台灣如何利用太陽能發電？
太陽能發電是受人矚目的新能源，以台灣的地理環境應如何發展？
台灣位處亞熱帶，太陽能資源豐富，也因此帶給大家一個深切期望：太陽能未來可以替代大部份能源需求，就像美國科學家預計在美國西部建造一座太陽能發電廠，到了2050年可望替代美國69%的電力、35%
的能源！然而，在台灣這一期望必須長期苦心經營才可能達成。
我國屬海島型國家，地小人稠，工業生產與經濟活動密集又活絡，能源消耗量龐大，導致98%以上能源需靠進口。太陽能輻射雖呈分散式分佈，但其能量強度不高，平均每平方公尺不到1000瓦，因此地理位置與土地面積就成為太陽能蘊藏量的關鍵。同時，能源消耗密度也影響了太陽能的可替代性。我們可以依2000年幾個先進國家公佈資料的統計結果做比較（如下圖），以單位國土面積耗能來說，台灣排名第一，是美國的10倍、日本的近2倍、德國的近3倍、荷蘭的1.3倍。在地小人稠的環境限制下，台灣要使太陽能具有舉足輕重的替代性，必須有不同的做法，並且要長期耕耘。
〈太陽能，美國夢〉一文中，美國科學家提出的太陽能發電廠計畫包括兩種發電技術：太陽能光電池與集光型太陽熱能發電（CSP）。太陽能光電池是利用半導體的光電效應直接吸收太陽光發電，CSP是利用集光技術來加熱鍋爐產生蒸汽發電。太陽能光電池可到處鋪設，最為便利，只要有陽光的地方就可利用，包括台灣；CSP則必須有足夠的廉價土地與陽光，例如沙漠，才具開發效益，台灣顯然無法大量開發。
CSP技術在1980年代就開始發展，但到了1990年代由於油價低廉，因此幾乎全面停擺，只有少數個案進行，尤其在西班牙，使得CSP技術進展受到很大影響。
依據美國Luz公司1980年中以及1990年初在加州莫哈未沙漠所建造的九座拋物線槽式集熱器（SEGS）太陽能發電廠的連續運轉經驗，最初建造的14百萬瓦發電廠，每度的發電成本為每度0.44美元，而最後的80百萬瓦發電廠，發電成本為每度0.17美元，中間相隔僅七年。由此推算，如果裝設量達5000百萬瓦，發電成本將為每度0.07~0.09美元（約新台幣2.31~2.97元），與現今風力發電成本相當。如果裝設量達1萬5000百萬瓦，發電成本將降為每度0.05~0.07美元（約新台幣1.65~2.31元），與目前火力發電成本相當。如果1990年代CSP的研發沒有停頓（如下頁圖中紅色虛線所示），目前的CSP發電成本可能已經低於風力發電技術，形成另一股熱潮。因此，CSP是未來重要的太陽能發電技術，對於有地廣人稀沙漠的國家是一大福音，美國科學家在前文所提出的計畫，可行性是很高的。
缺乏足夠的土地
在土地不足的情形下，我國只能發展太陽光電池發電，但是也要面對一些棘手問題，尤其是安裝環境問題。
我們可以用一個淺顯的例子來說明，土地面積不足所帶來的推廣問題：假設一戶30坪公寓，其樓層面積約100平方公尺，樓頂全部鋪設太陽能光電池，如果採市面上最先進的Sanyo HIP太陽能光電池（效率為17%、200瓦∕1.17平方公尺），意味著單位面積可安裝容量為170瓦，因此屋頂可裝設的總容量為17千瓦（目前裝設成本高達400萬元左右）。以台灣日照量，每千瓦太陽能光電池裝置容量每年可以發電900~1300度來估計（南北部不同），每月發電量約1275~1841度電，每月可省電費2678~3866元（以平均每度電價2.1元計算），這是一般中等住家的平均電費。也就是說，即使頂樓全部鋪滿太陽能光電池，也只能提供一戶人家的電能需求，而台灣建築物的平均樓層約4.4層，換句話說，因裝設面積不足的緣故，有77%的用戶無法由太陽能光電池提供替代能源。如果推廣環境無法徹底改變的話，在台灣，太陽能光電池將無法像美國一樣成為重要替代能源。
在無解中求解
