太陽能生產過程很耗能嗎？

太陽能生產過程很耗能嗎？

網路上流傳著一個對太陽能的疑問，有人說太陽能的生產過程很耗能，消耗的能量比發電產生的能量還多，所以其實太陽能並不環保，這是真的嗎？我們來看看客觀數據怎麼說。

本文為2018年引用2013年報告所撰寫

2024年國際能源總署發佈新的研究報告

最新報告的說明與分析請見以下連結

太陽光電系統的能源回收期

https://solar543.blogspot.com/2024/07/NREPBT.html#more

首先介紹一個名詞，Energy Pay Back Time（EPBT），直譯為能源回收時間。EPBT意思是從太陽能設施的生產過程，直到廢棄處理（至垃圾掩埋場）所消耗的能源，要發電多少年才能打平。定義如下：

EPBT能源回收時間 = 生產與廢棄所消耗的能源 / 每年所發的電能

= 發電多少年可以補足其消耗的能源

太陽能的能源回收時間

根據德國研究機構Fraunhofer所出版的2018年太陽能報告[1]，引用2013年的研究結果如下圖1、圖2，分別是強日照條件1925kWh/m²/年，弱日照條件1000kWh/m²/年，所計算出的結果。日照越強的地區，發電越多，所以能源回收時間較短，相反的日照差的話，回收時間也就比較長。台灣的日照條件正好介於這兩者之間，大約1000～1400 kWh/m²/年，換算成裝置在台灣的太陽能EPBT，單晶大約2.32～3.25年，多晶大約1.5～2.1年。也就是說，單晶大約3年左右的時間，多晶大約2年不到的時間，所發的電就超過生產過程所消耗的能源。

不過要特別提醒，這是2013年的研究，當時的單晶模組效率只有14.8%，發電效率遠低於現在2018年的效率20%左右，所以EPBT會隨技術進步而降低，EPBT每年下降趨勢可以參考圖3。

圖1 強日照條件之EPBT

圖2 弱日照條件之EPBT

圖3 EPBT下降趨勢

先進電池技術的EPBT

為了進一步了解最新的EPBT，筆者遍尋期刊文獻，可惜沒有找到如上述涵蓋各種電池技術的更新的研究報告，不過找到一篇出自太陽能名校新南威爾斯的報告，估算了各種先進矽晶電池的EPBT [2]，研究結果請見下表1。由於電池片的效率已經遠高於2013年時的水準，可以看到EPBT大幅下降。PERC模組在日照1700 kWh/m²/年的條件下，EPBT可達到1年左右，換算成台灣的日照1000~1400 kWh/m²/年，EPBT大約是1～1.2年左右。

表1 各種矽晶電池的能源回收時間

表格備註：其中Al-BSF是傳統矽晶電池，PERC則是採用特殊結構提昇效率的電池技術。UMG-Si是指冶金級矽，此種材料純化程度不如半導體級的矽，所以耗能稍低。EPBT估算的假設條件是年日照量1700 kWh/m²/年，系統PR值0.75，模組壽命20年，年衰減率0.8%。電池片效率20～21.4％，模組效率16~18%（詳見論文表2）。

碳排放呢？

EPBT的研究通常也會同時計算平均每度電的碳排放，在此同場加映太陽能的碳排放計算。

平均每度電碳排放量 = 生產到廢棄的過程中造成的碳排放 / 整個生命週期的發電總量

圖4是各種矽晶電池的每度電碳排放量[2]，大約每度電造成25～35g二氧化碳（計算條件如上表格備註）。只看這個數字沒有感覺，請看表2比較各種能源的碳排放量[3]。特別說明，碳排放的計算與環境條件、假設條件、技術先進程度…等因素有關，所以各報告計算結果不會完全相同，因此看到的不是一個單一數字，而是一個範圍。文獻[4]把數據分類簡化成圖5比較容易看，也給大家參考。

圖4 各種矽晶電池的碳排放[2]

表2 各種能源的每度電碳排放[3]

圖5各種能源的每度電碳排放

結論

太陽能從生產到廢棄的過程所消耗的能源，在台灣的環境大約1～1.2年左右就可以完全回收，以太陽能壽命20~25年來看，其耗能遠低於生命歷程中所產生的能源。從碳排放的角度來看，太陽能跟其他再生能源、核能都遠低於燃燒化石能源的發電方式。請大家放心的使用太陽能吧！

參考文獻

[1] PHOTOVOLTAICS REPORT, Fraunhofer ISE, August 2018.

[2] Life Cycle Assessment on Advanced Silicon Solar Modules, Asia-Pacific Solar Research Conference 2017.

[3] Life cycle assessment (LCA) of electricity generation technologies: Overview, comparability and limitations, Technical University of Denmark 2013.

[4] Comparison of Lifecycle Greenhouse Gas Emissions of Various Electricity Generation Sources, World Nuclear Association 2011.

關於作者：

林敬傑博士，業界朋友們暱稱為「傑博」

2004年在工業技術研究院從事太陽能模組研發

2005年與德國萊因技術合作，在臺灣建立亞洲第一個太陽能檢測認證實驗室

2007年擔任德資企業a2pak Power茂暘能源技術長

2011年成立顧問公司PV Guider，提供專業諮詢與電站品質管控等服務

目前擔任：

PV Guider首席顧問

CNS國家標準審議委員

工研院量測中心顧問

IEA國際能源總署Task 13工作組成員

SEMI產業標準工作小組召集人

Solar United國際太陽能產業聯盟工作小組技術專家

華聚基金會兩岸共通標準技術專家