全球太陽能熱水器產業發展
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2007-12-13 00:00
前言:
估計2006年,世界太陽能熱水器新增容量可達17.2GWth,較上一年增加25%;主要成長動力仍來自中國大陸及歐洲;而其他國家如美國、澳洲、印度、印尼、巴西、墨西哥等亦為頗具成長潛力之新興市場。
太陽能熱水器簡介
太陽能熱水器之應用包含家用熱水、宿舍盥洗、溫水游泳池、工業製程預熱、及農業乾燥如太陽能焙茶機...等,一般運作溫度為攝氏40-80度。
太陽能熱水器依動作原理可分為自然循環式與強制循環式兩種。除中歐及北歐較偏好強制型(需加裝幫浦)外,世界各地太陽能熱水器類型以自然循環型居多。自然循環式的原理是陽光照射到集熱器,使水溫上升密度變小,因對流作用熱水會流到高處的儲熱桶內,而溫度較低的水則因密度較大而補充流至集熱器中,如此不斷循環並將熱水儲存在保溫良好的儲熱桶中。強制循環式太陽能熱水器則是利用幫浦做為熱水流動的動力,並配合溫差感測器進行運轉,其儲水桶存放可不用如自然循環型需置於高處,因此在使用空間設計上較為彈性,適合低樓層用戶。自然循環型一般都使用於家庭用戶,強制循環型則多為應用於學校宿舍、醫院、游泳池或工廠之中大型系統。
太陽能熱水器主要由下列主要零組件所組成,包括:集熱器、熱水保溫桶、支撐架、及反射板、連接管道、控制系統、或搭配電輔助加熱器等部分;輔助加熱器並非全然必要,但由於太陽能不是穩定的能源,因此當遇到陰雨天水溫不足而用戶又有熱水需求時,可藉由輔助加熱器啟動加熱水溫。
集熱器類型又可分為真空管及平板型。國產集熱器以金屬平板型為主,主要元件可分為吸熱板、透明面蓋、選擇性吸收膜、保溫材及外框;吸熱板是一種經過電鍍或噴烤漆製成的高集熱效果的金屬板,底部是PU泡綿或玻璃綿的保溫層,通常整個集熱器上方會以強化玻璃覆蓋之,稱為面蓋式(Glazed),請參考圖一。真空管集熱器則為玻璃管抽成真空,內部為鍍有吸收膜之內玻璃管或鰭管,太陽光由外層玻璃進入,經過真空層,被吸收膜吸收並加熱內管流通的水,而鍍膜與直空層皆具有阻斷熱能散失的功能,水溫加熱能力較高,適合低溫地區使用。
全球市場現況
累計至2005年,全球太陽能熱水器累計總裝置面積125百萬㎡,較前一年成長13.6%;太陽能熱水器供熱總容量已達88GWth,其中,中國大陸佔63.1%、歐盟國家佔12.7%、土耳其佔6.6.%、日本佔6%。
2005年全球新增太陽能熱水器裝置面積19.6百萬㎡,整體產業營收約42億美元;可增加供熱容量13.73 GWth,較2004年增加16.5%。中國大陸持續位居市場龍頭,2005年市佔率高達77.3%,其次為歐洲國家佔10.3%(德國市場佔約48%最大)、土耳其佔6.2%,請參考圖5。若以市場成長性而言,世界太陽能熱水器以歐盟區域表現最佳,2005年歐盟裝置面積增加25.7%,遠較中國大陸成長率11.1%為高,其他市場如土耳其、日本、以色列等則多出現停滯現象。
根據IEA統計資料顯示,目前世界太陽能熱水器以有面蓋產品為主,並以真空管型(Evacuated Tube)累計裝置量約佔四成最多,主要為中國大陸市場;其次為平板型(Flat-Plate),約佔35%,以歐洲為最大市場。至於無面蓋產品(Unglazed Plastic Absorber)則約佔累計裝置量二成,以美國為最大市場,主要應用於溫水游泳池,四分之三裝置於加州及佛羅里達。2005年世界前十大國家太陽能熱水器市場之產品特性。