台灣要改變太陽能推廣環境，仍然是可以有作為的，但需要長期政策配合。首先必須積極進行新技術研發，使太陽能設備與建築體結合，增加太陽能吸收面積並提高發電效率；此外，都市計畫應該朝向低樓層建築與分散式小鄉鎮發展，以增加裝設面積；第三，國土規劃時將太陽能資源豐富的中南部地區，列為替代能源重要產地，將土地充份利用。
純就能源供給面來說，我國能源仰賴進口是一個無解問題，無論如何努力發展新能源或再生能源，均無法100%滿足能源需求。而現階段利用再生能源無經濟誘因的時刻，採用獎勵補助等政策工具，雖然可以加速推廣，但政策工具必須妥善運用才會發揮最大效益，必須謹慎為之。
獎勵補助等政策工具的運用，必須具備三個基本條件，第一是經濟實力，獎勵補助政策涉及社會投資，如果國家經濟實力不夠壯大，如果政策強度過高，恐怕會拖累國家經濟發展；政策強度過低也不足以發揮效益。第二是社會成熟度，獎勵補助政策工具涉及社會財富重分配，如果社會成熟度不足或社會公義觀念低落，即使是微不足道的個人財富分配措施也容易引起爭議，甚或引發政治鬥爭。最後是科技領先度，獎勵補助政策工具的運用是藉由採用新能源來降低能源進口，同時也希望發展能源產業，創造經濟活力，如果本身科技領先度不足，貿然實施獎勵補助政策工具，恐會造成獎勵補助國外廠商的情形。
各種發電方法的外部成本
前 言
〝電〞在使用時非常方便、安全，且不會造成污染，但是在將初級能源(燃油、燃煤、燃氣、核能、水力、各種再生能源)轉換成電能的過程中，卻會對社會及環境帶來許多的衝擊。
不管採用何種初級能源來發電，均需經由各種不同的發電裝置。發電裝置的建造需要耗費地球的資源。能量密度大的初級能源所需的發電裝置較小，能量密度小的初級能源需要較大的發電裝置，也將耗費較多的資源。任何發電裝置的建構與運轉均會對環境帶來衝擊，衝擊的層面與特質會因初級能源的不同而有所不同。任何發電裝置的建構與運轉也都會有可能對從業人員或者一般民眾帶來生命的威脅及健康的影響。各類型的發電裝置所佔的土地，也會因使用之初級能源的不同而有所不同。
理論上來說，各類型發電方法對社會及環境帶來的衝擊可換算為所謂的〝外部成本〞。但是在換算的過程中，會因地域、時間、對嚴重性的認知、甚至意識型態的差異而產生許多爭議，變成各說各話的局面。因此以下將不討論如何將衝擊與影響換算成外部成本，僅比較各類型發電方法所需的資源及對環境所造成的影響。
為了能更深入與廣泛的討論各類型的發電方法、資源的需求與所造成的影響，以下的討論將不侷限於終端使用者。
| 燃煤 | 燃油 | 燃氣 |
| 水力發電 | 地熱發電 | 生質能 |
| 風力發電 | 太陽能發電 | 核能發電 |
各類型發電方式的土地需求
任何發電裝置的運轉均需佔用地球表面的面積，根據國際原子能總署資料[5]，火力及燃煤電廠每百萬瓦(0.1萬仟瓦)約需土地面積100到260平方米，利用光電池發電，每百萬瓦約需土地面積30,000平方米，而建於陸地的風力發電系統則需75,000平方米。有人認為太陽能發電及風力發電並不佔用實際土地面積。但以風力發電而言，一座600仟瓦之風車實際所佔的面積為36平方米[6]，如果核四裝置容量將以風力取代，風車實際所佔的面積即為162公頃，這不包括風車間應該保持的距離。
各種發電方法所需的材料總量及工時
建構任何發電裝置均需要材料及人力，以下的比較是以發電量為基準，即是每產生1百萬瓦-年(也就是87.6億度電)電量所需之材料及工時[7]。
材料(公噸) | 工時(小時) | |
太陽能發電(光電) | ~3.5x104 | ~2.5x104 |
太陽能發電(熱) | ~2.0x104 | ~1.0x104 |
風力發電 | ~5.0x103 | ~1.8x104 |
