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一、 无穷的能源-太阳能太阳以核融合反应产生能量，而地球得自太阳的辐射能量仅为太阳本身向外辐射能量的二十亿分之一(即 1.73×1014 kW)，且其中约 30%的能量反射回天空，47%转变成低温热能再辐射出去，仅 23%可为地球上之生物所利用，而这些能量也直接或间接的提供地球上绝大部份的能源。当太阳射线透过地球大气层后，一部份以平行光的方式直接投射在地表上(直达日射量)，另一部份系经空气中气体分子与浮游灰尘反射向四方散射(漫射)，到达地表上之直达日射量与漫射之和即称为地球接收自太阳的辐射能。再者由于地球除自转外亦沿椭圆形轨道绕行太阳，两者间的距离并非一定，且地球自转轴心与绕太阳公转轨道面之垂直线成23.5°角，故太阳直射区域会随季节变化且在赤道与南北回归线间移动，因此各地所接收的太阳辐射能量皆不相同。此外地球接收自太阳的辐射能约 70%是照射到海洋上，仅有一小部分可为人类所利用，而影响可利用之太阳辐射能量多寡的因素除了四季、纬度外，还包括日射量、日照时数、地形标高、气候(云量、湿度)等。以台湾而言，其地理位置横跨北回归线(北纬 21 至 25 度间)，属阳光充沛的区域，但是由于气温高且潮湿，依据中央气象局于全国测候站所测得日射量之结果显示，全国的平均日射量仅 11,746 kJ/m2day，甚至低于日本(位于北纬 31 至43 度间)之 17,608 kJ/m2人类对于太阳能的利用可追溯远古，但是在大规模的应用方面，则是在经历工业革命及能源危机后，由于其无污染及取之不尽的特性，加速相关技术的发展。有关太阳辐射能的转换及应用，依据太阳能量密度可分为太阳能热水系统、太阳能暖房系统、太阳能冷房及冷冻系统、太阳能发电等，其中在低温应用方面(＜100day。至于台湾本岛的日射量分布，在海拔 500 公尺以下的区域，大致上呈现从东北往西南递增趋势。摄氏度（℃）)主要为热水及取暖之用途；在中温应用方面(100摄氏度（℃）∼300o C)则为工业用预热及空调；在高温应用方面(＞300oC)则着重于太阳能发电、冶炼及毒物分解等用途。 二、 太阳能热水系统太阳能热水系统的工作原理是将来自太阳的辐射能量吸收下来加热水，其主要元件为太阳能集热器(如平板式或真空管式)，其它组件尚包括储水槽、辅助加热器、管路及其他相关配备(如循环泵)。一般而言平板式太阳能集热器系由金属或非金属材质制成，而真空管式太阳能集热器则采用高透光性、稳定热性能之玻璃，并配合真空溅渡制程之选择性吸收膜，转换太阳的辐射能为热能。另外太阳能热水系统可分为自然循环式及强制循环式二种，自然循环式之储水槽位于集热器上方，利用热虹吸现象，当水在集热器接收热能提高温度后，因储水槽及集热器水温之差异所引起浮力而产生循环动力，此种循环方式结构简单及不需动力机械操作，但是其效率较不易控制。强制循环式则是利用循环泵使水在储水槽及集热器之间循环，此种太阳能热水系统之流量可预先设定，因此在同样设计条件下，可以获得较高之水温，但是循环泵的额外成本、操作及维护等问题则须一并考量。此外因天候的关系(日照量不足时)，当太阳能热水系统所收集的热能并无法完全满足热水的供应时，则必须启动辅助加热器(如电热水器或锅炉) 。太阳能热水系统产生的热水可用于沐浴(家庭、宿舍、旅馆)、餐馆厨房的洗碗使用、工业预热用或温水游泳池等，以台湾地区而言，绝大部分的系统属于家庭沐浴的用途，虽然在使用水量、所需水温及装置环境有所差异，但是系统的规划大都依据使用人数来估算所需之设备容量(包括集热器及储热水桶)，基本上以一个人每次盥洗大概需要 50~60 公升左右的热水量(约略等于 1 平方米集热板面积所能产生的热水量)为设计准则。此外在热效率的考量下，安装时以集热器朝南、倾斜角约在 25°～30°为主。此外夏秋季时，在热带海洋上容易发生剧烈的热带气旋(低气压)，当近中心附近 10 分钟平均风速超过 17.2 米/秒时(蒲氏风力 8级)，称之为台风，中央气象局依其强度划分为 3 个等级(轻度台风:17.2-32.6 米/秒；中度台风:32.72-50.9 米/秒；强烈台风: 超过 51.06 米/秒)，依百年侵台台风之个别数量统计分析资料显示，中度台风占大多数，而强烈台风比例则近二成。一般而言，台风对于太阳能热水系统之影响依台风风力、风向、路径及有无遮蔽物等因素而不同，以 94 年海棠台风为例，太阳能热水系统在强风的侵袭下，造成如图二的损坏情况，因此集热器的结构安全则是另一项需要注意的议题。 (责任编辑：中建太阳能) |