估計2006年,世界太陽能熱水器新增容量可達17.2GWth,較上一年增加25%;主要成長動力仍來自中國大陸及歐洲;而其他國家如美國、澳洲、印度、印尼、巴西、墨西哥等亦為頗具成長潛力之新興市場。
市面上太陽熱水器以歐洲產品因品質佳、單價較高,每套多超過1千歐元;而中國大陸雖然外銷數量逐漸增多,但產品良莠不齊,售價七成以上不及200美元,市場評價普遍欠佳。2006年主要國家太陽能熱水器產業全球地位與市場裝置密度。
政府政策
雖然多數國家對太陽熱能之應用推廣均不如太陽光電,但有部份國家政府早就注意到不能輕忽這一塊市場對能源與溫室氣體減量之貢獻度;有專家研究指出,以相同的裝置面積而言,太陽能集熱器可減少的CO2排放量是太陽光電系統的2倍以上。因此,歐美亞主要國家也想積極發展太陽熱能產業,所提供的政策支持工具包括:系統補助、稅賦減免、研發投入、建築法令規定(新建築熱水需求中太陽熱能法定比例)等。
1. 1.德國
德國自1999年導入MSP(Market Stimulation Program),九成在德國裝置的集熱面積接受MSP計畫獎勵支持。市場獎勵計畫對太陽熱能系統按其集熱器面積大小提供補助金,政府所提供之補助金約佔系統投資成本15%,但由於申請補助過於踴躍,迫使德國環保署必須一再降低補助金額,2007年德國MSP新制改為集熱面積40 m2以內之太陽能熱水系統,供作熱水用途者補助40歐元/m2,而兼具熱水及暖氣之複合系統者補助70歐元/m2;至於擴充現有系統者,則每單位提供補助金30歐元/m2。
另一方面,德國正在研擬新的再生熱能法(Regenerative Heat Act),預計2009年通過立法以取代現有的MSP市場獎勵計畫;希望藉由對石油及天然氣等傳統能源課徵碳稅,相對而言將提供民眾選擇以再生燃料產生熱能之金融誘因,產業界預期上述法令若通過施行,將進一步激勵德國太陽熱能市場之擴大。
2.西班牙
自2000年開始,西班牙巴塞隆納市通過一項太陽熱能法令,要求每日熱水能源消費量292 MJ以上之建築,包括商用住宅及16戶以上之住宅大樓必須60%以上的熱水由太陽能集熱器產生,且游泳池熱水100%來自太陽熱能。2006年初,西班牙巴塞隆納市政府又通過一項新法令,要求所有新的建築物(取消上述建築物的最低能源需求門檻)都必須是太陽能屋;而受到這項地方法令的激勵,2006年3月西班牙政府公佈一新的國家建築法規,規定新建及翻修建築物都必須裝置一定比例之太陽熱水器或太陽光電系統;依照建築物所在地區氣候、及備用燃料等參數之不同,太陽熱水佔整個建築物之熱水能源需求比例亦有所差異,不過法定水準為必須達到30-70%。
3.法國
法國自1999年即推出"Plan Solei"太陽能推廣方案,對太陽熱水器購買者提供補助金及貸款協助,並加強對系統安裝業者之專業訓練、推行CSTbat認證程序以挑選創新品質產品、及進行公眾宣傳等。自2005年開始,法國政府對太陽熱能系統之購買者又提供個人所得稅抵減之優惠措施;自2006年起,所得稅抵減額度已提高為50%。由於法國太陽集熱器每人裝置面積仍偏低,預期在政府財稅獎勵措施刺激下,未來市場成長空間還很大。
4.美國