燃氣 | ~2.8x102 | ~2.9x102 |
燃油 | ~5.9x102 | ~3.2x102 |
燃煤 | ~1.5x103 | ~4.0x102 |
核能 | ~1.8x103 | ~6.0x102 |
各類型發電方法的廢棄物體積
各類型發電方法均會產生廢棄物。核能發電的廢棄物包括低階放射性廢料、使用過核燃料、以及鈾-235濃縮過程中所產生之鈾-235含量較低的鈾；燃煤發電的廢棄物則包括煤渣、除污裝置所收集之微塵及殘餘物；太陽能發電廢棄物的來源則是來自於晶片製造過程中所產生的廢棄物，包括許多極具毒性的氣體，例如silane, arsine, phosphine, diborane等。這些廢棄物的處理都需要特別而昂貴的技術。
下表所列為各種發電方法中所產生之廢棄物體積，計算基準為1000百萬瓦電廠運轉30年所累積之廢棄物總量[5]。如果將核能產生後之使用過核燃料再處理，回收鈾及鈽，可以大幅減少廢棄物的總量，如果在滋生反應器的技術可以順利的發展，亦可將U-238當作燃料使用。表格中沒有風力發電的數據，其廢棄物為報廢的設備。
發電方法 | 廢棄物種類 | 總量(公噸) | 有害物質(公噸) |
核 能 | 使用過核燃料 | 1.05x103 | 1.05x103 |
低階核廢料 | 5.67x104 | 5.67x104 | |
鈾-238 | 8.16x106 | 8.16x106 | |
燃 煤 | 收集之微塵 | 2.03x106 | 2.03x106 |
除污設備產生之廢棄物 | 3.57x106 | 含量不明 | |
煤渣 | 2.18x107 | 含量不明 | |
太陽能發電(熱) | 金屬製造 | 4.35x105 | 1.63x104 |
太陽能發電(光電) | 晶片製造 | 6.86x103 | 6.86x103 |
發電對環境的衝擊
 | 燃煤 |
一些產煤國利用露天開採的方式採煤，也就是直接使用重機械將岩石及泥土挖起，再做進一步的篩選。露天採煤的方式，對環境帶來相當大的衝擊，礦區會留下數十平方公里，深達一百公尺的〝大洞〞；挖出的岩石經過雨水的沖刷，造成岩石內的有毒重金屬的析出，雨水再重金屬帶到礦場附近的河流或進入地下水，對生態帶來浩劫。在印度Singrauli地方[1]，超過20萬的居民(大部分是農民)，即因為12個露天煤礦場所造成的衝擊，流離失所，喪失謀生的依靠。
燃煤發電方法對環境最大的衝擊來自於煤燃燒所釋放出的硫化物、氮氧化物、及微塵，其排放量與使用的煤、電廠的除污設備、及電廠容量因數有關。民國88年，台電燃煤發電的裝置總容量為810萬仟瓦，總共排放了113,140公噸的硫化物[2]，46,035公噸的氮氧化物，以及1,845公噸的微塵到外界環境。燃煤電廠會釋放大量的二氧化碳氣體到外界環境，二氧化碳被認為是地球大氣溫室效應轉強的主要原因，估計台電810萬仟瓦的燃煤電廠每年會排放4,400萬公噸的二氧化 碳(民國89年時全國二氧化碳的排放量為22,300萬公噸)。
燃煤中本來就含有長半衰期的放射性物質鈾及釷，據估計[3]全世界的燃煤電廠於1982年共使用了280,000萬公噸的煤，共排放了3,640的鈾，及8,960噸的釷到外界環境，其中包括23,450公斤的鈾-235，這些長半衰期核種的衰變會形成各種放射性物質，對人類及生物造成輻射劑量。
| 燃油 |
燃油的開採也會對環境帶來衝擊，但相對於露天煤礦的開採，其影響較小。燃油的運輸也有可能對環境帶來衝擊。1967年Torrey Canyon 油輪的船難，大約3千萬加侖原油洩到英吉利海峽及附近海灘[4]。1989年美國Exxon石油公司的油輪釋放了超過1千萬加侖的原油到Prince William Sound，共花費了20億美元的清理經費，也對環境及生態帶來了巨大的影響。
