盈碩能源有限公司 Solarium Taiwan Ltd.

2014年11月28日星期五

太陽光電系統的環境議題（下）

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<a href="https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEgbbsCQcmrsvYNtZJVkrfTC-7lfJA4s12OY3DyoTs1OTi6mYNNeoRtpoYt8ul_TxVQAR8Vj_19tUqxQnHPe0E-RAeLP3hr6uJACq4DP3znGrlRWW4T0KVEUhQsR3p2ejx0PkRk9V-niDWc/s1600/DSC_0447.JPG" imageanchor="1" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;"><img border="0" height="320" src="https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEgbbsCQcmrsvYNtZJVkrfTC-7lfJA4s12OY3DyoTs1OTi6mYNNeoRtpoYt8ul_TxVQAR8Vj_19tUqxQnHPe0E-RAeLP3hr6uJACq4DP3znGrlRWW4T0KVEUhQsR3p2ejx0PkRk9V-niDWc/s1600/DSC_0447.JPG" width="288" /></a></div>
（4）土地資源與建物資產
台灣地狹人稠，土地價值高，如果太陽光電系統安裝在土地上可能會影響其他經濟作物或建築開發的機會，故太陽光電系統躉售費率上，針對地面型的系統給予相對較低的收購價格。就算在農地或建地施做系統，也有設置面積上限。目前地面型系統以屏東林邊地區養水種電案例為大面積特殊個案，將八八風災後的廢棄魚塭轉化為太陽光電電廠，一時成為南台灣的奇景。
至於安裝在屋頂上的系統是否會替建物增值，目前台灣市場沒有太陽光電系統與建物價值的研究與分析，但美國有文章報導指出，2000～2009年安裝的屋頂太陽光電系統，的確會增加房屋價值，賣價可提高許多。日後系統普及化可能將會衍生出房屋買賣連帶的系統鑑價或資產評估市場，但目前太陽光電系統設置於屋頂最直接而實際的好處，為住宅提供隔熱、減緩漏水、甚至是科技感的視覺效果。 
 
（5）有毒材料
一般太陽光電模組除了常見的晶矽電池之外，還有碲化鎘（CdTe）、 銅銦硒化物 （CIS）及砷化鎵（GaAs）等，的確這些材料對人體不太可能有益，不過在沒有破裂、使用中（帶電）揮發下，這些電池材料都是封裝好的，表面是強化玻璃，內部並不會跟水或空氣有接觸。模組本身也經過許多壓力測試、震動測試與防火測試，確保結構安全與材料強度。如果遇到高溫意外（如火災）才有可能讓內部化學物質散出，而一般住宅火災屋頂的溫度約攝氏八百到九百度，並不容易讓熔點動輒攝氏一千度以上的電池元件融化，就算融化，有部分情況是太陽電池融化與模組表面玻璃結合固定，不至蒸散入大氣中。而太陽光電系統使用的變壓器，盡可能使用不含鹵素的冷卻系統（如礦物油），否則有滲漏或火災則相對容易釋放化學物質，這部分必須符合相關電氣技術、安裝與消防安全規範。 
（6）廢棄物處理
太陽光電系統設備（包含模組與變流器）在製造過程中有經過加熱與加壓，或酸洗蝕刻等製程，如果廢棄成為廢棄物，是否能如同一般家電產品送交資源回收廠，或回收後是否需要其他廢棄物處理技術，才能完整或無害的回收太陽光電系統元件，目前是許多再生能源領先國家在意的課題。
太陽光電模組的廢棄物處理問題在美洲及歐洲有極高關注，甚至部分地區有立法規範固體與有毒廢棄物的處置跟回收方法。太陽光電模組約有20～30年的壽命，每年發電功率大約衰退0.5％，卸下系統後，這些模組有可能被丟棄、回收或再利用。可見的未來會有逐漸有模組壽命結束，而製造商必須提供製造過程使用的材料清單，來協助模組做後續的廢棄物處理方式。
歐洲有一非營利組織－「PV Cycle」負責收集與回收這些廢棄的模組，國際上（包含台灣）有許多廠商自願性的加入；也有模組廠提供廢棄模組回收的服務選擇。台灣目前並沒有強制規範，有的損壞模組交由資源回收或清潔公司，後續是否針對固體廢棄物或有毒事業廢棄物處理則不得而知。 
（7）溫室氣體排放
普遍公認再生能源的好處，是「減少」溫室氣體排放。由於生產再生能源的設備及施工過程中過程中，一樣會排放溫室氣體。本者搜集國外探討以生命週期評估法研究太陽光電系統的文章，在20年的系統運轉中，每度電約排放30～80克的二氧化碳當量（gCO2e/kWh），相較天然氣（270～900gCO2e/kWh）與燃煤（630～1600gCO2e/kWh）電廠要少的多，而台灣超過八成能源供應來自於石化燃料，所以如果可以逐漸以太陽光電取代傳統能源，則台灣的溫室氣體能源排放當量有機會可逐漸減少，或經濟同步發展的階段可以不至於增加溫室氣體排放。
再生能源並不是絕對完美，它也會對土地、水、環境及生態跟文化產生些許負擔，畢竟做任何選擇都必須付出代價。但相較高污染的火力電廠，或潛在風險未知的核電，再生能源可說是目前的一時之選。也許太陽光電系統仍然存在爭議性的環境議題，或尚待解決的電網輸配問題及價格上的經濟問題，但就目前各類傳統能源與再生能源比較，太陽光電仍然是目前較為熱烈成長的區塊。
 