美國許多州政府不僅獎勵太陽光電系統,同時也支持太陽熱能系統之設置,例如加州、夏威夷及緬因州...等。緬因州對太陽能熱水器提供25%投資補助,每一系統補助上限1,250美元;加州太陽能計畫也鼓勵裝置太陽能熱水器,並投入1億美元經費於太陽熱能技術之研發。此外,根據美國新通過的國家能源法,至2007年,聯邦政府對太陽能熱水器之購買使用者提供30%的所得稅賦抵減。
5.中國大陸
中國大陸太陽熱水器市場夠大,且低價品充斥,因此政府對購買使用者並沒有提供設備補助或財稅優惠,但有發佈國家太陽能熱水器標準,並提供研發計畫資金補助。2006年底,中國大陸頒佈實施了20項標準,其中國家標準16項、行業標準4項,並建成北京和武漢兩個國家級太陽能熱水器?品檢測中心。
目前,中國並無制訂建築強制安裝太陽能熱水器的國家法規,但海南、深圳、徐州、煙臺等地方,已率先推行有關強制性安裝太陽能的地方性法規政策,濟南等許多城市正在實施百萬屋頂太陽能熱水計畫。未來,中國政府將編制太陽能熱水器與建築一體化結合的標準規程,並在北京、天津、山東、上海、雲南和廣西等不同氣候區,推行太陽能熱水器與建築一體化結合的示範計畫。
此外,中國大陸2006年通過施可再生能源法,關於太陽能熱水器之推廣目標將由2005年80百萬m2增加為2010年150百萬m2,至2020年將再成長一倍達300百萬m2。
全球市場趨勢
以企業營收表現而言,根據Sun & Wind Energy雜誌2006年底對全球37家太陽能熱水器廠商的調查結果,多數業者表示2006年公司營收有20-40%之成長率;平均而言,2006年太陽能熱水器廠商營收成長率可高達42%,遠高於2005年調查營收之平均成長率21%。這些業者對於2007年市場看法依舊樂觀,預期年營收平均年增率可達.36%,其中尤以土耳其、奧國、義大利、中國大陸廠商最為看好未來營收成長潛力。至於銷售市場,根據多數廠商意見,2006-2007年自然循環型太陽能熱水器市場成長最為快速者包括:西班牙、義大利、法國等歐洲國家,其中尤以西班牙因政府法令規定新建築之熱水供應需求至少30%須來自太陽熱能,而使市場成長性備受矚目。
全球太陽能熱水器產業是相當分化的,廠商規模小,多屬本土型企業。雖然目前世界太陽熱水器產業多偏向內銷市場,但在未來市場前景看好下,中國大陸、德國、奧地利、土耳其、以色列、義大利等領導廠商正積極進行擴產,且有愈來愈多廠商跳脫本土企業形象,朝向國際化發展;除一方面增加出口,另一方面廠商也紛紛擴張海外經營版圖,例如:中國大陸的華帝燃具、德國太陽熱能大廠Viessmann、BoschBuderus、Conergy…等。有關全球主要廠商之國際化佈局,在國際化的腳步加速下,太陽能熱水器產業也即將面臨全球化競爭,預期未來企業間的購併案例將增多,廠商數目減少,企業將出現大者恆大之勢,只有擁有技術研發及銷售通路優勢者才有機會勝出。
另一方面,擴大應用領域亦為目前領導廠商的重要策略。現階段太陽熱能產業以100℃內之低溫熱利用技術為主,多應用於家用熱水器。但除熱水器之外,太陽熱能技術亦可應用於室內取暖、太陽能空調、與建築整合之太陽能系統、太陽熱能發電…等領域。在政府政策鼓勵下,歐盟與中國大陸業者正積極嘗試開拓太陽熱能在建築一體、與冷卻空調系統之應用市場。
瑞士Sarasin銀行預測迄2010年,全球新增太陽能集熱器市場年成長率約為25-30%,依此推估,至2010年全球太陽能熱水器市場規模約可達45GWth、市值約130億歐元;預測2010年後,市場會出現逐漸飽和現象,2011-2020年期間,太陽能熱水器年裝置量成長率會降為20%,因而至2020年,全球太陽能熱水器市場規模將增為390GWth,市值將達800億歐元以上。未來最被看好的區域市場仍以中國大陸及歐盟為首。