石油的燃燒亦會排放氮化物及硫化物。民國88年，台電燃油電廠的總裝置容量為530萬仟瓦，總共排放了45,937公噸的硫化物，23,880公噸的氮化物，以及1,731公噸的微塵到外界，估計台電燃油電廠的二氧化碳排放量為2,116萬公噸。
石油在使用前的提煉過程亦會污染環境，釋放有毒化學物質，如鉛、水銀、鎘、及砷到外界環境，這些污染物質會進入水源及食物鏈，對人體的健康造成影響。
| 燃氣 |
使用燃氣發電確實較燃煤及燃油為乾淨，但是氮化物及硫化物的排放仍然不可避免。民國88年，台電燃氣電廠的裝置容量為431萬仟瓦，總共排放了140公噸的硫化物與1,858公噸的氮化物，以及530公噸的微塵到外界環境。
| 水力 |
水力發電雖然不會排放污染物到環境，但水壩的建造會淹沒大片的土地，必須遷移許多居民與野生動物，水庫也會影響到附近，以及下游河川的生態。1964年 Aswan水壩修建前，Nile 河下游漁獲量為31,000公噸。1968 年水壩完成後，漁獲量銳減為500公噸，造成 4,500 名漁民失業[4]。
| 地熱發電 |
利用地熱發電有數種不同的方法。如果是直接抽取地下的熱水會造成地層的下陷，而自地底抽出的水含有大量的礦物質，如不妥善的處理，會造成水污染。如果是利用水流入地底加溫，成為水蒸汽來發電，注入的水有可能引起地震，而自地底流出之水蒸汽有可能攜帶有毒的化學物質。利用地熱發電會造成地底放射性氫氣以及硫化氫的外釋。加州的地熱發電廠所釋放的氫氣與核電所釋放的放射性核種所造成的影響差不多。
| 生質能 |
利用生質能發電將需要大片的土地。植物的種植也需要大量的肥料與殺蟲劑，植物的燃燒雖不會產生二氧化硫，但會產生微塵，植物的燃燒也會產生二氧化碳。
| 風力發電 |
風力發電不會造成空氣污染，但有可能會對發電裝置附近的鳥類，特別是猛禽類造成傷害。美國National Audubon Society 及U.S. Fish and Wildlife Service已知發出呼籲，希望重新檢討於猛禽類較多的區域，開發風力發電的可能性。歐洲的國家亦有相似的相法[5]。
| 太陽能發電 |
太陽能發電在發電過程中，亦不會造成空氣污染，但是在光電晶片的製造過程中會產生大量的有毒廢棄物。
| 核能發電 |
核能發電的熱能來自核分裂，因此不會有空氣污染的問題，可是核分裂的過程中會產生大量的放射性物質。正常運轉的核電廠，將不可避免排放非常微量的放射性物質到外界環境，釋放到外界環境之放射性物質所造成的劑量可能小於環境背景輻射的千分之一。但是如果核能電廠發生嚴重的事故時，會有較大量的放射性物質釋放到外界環境，對環境及民眾造成傷害。
各種發電方法對人所造成的傷害
任何發電方法的建造與運轉過程中，從業人員都有可能受到傷害；燃料的開採與運輸也有可能產生意外，廢棄物的處理與環境的污染均有可能對人類帶來傷害；核電廠發生事故時，亦會對人類帶來傷害，以下之比較亦是以發電量為基準，也就是每產生1百萬瓦-年(87.6億度電)所造成的傷害，傷害是以死亡以及受傷(或生病)所損失的工作天為基礎，這些估計是由Roger Bezdek 於1993年所提出的[8]。
發電方法 | 損失工作天 | 死亡 |
天然氣 | 2-8 | 1 |
核能 | 8-15 | 1-2 |
水力 | 60-70 | 2-6 |
太陽能發電(光電) | 75-125 | 6-9 |
太陽能發電(熱) | 50-90 | 8-9 |
風力 | 30-90 | 7-9 |
燃油 | 250-825 | 9-20 |
燃煤 | 800-1000 | 20-90 |
