可永續、太陽能源的興起
太陽能是一種環境友善的能源。了解太陽的光線如何為地球提供電源，以及如何維護地球。
何謂太陽能?
太陽能是來自太陽的能源。太陽的熱和光線可用來產生電力或熱能，以滿足各種家庭、企業和其他的營運需求。太陽能發電系統的輸出是以瓦特為單位。
太陽能 (也稱為太陽電源、太陽能發電或太陽輻射) 的太陽能是最豐富的 可再生能源。可再生能源是可重新產生的能源。不同於天然氣 (油、天然氣和碳)，這種能源在使用一次後不會耗盡。此外，風能、水能和地熱能也是再生能源的其他範例。
您可能感到意外，太陽能技術並非近代的發現:自西元前七 世紀起，人們就會使用放大鏡和太陽光來起火和煮食螞蟻。當然，自那時以來，太陽能的技術有重大的發展和進展。
以下是根據美國能源部門提供的太陽能概觀和時間表:
- 1767 年，瑞士科學家 Horace de Saussure 建立了全球第一個太陽收集器。
- 法國物理學家 Edmond Becquerel 在 1839 年發現了光電效應，也就是當光線或放射能量產生電壓或電流的效果。
- 數十年後，法國數學家 Augustin Mouchot 註冊了太陽供電引擎的專利。
- 根據 Smithsonian 雜誌，在 1883 年，紐約發明家 Charles Fritts 在硒上塗上一層薄薄的金，創造了一種太陽能電池，其能量轉換率達到 1% 到 2% (作為參考，大多數現代太陽能電池的工作效率在 15% 到 20% 之間)。五年後， Edward Weston 獲得兩項太陽能電池的專利。
- 1900 年代初，Albert Einstein 發佈了一篇有關光電效應的論文。
- 1954 年，Bell Telephone Laboratories 生產了第一枚能夠轉換足夠電力的矽太陽能電池，以 4% (之後是 11%) 的效率讓日常電力設備運行。六年後，Hoffman Electronics 達到了 14% 的效率。
- 在 1970 年代，Elliot Berman 博士設計了較不昂貴的太陽能電池，價格也因此降低至每瓦特 20 美元。
- Paul MacCready 建造了一架以太陽能為動力的飛機 (史無前例)，飛機上有 16,000 個太陽能電池，並在 1981 年從法國飛到英國。
- 在 1998 年，科學家 Subhendu Guha 首先發明了彈性的太陽能瓦片，將太陽光轉換成用於屋頂的電力。
- 在 2000 年及之後，在太陽能技術的功能與效率方面都持續有重大的進展。
根據 Energy.gov，現今，太陽能在美國是最快速成長且最實惠的新電力來源，全國安裝量高達 300 萬台。無論是家用還是工業用，全球的太陽能也在增加。
每天常見又熱門的太陽能範例，就是您在某些房屋屋頂上看到的黑色矩形太陽能板。各大公司也歡迎這種形式的太陽發電，就連 Disney World 的 Epcot 主題公園外，也有一個由 48,000 個太陽能板所組成的米奇老鼠形太陽能設備。
太陽能技術在過去數年內持續不斷演進及改善。本文將概觀說明太陽能、它如何運作、使用它的優點，以及太陽能的未來。
如何收集及儲存太陽能?
