲氫系統應用

本研究探討在德國高效能單戶住宅中，結合太陽能光電(PV)系統、電池儲能與氫能儲存的混合儲能系統，以實現完全能源自主。模擬的太陽能光電系統轉換效率為17.8%，最大裝機容量為26.8 kW，而電池儲能系統的充放電效率為95%。液態有機氫載體(LOHC)系統的電到電轉換效率為30~40%，熱利用效率可達70%，系統質能平衡與架構如圖四所示。研究發現，熱整合LOHC系統與可逆固態氧化物電池(rSOC)相比，氫氣儲存需求減少25%，總年化成本降低80%，使自給自足供電的平準化電力成本(LCOE)達到0.42歐元/kWh，與僅使用鋰離子電池系統相比，混合儲能系統的年度額外費用僅為電網供應成本的52%。此結果顯示，整合PV、電池與氫能儲能技術，能有效提升能源自主性並降低成本。