影響太陽能系統效益的"環境"關鍵！ (專業篇)

想安裝太陽能板自發自用或賣電投資，一定會先考慮太陽能板的發電功率、建置量及系統安裝等因素，再來評估建置成本與回收效益是否符合預期，那麼真的只要買到高CP值的太陽能板及系統安裝就能快速回收投資成本了嗎?

 答案是否的! 因為安裝環境會影響發電效益及系統維護成本!

在安裝太陽能系統時，會優先考慮購買的太陽能板發電量及安裝場地的建置量，因為這直接影響到系統發電的最大效益，畢竟發電量高不論是自發自用或賣電投資都是好的，而安裝系統的費用，如逆變器、電纜線、系統支架等花費也不高的話，更是值得，但很多人都沒考慮到安裝後的維護及安裝環境對太陽能板的影響，如果因為安裝環境造成太陽能板的受損、發電效益不佳、系統及安裝支架無法長時間使用的話，不說回收成本可能都還要有更多的花費，畢竟因環境所造成的太陽能板及系統受損，是屬於天災不會有任何保固的。

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太陽能系統架設與環境分類

太陽能系統的架設不外乎有太陽能板、系統配件及安裝支架所組成，而剛好台灣四面環海，為高溫、高溼與高鹽份的環境，這些對太陽能系統都會有影響，再加上空氣污染的因素，甚至會造成環境有嚴重腐蝕。因此只要在架設太陽能系統前，先對環境有做一番考察，在建置時將對策一併列入，這樣就可以長久享受太陽能帶來的效益。以下將分別針對高溫高溼、氯鹽腐蝕、硫化物侵害所帶來的影響進行環境評估及分類:

高溫高溼

高溫高濕容易造成材料腐蝕及脆化，是一種水膜下的電化學及水解反應，空氣中的水分在材料表面凝聚形成水膜或是侵入內部，並與空氣中的氧氣反應產生大氣腐蝕，水膜的形成條件與環境中的相對濕度有直接相關。

相對濕度(RH)定義為在一溫度條件下，空氣中的水氣含量與該溫度下空氣中所能容納的水氣最大含量之比值。由於不同材料或不同的表面狀態下，對於大氣中水分的吸附能力不同，當相對濕度到達臨界值時，水分將在材料表面形成水膜，造成電化學反應的產生、加速腐蝕速率，嚴重的話甚至產生形狀改變，造成結構性問題的發生，而此時的相對濕度值稱為腐蝕臨界相對濕度。如鋁的腐蝕臨界相對濕度為76%、鋼為70%RH、銅為60%RH、鋅為60%RH、鐵為63%RH。這些材料剛好都是太陽能板及系統安裝的組成材料。

同時空氣中相對濕度還會影響表面水膜厚度與乾濕交替的頻率，當表面有較薄的水膜存在時，大氣中的氧容易擴散至材料表面，加速腐蝕；當水膜變厚時，氧的擴散阻力增加，造成腐蝕速率下降。

相對濕度大於 80%的月數

濕潤時間圖

從圖中可知，大部份地區之相對濕度是小於80%的，除了環海或湖邊等地區。再根據ISO 9223濕潤時間之定義: 產生大氣腐蝕的電解質膜，以吸附或液態膜型式覆蓋於表面上的時間、全年中溫度高於0 ℃、相對濕度大於80%之計算；濕潤時間愈長，腐蝕總量愈大，因此針對高濕潤時間的區域需做好防腐蝕的對策。當然對於太陽能板而言也是，越高的溼度環境，水氣侵入至板子中破壞電池片及金屬導線的機率也越高，同時也會讓板子中的封裝材料，如EVA快速分解、產生醋酸，進一步腐蝕板子內部造成損壞。

相關參考:

1. 長效發電的關鍵材料！ 太陽能板用“封裝材” (入門篇)
2. 能用20年的太陽能板! 魔鬼就在細節裡～ 太陽能板的材料！(進階篇)

氯鹽腐蝕

當大氣中有氯化物存在時，且在相對濕度低的環境下，會有助於材料表面形成液態膜，且在發生腐蝕的過程中會阻止氧化膜的生成；而當材料表面已有氧化膜或鈍化膜存在時，氯離子則會破壞該膜，並產生孔蝕進一步破壞結構。因此在安裝太陽能板系統時，需要考慮到安裝環境的大氣中是否有氯化物的存在。

氯鹽沉積速率

從圖中可知，在台灣中北部區域，除了相對溼度較高外，氯化物的存在量也不少，對於安裝於戶外的系統機具等，如逆變器、金屬支架的防範需要做好準備。

硫化物侵害

在考慮防腐蝕對策時，很多時候都會沒有考慮到硫化物也會影響到太陽能系統，硫化物的存在會更加速腐蝕的反應，且在和氯鹽的搭配侵害下，會產生更嚴重的毀損。以鐵為例:

硫化物加速腐蝕反應

在高相對濕度環境下，材料表面容易形成水膜，此時硫化物會與水膜反應形成侵蝕材料表面，同時反應後的FeSO4會在和水氣反應，之後再和鐵(Fe)循環反應，加速腐蝕的破壞。

二氧化硫沉積速率圖

從圖中可知，硫化物的分佈取決於機場、工業區、石化廠與火力發電廠所在的位置，因此在安裝太陽能系統時，務必將其列入考慮。

台灣大氣腐蝕環境分類

綜合上述環境因子對太陽能系統的影響，將大氣腐蝕環境進行分級，分為 C1、 C2、 C3、 C4、 C5 與 CX 六個等級。

C1: 表示腐蝕性非常低 (very low)

C2: 表示腐蝕性低 (low)

C3: 表示腐蝕性中等(medium)

C4: 表示腐蝕性高 (high)

C5: 表示腐蝕性非常高(very high)

CX: 表示腐蝕性極端高(extra high)，應用於特定海洋和海洋工業環境。

大氣腐蝕環境分類

從圖中可知，台灣西部環境等級分類可以大甲溪為界，大甲溪以北地區多為C4等級，大甲溪以南多為C3，沿海地區則為C5等級。通常在C3以下的區域，一般的太陽能板與系統配備可使用於該環境，簡單說以有通過國際IEC認證的產品即可，除非安裝地點附近有特殊的設施。C4區域就需要各別考慮上述環境因子會對太陽能系統中，那些配備產生影響並做好預防。C5以上的區域，基本上會歸類為具有侵害性的區域，如鹽害、濕氣侵蝕等，在這些區域要安裝太陽能系統，都必須使用特別設計過或改良的產品，如針對鹽害區域專用的抗鹽害型太陽能板。當然對於建置後的系統維運也不可忽略，如系統支架定期補鋅漆。

延伸閱讀: 太陽能入門篇、太陽能進階篇、太陽能應用篇

資料來源:

1. 交通部運輸研究所
2. 交通部中央氣象局