火力發電是目前全球發電量最高的技術，佔總發電量60％以上，不過，此一發電方式所產生的二氧化碳也最高，這幾年雖然政府機關與廠商大力投入減碳技術的研發，不過目前看來成效仍有限，因此再生能源成為多數國家致力推動的目標，以台灣為例，行政院已將草案送入立法院，預計在2025年讓再生能源佔總發電量的20％，其他各國也都早有政策推動。

太陽能技術發展與限制

就目前發展來看，再生能源中以太陽能與風力發電最受矚目，其中太陽能發電的原理為光電效應，太陽能的電能取決於電位差，太陽能電池是以矽為主的半導體材料，再加上其他特定物質結合產生電位差，當大於電位差能量的光子擊中太陽能電池，電子就會跳動產生電流，

但如果光子能量低於半導體的電位差，則光線再強也沒用，由於陽光光譜中各種波長不同，能量低者無法造成電流，能量過高者，超出電位差的部分也只會造成無效的熱能，這也是太陽能電池為何無法完全將太陽光轉換為電能的原因，因此即便陽光光能雖強，但只有一小部分可以轉換為電能供人類使用。

圖1 : 太陽能發電的效能，除了電池材質外，陽光更是主要因。（Source:PioneerSolar）

目前太陽能電池的材質以晶矽為主，分為單晶矽、多晶矽、非晶矽（薄膜太陽能電池），在實際應用中，單晶矽的效率可達17％，多晶矽次之為15％，非晶矽最低僅有12％，其中單晶矽雖然效率最高，不過成本也最貴，由於單晶矽是使用純度極高的矽晶，其電池使用量大，因此價格居高不下，反之非晶矽雖然效率差，不過其材料與製造價格遠低於單晶矽，因為若計算單位發電成本，仍較單晶矽低，這也是薄膜太陽能電池近年來快速成長的主因。

太陽能發電的效能，除了電池材質外，陽光更是主要因素，陽光的光能取決於全天空輻射量，多數人認為台灣天氣炎熱，因此全天空輻射量必然高，其實不然，由於台灣為多雲多雨的海島型態，因此與其他國家相比輻射量算低，甚至緯度高於台灣的西班牙，其輻射量都高於台灣，若是相同機組，西班牙的太陽能發電量會比台灣多出20％。

就上述因素來看，太陽能對台灣的電力幫助並不大，台灣在2009年的全國能源會議中曾提出資料，若台灣10％的建築物設置太陽能電池，約可裝置1,100MW的太陽能電池，每年可提供14億度電，但與台灣這幾年每年逼近2,500億度的總用電度數相比，其比例僅有0.56％，因此幫助並不大。

太陽能的另一個議題是成本，目前太陽能電池模組的合理價格約為每瓦新台幣60元，再加上整流器、周邊設備與人工安裝成本，其價格會上升到120元，而在陽光充裕的地方，每度電的價格約為7元，2011年台電的小型太陽光電場價收購價每度8元，後來一路往下修，2017年更從6.1元降至5.2元，雖然太陽能模組價格也持續下滑，不過整體來說，若只從發電系統計算，太陽能的發電價格是不敷成本，但替代能源的建置本就是為了減碳，因此要計算成本還需將環境因素考慮進去，這也是雖然太陽能發電的效率雖然不彰，但多數國家仍願意投入預算制定補貼政策的原因。

看風吃飯的風力發電

再生能源的另一個重要技術是風力發電，風力發電這幾年成為全球能源產業的焦點技術，主要原因在於其發電價格遠低於太陽能，甚至已經接近火力發電，另外在發電量部分，全球風力發電能力在2015年底達到432.42 GW相當於約60座核電廠，發電量更是首次超越核電的382.55 GW。

目前全球風力發電裝置容量最多的地區為歐洲，佔全球將近50％，美國與中國則分居2、3名，歐洲的風力發電領先全球的主要原因在於地理因素，由於歐洲緯度屬於西風帶，風力資源豐富，是最佳的發電風場，相較之下，亞洲則屬於貧風帶。

風力發電機的發電功率與葉片面積成正比，若葉片直徑增加1倍，其發電功率會增加4倍，不過葉片的面積有材料強度與技術上的限制，無法無止盡擴大，目前若設置在離岸，風機葉片直徑可達125公尺，發電容量為5MW，若是陸上風機，最大風機葉片直徑則為80公尺，容量為2MW，業界人士認為目前尺寸已趨近極限。

圖2 : 風力發電機的發電功率與葉片面積成正比。（Source: WindEurope）

與火力、核能相比，風力與太陽能這類型再生能源發電的最大缺點在於功率密度過低，因此需要大面積的土地設置機組，而風力發電的另一個缺電則是容量因數，容量因素是指每年可用電場額定最大功率全力發電的的時間，核能電廠與火力發電只要燃量供應充足，就可以全年無休的全力運作，每年總發電天數為8,760小時，而火力發電廠與核能電廠機組的停機維修大多為1萬小時以上，其容量因素都可以在85％以上，風力發電每年的運轉時間則僅約25％～30％，且風力並不固定，一般風機設定在風速達每秒12～13公尺時功率最大，但2～3公尺時就可運轉，而若風速超過每秒25公尺時，就必須停止運轉，避免損壞，因此風機在運轉時，很少達到最高額定功率。

根據2009年的全球能源會議資料，台灣適合風力發電的陸地風場約可裝置1,000台1MW的風力發電機，總裝置容量為1,000MW，適合裝置的近海風場則可設置400台3MW的風力發電機，總裝置容量為1,200MW，若以30％的容量因素計算，每年約可發電60億度，與於台灣每年總用電度數2,500億度相比，約佔2.4％。

雖然目前太陽能與風力發電在發電效能仍難與火力與核能相比，不過就如前文提到，減碳因素是未來能源技術的重要考量，若再加入環保成本，再生能源的投資報酬率未必划不來，這也是各國致力推動再生能源的主要因素，希望在業界的致力研發下，可以順利解決功效不彰的問題，進而減緩地球暖化。

**刊頭圖（Source:Vox）