全球太阳热能产业发展

一、太阳能热水器简介

太阳能热水器之应用包含家用热水、宿舍盥洗、温水游泳池、工业制程预热、及农业干燥如太阳能焙茶机…等，一般运作温度为摄氏40℃～80℃。
太阳能热水器依动作原理可分为自然循环式与强制循环式两种。除中欧及北欧较偏好强制型(需加装帮浦)外，世界各地太阳能热水器类型以自然循环型居多。自然循环式的原理是阳光照射到集热器，使水温上升密度变小，因对流作用热水会流到高处的储热桶内，而温度较低的水则因密度较大而补充流至集热器中，如此不断循环并将热水储存在保温良好的储热桶中。强制循环式太阳能热水器则是利用帮浦做为热水流动的动力，并配合温差传感器进行运转，其储水桶存放可不用如自然循环型需置于高处，因此在使用空间设计上较为弹性，适合低楼层用户。自然循环型一般都使用于家庭用户，强制循环型则多为应用于学校宿舍、医院、游泳池或工厂之中大型系统。

太阳能热水器主要由下列主要零组件所组成，包括：集热器、热水保温桶、支撑架、及反射板、连接管道、控制系统、或搭配电辅助加热器等部分；辅助加热器并非全然必要，但由于太阳能不是稳定的能源，因此当遇到阴雨天水温不足而用户又有热水需求时，可藉由辅助加热器启动加热水温。

集热器类型又可分为真空管及平板型。国产集热器以金属平板型为主，主要组件可分为吸热板、透明面盖、选择性吸收膜、保温材及外框；吸热板是一种经过电镀或喷烤漆制成的高集热效果的金属板，底部是PU泡绵或玻璃绵的保温层，通常整个集热器上方会以强化玻璃覆盖之，称为面盖式(Glazed)，请参考图1。真空管集热器则为玻璃管抽成真空，内部为镀有吸收膜之内玻璃管或鳍管，请参考图2；太阳光由外层玻璃进入，经过真空层，被吸收膜吸收并加热内管流通的水，而镀膜与直空层皆具有阻断热能散失的功能，水温加热能力较高，适合低温地区使用。

二、全球市场现况

累计至2005年，全球太阳能热水器累计总装置面积1.25亿m2，较前一年增长13.6%；太阳能热水器供热总容量已达88GWth，其中，中国占63.1%、欧盟国家占12.7%、土耳其占6.6.%、日本占6%，请参考图3。　

2005年全球新增太阳能热水器装置面积0.196亿m2，整体产业营收约42亿美元；可增加供热容量13.73 GWth，较2004年增加16.5%。中国大陆持续位居市场龙头，2005年市占率高达77.3%，其次为欧洲国家占10.3%(德国市场占约48%最大)、土耳其占6.2%，请参考图5。若以市场增长性而言，世界太阳能热水器以欧盟区域表现最佳，2005年欧盟装置面积增加25.7%，远较中国增长率11.1%为高，其它市场如土耳其、日本、以色列等则多出现停滞现象。

根据IEA统计数据显示，目前世界太阳能热水器以有面盖产品为主，并以真空管型(Evacuated Tube)累计装置量约占四成最多，主要为中国市场；其次为平板型(Flat-Plate)，约占35%，以欧洲为最大市场。至于无面盖产品(Unglazed Plastic Absorber)则约占累计装置量二成，以美国为最大市场，主要应用于温水游泳池，3/4装置于加州及佛罗里达。2005年世界前10大国家太阳能热水器市场之产品特性，请参考图5。

估计2006年，世界太阳能热水器新增容量可达17.2GWth，较上一年增加25%；主要增长动力仍来自中国及欧洲；而其它国家如美国、澳洲、印度、印度尼西亚、巴西、墨西哥等亦为颇具增长潜力之新兴市场。

市面上太阳热水器以欧洲产品因质量佳、单价较高，每套多超过1,000欧元；而中国虽然外销数量逐渐增多，但产品良莠不齐，售价七成以上不及200美元，市场评价普遍欠佳。2006年主要国家太阳能热水器产业全球地位与市场装置密度，请参考表1。

三、政府政策

虽然多数国家对太阳热能之应用推广均不如太阳光电，但有部份国家政府早就注意到不能轻忽这一块市场对能源与温室气体减量之贡献度；有专家研究指出，以相同的装置面积而言，太阳能集热器可减少的CO2排放量是太阳光电系统的2倍以上。因此，欧美亚主要国家也想积极发展太阳热能产业，所提供的政策支持工具包括：系统补助、税赋减免、研发投入、建筑法令规定（新建筑热水需求中太阳热能法定比例）等，请参考表2。兹针对主要国家之奖励政策详述如下：