| 根據統計資料1930年時每億噸煤的開採要犧牲346名礦工的生命，到1977年時降低19名。煤礦的開採亦會使礦工罹患肺部疾病(Black Lung)。 Wrenn (1979)[9]估計1個1000百萬瓦的燃煤電廠使用的煤，會造成2-4名礦工的死亡，以及2-8個Black-Lung的病例。煤的燃燒會造成空氣污染，美國一個研究機構估計，中國大陸每年會有90萬人因與空氣污染有關的疾病死亡[5]。 |
| 天然氣雖然乾淨，但是在運輸與儲存的過程中也有可能發生意外。1989年，前蘇聯鳥拉山的天然氣輸入管線發生洩漏[10]，因地形的關係，緩慢洩漏出的天然氣並未擴散，當一輛客運火車通過時，車體與軌道間的火花引起天然氣爆炸，1200名乘客中，有300名立即死亡，另外700名需要住院治療。 |
| 民眾對核能最大的疑慮來自核電廠的安全，擔心一旦核電廠發生事故，大量放射性物質的外釋，會造成非常大的傷亡。到目前為止，核電廠最嚴重的事故為蘇聯車諾比爾事故，事故發生後有31人因輻射傷害死亡，145個嚴重輻射傷害的病例。1989年時，蘇聯一個民間團體宣稱：事故發生後被強制進入污染區工作的平民及軍人中有256人因輻射傷害而死亡，1990年時認為有300人因輻射傷害而死亡[5]。蘇聯車諾比爾事故發生後，大量的放射性物質隨風飄向歐洲大陸。但歐洲民眾所接受的劑量將不太可能高於每年所接受之背景輻射劑量。 |
| 台灣核電廠所使用的普通水反應器不可能發生類似車諾比爾的事故，普通水反應器發生類似三哩島事故之嚴重事故的機率非常低。到目前為止，使用普通水反應器的核能電廠尚未對一般民眾帶來可證明之輻射傷害。 |
結 語
人類文明的發展與經濟成長需要以能源為動力；在使用能源時必須藉助機械裝置；能源使用的本身與機械裝置的建構均會對環境造成干擾。
到目前為止，人類對這些干擾會帶來何種影響還不是非常的了解，只能從干擾發生的〝量〞來估計各類型能源使用的優劣，但是談到何者的影響較大或較小時，難免會因價值觀或意識型態、以及知識多寡的不同，產生各說各話的局面，這也使得所謂發電方法外部成本的評估更加困難，要想達到共識可能是緣木求魚。但希望能透過資料的交換與分享，讓社會大眾對各種發電方法所需資源與必須付出的代價有進一步的了解。
| 太陽能發電 |  |
 |
| 圖 1 太陽的能量是用之不竭的。 |
我們每天都接收到大量來自太陽的輻射能量。你有沒有想像過每天台灣接收到多少太陽能呢？據台灣天文台的統計資料[1]，台灣每平方米的土地每日平均接收約 14.5 MJ 的太陽輻射。那麼整個香港接收的輻射能量有多大呢？香港的土地面積約有 109 m2 [2]，這樣算起來，總輻射量就應該有 1.45 × 1016J。這比香港兩間電力公司於 2003 年每天平均產生的電能多40 倍以上！我們可以利用太陽的能量來推動家庭電器或運輸系統的運作嗎？
以太陽能發電可行嗎？
如果我們能善用太陽能，即使把小部份的太陽能轉換成電能，對生活也會有莫大的裨益。光伏電池 (太陽能電池) 是一個可以把太陽能收集和轉換成電能的裝置。太陽能電池一般擁有較大的受光面積，故又俗稱為太陽能板。但是，要供給我們日常所需的能源，便需要建造很巨大的太陽能板列陣 (由很多太陽能板組成)，這些列陣的造價非常昂貴而且不實際。因此，在目前的技術水平下，我們並不能使用太陽能作為城市的主要能源，但太陽能仍然用於一些發展中國家，或者是一些發達國家的偏遠地區。你知道在家中安裝太陽能發電裝置需要多少金錢嗎？我們在哪些地方可以找到太陽能的實際應用呢？在以下的活動中，你可能會得到一些啟發。
 |  | ||
| 圖 2 太陽能板是一個可以把太陽能轉換成電能的裝置。 | 圖 3 要建造大型的太陽能板列陣是非常昂貴的 (圖片鳴謝：DOE/ NREL)。 |
