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新能源

屋頂上的太陽,到底能不能?

台灣大部分的屋頂,因互相遮陰而未能獲取有效發電的陽光,更常遇到太陽能躉購下缺乏饋線容量的狀況。JJP潘冀聯合事務所提供

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儘管世界各地為尋求節能減碳的方法祭出種種手段,非常遺憾的,燃煤電廠排碳量依然在2021年創歷史新高,年增8.5%,預期今年還會攀升。

台灣再生能源緩步上升,目前占總發電量6%。從JJP潘冀聯合建築師執行的新建案與偏鄉扶貧經驗中,我們發現台灣大部分的屋頂,因為互相遮陰而未能獲取足夠陽光、有效發電,更常遇到太陽能躉購(「躉購」為再生能源保證收購制度)下缺乏饋線容量的狀況,導致裝了再多太陽能光電板,台電也收不了。

太陽公公的能量雖然源源不絕,但我們的技術與政策該怎麼走,才能把免費陽光用好用滿?

建築物整合光電板,這樣做最節能

隨著光電產業發展及減碳意識抬頭,太陽能發電在全球已是一項被廣泛使用的發電系統。在建築物上裝置太陽能板發電的設計,普及率也逐漸提升。太陽能發電亦是近年被廣泛探討的「低碳建築」乃至於「淨零碳建築」目標下,一項關鍵的建築碳中和手法。

以位於美國西雅圖,由Miller Hull Partnership事務所設計的布利特中心(Bullitt Center)為例,建築體具備太陽能發電、自然通風照明、廢水過濾、有氧過濾⋯⋯等多項先進的節能設計。

它所創造的超低建築能源密度(EUI=16),搭配575片太陽能板所組成的屋頂,在陽光充足的夏季,太陽能發電甚至「供過於求」,除了能夠自給自足外,還能將使用結餘的電能輸出回公共電力系統,成為當地一座小型發電廠。

圖/美國西雅圖的Bullitt Center ,太陽能發電除了能夠自給自足,還可以將結餘電能輸出回公共電力系統。JJP潘冀聯合建築師攝

再來看看JJP設計的台達美洲總部,基地位於加州弗利蒙特(Fremont),建築設計以「淨零耗能(Net Zero energy)」為目標,不僅提高自產的太陽能光電板之效能,盡可能降低能源消耗,還善加利用其他再生能源。

舉例來說,空調系統透過地源熱泵,鋪設147公里的雙向輻射熱交換管線,使得全年無需開冷氣,就節省60%能耗;而電梯節能管理將回收能源重複利用,省下了30~50%能耗。作為總體控制的綠能智慧化管理中心,對於全棟建築的能源使用提供靈活調度,調配夜間散熱,也讓總體能耗再降25%。

即使屋頂滿布太陽能光電板,同時採用台達自行研發的高效能轉換逆變器,但是關鍵在於建築物的能耗管理表現優異,只有傳統商辦的10%能源耗損,才有機會讓自家屋頂的太陽能發電「供過於求」。

圖/台達美洲總部,能耗只有傳統商辦的10%,不僅達到淨零耗能目標,還讓太陽能發電「供過於求」。JJP潘冀聯合建築師提供

太陽能板的技術,除了設置在屋頂的屋面型模組外,近年也出現可以與建築物其他設計語彙整合的系統。

華盛頓大學生命科學大樓(Life Science Building at University of Washington),由Perkins+Wills事務所設計。定睛一看,它的玻璃帷幕牆外垂直的片狀裝置,實際是兼具垂直遮陽板功能及發電功能的太陽能板。

不同於過往大眾所認知的深色太陽能板,這種太陽能發電模組的特性,是以類似薄膜網印的方式貼附於垂直玻璃板上,因此不會因為顏色過深造成視覺衝擊,亦可保有使用者從室內看向窗外的視覺穿透性。

圖/華盛頓大學生命科學大樓以類似薄膜網印的太陽能發電模組,讓太陽能板融入建築語彙。JJP潘冀聯合建築師攝

擁有足夠的日照面積與時間,才能有效提高太陽能板的發電效能。除了屋面之外,以地景建置的方式,例如公共建設的機房設備空間、停車場等,都是能夠整合太陽能板的建置區域。甚至延伸地景到牆面,將立面型太陽能板延伸為建築物的表情,也是善用太陽能發電的方法之一。

圖/與地景結合,於停車場建置地面型太陽能板,也是善用太陽能發電的方法之一。JJP潘冀聯合建築師提供

老宅舊屋得先解決自己的問題

老宅裝設太陽能板,有哪些問題要克服?

