UL创建安全新科学 规避光伏电站的建设及营运风险

由于能源成本的上涨、电力基础设施不足以及环境冲击等挑战，迫使能源发电、分布、管理与使用等各方面必须加快创新的脚步。UL 一群专业的科学家、工程师与研究人员创建了“新科学”（NewScience）平台，通过不断激发更先进的思维与开发更前瞻的实验，提高新工艺、新技术与新产品的安全性，为能源产业发展之路注入进步的能量。上世纪七十年代因石油危机从此迈入替代性能源的新时代里程，UL 新科学对此的关注重点，转变成如何帮助当前的光伏能源更干净、更可靠、更高效与更安全，并促使产业能掌握稳健投资的经济优势，最终能推动该技术的普及应用。

UL 在全球同步推出的“一站式光伏电站服务”，正是以 UL 在电力产业的多角度研发成果及技术专业知识为基础，并整合 UL 所累积的安全科学经验，及对世界各国标准研究的了解等，所全新设计及规划的光伏电站解决方案，其能满足光伏电厂的建设及营运相关企业，进行有效的风险管理。

事实上，属于新兴产业的光伏产业，成长波动必然较传统产业剧烈，且因新技术不断研发，产业环境变化快速，在发展的数十年来遭受不少发展上的质疑。然而就长线来看，趋势仍旧看好，是太阳能产业欲求存活，关键还是在于技术的不断精进与超越，以及长期的安全稳定性。与光伏上下游供应链渊源皆深的 UL，特此针对目前讨论声浪极高的“光伏电站”，就其动向、UL 见解及可提供的服务等方面进行全面的剖析。

价格续跌促进电厂投资无独有偶，半导体业者主导的光伏技术，也开始走向每年产能倍增但价格减半的类似“摩尔定律”趋势，但价格的递减，则逐年推升光伏光电的安装量。历经前几年的激烈竞争，根据网络数据1，相较于2007 年超过 4 美元/ 瓦的成交天价2，晶硅光伏板的报价今日已经跌到 0.53 美元/瓦的历史低点。虽然离市电同价的目标还有一段距离，但若加上长期设备价格分摊、输配电成本降低、碳排放减少与用电效率增加等效益，太阳能有望走入千家万户，成为举足轻重的电厂设施亦指日可待。二月初，美国在加州启动当时全球最大的光伏电厂，发电功率已经达到了 500MW的规模，占地面积达将近 13 平方公里，已经接近核能机组的 1/2，能够提供将近20 万户的民生用电！日本与德国业者也在日前宣布，双方在日本合作打造全球更大规模的光伏电厂，希望可逐步补上日本因福岛核灾所面临废核的用电缺口！

目前全球的光伏系统业者，从芯片、组件、变频器，均大幅继续扩产，甚至部份组件厂商也加入系统建设的行列，直接瓜分全球电厂大饼，这样一来，除可取得较高毛利的系统市场外，更可以避免因竞争而削减的组件售价，也可减少面临倾销诉讼的压力。

摩尔定律发威 – 技术先进但市场落后光伏电价与市电终究会迈向黄金交叉点，光伏挟带着构造简单与安装容易的优势，终将继续前进，就如同智能手机、LCD 屏幕与 LED 照明的发展，成为人类生活不可或缺的一部分。然而在光伏经济即将启动之际，产业营运模式却尚未走入系统化，有人靠政府补助、有人自营自用，市场上流通的交易价格仅有组件与变频器，却无系统的整体价格。这好比过去计算机 DIY的时代，由个人分别购买屏幕、主机、键盘与电源产品，有些人又增添各式各样的零件，结果组装之后，却发现整体的菜单与自己的想象大相径庭。
营业模式的失衡主因在于虽有专业分工，却没有整合协调。比如光伏模块的公开交易价格，与大致的保用年限均有客观的数据，然而针对关键组件的变频器，虽有公开的交易信息平台，却无保用年限的数据，因此无从了解变频器与太阳能模块的供需失衡情况。再以目前的技术发展来看，大多数的光伏模块以直流电输出，其难以直接用于家用，因家用电子设备多采用交流电的输入，所以直流电的输入会被判定为有问题的电源而无法运作。这个情况也类似于现今数字电视系统的窘境，大多数人都有了高画质甚至 3D 的 LCD 电视，但节目的画质却因输入讯号仍为模拟讯号，而停留在传统的模拟时代！零部件走向系统需要完善的市场机制专业分工造成半导体与电力产业各弹各的调，一边是奈米级的无尘室技术，另一边却是相对劳力密集的现场技术，尽管都是高科技，但却各自封闭无法整合。系统商因此只能分别处理，于是产生了有零部件采购标准却没有系统标准的怪现象。