| 活動：太陽能發電在香港適用嗎？ |
從上述的活動中，我們得知在一些偏遠地區建造傳統的發電廠或輸電網並不合乎經濟原則。在這些情況下，太陽能可以提供相對經濟、清潔、免卻維修和穩定的電力供應，特別是在街道照明系統和氣象站這類應用上。太陽能在太空科技中也扮演重要角色。很多人造衛星和太空站都是利用太陽能發電的。
 |  |
| 圖 4 哈勃太空望遠鏡的大型太陽能板能產生電能以推動望遠鏡。 | 圖 5 香港「地球之友」所製造的小型太陽能車。 |
太陽能是一種用之不竭而又不會帶來污染的能源。太陽能的應用亦可以使公眾更注重保護環境，以及另類能源的新應用。部份環保人士亦會設計太陽能車作比賽或教育之用。在很多著名的建築物都裝有太陽能板，為建築物提供部份能源之餘，亦可作為時尚的設計。
在台灣，太陽能的應用已逐漸受人注意。一些新型的建築物都會在屋頂裝上太陽能板，例如新的機電工程署總部。在科學園，太陽能板更加被融合於外觀的設計中。台灣天文台則利用太陽能板為偏遠的氣象站提供部份的電能，包括大帽山雷達站。環保人士也試驗建造太陽能電動車。
 |  |
| 圖 6 太陽能板融合在科學園的外觀設計中。 | 圖 7 這個氣象站裝有太陽能板，俯瞰香港國際機場。 |
 |
| 圖 8 這個充電器利用太陽能把蓄電池充電。 |
除了大型的應用外，你一定見過不少太陽能的小型應用。太陽能設備適用於一些便攜式的電子儀器，它可為電池充電，或作輔助電池，或直接代替電池。有些電子計算機和充電器都安裝了小型太陽能板。你也可以在香港太空館或科學館賣紀念品的地方找到不少有趣的太陽能小車和玩具。
| 短片：太陽能的小應用 | ||
| 1. 太陽能玩具車 |    | |
| 2. 太陽能電池 | | |
太陽能電池是如何運作的？
我們看了不少太陽能發電的應用，但它們背後的物理原理是怎樣的呢？基本上，太陽能電池的主要物料是半導體。半導體可以導電，但它們的電阻遠比導體 (例如金屬) 為高。在半導體工業中常用的半導體有矽和鍺。半導體的電阻值隨溫度改變，極少量雜質原子的存在亦會對它們的電阻值有很大的影響。科學家可以在半導體內加入不同種類和數量的雜質原子 (稱為摻雜)，以控制半導體的各種特性。以導電的性質來說，經摻雜的矽可以分為兩種：p-型矽和 n-型矽。當 p-型矽和 n-型矽被連接在一起，形成所謂 pn 接面時，一個內在的電場便會在接面處產生，電場的方向是由 n-型矽指向 p-型矽。pn 接面的特性是一切半導體技術的關鍵。
 |
| 圖 9 太陽能電池的基本結構。 |
 |
| 圖 10 光線使半導體的 pn 接面產生電子—空穴對的一個比喻。小球代表電子，而小洞則代表原子中電子的「空位」。(a) 在pn 接面處，內在電場由n-型矽指向 p-型矽。(b) 當光照射在接面時，一粒電子離開了原子，並移向 n-型矽那一邊。失去了一粒電子後，原子成為一個帶正電的「空穴」。(c) 內在電場使相鄰原子的電子移動，續一填補鄰近原子內電子的「空位」，因此空穴便好像是向 p-型矽的那一邊移動。 |
典型的太陽能電池的結構就如圖 9 所示。一個矽的 pn 接面處，被夾在上、下兩個金屬接觸層之間。上金屬接觸層是格子狀的，以容許光線射到 pn 接面之上。pn 接面的頂部有一層防反射薄層，減低光亮的矽表面對光線的反射。這就是太陽能板的表面看起來很暗淡的原因。