 
備註： 
1. 以103年躉售電價為例，屋頂型10kWp內費率為7.1602元/度，而地面型1kWp以上費率皆為4.9222元/度。 
2. 台灣也有模組廠加入PV Cycle，但目前PV Cycle以歐洲為服務區塊，故在台灣使用有PV Cycle的模組無法得到相關服務。 
3. 京都議定書訂定溫室氣體為二氧化碳CO2、氧化亞氮N2O、甲烷CH4、氟氯碳化物CFCs、氫氟碳化物HFCs、六氟化硫SF6。不同溫室氣體依據IPCC公告全球暖化潛勢（Global Warming Potential），可統一計算為二氧化碳當量 （Carbon Dioxide Equivalent, CO2e）。 
 
 
參考資料 
1. Clean Energy Results Questions and Answers, Ground-Mounted Solar Photovoltaic Systems, 2012 
2. An Analysis of the Effects of Residential Photovoltaic Energy Systems in California 
3. <a href="http://www.pvcycle.org/">http://www.pvcycle.org/</a> 
4. <a href="http://eetd.lbl.gov/ea/emp/reports/lbnl-4476e.pdf">http://eetd.lbl.gov/ea/emp/reports/lbnl-4476e.pdf</a>

太陽光電系統的環境議題（下）

（4）土地資源與建物資產台灣地狹人稠，土地價值高，如果太陽光電系統安裝在土地上可能會影響其他經濟作物或建築開發的機會，故太陽光電系統躉售費率上，針對地面型的系統給予相對較低的收購價格。就算在農地或建地施做系統，也有設置面積上限。目前地面型系統以屏東林邊地區養水種電案例為大面...