光電（PV）
涉及使用裝置 (例如太陽板) 來吸收陽光，並轉換成電力。這些裝置稱為太陽能電池，並會連接成較大的單位以產生電力。
聚光太陽能熱發電 (CSP)
從太陽收集能源以產生熱，然後用來產生電力。這項技術使用鏡像來聚焦或將光能「聚光」。
太陽能加熱和冷卻 (SHC)
從太陽收集能源，並使用它為住家和企業提供加熱和冷卻服務。這項技術會使用太陽能收集器、管線和熱水儲存槽。
太陽能儲存元件
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電池
能源儲存系統的核心。兩種常見的電池類型是鋰鎳鈷錳和磷酸鐵鋰。
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關鍵負載子面板
該設備能夠讓您在停電時決定繼續供電給哪些重要裝置。
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太陽能板
用來為電池充電。薄膜、PERC、單晶矽和多晶矽均是不同類型的太陽能板。
太陽能板是由什麼所製造而成? 太陽能板的核心通常包含矽 (PV 電池中最常用的半導體材料)、玻璃外殼、金屬框架和其他硬體，以將太陽能板固定在一起，並支援其功能。
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變流器
用來將交替電流轉換成直接電流 (太陽能板和電池會將直接電流轉換成交替電流)。
太陽能儲存
然後，根據 Green Building Elements，有三種方式可以儲存太陽能:
電池儲存
最常見的是使用鋰離子電池來儲存太陽能。
機械能源儲存
壓縮空氣儲能系統 (強制將空氣打入容器 (例如罐) 並在必要時釋放)、抽水蓄能 (在有需求時，將水推過渦輪發電機以產生能源) 和飛輪儲電系統 (在需要時，使用多餘的電力旋轉飛輪來供電) 是此類儲存系統的三種變化。
儲存熱力
將熔鹽和水放入保溫罐中以保存能量。
還有 「虛擬儲存設備」，這是一種在電力需求預計出現高峰之前，對建築物進行加熱或冷卻的過程。如此一來，建築物會儲存此能源，供需要時使用。
太陽能的優點
太陽能有什麼優點? 優點有很多，包括環境福利、工作機會和扣抵稅額。以下是一些主要優點的概觀:
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太陽能系統具有稅賦優勢
轉用太陽能有助於節省花費 (儘管需長遠來看)。舉例來說，美國政府提供 聯邦太陽能扣抵稅額 ，可用來補助安裝太陽能 PV 系統的成本。州立與其他地方政府可能也會提供方案協助抵銷較高的金額。
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太陽能科技已日新月異
近年來，設備和儲存技術已大幅改善。現今，太陽能板能夠產出更多能源 (效率達 20% 左右) 並可持續使用最多 30 年。
住家或企業使用太陽能有廣泛的正面影響。不過，這種能源並非沒有其限制。以下是使用太陽能的一些缺點:
- 仍需要考慮污染。 雖然太陽能是比燃燒化石燃料對環境較爲友善的解決方案，但 PV 電池製造過程 中使用的一些化學和材料會產生有害的垃圾。
- 安裝可能很昂貴。 雖然使用太陽能可以節省您的成本，但初始的安裝和設備可能很昂貴。
- 有服務限制。 由於能源的生產依賴太陽，所以一天中有特定的時間與天氣狀況 (例如多雲的天氣) 不是最適合使用太陽能。
- 其他對環境的影響。 在調整太陽能系統時，需考慮水的使用、陸地的使用和潛在的水力流失。
説到最後一點，太陽能為產業和商務帶來環境友善的機會。舉例來説， 新興工具與應用程式 可協助組織視覺化水庫模擬，以提高鑽床命中率，並升級分散式能源資源的電網，以降低成本並擴展可能性。使用 量子運算來最佳化發電也取得了巨大進展。
如何實作太陽能
在您實作太陽能之前，記得研究清楚。您應該要計算所在區域的成本、查看可用的回饋和扣抵稅額、探索不同的系統，以及查看系統安裝公司的審查。技術上，您可以自行安裝太陽能板，但您應該考慮這是否最適合您。
如果您是企業負責人，在移至太陽能時，您有幾個考慮，包括工作場所中的電力用途 (冷卻和加熱系統、機械、設備等)。雖然與家庭一樣，您最終還是能節省成本，但是 轉換到太陽能 可能還是預先得投入時間與金錢。不過，我們的 IoT 解決方案，可協助降低營運成本，同時最佳化供應與需求以及監視網格線資產維護。
針對住家安裝，大部分的人可能會認為昂貴的標價是開始使用太陽能最大的障礙。舉例來說， 根據 Consumer Affairs，美國一般大小的房屋中的太陽板系統成本(減去任何太陽能扣抵稅額後) 約從 $11,144 美元到 $14,696 美元，以及小型 DIY 專案每個面板則約 $200 美元到 $250 美元。有些指南會進一步擴展價格範圍，列出在美國的成本介於 $10,000 美元到 $25,000 美元之間。還有一些「軟性成本」需要考慮，例如允許和安裝的人力成本。您可以選擇租用太陽能板，這表示您不需要支付安裝、維修或修理費用，但這也有優缺點需要考慮。
