台湾太阳热能产业发展情况分析.docx

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台湾太阳热能产业发展情况分析

台湾太阳热能产业发展情况分析

　　相比其它可再生能源，太阳所提供的能量是最大的。

太阳光热每天到达地面的能量约为全世界石油蕴藏量的1/4，且不会产生环境污染，可说是最环保的能源了。

如何善加利用汲取最大效用，一直是全世界能源界热门的研究话题。

　　台湾太阳热能应用发展目标与策略

　　目前太阳能的应用形式主要分为两种：

一种是光伏转换，即利用光电效应，通过半导体将太阳光转换成电能来使用；另一种则是利用太阳热能温度来做不同转换形式的利用，其中大家最熟知的便是太阳能热水器，即将太阳辐射集中加热水，来做沐浴、洗涤等使用。

此外，人们还研制了太阳能空调，即通过太阳辐射加热水，驱动制冷空调系统。

还可以利用太阳热能蒸馏水分，使之汽化后再凝结，用于生产饮用水、海水淡化或是消毒等方面。

甚至还可以聚焦太阳热能，将热水转化为蒸汽，再推动涡轮机和发电机转换成电能发电。

　　由于台湾属于偏低纬度亚热带海岛地区，夏季太阳辐射强，气温较高，利用太阳热能方式其实要比光伏发电效率高得多。

也因此，太阳热能被认为台湾再生能源应用中最理想的能源之一。

2009年7月，台当局行政管理部门公布施行《再生能源发展条例》，经济管理部门也发布《再生能源热利用奖励补助办法》，其中制订太阳热能应用利用目标和推广补助措施，并通过相关鼓励政策来推动岛内太阳热能产业发展。

　　总体而言，台湾太阳热能发展目标主要以发展应用技术为主轴，并加速提升太阳能热水器安装面积。

鉴于台湾属地狭人稠，以及面临中国大陆在国际市场竞争，岛内发展方向确定为：

从精进现有技术朝开发高效率、高品质、低成本太阳热能应用产品为目标，包括提升集热器产品竞争力、工业制程应用系统、太阳热能空调应用系统及太阳热能产品建材化应用等4个方向着手；同时进一步拓展太阳热能应用范围，并整合岛内相关人力及物力进行发展，逐步达到节能减碳的目的。

具体发展目标分述如下：

　　1.提升集热器产品竞争力，包括针对岛内大部分厂商使用的喷涂烤漆吸收膜技术，开发自动喷涂技术，提升吸收膜的吸收率与放射率比值（α/ε）>2.0的效果，以增加整体系统的集热效率；进行水质侵蚀分析及其改进措施，有效解决太阳能热水器储水桶及集热板水质侵蚀问题；利用已通过TAF认证的实验室，推动太阳热能产品检测，以提升产品品质；提供中温集热/储热系统效率检测服务。

　　2.工业制程应用系统开发，包括运用产业精密加工、镀膜、材料与真空技术，以瞬时聚光集热或长时储热升温等方式发展高效率太阳能集热模组，提升中温太阳热能在工业制程预热中的应用潜力，预定开发目标包括：

操作温度100至200℃、效率?

R0.4与产品验证等技术；技术开发完成后，同时建立系统设计规范；结合热交换器等技术，导入太阳热能完成前置预热，再结合原有燃料加热机制，弥补太阳热能不稳定与加热温度的不足；建构热处理制程复合预热系统，同时降低原有石化重油燃料使用量，达成节能、减排与降污等效益。

　　3.太阳热能空调应用系统开发，包括开发结合热储存的小型太阳能制冷系统，并提升效率及降低成本。

每千瓦制冷量主机成本：

吸收式为新台币2.5万元；吸附式为新台币3.5万元；发展适用于岛内工、农与建筑业的可储能太阳热能通风/干燥技术的装置。

　　4.太阳热能产品建材化应用技术开发，包括开发建材化的太阳热能系统，发展兼具美观、结构安全及节能的亲太阳热能整合式造型建筑；跨领域整合建筑业美学设计、营建施工与太阳热能系统研制技术，开发建材化、规格化及模组化的太阳热能产品，以带动太阳热能结合新建物整合发展。

　　实际推动策略如下：

　　1.提升太阳能热水器产品效能及品质，包括依据台湾标准规范CNS12556-B7275及CNS12558-B7277，执行太阳能集热器及热水器等热性能检测；改进热水器外型及安装技术，以增进抗风损能力，延长热水器使用寿命；与世界知名检测机构建立同等标准的相互验证管道，以协助台湾厂商取得国际标准认证，确保厂商生产品质及国际外销竞争力。

　　2.推广及鼓励使用太阳热能产品，包括持续奖励补助安装用户，推广及鼓励大众安装太阳能热水器，减少使用传统化石能源，并积极推广至各旅宿业、机关学校装置非家用大型太阳能热水器系统，以提升装置使用量。

