太陽能節能玻璃

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太陽能節能玻璃之研發及其在綠建築之應用
文‧圖／楊錦懷

地球暖化日趨嚴重，全球都在努力降低碳排放。建築耗能產生之溫室氣體更是其中之大宗，根據歐盟調查，建物之耗能約占全球各種民生耗能之40%，尤以製造傳 統電力所產生之二氧化碳與室內冷氣空調所產生之氫氟碳化物（HFCs）為兩大主要溫室氣體，因此最新之建築理念為讓建物本身可產生再生能源並降低建築耗 能，也就是說建物所須能源來自本身外殼之太陽能源，並同時降低空調耗能，達到電力自給自足，這才是降低地球暖化之具體展現。

三機一體

最新之建築理念為降低建築仰賴外來能源，轉向再生能源並降低建物耗能，達到電力自給自足。個人所主持之太陽能與節能建築研究團隊，獲教育部頂尖計畫補助， 成功研發出世界第一片結合自潔、隔熱與發電三機一體之太陽能玻璃。首先，此光電玻璃之外部表面塗佈奈米光觸媒，可分解表面污染物，住戶不必再為玻璃不易清 洗而煩惱。其次，還能有效隔絕太陽光產生之輻射熱，減少冷氣使用。且其紫外線穿透率為零，可保護室內之人員與傢俱不受紫外線傷害；紅外線穿透率亦為零，有 效隔絕室外熱源。加上還能發電，可大幅降低對臺電之供電需求。此研發之關鍵技術在於將“Off-module Power Enhanced”（高效率反射膜）之技術應用於光電模組，以最低之成本達到最高之發電效率，此技術目前可提升8%之發電效率，最大發電量為晴天正午 106 W/m2。因為有隔熱效能，所以屋內不會熱，節省冷氣之耗電，經實體屋試驗可節省40%之冷氣耗電，冬天亦有保暖作用，可省30%之暖房耗電。同時開源 （提升發電力）與節流（節省冷房空調），不僅兼顧環保與節能，某種程度還具備電力自足概念，已為綠建築注入新的應用元素。

此一技術深受日本光電產業重視，而有日本翠光株式會社與臺科大簽署技轉合約，並在2009年東京光電展中，榮獲最有潛力之太陽能產品。進而引起 Discovery頻道之注意，分別於2009年與2011年製播專輯報導。已實地應用在工程建築方面的，國外有馬來西亞之光電牌樓，國內有建研所EAG HOUSE，陽明山私人別墅，捷運大安森林公園站，2010臺北國際花博美國館與高雄龍興國小等。

研發理念

如前所述，本研發之關鍵技術在於應用高效率反射膜技術，用最低之成本達到最高之發電效率。我們利用光反射原理，將高反射率之隔熱膜置於透光光電模組後方， 使發電模組產生二次發電，以提升發電效率與同時達到隔熱功能。如圖1所示，在戶外太陽光照射下可提升8%之發電效率，同時更降低4倍之輻射熱，證明能強化 太陽能模組之電力並降低輻射熱之進入室內，同時增加再生能源與降低耗能，達到雙重效果。

圖1：太陽能節能玻璃可同時提升8%之發電效率與降低4倍之輻射熱穿透。

一、發電功能

如圖2所示，本光電玻璃之透光度10%時，在戶外量測之最高發電效率為106 W/m2。

圖2：研發之光電玻璃在戶外量測之最高發電效率為106 W/m2。

二、隔熱功能

如圖3所示，在監測屋驗證中，以所發明之太陽能節能玻璃所建造之監測屋與一般玻璃屋相較，太陽能節能玻璃屋有明顯之斷熱功能，尤其在夏天正中午時，一般玻璃屋室內溫度已高達40度，但太陽能節能玻璃屋之室內溫度僅為26度，有明顯之隔絕輻射熱之功能。

圖3：太陽能節能玻璃所建造之監測屋與一般玻璃屋隔熱功能相較。

如圖4所示，本光電玻璃在監測屋中進行冷房試驗，與10mm厚之傳統強化玻璃屋相較，傳統玻璃屋冷房耗電 3.29 度，而太陽能節能玻璃屋只耗電2度，顯見太陽能節能玻璃可降低冷房耗電之40%，有效達到節能。

圖4：太陽能節能玻璃測試屋進行冷房節能試驗。

如圖5所示，在本校頂樓之測試屋進行寒流來時之暖氣耗電比較，試驗從傍晚6點進行至次日清晨6點，共12小時，傳統玻璃測試屋之暖氣耗電為9.8度，而太陽能節能玻璃測試屋之暖氣耗電為6.9度，足見有相當之省暖房耗電效果，可以省下30%之暖氣耗電費，適用於寒帶國家。

圖5：在臺科大頂樓之測試屋進行寒流來時之暖氣耗電比較。

國際媒體報導

2008年11月5日 Discovery頻道至本校專訪太陽能節能玻璃，並於2009年10月開始在全世界各地以不同語言播出（圖6）。2011年6月19日《科技新亞洲第3 集》，介紹日本、韓國、臺灣、新加坡等國的先進發明時，本團隊「太陽能節能玻璃」也成為本集節目中的亮點。（圖7）。

圖6：Discovery於2008年專訪畫面一二。

圖7：Discovery《科技新亞洲》報導第二代太陽能節能玻璃。

實際應用

本技術於2008年發 表後，已技轉並陸續應用於多項工程，如表1與表2所示。其中新加坡之案例原為BCA新加坡建研所之ZERO ENERGY BUILDING 採用傳統單多晶式之太陽能模組作為立面玻璃，但發現隔熱與視覺效果不佳，後來改採我們之太陽能節能玻璃，已製成3片送往新加坡太陽能研究中心進行安裝前檢 測。另外，美國University of New Mexico之零耗能展示屋的採用，則是該校Prof. Olga在Discovery Channel看到報導，特地搭機來臺參觀並選定，已進入廠商報價與製作階段。（本期專欄策畫／化工系陳文章教授＆土木系呂良正主任）

表1：太陽能節能玻璃在臺灣應用案例

表2：太陽能節能玻璃在國外應用案例

楊錦懷小檔案

成功大學土木工程系畢 業（1981），臺灣工業技術學院營建工程技術系碩士（1986），臺灣大學土木工程學博士（1990）。於University of Cambridge的Department of Materials Science & Metallurgy擔任博士後研究，Industrial Research Limited, Crown Research Institute, N.Z的Engineering Dynamics擔任Visiting Research後回臺，獲聘臺灣科技大學營建工程系副教授，現任教授。主持太陽能與節能建築研究，卓有成果。