【能源科技】太陽能過去、現在與未來(一):安裝自動化

作者 | 發布日期 2013 年 06 月 11 日 10:20 | 分類 太陽能 , 能源科技 , 自動化
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太陽能發展至今,有幾個常被批評的主要缺點,首先是昂貴;其次是「靠天吃飯」,供電情況仰賴天氣,以及夜間無法發電;最為人垢病的則是以往製造一個太陽能電池,用到壞,所發出來電力,還少於製造它所需要的能源。




但這些都已經是過去式了,太陽能價格經歷近年的崩跌,雖然目前仍然比其他能源貴,但已非以往的天價;而各種能源儲存科技也正在發展;2013年,由於太陽能電池能源效率提升,太陽能電池畢生所發的電力扣掉製造所需能源,可望由負轉正。

這是太陽能的過去與現在,那麼太陽能的未來要往哪裡走?本系列將探討許多新技術,讓我們一窺這個重要可再生能源的未來發展。

系列一:安裝自動化

在台灣,往往提到太陽能就直接想到太陽能電板,目前的太陽能發電其實應該分為兩大類:聚光式太陽能,與太陽能電池。聚光式太陽能的原理跟我們小時候用放大鏡聚光燒紙的原理一樣,使用各種不同的反射鏡,聚焦加熱,以熱能煮水產生蒸汽來發電,這部分後續再談。

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聚光式太陽能發電

太陽能電池模組,由許多太陽能電板與電路等其他零組件所組成,則是直接把光能轉換成電能。台灣較熟悉太陽能電板與電池模組──因為許多台廠有在生產。  1306100302

太陽能電板(photo credit: Courtesy of DuPont)

2011年以來,太陽能電板價格經歷了有如地震走山一樣的大崩盤(可參考Energy trend:不堪價格競爭壓力,中小型太陽能廠商暫時關閉產能),許多人認為太陽能電板已經降到一個極限,不容易再進一步降低價格了。

降低安裝成本為關鍵

但這不表示太陽能電池的總體發電成本就不能再下降,在電板價格崩跌後,佔總體成本的比例下降,而太陽能電池除了電板本身,還有模組製造成本,以及最後的安裝成本。在人工昂貴的歐美國家,安裝成本居高不下,以德國來說,太陽能電池發電的總成本,竟有高達7成來自於安裝過程,而有3成為工人的勞力成本,幾乎與太陽能電池模組本身相當。

因此,與其汲汲營營的再壓低太陽能電板的價格,想辦法降低安裝成本更能有效的壓低總成本,進一步使太陽能電池發電更有競爭力。

發展自動化安裝機器人

德國身為勞工雇用成本數一數二高的國家,很早就開始著眼如何減少安裝過程的勞工成本,他們想到的辦法是:發展自動化安裝機器人。

PV Kraftwerke在2012年7月發表了「Momo」自動化機器人,雖然講自動化機器人好像很「高科技」,其實只是一台採購市面上現有零件組裝的拼裝車,技術性門檻並不高,它的全身零組件都從日本市面上就買得到。

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(photo credit: PV Kraftwerke)

拼裝車的基礎是一輛小型履帶式全地形車輛,上頭加裝一隻長的長機械臂,機械臂前端裝上日本開發的,專門用來運送玻璃的工業用吸盤,德國人很聰明的想到這個吸盤也可以用來吸太陽能電板。車上還裝有3架攝影機,提供影像,經專用軟體計算出空間定位資訊,以適應不同的安裝場所與地形。

Momo機器人省工、零錯誤

以往PV Kraftwerke安裝太陽能電池,需要一整組包含35個工人的安裝團隊,而改用「Momo」機器人以後,只需要1個人駕駛「Momo」以吸盤吸起太陽能電板模組,放至定位,另外2名工人將模組鎖在預先架設好的底座上固定就好了,總共只要3名勞工,安裝時間更可以降低到原本的8分之1。

機器人還能排除人為錯誤的風險,所謂人就是會犯錯,以往以人來安裝時,經常因為一不小心,把太陽能電板模組摔到地上、碰到建物而撞壞,或是因組裝不當而毀損;使用機器人以程式化設定安裝時,發生錯誤的機會降到幾近於零,省下了非常多額外成本。

而機器人風雨無阻,更是一大利器,以往要是遇上大雨、下雪、風大或夜間,工人的人身安全有危險,失誤也可能會增加,只好停工,若使用機器人,則可全年無修,大為減少施工時間,也可望降低安裝總成本。

在這個狀況下,PV Kraftwerke估計,以往一座14MW的太陽能發電廠,安裝工程經費約需要200萬美元,若以機器人安裝,則可以節省一半。

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研究安裝機器人的德廠不只有PV Kraftwerke,Gehrlicher Solar AG更早在2010年就推出「Gehrlicher Assembly Robot」,與特製的運送車一起運作,可以從運送到組裝一貫作業,在intersolar 2010大會上獲頒intersolar大獎。

隨插即用方法,可節省時間人力

另一方面,其他太陽能廠則想出了如同預鑄混凝土一樣概念的策略。

以往安裝太陽能電池模組,得先在客戶的屋頂上栓緊好幾組金屬軌道,組成支架底座,底座設置完成後,工人才把太陽能電板模組栓在底座上,拉出接地線、電力纜線等等,整個過程需耗費大量人力。

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(photo credit: USDAgov)

如果在工廠中就把支架與線路一起製作完成,就像預鑄混凝土一樣,那到現場「隨插即用」,能節省大量時間。

2011年10月,Solon Energy在2011國際太陽能會議(2011 Solar Power International conference)上,推出商用屋頂太陽能電板模組解決方案SOLquick,使用質輕堅固不導電的Fibrex材質,減輕重量,可節省運送與施工成本;不導電因此無需安裝接地線;「隨插即用」讓SOLquick節省物理施工安裝時間達85%,節省電力系統施工時間一半,10個單位模組只需要1人時即可安裝完成。SOLquick於2012年正式推出,並於2012年6月得到intersolar大獎。

中國的天合光能也開發了類似的內建支架模組,只是用的是金屬支架,宣稱發電成本每瓦可節省10美分。

太陽能未來:降低安裝成本

許多人認為太陽能電池要有劃時代的突破才能再降低成本,可說只見到太陽能電板部分,見樹不見林。其實以現有機器人科技,即可靠自動化安裝,節省大量安裝成本,或甚至只在模組設計上改良,就能進一步大量降低安裝成本,這不僅是太陽能的未來,也已經是現在進行式。 

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