　　3.建立自主研发能量，包括研究开发太阳热能产品核心技术，如高吸收率低放射率的吸收膜自动喷涂技术、抗腐蚀、工业制程应用、可储能式的太阳热能通风/干燥等各项关键技术，确保研发能量与世界发展同步。

　　4.加强产学合作，提升产业技术能力，包括整合学界各项技术，研究开发商业化产品，降低生产成本，配合岛内精密机械、模具、电机、材料等传统产业的技术，建立产业链接，提高产品经济效益。

　　5.开发建材化应用研究，深化住商区块的使用，包括依据建筑规格需求，开发适合于建物整合安装，并兼具建筑美观的建材化、规格化与模组化的太阳热能产品，并经由测试、示范后，再推广导入市场，以强化太阳热能产品于住商区块的应用深度。

　　6.建立安装补助标准，举办安装教育训练，包括建立太阳热能产品安装补助标准，定期举办相关技术研讨会及教育训练，合格人员发给证书，以确保安装品质等。

　　台湾太阳热能产业技术发展指标与时程

　　台湾太阳热能低温（指不聚光、不追日的方式，<100℃）应用技术发展至今已日趋成熟，产品都已商品化，如平板式或真空管式太阳能集热器、热水器等产品。

但目前发展趋势并不因此而稍有停滞，反而更积极朝中高温应用领域研究开发。

　　岛内企业为扩增再生能源热利用的比例，除了持续推广与横向开发低温多元应用技术，如太阳热能产品建材化、规格化与模组化等应用外，正在研究开发中温（需搭配聚光/追日技术，100℃至200℃）集热系统，以利更快速与更有效拓展太阳热能的应用广度，与国际发展潮流接轨。

另外，中温集热系统大都需要采用聚光型集热系统，开发过程需采用耐中温性材料及配合特殊制程与机构设计等技术，一旦进入研制阶段将可链结相关产业发展，有效增进岛内就业机会与经济发展。

　　就市场而言，岛内太阳热能产业技术发展已渐成熟，产品97%以上均为家用太阳能热水器。

未来推动除应持续由台当局奖励补助安装外，技术发展上应针对产业技术、产品设计、标准化等工作做进一步提升。

整合既有技术或融入新方法，以发展满足市场新导向的产品技术。

对于海外技术发展及推动作法也可效法，并协助岛内太阳热能产业迎头赶上。

对于太阳能产业推动方面，除了配合岛内补助装置太阳能热水器，加强太阳能集热器及热水系统性能测试服务外，另提供产业资讯调查评估、技术谘询服务、产业技术人员训练、技术交流与推广研讨会等措施，以协助太阳能产业发展及提升外销竞争力。

　　在太阳热能应用技术提升和研发方面，岛内近期发展重点包括：

台湾地区太阳日射量资料库建立与分析，改良传统选择性吸收膜技术开发，太阳热能工业制程应用技术开发，中温太阳热能产品检测技术建立，太阳热能储热技术研究，太阳热能通风技术研究，太阳热能除湿系统技术研究，太阳热能产品建材化效能分析等。

　　如今，台湾在太阳能热水器推动上已有相当时日及具显著的成效，岛内企业正在加速科技研发以及专业人才培养，循序渐进提升太阳热能产业技术能量，假以时日，太阳热能产业必能蓬勃发展。

太阳热能应用依技术领域分为短、中及长期目标，发展时程如表2所示。

　　岛内太阳热能技术发展现况

　　1.提升集热器产品竞争力

　　太阳能热水系统的集热效率主要与日照率相关，所谓日照率是指地面上单位水平面积在单位时间内实际接受的太阳辐射能。

而影响太阳辐射能强度因素包括地理纬度、太阳高度角、大气透明度及海拔高度等。

台湾地区位居亚热带，平均日照量（每日）约为3.78千瓦小时/平方米，其中以台南及恒春的年日照时数最长，适合发展太阳热能的各项应用。

自1986年台当局第一次推动太阳能热水系统补助安装以来，岛内已有43家制造厂及492家代理安装商从事太阳能热水系统制造与行销，所开发产品有214件已通过补助认证的检测标准，可提供岛内民众选择安装使用。

　　岛内太阳能热水器技术发展多半集中在集热器开发与小型家用系统的设计，非家用的较大型系统总累计安装面积41，878平方米，只占全部安装面积的3%，比例甚小。

配合二氧化碳减排政策推动，岛内也应积极推广非家用系统安装使用，工厂、学校、旅宿业、温水游泳池等单位，若能善加利用，相信可节省相当可观能源。

　　另外，非家用太阳能热水系统，也可考虑与热泵热水器结合利用，热泵主要利用空气中的热能加热水温。

目前冷媒压缩机的制造技术已非常成熟，以热泵为核心元件制热性能系数（输出热量与输入热量的比值）已可超过3.0以上，因此在日落以后以及没有太阳阴雨天时，较单纯的瓦斯热水器以及电热水器更具有节能效益。

