近來太陽能電池產業在石油價格不斷創新高的狀況下,得到許多關注的目光,許多企業紛紛加入此一產業的競逐,是否會造成過度供給,而影響後勢發展,相信是許多人關心的議題。事實上,由於此一產業之產品透過太陽光發電,無需燃料、無廢棄物與污染,具環保與節能效益,若裝置在建築物上,可避免太陽對建築物的直射,間接可降低建築物的熱效應;系統運轉無轉動組件與噪音,安全性高、操作簡單;且太陽電池壽命長久,可達20年以上,因此逐漸為各國所重視。尤其近幾年來環保意識高漲,加上國際石油能源價格居高不下,因此此一產業在近幾年蓬勃發展,市場成長迅速。基本上,太陽能電池產品應用十分廣泛,以矽晶太陽能電池為例,目前占商業產品的85%以上,除了可組合成大型的發電系統,亦可配合需求以消費性產品形態使用。在發電系統設置市場需求方面:如市電併聯式發電系統、偏遠地區發電系統、集中式發電站,裝置容量可達10MW以上。在應用產品市場需求方面:包括應用於通訊產品,如無線電設備、偏遠地區電話箱、雷達、燈塔照明、交通號誌,及消費性產品如計算機、手錶、風扇、汽車、帆船等應用產品領域,可說是無遠弗屆。
#@1@#此外,另以薄膜太陽能電池為例,由於該產品具有隔熱、透光、安全、美觀之特性,在與建築結構物結合的「建築整合太陽光電能」(Building-Integrated Photovoltaic, BIPV)發電系統市場具有發展利基。尤其其結合建築物的發展構想,在屋瓦、窗戶、遮陽(雨)棚、帷幕牆均可應用,不僅提供發電功能,並且能結合建材提供美觀、結構安全之功能。另外以可撓式基板(Flexible)做成的產品可以與消費性產品,例如背包、衣服、可攜式電子產品結合在一起使用,應用領域多元而廣泛,與大眾生活息息相關。根據Agency for Natural Resources and Energy的研究顯示,目前全球發電以石油為主,約占39%,天然氣次之,占24%,而煤占了23%,核能8%,再生能源(例如生物能源、廢棄物能源、風力及太陽能等)約占6%之發電比例。預計到了2020年,再生能源之比重將提升至16%。其中太陽光電發電量2004年只占全球電力需求0.015%,預期至2020年,太陽光電發電量約占全球電力1%,15年間有將近70倍的成長,這也成為推動太陽光電產業的原動力。根據估計,太陽能電池產業在2000~2005年平均年成長率約30%,估計2005~2020年仍將維持20%的高度成長。在各類產品的分布方面,至2015年全球太陽電池需求約12GWp,其中晶片型太陽能電池之矽晶太陽能電池市占率約75%,市場規模約9GWp;薄膜型太陽能電池包括非晶矽薄膜、矽薄膜、化合物薄膜太陽能電池市占率約17%,市場規模約2GWp;染料敏化太陽電池市占率8%,市場規模約1GWp。
#@1@#分析太陽能產業的上下游價值鏈可以瞭解,最上游的原料為矽材,由矽材長晶成晶棒再切割成矽晶圓,之後組裝成模組,最後建置成太陽能光電系統。在上游矽材產業方面,主要掌握在美國、德國及日本廠商,前5大廠市占率高達82%,屬於寡占市場。在矽晶圓方面則由日本、美國及德國領先。根據估計,矽晶圓的產量未來3年年平均複合成長率應可達30%以上。而在下游太陽能電池領域則由日本(46%)及德國(28%)領先。根據分析,影響太陽能產業發展的主要關鍵因素及重要的風險領域在於以下幾點:1.如何快速的降低成本,是目前市場成長的重要關鍵,這包括矽原料製程與晶圓製作的低成本技術,電池對材料純度的容忍度大幅提高的電池加工技術,例如鈍化(Passivation)與去疵法(Gettering)技術,與利用低純度(6N)的矽材料實現高效率的技術等。2.如何更有效利用太陽光譜,導入新材料輔助,減少短波長光子熱損耗、增加長波長光子吸收。單晶矽太陽電池模組轉換效率=20~25%,多晶/平帶狀(Ribbon)/sheet矽太陽電池模組轉換效率=18~20%。3.將來的模組可以Roll-to-Roll生產製造,而模組結構則需為無框式(Frameless)。模組的期望使用壽命多於35年,必須開發關鍵材料與製程取代原先的技術能量,模組的驗證時間需大幅縮短。4.須突破現在的製造技術,達到真正的工業大量生產。5.高產能低成本的矽原料(低於$20/Kg),包括冶金級矽純化、流體化床技術等。同時需要高產能低成本的晶圓製造技術,包括每批1000 Kg的鑄造技術,高速的連續鑄造技術,Ribbon-On-Substrate技術等開發。
#@1@#6.上游矽晶太陽能電池用多晶矽原料(Poly-Silicon)生產,全球主要由美國的Hemlock、MEMC、挪威的REC、德國的Wacker、日本的Tokuyama、SUMCO Group等公司所壟斷,占90%以上市場,上游料源不足,矽晶太陽電池生產受限。7.各國政府的態度與政策:太陽能發電成本較傳統發電高上幾倍,居高不下的市價更讓一般民眾卻步。如果沒有政府的鼓勵措施及相當的誘因,市場的成長將十分有限。日本及德國政府的推動及補貼措施,得到很好的成效可為借鏡。根據調查顯示,台灣太陽能電池產量約60 MW(產能90 MW-2005年),產值為60億台幣,占全世界3.5%,產能規畫到2008年為800MW,廠商有上、中、下游整合的發展趨勢。但因為矽晶太陽能電池使用的高純度多晶矽材料自2005年起缺貨,影響太陽能電池產能,同時也促使薄膜及有機太陽能電池加速研發。目前台灣太陽能光電產業著力於矽晶太陽能電池的大量生產,及建立完整的供應鏈。然而太陽能上游原料(特別是半導體原料)與設備產業十分缺乏,因此,如何建立原料與設備的技術,已經迫在眉睫。同時太陽能光電模組需符合IEC61215標準的測試驗證才能銷售,台灣的IEC標準實驗室應加速建置速度,才能跟上驗證的需求。在薄膜太陽能電池方面,應重點發展關鍵設備,掌握技術及專利,以建立新的太陽能電池產業。