太陽能發電是綠色再生能源的主流之一,太陽能對地球環境友善,不像煤、石油或天然氣…等化石燃料發電會產生溫室氣體PM2.5造成空氣汙染,也不會像核能發電會留下千年毒害的放射性核癈料,所以現在世界各國為了達成碳中和目標,正在大力投資包含太陽能在內的的再生能源。

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若自家條件許可裝置太陽能發電設備,可以將白天太陽所發的電力售回給台電賺取發電利潤,據業者表示將太陽能發電賣回台電的利潤,可以在7~10年內回收太陽能發電設備的投資成本,往後10多年的賣電收益大部份就都是獲利。

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除了將太陽能生產的電力售出,也有企業與家戶選擇將自己屋頂的太陽能電場所發的電力納為己用,對企業而言營運與生產過程的淨零碳排是未來的趨勢,法規的要求加上消費者環保意識,符合淨零碳碳排的企業將能在未來脫穎而出。

對家戶而言自己發電自己用可以降低每月的電費(針對電力價格較高的地方),降低對電網的依賴程度,不會受到像是因地震火災供電吃緊…等因素造成電力中斷,這對用電安全與用電彈性帶來更大保障。

不過太能發電高峰只在白天,晚上沒有陽光太陽能板就無法發電,但是晚上也要用電怎麼辦,所以就需要想個辦法把白天生產的電儲存起來留待晚上時使用。

那麼該如何儲存太陽能白天所生產的電力,等需要的時候再拿出來用呢?

我們很直覺能想到可以用電池來儲存電力,不過除了電池之外,聰明的工程師還想到其他很特別的方式將電能以能量的形式儲存起來,等待有需要的時候再拿出來使用,接下來我們就來看看包括機械電池熱儲…等儲電方式。

機械儲能

利用物理特性將多餘的電能轉化為機械能儲存起來,當有需要時再由機械能轉化為電能後輸出使用。

目前有三種獨特的機械儲能系統:

壓縮空氣儲能系統(CAES, Compressed-air energy storage)
這種儲能系統利用多餘的電力將壓縮空氣打入大型容器中,可以是空氣鋼瓶或地下構造,當用電需求高峰時釋放壓縮空氣,推動發電機輸出電力,這樣的儲能設備可大可小,有小型一般家戶或商業空間可以使用的機型,也有超大規模用作穩定電網的中繼儲能設備。


像是美國 Hydrostor 公司計劃在加州打造容量達4GWh的大型空氣壓縮儲能系統,未來可以達到10GWh容量提供8~12小時的能源需求。

Hydroster 加州壓縮空氣儲能系統


CAES有比電池更能儲存能量供長時間使用、維護成本低廉以及使用壽命長…等優點。

抽水蓄能(PSH, Pumped storage hydropower)
抽水蓄能是利用多餘電力將位於地勢較低的下池池水抽至地勢較高的上池,需要電力時就可以釋放上池池水,藉由向下流動的位能來進行發電輸出電力,達到反覆使用的儲能系統。


抽水蓄能是我們比較常見的蓄能系統,目前台灣日月潭有大觀二廠明潭電廠兩座抽蓄水力儲能電廠,另外德基水庫也正在進行「大甲溪光明抽蓄水力發電計畫」。
抽水蓄能的好處是機組啟動快,很適合作為大型電網穩定電源及儲能系統,缺點較難縮小體積給一般家戶使用。

飛輪儲電系統(FESS, Flywheel Electric Storage System)
工作原理是當電力出現餘裕時,利用多餘電力來旋轉飛輪,待有電力需要時,裝置內加速了的飛輪可以將動能輪出給裝置內部的發電機進行發電。

法國新創公司Energiestro目前開發出以水泥作為材質的飛輪儲電系統,成本比碳纖維材質要低廉許多,生產過成的碳排放 10g CO2/kWh也大大少於鋰電池的 40g CO2/kWh,目前基本容量為10kWh,一個小時能夠充、放電完成,未來飛輪儲電裝置的容量會逐漸增加到20kWh、50kWh,甚至滿足一天24時所需電力的容量。

Eenergiestro


電池儲能(battery energy storage systems, BESS)

是大家最耳熟能詳的儲電裝置,太陽能板生產出的電力為直流電(DC, Direct Curent),不需要轉換成交流電(AC, Alternative Current)就能儲存在電池之中,可以將用不完的太陽能電力先儲存在電池中,需要電力時則將電池放電輪出電力。

鋰離子電池Lithium-ion (Li-ion) batteries是目前電池儲能系統中的主流,另外比較常見的還有鉛酸電池Lead-acid batteries,雖然鋰離子電池價格較高,但是根據2019年美國能源部門的”能源儲存系統技術與成本特性報告中”中指出,鋰離子電池在成本、效能、產品周期壽命與技術成熟度…等方面的綜合考量下,是4小時儲能系統中的最佳選擇。

蓄熱儲能

與前面幾項儲能不同,蓄熱儲能直接將太陽的熱能儲存起來而不是儲存多餘的電力,其原理是利用介質來吸收和保存來自陽光的熱量,介質包括像是熔鹽,利用太陽直接照射或反射裝置將太陽光帶來的熱能傳導到介質上,並將介質儲存在儲熱容器中,當需要時熱能可以直接輸出或用熱能來發電。

像是最常見到的太陽能熱水器,其實就是家用蓄熱儲能的代表,白天太陽照射熱水器上的真空管或集熱板,將水加熱後儲存至保溫桶,等到晚上要洗熱水澡時再拿來使用。

另一種用來作為蓄熱儲能介質的熔鹽(molten salt)則多用於非常大規模的蓄熱熔鹽發電廠,像是位在摩洛哥瓦爾扎扎特(Ouarzazate)全球最大的聚光蓄熱發電場,可以達到510MW的發電量。

現今儲能科技發展非常快速,像是燃料電池氫能源、或是液流電池…等以及前述的各項儲能科技都持續升級進步中,不久的將來我們的用電習慣將會因為綠色能源與儲能科技帶來很大的改變(什麼鳥綜合報導)。

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