在非家用型太阳能热水系统推广应用上，若能配合热泵热水器使用，除可增加日落以后及阴雨天时的集热效果外，也可利用热泵集热制冷的双重效果来辅助所需的空调量。

　　岛内家用太阳热能系统远程发展目标朝与建筑物整合方向发展，以深化居住和商业小区的利用，除可兼具外型美观及结构安全外，也可将余热分配给其他家用热能系统使用，以提升民众安装意愿。

　　在集热器本身性能方面，覆置于面板上的太阳热能选择性吸收膜制作技术，目前主要采用涂料喷涂式烤漆制程，其制程成本较低，但品质不易控制，且光学性质有待提升，目前吸收率最高已可达0.9以上，但放射率仍有很大改进空间（一般在0.8至0.9左右）。

　　近年来，岛内相关企业积极发展真空溅镀制程技术，并已有两家厂商完成批次制程建立及溅镀集热板产品开发，目前已逐步有少量产品产出。

然而溅镀制程设备成本高昂，岛内热水器厂商多属于中小企业，无力承担购买溅镀技术及设备，因此目前也有必要进行传统喷涂式涂料的材料开发，以及制程改良，以提升产品品质及降低成本，将有助于强化产品竞争力。

　　2.工业制程应用系统开发

　　近几年来在台当局积极推广太阳能热利用努力下，目前岛内在太阳热能低温整合应用发展已有显著成果。

利用大型集热系统提供屠宰、饮料制程、烤漆烘烤与加工制程等预热所需，而台糖乌树林精致农业部则采用大型集热系统，提供作为种植兰花的杀菌与温室用途，另也有开发作为制作水果干与中草药干燥的太阳热能设备，可见太阳热能在现阶段的应用发展上充满许多发展空间。

但为有效拓展太阳热能的应用，有必要更积极开发易于达成中温的集热器或系统。

　　根据2013年国际能源署（IEA）发布的报告，2012年全球太阳热能市场总装置容量将可达到268，100兆瓦，相当于3.8亿平方米安装面积，总产能（225万亿瓦小时）仅次于风能，为太阳光电（110万亿瓦小时）的2.05倍，显见太阳热能的应用与发展蔚为全球趋势，太阳热能无疑在再生能源中具领先地位，故在此领域发展，也应与国际发展潮流相接轨。

　　岛内目前绝大部分太阳热能应用，大都提供做为家庭热水使用或空间加热，虽然住宅仍然是太阳热能一个极具开发潜力的市场，然工业制程预热应用，也不应该被忽视，主要有两个原因：

一是工业运作所需能源，在岛内占总消耗能源约38%（折合耗用油当量约431.6亿升），与住商耗能相当；二是工业领域所消耗热量中，几乎都在中、低温度（400℃以内）范围，通常利用太阳热能做为工业制程加热所需温度，有一半以上约在60℃到260℃之间，而据国际能源署2008年统计，欧洲各主要国家其工业所需求热源约有3%至4%为直接由太阳热能所供应。

其中归纳较适合应用的工作项目，包括清洗、干燥、蒸发、蒸馏、热烫、杀菌、烹煮、熔化、涂装和表面处理等。

由此印证，开发工业制程预热与农畜牧领域的太阳能热利用极具发展潜力与开发价值。

　　目前积极开发中温太阳热能应用于工业制程的相关技术，包括复合式抛物面集热器（CPC）、槽式抛物面集热器（PTC）与中温集热器检测等技术，而岛内也有厂商于2013年完成建立研制真空集热管产能设备，预计开发吸收涂层吸收率?

R0.95；最高操作温度300℃的中温真空集热管，并已成功开发镀铝（反射率?

R0.89）与镀银（反射率0.92）的反射板。

　　由于中温聚光型集热器的集热效率会受当地漫射率所影响，也有学者进行漫射率相关研究。

从其实验结果证实，当漫射率每下降10%，将使集热效率提升约3%。

而漫射率越低时，表示日射量愈稳定，聚光型的集热器效率就会越好，显示漫射率是影响聚光集热效率主要原因之一，但岛内尚未出现完整的漫射率预测模式。

　　台湾属亚热带海岛地区，日照漫射率较高，聚光效率不如内陆型地区，且局限于地窄人稠与多台风，较不适合设置大型聚光追日系统，但适合开发聚光不追日的定置型复合式抛物面集热系统（CPC），此系统可聚集操作温度虽较低（?