1.德国
德国自1999年导入MSP(Market Stimulation Program)，九成在德国装置的集热面积接受MSP计划奖励支持。市场奖励计划对太阳热能系统按其集热器面积大小提供补助金，政府所提供之补助金约占系统投资成本15%，但由于申请补助过于踊跃，迫使德国环保署必须一再降低补助金额，2007年德国MSP新制改为集热面积40m2以内之太阳能热水系统，供作热水用途者补助40欧元/m2，而兼具热水及暖气之复合系统者补助70欧元/m2；至于扩充现有系统者，则每单位提供补助金30欧元/m2。

另一方面，德国正在研拟新的再生热能法（Regenerative Heat Act），预计2009年通过立法以取代现有的MSP市场奖励计划；希望藉由对石油及天然气等传统能源课征碳税，相对而言将提供民众选择以再生燃料产生热能之金融诱因，产业界预期上述法令若通过施行，将进一步激励德国太阳热能市场之扩大。

2.西班牙
自2000年开始，西班牙巴塞隆纳市通过一项太阳热能法令，要求每日热水能源消费量292 MJ以上之建筑，包括商用住宅及16户以上之住宅大楼必须60%以上的热水由太阳能集热器产生，且游泳池热水100%来自太阳热能。2006年初，西班牙巴塞隆纳市政府又通过一项新法令，要求所有新的建筑物(取消上述建筑物的最低能源需求门坎)都必须是太阳能屋；而受到这项地方法令的激励，2006年3月西班牙政府公布一新的国家建筑法规，规定新建及翻修建筑物都必须装置一定比例之太阳热水器或太阳光电系统；依照建筑物所在地区气候、及备用燃料等参数之不同，太阳热水占整个建筑物之热水能源需求比例亦有所差异，不过法定水平为必须达到30%～70%。

3.法国
法国自1999年即推出”Plan Solei”太阳能推广方案，对太阳热水器购买者提供补助金及贷款协助，并加强对系统安装业者之专业训练、推行CSTbat认证程序以挑选创新质量产品、及进行公众宣传等。自2005年开始，法国政府对太阳热能系统之购买者又提供个人所得税抵减之优惠措施；自2006年起，所得税抵减额度已提高为50%。由于法国太阳集热器每人装置面积仍偏低，预期在政府财税奖励措施刺激下，未来市场增长空间还很大。

4.美国
美国许多州政府不仅奖励太阳光电系统，同时也支持太阳热能系统之设置，例如加州、夏威夷及缅因州…等。缅因州对太阳能热水器提供25%投资补助，每一系统补助上限1,250美元；加州太阳能计划也鼓励装置太阳能热水器，并投入1亿美元经费于太阳热能技术之研发。此外，根据美国新通过的国家能源法，至2007年，联邦政府对太阳能热水器之购买使用者提供30%的所得税赋抵减。

5.中国
中国大陆太阳热水器市场够大，且低价品充斥，因此政府对购买使用者并没有提供设备补助或财税优惠，但有发布国家太阳能热水器标准，并提供研发计划资金补助。2006年底，中国大陆颁布实施了20项标准，其中国家标准16项、行业标准4项，并建成北京和武汉两个国家级太阳能热水器产品检测中心。
目前，中国并无制订建筑强制安装太阳能热水器的国家法规，但海南、深圳、徐州、烟台等地方，已率先推行有关强制性安装太阳能的地方性法规政策，济南等许多城市正在实施百万屋顶太阳能热水计划。未来，中国政府将编制太阳能热水器与建筑一体化结合的标准规程，并在北京、天津、山东、上海、云南和广西等不同气候区，推行太阳能热水器与建筑一体化结合的示范计划。
此外，中国大陆2006年通过施可再生能源法，关于太阳能热水器之推广目标将由2005年0.8亿m2增加为2010年1.5亿m2，至2020年将再增长一倍达3亿m2。

四、全球市场趋势

以企业营收表现而言，根据Sun & Wind Energy杂志2006年底对全球37家太阳能热水器厂商的调查结果，多数业者表示2006年公司营收有20％～40%之增长率；平均而言，2006年太阳能热水器厂商营收增长率可高达42%，远高于2005年调查营收之平均增长率21%。这些业者对于2007年市场看法依旧乐观，预期年营收平均年增率可达.36%，其中尤以土耳其、奥国、意大利、中国厂商最为看好未来营收增长潜力。至于销售市场，根据多数厂商意见，2006年-2007年自然循环型太阳能热水器市场增长最为快速者包括：西班牙、意大利、法国等欧洲国家，其中尤以西班牙因政府法令规定新建筑之热水供应需求至少30%须来自太阳热能，而使市场增长性备受瞩目。

全球太阳能热水器产业是相当分化的，厂商规模小，多属本土型企业。虽然目前世界太阳热水器产业多偏向内销市场，但在未来市场前景看好下，中国、德国、奥地利、土耳其、以色列、意大利等领导厂商正积极进行扩产，且有愈来愈多厂商跳脱本土企业形象，朝向国际化发展；除一方面增加出口，另一方面厂商也纷纷扩张海外经营版图，例如：中国的华帝燃具、德国太阳热能大厂Viessmann、BoschBuderus、Conergy…等。有关全球主要厂商之国际化布局，请参考表2。在国际化的脚步加速下，太阳能热水器产业也即将面临全球化竞争，预期未来企业间的购并案例将增多，厂商数目减少，企业将出现大者恒大之势，只有拥有技术研发及销售通路优势者才有机会胜出。

