水面太陽光電相關科學資訊

議題
水面建置太陽能板引發民眾疑慮

議題背景:
因應政府2025年達成再生能源發電占發電總量20%之目標,大力推動太陽光電及風力發電。其中太陽光電目標為達到20GW,佔所有再生能源裝置容量之74%。規劃中以地面型光電設置為主,達17GW,目前地面型光電設置地點大多是人口密度低的低海拔濕地或農地或荒野。同時根據太陽光電兩年計畫逐漸開始發展水域型太陽光電。
然而2018年7月9日七股漁民至行政院進行抗議,使民眾對於水域型太陽光電規劃的疑慮開始受到討論。綜觀水域型太陽光電的相關建置規劃,包含近期七股的漁電共生規劃、嘉義蘭潭水庫、烏山頭水庫,以及之前的虎頭崁埤、大林埤、萬丹大排、桃園埤塘……等地都曾遭遇地方反對設置。據此,可以發現民眾對於水面太陽能板的設置有許多的疑慮及擔憂,並可以分類如下:
1. 農漁業產出:如農作物日照、排水、養殖漁業產出、水產品質等。
2. 水源附近生態體系:特別是對於鳥類及黑面琵鷺的影響、水庫優養化。
3. 汙染:太陽能板本身是否會溶出汙染物、清潔沖洗時會否造成汙染影響水源。

 

什麼是水域型太陽光電?

水域型太陽光電顧名思義是將太陽光電設備設置於水面上或岸邊地區,其在設置工法上,根據選擇的支撐結構設置差異,分為固定式及浮動式(floating photovoltaic, FPV)兩種。其中固定式是指將太陽能板的支撐結構打入水體下方之地層,建立基樁;浮動式則是於水平面上建置浮動平台裝載太陽能板(見圖一),透過浮台之間的鉸接,連結成大面積的浮動平台,並以錨碇系統(mooring system)支撐及穩定太陽能板的位置。實際上則視地形、水文情況的評估而進行採用技術的選擇。大致上若水不深,且水位落差變化較大,則可考慮採固定式的工法,反之若水較深,如湖泊、水庫則較適合以浮動式進行。

 

圖一 浮動式太陽能板零件[1]

 

在設計上,水域型太陽光電相較於陸域型需要更多的安全考量,即便結構相似的固定式工法,亦須考量強風造成的水浪、水花、高速水流、漂流物……等外力因素。在浮動式太陽能板的部分,整個系統主要由浮台、支撐結構、錨碇系統、水底電纜及太陽光電系統,五個部分組成(如圖二所示)。除前述的外力因素外,更需考量兩岸固定的纜索及錨碇系統所能承受的外力、設置的位置會否因水體的變化而造成平台的傾斜、水面是否落差過大導致平台的變化超過平台可負荷之彈性、水底汙泥是否過厚導致浮動平台無法浮起等問題。其中錨碇系統的設計亦必須因應設置地點之特性進行調整。[2]

 


圖二 浮動式太陽能板組成示意圖[3]

 

 

 

相關科學資訊

  • 水域型太陽能板的機會與挑戰
    目前普遍認為水域型太陽光電之優勢與機會有三,分別是減少土地使用成本、減少水體的水分蒸發、及減少水質優養化的情形。同時相較陸域型太陽光電系統,水體亦有助於太陽光電系統的冷卻,以延長其使用年限。[4]
    然而以台灣而言,受限於面積限制、相較陸域型太陽光電場址利潤較低及容量限制的問題,台灣目前仍難以發展大規模的單一場址。[5]也因台灣必須面對颱風及豪雨等自然氣候對技術的挑戰,雖然至今尚未出現損壞的現象,但未來是否能面對大型的天災,仍有待觀察。
    此外目前台灣已有研究指出,太陽光電設施的設置,將因太陽光電板阻隔陽光影響生態系運作,及其排列的空隙及邊緣對鳥類而言,缺乏足夠的安全空間而影響水鳥及野鳥生態。[6]而目前針對水域型太陽光電設施的影響,仍缺乏更充分的在地化研究,亦將為大量推廣所需面對之重要挑戰。

