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天空中最閃亮的明日之星－太陽能產業

（陳俊煌∕DigiTimes Research） 2006/09/15

　不知道你是否看見，在許多平面道路上出現一個個LED小燈，晚上時候會一閃一閃警示來往車輛，然而這個LED小燈不是靠電力發電，而是利用現階段最火熱的替代性能源—太陽能來發電，而這只是太陽能諸多用途中的一個小小應用。

　事實上也因為近年來全球太陽能光電產業的高速發展，以及未來成長的無限想像空間（號稱10年可以成長10倍的替代性能源），讓太陽能族群個個股價是紅通通。本文將討論這個火紅的太陽能產業發展前景、材料供需現況、市場需求以及太陽能設備現況。

　石油價格高漲、環境保護　引發替代性能源需求

　近一年來，石油不斷飆漲，讓許多老百姓荷包縮水，然而石油價格未來卻很難再下滑，根據世界能源組織預測，按照目前已經探勘的石油能源儲量及開採速度來計算，全球石油剩餘可採年限僅有41年，而其他的能源如天然氣剩餘可採年限61.9年、煤炭剩餘可採年限230年，鈾礦剩餘可採年限71年，也就是除了煤炭以外，其他能源都會在70年內開採完畢，也迫使世界各國必需找尋下一個替代性能源。

　不同於現在所使用的能源，現階段所開發的能源都是往再生能源發展，因為這些再生能源發電所需的原料，是取之不盡用之不竭，與目前發電主流所用的煤、石油、天然氣等化石燃料，有其蘊藏量的限制，而且使用後無法回復，有極度明顯的對比，再加上這些再生能源不會產生其他危害環境的副產品，如二氧化碳……等。

　目前全球發電能源主要是以石油為主，約佔39％，至於再生能源則僅佔整體發電比例的6％，這當中包括生物能源、廢棄物能源、水力、風力及太陽能等，其中以太陽能的年成長率最高，達28％。未來再生能源發電的比例還將會再提高，因為聯合國141個成員國家共同簽署的《京都協議書》已於2005年2月16日生效，預估到2010年，再生能源比重將提升至9％，2020年再提升至16％。

　10年成長10倍　太陽能火熱到不行

　事實上替代性能源種類許多，包括生物能源、廢棄物能源、水力、風力及太陽能，不過其中以太陽能的可發展機會最大，這話怎說呢？風力發電這幾年發展十分迅速，不但已經有單機年發電量達5MW的大型機種出現，所需風力的強度也較過去大幅降低，但問題在於風力發電有其先天上的限制，如發電品質較不穩定，可能無法全天候供電，以及噪音等問題需要解決，檢視目前全球風力發電較為成功的國家，如丹麥、德國與西班牙，都具備特定的風力發電條件，因此風力發電並非每一個國家的最佳選擇。

　至於水力發電則限制更大，以目前發展較成功的國家，如澳洲、印度、紐西蘭來看，其條件則必須要具備河流落差較大的區段，且需要建設水壩，再加上地點難尋、生態保育、安全考量下，因此水力發電能源的成長率已經逐漸趨緩。而生物質能雖然打著是來自於生物質能轉化所得到的能源，除了可以提供新能源之外，還可以兼具環境保育的功能，不過製程成本過高，且僅在農業發達國家較易達到經濟規模。

　而太陽能雖然也有光電轉換效率不高、裝置成本過高的問題，但因其裝置具有分散性的特點，不需廣大的佈建基地，地表上各地區都可以接觸陽光日照，且不需特定設置地點，再加上轉換效率將不斷提高，各國政府政策補助下，普及度日益增加，未來單位發電將優於上述其他再生能源。

　廠商上游少、下游多的太陽能產業鏈

　太陽能產業鏈基本由4個環節構成，分別是矽原料生產（silicon）、晶圓製造（wafer）、太陽能電池（cell）、太陽電池模組（modules）及太陽電池系統（system）。就產業上、下游成本結構而言，太陽能光電系統中，電池模組約佔50％成本，電力調整器約佔25％成本；太陽能模組中太陽能電池約佔70％成本；太陽能電池中晶片約佔60％。

　而在太陽產業鏈中，進入壁壘最高的環節為矽原料的生產，由於其技術與製程上的難度，目前基本上被美、日、德等大廠壟斷。另外，矽片切割環節由於切割厚度以及破片率等方面的要求較高，進入也存在一定的門檻，這兩個環節處於產業鏈上游。相對來說，反觀產業鏈下游環節電池晶片製造、模組及系統的封裝部分，進入門檻較低，但電池晶片轉換效率的高低決定處於該環節中公司的獲利能力。

　現階段台灣的太陽能產業鏈，只獨缺矽原料提煉純化這一個環節，晶圓製造還有部分業者，如茂迪、中美晶、綠能，其餘業者主要集中在中游的太陽能用晶片及電池製造。且由於中游的技術與原本半導體產業製造基礎接近，故吸引台灣半導體大廠業者積極投入，如茂矽、力晶（轉投資新日光能源）等。