究竟太陽能電池是如何運作的呢？當光照射到 pn 接面時，能量傳遞至矽原子的電子。部份電子因而擁有足夠的能量，離開原子而變成自由電子。當電子離開原子時，原子內電子的位置上出現一個「空位」，稱為「空穴」 (見圖 10 的比喻)[3]。所謂空穴，其實只是一個原子缺少了一粒電子，因此整體來說帶正電。pn 接面的內在電場施力於那自由電子，把它推往 n-型矽的一邊。內在電場也使相鄰原子的電子移動，續一填補鄰近原子內電子的「空位」，因此空穴便好像是向 p-型矽的那一邊移動。自由電子和空穴向相反方向移動，把正電和負電分開，在 pn 接面的兩端產生電位差。因此，當 pn 接面處通過上、下兩個金屬接觸層連接至外在的電路時，電路便提供了一條路徑，使電子得以通過並在 pn 接面的另外一端與空穴再次結合。電路中便產生電流了。要更清楚整個過程，看看以下的動畫吧。
| Flash 動畫：太陽能電池的物理 |
一般來說，由太陽能電池產生的電能並不是直接用來推動電器，而是首先儲存在蓄電池裡。當蓄電池被充電後，便可以連續而穩定地為電器供電。為了要推動用交流電的電器，蓄電池的直流電會先經過變換器轉換成交流電輸出。以現時的技術水平來說，這樣產生電力的費用仍遠高於傳統的發電方式。
太陽能板如何收集陽光？
典型的太陽能電池的效率在 10-20% 左右；即它可以把輻射能量的 10-20% 轉換成電能。還有很多外在因素影響太陽能電池的輸出，例如天氣狀況和季節的變更都會影響日照的時間和日照的強度。在陰天或雨天，接收到的太陽能自然很少。在夏季，日照的時間較長，而亦由於太陽在天空的位置較高，在地面接收到的陽光強度也較高。
被太陽能板吸收的陽光可分為兩部份：直射陽光和彌漫陽光。直射陽光直接來自太陽，彌漫陽光是太陽光經由大氣、地面或其他物件反射後才到達太陽能板的。要收集多些直射陽光，可以為太陽能板裝上追蹤系統，自動把太陽能板轉動至陽光直射的方向。透鏡和曲面鏡也有助把陽光匯聚於接收面積較小的太陽能板上。可是，彌漫陽光從四方八面而來，就不能以追蹤或匯聚等方法增加接收效率了。研究顯示，在大部份時間裡，台灣接收到的陽光中，少於 50% 是直射陽光 [4]。
 |  |
| 圖 11 追蹤系統可以自動把太陽能板轉動至陽光的方向 (圖片鳴謝：DOE/ NREL)。 | 圖 12 使用大量的塑膠透鏡可把陽光匯聚於太陽能板上 (圖片鳴謝：DOE/ NREL)。 |
除了太陽能外，台灣也有發展其他另類能源，其中最重要的是風能。
請問太陽能怎樣發電?
太陽能發電方式:太陽能的利用有被動式利用（光熱轉換）和光電轉換兩種方式。太陽能發電一種新興的可再生能源。廣義上的太陽能是地球上許多能量的來源，如風能，化學能，水的勢能等等。利用太陽能的方法主要有：使用太陽能電池，通過光電轉換把太陽光中包含的能量轉化為電能 使用太陽能熱水器，利用太陽光的熱量把水加熱 利用太陽光的熱量加熱水，並利用熱水發電 利用太陽光的光能中的粒子打擊太陽能板發電
利用太陽能進行海水淡化 太空太陽能轉換電能儲存，傳輸地面電能接收站，訊號接收站 根據環境與環境太陽日照的長短強弱，可移動式和固定式太陽能利用網 太陽能運輸（汽車、船、飛機...等）、太陽能公共設施（路燈、紅綠燈、招牌...等）、建築整合太陽能（房屋、廠房、電廠、水廠...等）
太陽能優點:環保，永續，乾淨，減碳。在光照充足的地區(例如:太空向陽區、海洋、海岸、空曠岩地...等)，太陽能的供應源源不斷，生產過程不會產生環境污染，又不會消耗其他地球資源或導致地球溫室效應。太陽能能源取自於太陽，來源源源不絕，太陽能為良好能源如同水力或風力，各處皆積極發展太陽能。太陽能設施可採取立體式設施，如同風能設施，可保護許多陸地和生態。
太陽能的缺點:目前利用太陽能的各種技術都具有成本很高的缺點，因此首期資本投資不菲。除此之外，在許多陰雨綿綿的地區、或是日照短的，很難完全靠太陽能供應，投資報酬率較低。另外，除非有大量的太陽能板或更成熟的太陽能技術，不然目前仍然難以產生大量電源供給使用是其缺點!