 

  • 國外的建置經驗
    第一座的水域型太陽光電裝置建造於2007年日本愛知縣的國家先進工業及科學技術研究所,後陸續有許多國家加入相關領域之研究與建置,包含美國、義大利、南韓等等。[7]目前全球最大的水域型太陽光電單一場址,裝置容量達40MW位於中國安徽,但若以國家的整體裝置量來說,在全球前70大的水域型太陽光電站中,有80%場址都位於日本佔總裝置容量的47%。[8]
    此外,中國相關的水域型太陽光電計畫仍在持續進行,待正在建造中的三峽新能源計畫完工後,將會成為最大的水域型太陽光電單一場址,預計裝置容量達150MW。

 

  • 台灣目前的設置目標及概況[9]
    台灣的水域型太陽光電規劃,主要是由行政院核定的「太陽光電2年推動計畫」進行推動,初步預計將達成150MW的裝置容量,另外針對桃園埤塘設置太陽光電設施核定專案,預計達成600MW的裝置容量。由於其裝設地點包含水庫、滯洪池、埤塘及魚塭,分別由經濟部水利署及農委會作為主管單位進行規劃及推動。
    目前已完成的水域型太陽光電站包含位於高雄的阿公店水庫;位於屏東的大武丁、烏龍、大潭牛埔排水滯洪池;位於台南的永康科技園區滯洪池等,據水利署統計目前已完工的裝置容量為4.3MW,正在開發及施工中的裝置容量為52MW。農委會的部分目前已完成約481.4KW,其餘在埤塘光電的部分仍待招商施工。
    此外以設置工法之選用,目前於水庫及滯洪池之光電設施規劃多採用浮動式太陽光電系統,而農委會所規畫之漁電共生的設置,在室外養殖部分主要採用固定式太陽光電系統工法設置於塭堤四周,並搭配活動式溫棚。室內養殖則推動屋頂型太陽光電系統之設置。

 

圖三 台灣目前水域型太陽光電設置現況

 


[1] 資料來源:Santafé, M., Gisbert, P.S., Romero, F.J., Soler, J.B., Gozálvez, J., and Gisberta, C. (2014) “Implementation of a photovoltaic floating cover for irrigation reservoirs” Journal of Cleaner Production 66: 568-570.
[2]資料來源:宋賢超。〈水面型太陽光電發電系統發展與應用〉。能源知識庫。2018/08/09檢索。
[3] 自行修改繪製,原圖參考自Choia, K.W., Leea, N.H., Leea, A.K. and Kimb, K.J. (2014) “A study on major design elements of tracking-type floating photovoltaic systems” International Journal of Smart Grid and Clean Energy 3(1):70-74
[4]資料來源:李秋容。〈漂浮的發電廠–浮置太陽能農場來囉!〉。科技大觀園。2018/08/09檢索。
[5] 資料來源:陳文姿。〈水上太陽能廠崛起 能源局估面積2700公頃容量1.8GW〉。環境資訊中心。2018/08/09檢索。
[6] 資料來源:翁義聰、邱彩綢、鄧伯齡、劉清榮(2017)。〈嘉義布袋鹽田設置太陽能光電與黑面琵鷺棲地保護的衝突〉,《濕地學刊》6(1): 19-31。
[7] 資料來源:Trapani, K. and Santafé, M. (2014). “A review of floating photovoltaic installations:2007–2013” Progress in Photovoltaics: Research and Applications 23:524-532.
[8] 資料來源:Mesbahi, M. and Minamino, S. (2018). “Top 70 Floating Solar PV Plants.”  Retrieval Date: 2018/08/09.
[9] 詳見行政院農委會農業率能發展資訊網經濟部水利署水庫與滯洪池水域型太陽能