火力发电是目前全球发电量最高的技术，占总发电量60％以上，不过，此一发电方式所产生的二氧化碳也最高，这几年虽然政府机关与厂商大力投入减碳技术的研发，不过目前看来成效仍有限，因此再生能源成为多数国家致力推动的目标，以台湾为例，行政院已将草案送入立法院，预计在2025年让再生能源占总发电量的20％，其他各国也都早有政策推动。

太阳能技术发展与限制

就目前发展来看，再生能源中以太阳能与风力发电最受瞩目，其中太阳能发电的原理为光电效应，太阳能的电能取决于电位差，太阳能电池是以矽为主的半导体材料，再加上其他特定物质结合产生电位差，当大于电位差能量的光子击中太阳能电池，电子就会跳动产生电流，

但如果光子能量低于半导体的电位差，则光线再强也没用，由于阳光光谱中各种波长不同，能量低者无法造成电流，能量过高者，超出电位差的部分也只会造成无效的热能，这也是太阳能电池为何无法完全将太阳光转换为电能的原因，因此即便阳光光能虽强，但只有一小部分可以转换为电能供人类使用。

图1 : 太阳能发电的效能，除了电池材质外，阳光更是主要因。（Source:PioneerSolar）

目前太阳能电池的材质以晶矽为主，分为单晶矽、多晶矽、非晶矽（薄膜太阳能电池），在实际应用中，单晶矽的效率可达17％，多晶矽次之为15％，非晶矽最低仅有12％，其中单晶矽虽然效率最高，不过成本也最贵，由于单晶矽是使用纯度极高的矽晶，其电池使用量大，因此价格居高不下，反之非晶矽虽然效率差，不过其材料与制造价格远低于单晶矽，因为若计算单位发电成本，仍较单晶矽低，这也是薄膜太阳能电池近年来快速成长的主因。

太阳能发电的效能，除了电池材质外，阳光更是主要因素，阳光的光能取决于全天空辐射量，多数人认为台湾天气炎热，因此全天空辐射量必然高，其实不然，由于台湾为多云多雨的海岛型态，因此与其他国家相比辐射量算低，甚至纬度高于台湾的西班牙，其辐射量都高于台湾，若是相同机组，西班牙的太阳能发电量会比台湾多出20％。

就上述因素来看，太阳能对台湾的电力帮助并不大，台湾在2009年的全国能源会议中曾提出资料，若台湾10％的建筑物设置太阳能电池，约可装置1,100MW的太阳能电池，每年可提供14亿度电，但与台湾这几年每年逼近2,500亿度的总用电度数相比，其比例仅有0.56％，因此帮助并不大。

太阳能的另一个议题是成本，目前太阳能电池模组的合理价格约为每瓦新台币60元，再加上整流器、周边设备与人工安装成本，其价格会上升到120元，而在阳光充裕的地方，每度电的价格约为7元，2011年台电的小型太阳光电场价收购价每度8元，后来一路往下修，2017年更从6.1元降至5.2元，虽然太阳能模组价格也持续下滑，不过整体来说，若只从发电系统计算，太阳能的发电价格是不敷成本，但替代能源的建置本就是为了减碳，因此要计算成本还需将环境因素考虑进去，这也是虽然太阳能发电的效率虽然不彰，但多数国家仍愿意投入预算制定补贴政策的原因。

看风吃饭的风力发电

再生能源的另一个重要技术是风力发电，风力发电这几年成为全球能源产业的焦点技术，主要原因在于其发电价格远低于太阳能，甚至已经接近火力发电，另外在发电量部分，全球风力发电能力在2015年底达到432.42 GW相当于约60座核电厂，发电量更是首次超越核电的382.55 GW。

目前全球风力发电装置容量最多的地区为欧洲，占全球将近50％，美国与中国则分居2、3名，欧洲的风力发电领先全球的主要原因在于地理因素，由于欧洲纬度属于西风带，风力资源丰富，是最佳的发电风场，相较之下，亚洲则属于贫风带。

风力发电机的发电功率与叶片面积成正比，若叶片直径增加1倍，其发电功率会增加4倍，不过叶片的面积有材料强度与技术上的限制，无法无止尽扩大，目前若设置在离岸，风机叶片直径可达125公尺，发电容量为5MW，若是陆上风机，最大风机叶片直径则为80公尺，容量为2MW，业界人士认为目前尺寸已趋近极限。

图2 : 风力发电机的发电功率与叶片面积成正比。（Source: WindEurope）

与火力、核能相比，风力与太阳能这类型再生能源发电的最大缺点在于功率密度过低，因此需要大面积的土地设置机组，而风力发电的另一个缺电则是容量因数，容量因素是指每年可用电场额定最大功率全力发电的的时间，核能电厂与火力发电只要燃量供应充足，就可以全年无休的全力运作，每年总发电天数为8,760小时，而火力发电厂与核能电厂机组的停机维修大多为1万小时以上，其容量因素都可以在85％以上，风力发电每年的运转时间则仅约25％～30％，且风力并不固定，一般风机设定在风速达每秒12～13公尺时功率最大，但2～3公尺时就可运转，而若风速超过每秒25公尺时，就必须停止运转，避免损坏，因此风机在运转时，很少达到最高额定功率。

根据2009年的全球能源会议资料，台湾适合风力发电的陆地风场约可装置1,000台1MW的风力发电机，总装置容量为1,000MW，适合装置的近海风场则可设置400台3MW的风力发电机，总装置容量为1,200MW，若以30％的容量因素计算，每年约可发电60亿度，与于台湾每年总用电度数2,500亿度相比，约占2.4％。

虽然目前太阳能与风力发电在发电效能仍难与火力与核能相比，不过就如前文提到，减碳因素是未来能源技术的重要考量，若再加入环保成本，再生能源的投资报酬率未必划不来，这也是各国致力推动再生能源的主要因素，希望在业界的致力研发下，可以顺利解决功效不彰的问题，进而减缓地球暖化。

**刊头图（Source:Vox）