太阳能模块标准 UL 1703 可以追溯到 1980年代；太阳能变频器标准 UL 1741 却直至1990 年代后期才开始讨论；而太阳能系统标准更是到了 2002 年才在美国国家电工法规会议中被讨论；现场施工安全验收规范则在 2005 年推出。显然地，在无整个“系统产品”的认证规范可循下，形成的状况是：采买了模块与变频器后，必须由水电承包商组装，接着再由技师或者官方检查员现场检查后才能使用，因此缺乏整体解决方案。

在市场一片紊乱中，甚或有些业者或是相关单位因对于标准系统未建立全面性的认知，而错以为光伏系统只要采用光伏模块标准即可。由于不了解系统与个别零部件的标准差异，系统端很有可能出现下述设计不良的情况：

• 机电接续设计不良形成的接点锈蚀，可能造成接地系统的故障或者热点的形成；
• 不足额定电流的接续电线电缆，或者过长的接续长度，长久使用后，造成发热过度，材料绝缘提早破坏，造成短路或者电弧的风险；
• 恶劣环境的错估，比如沼气环境的火花点燃风险高，高湿度环境下排水设计不良，导致泡水环境下，绝缘材料的老化，水气甚至可能因而电解产生氢气，进一步腐蚀或者破坏整体系统的效能；

• 电网系统特性匹配的错误，50Hz 与 60Hz的并接，不和谐的电力波迭加在一起，不只是波型会失真，不规律的波更可能导致电网或者设备没有办法正常运作。
虽然个别零部件可以尽可能揣摩应用情况，但是如果系统的管理者对零部件的详情无法全面掌握，即可能产生误用而导致长期的运作风险。这也是为何目前全球太阳光伏系统业者都在积极参与系统标准的规划，期能尽快建立健全的系统端验证。完善的系统验证可为银行与保险业者带来信心无论是家庭系统或者是电厂等级，光伏的投资报酬年限大约在 7~15 年之间，与制造业的情况相去不远。在获利可期下，除了家庭自设系统外，也有系统从业者采用租借方案，或甚至有大型业者采用 BOT（Build-Operate-Transfer）的模式经营。由于光伏系统并非短期报酬，故融资贷款的方式多不可避免。就如同房地产的抵押担保概念，除不动产可充作太阳能贷款担保抵押物，再来即是系统设备本身。然而设备可能会有毁损、或产出不如预期的不足额担保风险发生，银行业者即会希望所谓的风险分担方案：保险业者介入 – 作为动产的担保与营运的担保。不过对银行及保险业者来说，营运产出的重要性，往往高于有折旧率或毁损率的设备，但若营运问题来自于设备缺陷时，问题将更加复杂。因此银行通常会要求系统业者提供营运保险，而不仅是一般的财产与责任险（Property and Casualty）。

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相对而言，保险业者为了确保担保风险的降低，就必须对系统业者进行风险的评估，其中也包含了性能与安全两方面。最好的评估就是通过测试来进行：标准化的测试除了能够有再现性的数据以外，也利于建立具有比较价值的数据，以便风险的估算；而此时若能取得足够客观的第三方数据，除可降低自设实验室的成本外，当中所蕴藏的技术经验更是无形的资产。

到目前为止，光伏模块的安全与性能标准已建立，变频器却仅有安全标准，系统的安全标准大致成形，但性能标准尚付之阙如。虽然，保险业者与银行业者在经年累月的经验后，逐渐了解不良的系统设计是损害光伏系统产值的帮凶，但因目前尚无客观统一的标准进行营运风险评估，因此也将导致光伏系统业者面临未来营运的隐忧。

市场健全，标准验证到位，前景可期据资料指出，目前已经有业者计划超过1,000MW 的电厂投资并推动于 2020 年完竣，总规模近 500 亿美金，可见背后的资金需求与保险需求相当惊人。成功的运行经验，才能吸引持续性的投资。太阳能电厂的系统标准若能够及时制定，必能降低银行与保险所要承担的风险，加快市场活络的脚步，总体成本也将随之降低，最后达成规模经济，太阳能光伏产业便能朝正向循环的发展，前景可期！

作者：UL 数据中心验证解决方案亚太区业务发展经理陈立闵