太陽能電池發電原理
太陽電池是一種可以將能量轉換的光電元件，其基本構造是運用P型與N型半導體接合而成的。簡單的說，太陽光電的發電原理，是利用太陽電池吸收0.4μm～1.1μm波長(針對矽晶)的太陽光，將光能直接轉變成電能輸出的一種發電方式。 由於太陽電池產生的電是直流電，因此若需提供電力給家電用品或各式電器則需加裝直/交流轉換器，換成交流電，才能供電至家庭用電或工業用電。
歷史
術語「光生伏打」來源於希臘語，意思是光、伏特和電力的，來源於義大利物理學家Volta的名字，在Volta以後「伏特」便作為電壓的單位使用。術語「光－伏」直到1849年才出現在英語中。光生伏特效應在1839年第一次由法國物理學家A.E.Becquerel發現。但直到1883年第一塊太陽電池才由Charles Fritts製備成功，Charles用鍺半導體上覆上一層極薄的金層形成半導體金屬結，器件只有1%的效率。Russell Ohl在1946年申請了現代太陽電池的製造專利。1954年當貝爾實驗室在用半導體做實驗發現在矽中摻入一定量的雜質後對光更加敏感這一現象後，太陽電池技術的時代終於到來。
以太陽能發展的歷史來說，光照射到材料上所引起的「光起電力」行為，早在19 世紀的時候就已經發現了。到了1930 年代，照相機的曝光計廣泛地使用這一個原理。
接著，到了1950 年代，隨著半導體物性的逐漸了解，以及加工技術的進步，第一個太陽能電池在1954年誕生在美國的貝爾實驗室。
1973 年發生了石油危機，讓世界各國察覺到能源開發的重要性。
自1960 年代開始，美國發射的人造衛星就已經利用太陽能電池做為能量的來源。
到了70 年代能源危機時，人們開始把太陽能電池的應用轉移到一般的民生用途上。目前，在美國、日本和以色列等國家，已經大量使用太陽能裝置，更朝商業化的目標前進。
在這些國家中，美國於1983 年在加州建立世界上最大的太陽能電廠，它的發電量可以高達16 百萬瓦特。南非、波札那、納米比亞和非洲南部的其他國家也設立專案，鼓勵偏遠的鄉村地區安裝低成本的太陽能電池發電系統。
而推行太陽能發電最積極的國家首推日本。1994 年日本實施補助獎勵辦法，推廣每戶3,000 瓦特的「市電併聯型太陽光電能系統」。在第一年，政府補助49％的經費，以後的補助再逐年遞減。「市電併聯型太陽光電能系統」是在日照充足的時候，由太陽能電池提供電能給自家的負載用，若有多餘的電力則另行儲存。當發電量不足或者不發電的時候，所需要的電力再由電力公司提供。
太陽能一般是指太陽光的輻射能量，在現代一般用作發電。
自地球形成生物就主要以太陽提供的熱和光生存，而自古人類也懂得以陽光曬乾物件，並作為保存食物的方法，如制鹽和曬咸魚等。但在化石燃料減少下，才有意把太陽能進一步發展。
太陽能的利用有被動式利用（光熱轉換）和光電轉換兩種方式。太陽能發電一種新興的可再生能源。廣義上的太陽能是地球上許多能量的來源，如風能，化學能，水的勢能等等。
利用太陽能的方法主要有：
使用太陽能電池，通過光電轉換把太陽光中包含的能量轉化為電能
使用太陽能熱水器，利用太陽光的熱量把水加熱
利用太陽光的熱量加熱水，並利用熱水發電
利用太陽光的光能中的粒子打擊太陽能板發電
利用太陽能進行海水淡化
太空太陽能轉換電能儲存，輸送到地面電能接收站，訊號接收站
根據環境與環境太陽日照的長短強弱，可移動式和固定式太陽能利用網
太陽能運輸（汽車、船、飛機...等）、太陽能公共設施（路燈、紅綠燈、招牌...等）、建築整合太陽能（房屋、廠房、電廠、水廠...等）
太陽能裝置，例如：太陽能計算機、太陽能背包、太陽能檯燈、太陽能手電筒...等各式太陽能應用與裝置
現在，太陽能的利用還不很普及，利用太陽能發電還存在成本高、轉換效率低的問題，但是太陽電池在為人造衛星提供能源方面得到了很好的應用。
目前，全球最大的屋頂太陽能面板系統位於德國南部比茲塔特（Buerstadt），面積為四萬平方公尺，每年的發電量為450萬千瓦時。
日本為了達成京都議定書的二氧化碳減量要求，全日本都普設太陽能光電板，位於日本中部的長野縣飯田市，居民在屋頂設置太陽能光電板的比率甚至達2%，堪稱日本第一。而在中國的江蘇睢寧，太陽能利用率更達到95%，可謂全中國第一。