太陽光電系統的環境議題（上）

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近年來由於地震、海嘯與核災等天災人禍頻傳，能源安全與環境永續問題在台灣逐漸受到重視。經濟部在民國98年7月施行「再生能源發展條例」，開放再生能源系統設置，期望減低台灣能源密集度，同時替減緩地球暖化盡一份心力。而再生能源中，太陽光電是大眾比較熟悉的，不過在設置太陽光電系統的同時，也有許多環境成本需要了解及考量。
太陽光電系統包含太陽光電模組、變流器、變壓器、支架、各類開關、電錶與配電元件等，在生命週期階段都會由原料開採、製造、運送、安裝使用與廢棄等階段，而對使用者比較容易接觸到的只有使用階段跟廢棄物。一般來說，太陽光電系統環境影響大致可歸類為（1）水資源、（2）電磁場（波）、（3）噪音、（4）土地、（5）有毒物質、（6）廢棄物處理及（7）溫室氣體排放等。本文將搜集研究報告、其他國家做法與台灣現況作說明比較。 
（1）水資源 
太陽光電模組在發電時不會消耗水，但水是多少被使用在設備製造過程與日常清潔維護中。一般500kWp屋頂型太陽光電系統，，每年就會消耗約25,000～50,000公升的清潔用水，如果系統所處環境飛灰與落塵較多，或系統持有人清洗更為頻繁，則可能導致用水量更大。
而聚光型太陽熱能電廠（Concerntrating Solar Thermal Plants, CSP）使用水作為冷卻系統，根據不同的電廠設計、冷卻系統與所在位置，冷卻水用量有所不同，以循環式冷卻水系統而言，平均每度電約需要使用2.6～3.4公升用水。相較於一般火力電廠（1.3～2.2 L/kWh）、附設碳捕捉設備火力電廠（2.6～2.9 L/kWh）、天然氣複循環機組（0.9～1.4 l/kWh）與核電廠（2.1～3.2 L/kWh）的冷卻用水，聚光型太陽熱能用水量相對偏高，但發電過程不排放溫室氣體。目前台灣沒有這類型的發電系統。 
（2）電磁場（波）（electric and magnetic field, EMF） 
電磁場在現代生活中幾乎是不可分割的一部份。太陽光電系統發電時會產生低頻電磁（extremely low frequency, ELF），就如同家裡的電器產品跟一般住宅的電線（60赫茲/Hz），而身邊的手機、收音機、微波爐產生的則是高頻電磁（30,000赫茲/Hz以上）。
電磁場又可分為電場與磁場。電場基本上接電就會產生，容易受物體屏蔽；而磁場要將設備啟動才會產生，不易屏蔽阻擋，故人體比較有機會暴露磁場下。越靠近電子設備，兩種場域的能量就越強，但兩種能量會隨著設備距離拉長而快速衰減。舉例而言，距離吸塵器15公分磁場可能高達300毫高斯，而距離1公尺磁場減低為2毫高斯。
太陽光電模組運作時會釋放相當低的低頻電磁（10公分內小於1毫高斯），但變流器、變壓器與相關導線會隨著電流量產生較多的低頻電磁場。以10～20kWp的變流器為例，磁場在變流器與變壓器旁最強，但在15米外則快速衰退成小於1毫高斯，最高的低頻電磁波則在變流器旁的AC導線，可達1,050毫高斯，但這還是比部分家用電器產品的電磁場要低（如電動開罐器15公分內可有1,500毫高斯電磁波產生）。而大型電廠的變流器，2公尺外約有150毫高斯，45米外則降至小於0.5毫高斯，甚至有些地區比環境背景值（0.2毫高斯）還低。 
（3）噪音 
通常太陽光電系統的變流器與變壓器會產生些許低頻噪音，大型設備約在70分貝以內（約為火車或客運內的聲音），但通常50米外就幾乎聽不到了，住宅社區使用的小型變流器則幾乎沒有聲響，符合台灣住宅地區噪音容許值。目前台灣大型系統（大於500kWp）依據電業法要求須提出相關環境評估，小於500kWp則沒有規範。加拿大安大略省（Ontario 359/09）規範12MWp以上的太陽光電電廠需要提出噪音影響分析，而美國麻州要求6MWp以上的系統就必須進行噪音分析，甚至要求1到3.5MWp的系統變流器距離太陽光電陣列的距離，還規範距離變流器3米內允許噪音在55～65分貝。 
 
備註： 
1.太陽光電板清潔以平均每年清潔四次，每次三天，每天七小時，水管流量每分鐘5～10公升計算。 
2.美國對於住宅電磁場的背景值要求是1毫高斯，不影響健康下的最大暴露值為3毫高斯。台灣目前沒有相關背景值規範。 
 參考資料： 
1. Clean Energy Results Questions and Answers, Ground-Mounted Solar Photovoltaic Systems, 2012 2. NEMA Standards Publication No. TR=1-1993(R2000), Transformers, Regulators and Reactors 
3. http://ncs.epa.gov.tw/ 
4. Ontario Regulation 359/09 Renewable Energy Approval (REA) Regulation, Ontario Ministry of the Environment, Canada Tech Environmental, Study of Acoustic and EMF levels from Solar Photovoltaic Projects, Prepared for theMassachusetts Clean Energy Centre, December 2012 
5. http://www.ucsusa.org/clean_energy/our-energy-choices/renewable-energy/environmental-impacts-solar-power.html#.VGmvZ0JASAY 
6. National Renewable Energy Laboratory (NREL). 2012. Renewable Electricity Futures Study. Hand, M.M.; Baldwin, S.; DeMeo, E.; Reilly, J.M.; Mai, T.; Arent, D.; Porro, G.; Meshek, M.; Sandor, D. eds. 4 vols. NREL/TP-6A20-52409. Golden, CO: National Renewable Energy Laboratory. 
7. SunShot Vision Study, February 2012. 
8. American Conference of Government Industrial Hygienist (ACGIH). 2001. as cited in NIEHS 2002. 
9. Chang, GJ and Jennings, C. 1994. Magnetic field survey at PG&E photovoltaic sites.PG&E R&D Report 007.5-94-6. 
10. IPCC, 2011: IPCC Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation. Prepared by Working Group III of the Intergovernmental Panel on Climate Change [O. Edenhofer, R. Pichs-Madruga, Y. Sokona, K. Seyboth, P. Matschoss, S. Kadner, T. Zwickel, P. Eickemeier, G. Hansen, S. Schlömer, C. von Stechow (eds)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 1075 pp. (Chapter 7 & 9)

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