技術發展趨勢
太陽能熱水器之關鍵元件為集熱器,目前集熱器技術研發以提高集熱性能、品質、應用性及降低成本為主要原則。集熱器之品質深受使用材質、加工製程技術影響,國際主流是開發選擇性吸收膜之真空濺鍍技術;因真空濺鍍技術具有光學性質高、製程穩定度高、製程耗能低、及低污染等優點,可改善傳統噴鍍及電鍍製程技術有廢液二次污染排放之缺點。而隨著選擇性吸收膜濺鍍製程技術逐漸成熟,相信未來連續式濺鍍製程設備勢必成為產業界必備的量產工具。
全球金屬平板型太陽能集熱器產業以德國為首,德國2006年投資在太陽能技術的研發經費超過一億歐元,使得其在太陽光電與太陽熱能技術上均居於世界領導地位。在產業技術發展方向,德國目前正推動與上游玻璃大廠合作開發高透明度抗反射太陽能玻璃,並由於環保因素考量,目前超過85﹪集熱板之製造是採用在銅或鋁板上真空濺鍍選擇性吸收膜,再以超音波或雷射焊接銅管後組裝成集熱器;另外,也在開發高頻感應焊接(Induction Welding)集熱板,並加強自動化生產。而目前台灣市售集熱板超過90%皆為噴漆、烤漆、電鍍等傳統鍍膜製程,自動化生產程度低,且無法因應國際環保與節能趨勢;至於真空鍍膜製程技術,國內則仍在起步階段。
至於在擴大太陽能熱水器之應用性方面,當前世界潮流為開發與建築物整合化之集熱器。由於一般自然循環式太陽能集熱器存在如自動控制溫度不易、溫度易過熱、不耐風壓及易受颱風破壞影響等問題,且很難與建築外觀完美搭配,因此必須考慮太陽能集熱器與建築物間介面的整合化設計、及系統的循環控制與管路的合理配置,以改善系統對建築美觀的影響並提高使用性能。依目前國際上已發展出之產品來分類,可分為建築物整合化及建材化(建築一體化)兩種與建築物之結合型式,而建築物整合化依建築施工工法又可分為架構式建築整合、及嵌入式建築整合型式。德國及中國大陸、台灣均已具有架構式及嵌入式整合化太陽集熱系統技術能力,但在技術推展上,德國整合化應用技術產品已有不錯成績,而台灣及中國大陸則只有少量實際應用案例。而在建材化技術推展上,德國目前僅有少量實際安裝案例,而台灣及中國大陸則均開始往建材化太陽能集熱系統技術開發,尚未建立技術能力,與德國技術差距約有5~10年的時間。
進一步分析先進國家於太陽熱能技術之研發重點,也可看出未來產業發展趨勢;例如,日本目前對太陽熱能產業之支持著重在高附加價值太陽熱能之應用型態、與新構造的系統設計及研發;另以歐盟而言,2006年12月歐盟議會通過第七期科研架構計畫(FP7, 7th Research and Development Framework Programme),有關中低溫太陽熱能研究主題包括:集熱器設計及零件、小型熱驅動冷卻裝置、小型分散式海水淡化系統、工業用熱之大型熱水系統等。此外,歐洲太陽熱能技術平台(ESTTP, European Solar Thermal Technology Platform)提出2030年太陽熱能技術願景為:新建築100%熱需求由太陽熱能供應、現有建築整修後50%以上的熱需求由太陽熱能供應、工業及農業應用(加熱/冷卻之大型整合系統)。而為了達成上述目標,在集熱器方面將致力於建築整合技術、80~250℃集熱器(雙層面板及抗反射玻璃平板集熱器,靜態聚焦式集熱器,小型拋物線型集熱器)、塑膠集熱器(優良機械及光學性質)、抗污及紅外線反射塗層等之研發。