Q120℃），却足以应用于工业制程预热，且因开发成本较低及可吸收部分漫射量等优点，这对于高漫射率而言，显然较具发展优势。

　　在中温吸收膜研究上，目前岛内企业己完成批次溅镀中温太阳热能选择性吸收膜制程设备建立，经实验证明所研制的集热膜操作温度已能耐温达500℃，未来持续进行商品化开发验证完成后，对岛内迈入中温集热系统技术研究将有很大助益。

　　3.太阳热能空调应用系统开发

　　太阳热能空调系统（如图4）可分为集热系统、制冷系统及通风系统三大部分，岛内发展现况分述如下：

（1）集热系统：

集热效果攸关制冷效率，以往制冷技术中较主要问题在集热温度无法提供制冷设备足够能量，目前岛内部分真空管集热器产出热水温度最高可达85℃以上，足可提供制冷设备工作的能量。

若使用线性菲尼尔透镜集热，以提升集热效率，预估可将温度提升至200℃以上（若搭配追日系统），配合储热系统的开发，能有效提高制冷效率。

（2）制冷系统：

利用太阳能制冷与太阳热能供给保持一致性的特性，当天气越热、太阳辐射越强时候，太阳热能制冷系统效能也越高，这是位处亚热带台湾发展太阳能制冷最有利优点。

太阳热能驱动制冷一般分为喷射式、吸收式和吸附式3种制冷方式。

　　搭配聚光式集热系统的太阳热能制冷系统除了可制冷外，余热若考虑用来产生热水，可提供家用热水，提高太阳热能整体应用的效率；此外在不需使用空调季节，该系统也可充当热水器使用，俾使全年皆能利用太阳能。

　　（3）通风系统：

太阳热能通风技术一般被归类为被动式通风技术，相较于传统主动式通风技术，太阳热能通风技术具有不需使用额外能源特点。

太阳热能通风技术相当多元化，岛内研究机构规划筹建的绿色魔法屋，首先于岛内将整合型太阳热能通风塔概念融入该绿色建筑内，另外学界研究团队提出以热管辅助、加强太阳热能通风效果技术，该技术可提供工厂的通风规划，或建物整合设计参考。

　　4.太阳热能产品建材化应用技术开发

　　岛内目前每年安装太阳热能产品产值约新台币14亿元，每年新建物比例约占总建物3%，经调查研究新建物中约有30%比例适合安装太阳热能产品，换算每年产值约为新台币40亿元，欲达到此产值的条件，包括产品品质、民众可接受售价外，是否可被建筑业、营建业采纳而成为建材化整合应用，将成为主要关键因素。

　　太阳能集热器与建筑整合的考量重点，除了美观及集热效率外，尚包括系统抗风结构设计与安装介面的防水、排水、防漏工程等，目前岛内太阳能热水系统大多仍采传统支架式安装，且为达最佳集热效果，其安装角度约在15至30度之间，此条件使得系统必须承受环境风力；尤其台湾台风多，若系统未能有足够耐风能力，极易造成损毁甚或吹落地面。

　　有鉴于此，已针对既有安装型式的热水系统完成抗风性能改良及延长热水系统寿命研究，以确保安装的安全性。

且传统支架式安装，影响现代化建筑物外观，不利于推广。

因此，藉由太阳能集热器与建筑物间介面整合化设计、如标准扣件、标准尺寸以及标准接合方式等，在不影响集热效果下，可改善对建筑物外观的影响。

目前已有少数架构式、嵌入式整合化太阳能集热器案例建置，可整合于建筑物斜屋顶、女儿墙、栏杆及雨庇等用途，未来可进一步推广建材化（建筑一体化）太阳能集热器技术，建构完整技术发展体系。

　　建物整合另一个重点项目为建筑整合化集热器开发，在建材化集热器的研制方面，岛内已完成适合安装于女儿墙与遮阳棚的新型集热器设计开发，未来将持续精进设计，并进行示范与推广，扩大建筑整合式集热器开发技术的应用层面，并整合前述太阳热能空调、通风及热水系统等技术，发展多功能“零碳建筑”屋的理想。

　　推广应用成果

　　近年来在台当局大力补助推广下，太阳能热水器安装面积趋向稳定成长，截至2013年底，岛内太阳能热水器装置安装户约达52万户，每年总安装面积约12万平方米，装置面积密度为每平方公里有66.87平方米的集热器面积，在全球排名第5位，每年可省下约615万罐20公斤装液化气，约减少45万吨二氧化碳气体排放。

　　依国际能源署统计，至2011年为止，全球太阳能集热器总装置容量为234，573兆瓦。

全球前三大的太阳能集热器市场依序为中国大陆（151，180兆瓦，占全球总装置容量的64.87%），美国（15，889兆瓦，占6.77%），德国（10，732兆瓦，占4.58%）。

台湾在太阳能集热器总装置容量已达1，510兆瓦，在全球排名第14位，约占全球太阳能集热器总装置容量的0.64%。