另一方面，扩大应用领域亦为目前领导厂商的重要策略。现阶段太阳热能产业以100℃内之低温热利用技术为主，多应用于家用热水器。但除热水器之外，太阳热能技术亦可应用于室内取暖、太阳能空调、与建筑整合之太阳能系统、太阳热能发电…等领域。在政府政策鼓励下，欧盟与中国大陆业者正积极尝试开拓太阳热能在建筑一体、与冷却空调系统之应用市场。

瑞士Sarasin银行预测迄2010年，全球新增太阳能集热器市场年增长率约为25％～30%，依此推估，至2010年全球太阳能热水器市场规模约可达45GWth、市值约130亿欧元；预测2010年后，市场会出现逐渐饱和现象，2011年-2020年期间，太阳能热水器年装置量增长率会降为20%，因而至2020年，全球太阳能热水器市场规模将增为390GWth，市值将达800亿欧元以上。未来最被看好的区域市场仍以中国及欧盟为首。

五、技术发展趋势

太阳能热水器之关键组件为集热器，目前集热器技术研发以提高集热性能、质量、应用性及降低成本为主要原则。集热器之质量深受使用材质、加工制程技术影响，国际主流是开发选择性吸收膜之真空溅镀技术；因真空溅镀技术具有光学性质高、制程稳定度高、制程耗能低、及低污染等优点，可改善传统喷镀及电镀制程技术有废液二次污染排放之缺点。而随着选择性吸收膜溅镀制程技术逐渐成熟，相信未来连续式溅镀制程设备势必成为产业界必备的量产工具。
全球金属平板型太阳能集热器产业以德国为首，德国2006年投资在太阳能技术的研发经费超过一亿欧元，使得其在太阳光电与太阳热能技术上均居于世界领导地位。在产业技术发展方向，德国目前正推动与上游玻璃大厂合作开发高透明度抗反射太阳能玻璃，并由于环保因素考虑，目前超过85%集热板之制造是采用在铜或铝板上真空溅镀选择性吸收膜，再以超音波或雷射焊接铜管后组装成集热器；另外，也在开发高频感应焊接（Induction Welding）集热板，并加强自动化生产。

至于在扩大太阳能热水器之应用性方面，当前世界潮流为开发与建筑物整合化之集热器。由于一般自然循环式太阳能集热器存在如自动控制温度不易、温度易过热、不耐风压及易受台风破坏影响等问题，且很难与建筑外观完美搭配，因此必须考虑太阳能集热器与建筑物间接口的整合化设计、及系统的循环控制与管路的合理配置，以改善系统对建筑美观的影响并提高使用性能。依目前国际上已发展出之产品来分类，可分为建筑物整合化及建材化(建筑一体化)两种与建筑物之结合型式，而建筑物整合化依建筑施工工法又可分为架构式建筑整合、及嵌入式建筑整合型式。德国及中国大陆均已具有架构式及嵌入式整合化太阳集热系统技术能力，但在技术推展上，德国整合化应用技术产品已有不错成绩，而中国则只有少量实际应用案例。而在建材化技术推展上，德国目前仅有少量实际安装案例，而中国则均开始往建材化太阳能集热系统技术开发，尚未建立技术能力，与德国技术差距约有5～10年的时间。

进一步分析先进国家于太阳热能技术之研发重点，也可看出未来产业发展趋势；例如，日本目前对太阳热能产业之支持着重在高附加价值太阳热能之应用型态、与新构造的系统设计及研发；另以欧盟而言，2006年12月欧盟议会通过第７期科研架构计划 (FP7, 7th Research and Development Framework Programme)，有关中低温太阳热能研究主题包括：集热器设计及零件、小型热驱动冷却装置、小型分布式海水淡化系统、工业用热之大型热水系统等。此外，欧洲太阳热能技术平台(ESTTP, European Solar Thermal Technology Platform)提出2030年太阳热能技术愿景为：新建筑100%热需求由太阳热能供应、现有建筑整修后50%以上的热需求由太阳热能供应、工业及农业应用(加热/冷却之大型整合系统)。而为了达成上述目标，在集热器方面将致力于建筑整合技术、80℃～250℃集热器(双层面板及抗反射玻璃平板集热器，静态聚焦式集热器，小型拋物线型集热器)、塑料集热器( 优良机械及光学性质)、抗污及红外线反射涂层等之研发。

综而言之，未来世界太阳热能技术开发将着重于新应用领域、与新材料/组件/构造的系统整合设计开发；有关各国技术研发重点，请参考表4。