太陽能板的平均使用壽命約為20年,依據內政部房屋稅籍統計資料,全台住宅平均屋齡31年,意味著目前台灣的住宅大多是老舊房屋。面對人口老化問題,舊屋改建或裝設電梯更顯急迫,更勝裝設太陽能板的議題。

再者,裝置太陽能板需要的金屬構架與五金配件,皆涉及既有的屋面增建,如果便宜行事,選擇耐候性不佳的材料,不到5年就需要更換維修,又是一大筆拆裝費用。

經濟部能源局於今年6月提出《再生能源發展條例》修法草案,其中提到:「新建、增建及改建符合一定條件之建築物,應於該建築物屋頂設置太陽光電發電設備。」

倉儲、畜舍、學校等建築類型,因屋頂面積較大、樓層數較低,且屋頂較少設備,此建築類型較有機會發揮太陽能板之效益。但集合住宅占地面積小、樓層高,屋頂面積扣除機房、水箱、配送水電設備管線後,往往所剩無幾,屬於草案中「受光條件不足或其他可免除情形」者,即使建置也不符效益。如果還要增加太陽能板鋪設面積,就得將腦筋動到外牆材料、窗戶玻璃、景觀車道等設施上。

圖/太陽能板要進入大街小巷,除了考慮受光條件,還得有足夠饋線容量。JJP潘冀聯合建築師提供

違建終歸是違建,不會因為裝太陽能板就合法化

有些人擔心自己屋頂違建,或是同棟樓其他違建因申裝太陽能板被查報。現階段地方政府為推動太陽能,將建築管理與經濟發展分開,讓再生能源設置更快速。但屋頂違建終歸是違建,並不會因為新設太陽能板申請核准,建築物權狀就多了一項,使用執照面積自動增加,違建終究不會自動合法。

對於既存違建,各地方政府提出不同的設置方式申請,一般包含結構分立、結構共構、設備安裝等3類。

「結構分立」是讓太陽能設施支架固定於合法建物結構體,較不設於屋頂既有違建;「結構共構」則是在違建的結構上增搭支架,讓太陽能設備的重量傳遞到違建上。而「設備安裝」則是直接鋪設在違建屋頂。

對民眾而言,癥結都在既有違建一旦拆除,已經安裝的太陽能拆或不拆?以直接鋪設來說,設置成本最低,卻最有可能面臨不到20年就得拆除重置。違章建築管理仍需護及整體市政發展與公共安全,不該為了倉皇推動再生能源而失去立場。

生產、運轉與回收的下一哩路

生產具更高效率的太陽能板,並減少製程污染物一直是業界努力的目標。目前的太陽能板發電效率不到30%,但再等下去,也等不到最高轉換率與台電最高躉購費率的時機。

「躉購」雖是推廣期的再生能源發電保證收購制度,民眾拿到錢當然滿是喜悅,也別忘了這是傾國家之力,扶持再生能源的高昂代價。

觀察這幾個月歐陸爆增的電費,過去德國太陽能板安裝要20年回收,如今3年就回收了。現階段,國內仍要持續解決台電饋線容量的電網問題、多元供電措施與儲能調度。

而民眾對於再生能源之所以「無感」,主因是電價便宜、攤提時間長,公私部門都沒有「如臨大敵的危機感,」令公共建設與建築物內的節電儲能推動相當吃力。面對新能源時代,我們很需要全民動起來!

本文章反映作者意見,不代表《遠見》立場

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