隨著全球致力於實現淨零碳排,發展再生能源成為必須採取的重要策略,而近年來備受矚目的「鈣鈦礦太陽能電池」被視為可推進再生能源的關鍵技術。日本首相岸田文雄將鈣鈦礦技術定調為國家級的產業發展項目,訂定「2025實用化、2030商業化」目標發展鈣鈦礦太陽能產業,自2024年度起,投入2兆日圓預算於綠色轉型相關產業,其中日本經濟產業省投資648億日圓進行鈣鈦礦太陽能板實用化及研發,以應用於產業所需。
SSDC澄毓綠建築設計顧問總經理陳重仁於8月27日第四屆台灣鈣鈦礦技術暨應用論壇中指出,採用第三代鈣鈦礦太陽能板,在基地立面安裝建築整合太陽能系統 (BIPV),可讓以往僅設置於屋頂的太陽能光電,進一步往建築立面發展。根據近十年新建建築發照資料估算,建築立面可鋪設光電板的面積比屋頂平均高出10~20倍以上。如果是超高層建築,更可能多達5、60倍以上!且鈣鈦礦光電板能吸收天空每個角度的輻射能量,發電效益較不易受太陽光角度影響,對可再生能源發展的推進,有極大助益。
鈣鈦礦太陽能板具:創能、高透光與低碳排
鈣鈦礦太陽能電池是由日本化學家宮坂力教授於2009年所發明,相較於傳統矽晶太陽能電池,鈣鈦礦電池可吸收高能量的短波段光線,且具備(1)高透光、(2)可撓曲、(3)質量輕、(4)可室內弱光發電、(5)顏色可調整等特性,鈣鈦礦太陽能板可結合建築物之設計、施工和安裝,與建築物融合為一體,成為建築整合太陽能系統 (BIPV),作為屋頂、天窗、建築物外立面、玻璃帷幕等的替代物品,不僅具有太陽能發電功能,還能承擔建築結構和建築材料的作用。白天可吸收陽光創能,晚上也能透過室內弱光發電,且與傳統矽晶太陽能電池相比,更可透過規劃設計,兼顧建築物美學,達到光電與建築造型整合一體的優點。特別是在大樓林立的都會區,屋頂面積往往無法滿足大量光電設備之設置需求,善加利用建築立面發電,便能提高大樓自供電比例,朝零碳建築目標更進一步。
此外,製作傳統矽晶太陽能電池時,必須經過約900℃的高溫長時間處理,工序較繁瑣嚴苛;而鈣鈦礦太陽能電池是以溶液塗佈薄膜的形式製作,製造溫度僅維持在180℃以下即可,相較之下,生產過程碳排放較少。根據美國康乃爾大學2021年的研究顯示,矽晶太陽能電池預計回收期為1.3 ~ 2.4年,每千瓦時輸出的初始碳足跡為22.1 ~38.1克二氧化碳當量排放量,但倘若能為鈣鈦礦太陽能電池建立回收機制,回收期僅需約一個月,碳足跡可低至每千瓦時發電13.4克二氧化碳當量,平均而言能比矽晶太陽能電池的回收時間縮短約72.6%,降低71.2%的溫室氣體排放量。
看好鈣鈦礦太陽能板潛能,日、臺積極發展推動應用
2023年4月,日本大型資訊科技企業NTT Data和日本積水化學工業株式會社合作,在建築物外牆上採用薄膜型鈣鈦礦太陽板,為日本首個在建築外牆上進行的太陽能發電實驗。同年11月,日本東京電力控股公司宣布在東京都內樓高43層的大樓外牆採用鈣鈦礦太陽能板,整座大樓發電能力將可與大型太陽能發電廠相匹敵,預計於2028年度完工。如果成功普及,將能使東京市區建築實現電力自給自足,邁向淨零碳排。
台灣鈣鈦礦科技董事長陳來助提及,日本受限於土地狹小及設置空間有限,加上分散矽晶太陽能電池供應鏈高度依賴中國之議題,已將鈣鈦礦技術定調為國家級的產業發展項目。而與日本同為島國的台灣,同樣有著資源短缺、仰賴進口能源、高度都市化等情形,應可借鑑日本經驗,拓展鈣鈦礦太陽能板的應用。
陳重仁更表示,隨著「再生能源條例第12-1修正案」三讀通過,以及去(2023)年開始導入的建築能效評估制度,期促使業者思考,透過採用鈣鈦礦太陽能板,以達到建築物減碳的責任,兼顧建築美學與實用性,亦有助於台灣BIPV產業的發展。
突破鈣鈦礦太陽能板侷限,始能擴大應用普及度
鈣鈦礦太陽能板憑藉其高透光、可彎曲、質量輕等多重優勢,不僅能應用於建築物外牆、助功降低碳排,甚至可在不影響作物和魚苗日照生長的前提下發展農電、漁電共生,應用範疇廣泛;然而,鈣鈦礦太陽能板仍有其侷限所在,分別是(1)壽命短,(2)未達規模化量產,以及(3)價格較高。目前鈣鈦礦太陽能板光電轉換效率已突破23%,與矽晶太陽能板旗鼓相當,但相較於矽晶太陽能板平均使用壽命為20~30年,因鈣鈦礦太陽能板對水分敏感,在濕氣環境下容易變質從而降低轉換效率,目前使用壽命僅能約維持5~10年。
另在政府相關配套的推波助瀾下,矽晶太陽能板的應用得到大面積的製造業廠房及農地裝設採用,如台電彰濱光電場、臺南鹽田太陽光電場、雲林新興光電廠等;而新一代的鈣鈦礦太陽能板因製程穩定性不足,尚處於實驗室階段,製程良率偏低,無法大量生產,相對代價遠高於矽晶太陽能板。當務之急,加速鈣鈦礦太陽能電池技術創新再突破,達到規模化,才能擴大其應用普及度。
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