對於大部分家庭而言，預付價格可能較高，而必須等待很久才能開始看到太陽板的回報 (平均而言，您會在 7 到 12 年之後看到投資報酬)。但節省的成本可能也相當大:根據 HomeGuide，太陽能每年為美國居民節省 $600 美元到 $2,000 美元的電力成本。此外，某些安裝的成本低於列出的數字。您的住家大小 (較大的單位通常表示較高的價格)、您的能源耗用階層，以及您為系統選擇的技術類型，是影響成本的三個主要因素。 太陽預估 等網站允許您輸入郵遞郵遞區編碼，或在虛擬地圖上選擇您的位置，以協助判斷在您在家中安裝太陽能板的成本。
您也可以選擇以各種方式 (無論大小) 將太陽能納入您的日常生活。您不需要花很多金錢來開始使用太陽能。例如，您可以購買以太陽能供電的智慧型手機、在汽車緊急套件中使用太陽能充電的手電筒，或在下一趟野營旅行時準備太陽能爐子，有些價格甚至不到 $100 美元。除了太陽能板之外，還有其他選項可以為房屋提供陽光。房主可以使用太陽能設備加熱游泳池，並設定太陽能燈在夜間照亮後院或露台。您也可以在工作生活中使用太陽發電。想要遠端、異地工作嗎？ 當您在外頭的咖啡廳工作時，攜帶可攜式太陽能板充電器為膝上型電腦充電。
太陽能的未來
太陽能的未來肯定很明亮 (雙關語)，因為:
- 對地球比較好。 太陽能是一種永續 且 環境友善的能源。
- 全世界都有使用乾淨能源的趨勢。 2035 年後， 50% 的發電將會是可再生能源。
- 它變得更可負擔且更有效率。 太陽能系統的價格預計會持續下降，而服務則會持續改善。
- 可協助建立新企業與工作。 預期產業和工作成長會在此空間中保持成長。
最後一點，可再生能源領域的職業正在蓬勃發展。根據環境與能源研究所， 此產業在美國僱用超過 300 萬人，以及全球 1,100 萬人。太陽能工作的數目在整個美國會有所不同。例如， 根據太陽能源產業協會 (SEIA)，北達科他州列出 211 個太陽能工作，而德州則有超過 10,000 個。不過，太陽能源空間是由工程師、研究人員、太陽能工廠操作員、設備安裝程式，以及國內各種工作的其他專業人員所組成。
公司也非常期待太陽能和其他可再生能源的方案。大型科技公司宣佈了其組織的社會責任措施和環境目標。例如， Microsoft 已承諾在 2030 年前成為水正效益和負碳排。 消費者也越來越關心企業社會責任，因此希望有更多組織在近期內制定相關的永續承諾政策。
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常見問題集
- 太陽能是太陽所產生的能源，可以用來產生電力。它是一種可再生的能源，這表示一次使用之後可補充且不會耗盡。太陽能有各種不同的用途，可用來為建築物提供電力、加熱水、為適用的電子裝置充電等等。太陽能也稱為太陽電源或太陽輻射。深入了解>
- 太陽能可用於家庭或商業用途。例如，在住宅層級上，它可以為住家提供電力、熱水，以及加熱和冷卻。有些企業使用太陽能來經營辦公室、工廠或農地。此外，政府可以使用太陽能為公用設備和設施 (例如街燈、停車場、交通和學校) 提供電力。
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使用太陽能有幾個優點。除了資源豐富且可再生，太陽能能減少我們集體碳足跡，因為太陽發電本身產生的碳是零。同時，太陽能也具有成本效益。例如，技術發展使得太陽能系統變得越來越可負擔，而且隨著時間，這些系統可以大幅減少水電費。此外，太陽能完全可縮放，可用來為單一住宅或整個社區提供電力。最後，太陽能系統幾乎可以在任何位置安裝，甚至是遠端區域，這表示可以在無法存取電力的地方提供電力。
- 首先，太陽能會透過三種主要的技術來收集及處理: 光電（PV）、聚光太陽能熱發電 (CSP)，以及太陽能加熱和冷卻 (SHC)。一旦收集處理，您需要一些基本元件來儲存它: 電池、太陽能板、關鍵負載子面板和變流器。然後，有三種方式可以儲存太陽能: 電池、機械能源以及熱儲存裝置。視您的需求以及使用太陽能的用途而定 (例如，為 1,200 平方英尺的郊外住宅與網格外的大型住宅提供電力)，過程可能有所不同。
- 在美國安裝的初始成本 (一個住家約 10,000-$25,000 美元) 對於許多消費者來說可能很昂貴。不過，有些國家/地區有政府方案可協助您支付一開始使用太陽能的成本。這可能包括建立具有成本效益系統的資源，或如何確保獲得可用的扣抵稅額。這可能需要一些時間 (大約 10 年)，但您應該可以賺回支付太陽能板系統的成本，並在電費單中看到節省的費用。根據例如您的太陽能系統成本，以及您的住宅大小等因素，您的電力成本節省每年可以從數百美元到數千美元不等。
- 太陽能是現今可用最永續的能源形式之一。它不僅豐沛且可再生 (太陽每天會提供足夠的能源來滿足我們目前全球能源的需求一整年)，也可以經濟地大規模生產。產生太陽能不會產生任何溫室氣體排放，安裝好太陽能板後需要非常少的維護成本，而且提供電力時不會有污染水或空氣的風險。
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