　政策補助帶動太陽能產業衝衝衝

　美國史上最大規模的加州百萬太陽能屋頂法案SB1（The Solar Homes Bill），於美國時間8月21日在州長阿諾史瓦辛格（Arnold Schwarzenegger）公開簽署下完成立法，2007年1月1日正式實施，預計2018年前投入32億美元，於100萬戶屋頂上裝置共3,000百萬瓦（MWp）太陽能發電系統。

　2005年起即透過加州公共事務委員會（CPUC）執行加州太陽能啟動計畫（CSI），預計在2018年前於100萬戶屋頂上裝置太陽能發電系統，以減少300萬噸溫室效應氣體，相當於減少馬路上100萬輛車的污染量。預期此項法案除了將帶動加州太陽能光電發電市場大幅成長之外，也會對美國其他州引起帶頭作用，更進一步加大太陽能發電市場的規模。

　諸如此類的政府政策補助，乃是扶持產業發展所必需的手段，早期台灣推動半導體產業就是一例，因為以現階段太陽能光電而言，發電成本仍遠高於現有發電方法數倍之多（發電每Kw為基準，煤（Coal）只需要3美分，天然氣則是4.5美分，石油為7美分，但太陽能卻需要32美分）。

　倘若這些發電成本完全反映在電價上，絕大多數消費者並不會接受，因此才需要藉由政策補助，壓制電價，以直接增加消費者的接受程度，最後在普及化的過程中幫助業者達到規模經濟，進而降低發電成本，達到良性循環。目前國際上推進可再生能源的主要形式有：配額制度（RPS）、政府定價制度、自願購買的綠色能源制度。

　矽原料缺料問題　須待2008年方可解決

　太陽能電池為半導體元件，依其使用材料不同，可區分為矽、化合物半導體及有機材料3類。由於材料特性差異，導致轉換效率亦有不同表現；其中化合物半導體的轉換效率最高，包括Ⅲ-Ⅴ族（GaAS）、Ⅱ-Ⅵ（CdS、CdTe）及多元化合物（CuInSe2），但因其成本過高及材料不易大量取得，故較適合應用在特殊領域，如外太空人造衛星等。

　至於有機材料是針對有機色素、有機半導體，利用蒸鍍方法形成光電子，但就現況來看，仍處於理論階段，尚未達到試作階段，短期內不會有大量使用。至於矽材料，包括結晶矽（單晶矽、多晶矽）及非晶矽（a-Si、a-Sic、a-SiGe），因成本較低，且來源取得無虞，加以矽半導體製程已有相當完整製造技術，可望成為太陽光電普及化較佳的材料選擇，不過矽材料的缺料問題，亦成為限制太陽能產業發展的瓶頸。

　現階段用於太陽能用的矽材料，主要來自生產半導體用的矽原料次級品、半導體矽原料生產過程中所產生的剩餘材料，以及專門生產的太陽能用的多晶矽原料。雖然下游的相關業者遽增，但是上游矽原料產能卻不能夠快速擴展，使得供給明顯遠遠落後需求，以SunPower公司為例，2005年全年購入的鑄錠價格為108美元∕公斤，多晶矽價格為50～55美元∕公斤。但由於缺貨影響，2006年初SunPower購買的鑄錠價格合約價格已達145美元∕公斤，多晶矽材料價格為85美元∕公斤。

　目前全球多晶矽原料供應廠商，主要為Hemlock、Wacker、Tokuyama、MEMC、AsiMI、Komatsu、Mitsubishi、SHE等公司，前4家公司合計市佔率即達72％強；2005年Hemlock年產能7,000公噸、Wacker年產能5,000公噸、Tokuyama年產能5,200公噸，未來3家業者均將以擴張太陽能用多晶矽為主。

　之所以會發生矽原料缺乏的問題，是因為以往多晶矽材料廠的興建和擴產，都是為了半導體產業而準備，然而對於半導體景氣預測過度樂觀而大幅擴產後才發現市場不如預期，導致長期飽嚐產品價格低迷不振的苦頭，因此近年來對擴產的態度都相當謹慎，每年擴產幅度都甚為有限。

　但情況仍有改善的機會，因為2006、2007年主要矽原料生產業者都有大幅度的擴產計畫，而這些新擴的產能預計將在2008年大量開出，且用於太陽能的晶圓厚度切割技術進步等因素下，供應緊張狀況將在2008年獲得一定程度的緩解。

　這個號稱10年成長10倍的太陽能產業，現階段由於仍處於初期發展階段，各研究機構皆預期2005～2010年年複合成長率將超過40％，目前除日本與德國兩大市場持續成長外，美國與大陸將是下一波的主要成長動力來源。

　然而在台灣方面，雖然政府積極發展太陽能產業，不過台灣本身內需市場小，最後仍然必須要以出口為選擇，因此政府能否盡快從背後加把勁拉升（包括拉攏矽原料生產廠商來台設置、發展本土化太陽能設備等），將是台灣能否繼半導體、TFT LCD之外，誕生另一項傲視全球的產業的關鍵點。

posted by C.H. Chen @ 2:18 AM