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應用太陽能先驅  「光伏建築一體化」

在香港,超過九成的電力消耗在建築物上,而超過六成的碳排放是因為建築物耗能。減少燃煤和天然氣發電,並增加可再生能源發電比例,是達至「碳中和」目標的其中一項措施。作為研究可再生能源的一個先驅單位,香港理工大學(理大)積極利用校園試行可再生能源項目,以開發可再生能源利用技術,其中李兆基樓(Y-Block)的太陽能光伏發電系統即為一例。「香港地貴、不可能像內地西北地區一樣把光伏板置於地面。」研究可再生能源逾30 年的理大建築環境及能源工程學系楊洪興教授說︰「因此要用上『光伏建築一體化』技術,將光伏板建築物融合為一,並大幅應用,以減少碳排放,打造綠色校園。」

 

現時香港的發電組合,有約50%來自天然氣,另有約25%為高碳排放並會造成嚴重污染的燃煤發電,而非化石燃料(包括進口核能和可再生能源)僅佔四分之一,尤其是太陽能和風能的使用率遠遠落後於日本、德國等先進國家,也無法和中國內地相比。香港政府公布了《邁向更美好的香港: 2050年實現淨零碳排放藍圖》,提倡積極改變發電燃料組合,大幅增加可再生能源組合的比例,減低70%的直接碳排放,並引用理大研究,指出香港10%的電力可以來自可再生能源,包括太陽能和風力發電。 

 

「我自95年來理大任職起,就開始在校內籌建太陽能光伏建築發電實驗系統。」楊教授說。他早於1999年已在理大建成了香港當時第一個光伏建築可再生能源實驗項目,在邵逸夫樓(VA座)頂層的水箱上安裝了8千瓦光伏板以接收太陽能供發電之用,及後又於唐炳源樓(F-C座)頂層安裝另外一個光伏實驗裝置。

 

校園內的領先項目,對社會起了示範作用,吸引政府和工業界的注意,派員參觀考察有關項目。政府和業界繼而在香港各地陸續完成多項具示範作用的光伏建築一體化發電工程。及後,楊教授協助嘉道理農場、賽馬會,以及馬灣公園等發展項目,為其設計和安裝     太陽能光伏發電系統,大大推動了香港的太陽能光伏建築一體化可再生能源發電技術的發展。

 

楊洪興教授早於90年代,已協助香港理工大學於校園內應用太陽能光伏建築發電技術,提倡使用更潔淨、更環保的可再生能源。圖爲在邵逸夫樓(VA)頂層的項目,惟裝置屬「臨時建築」,完成試驗後於2016年拆除。

楊洪興教授的研究體現了理大校訓「開物成務 勵學利民」的精神——不僅重視開拓前沿研究,還關注實際應用。香港土地彌足珍貴,不可能像外國或內地省份一樣將大幅土地用於採集可再生能源,而楊教授的研究,聚焦於如何將相關技術應用在香港、深圳、上海等已發展的城市中。鑑於這些城市對電力需求高,卻又苦無空間採集可再生能源, 楊洪興教授遂提出「光伏建築一體化」的概念,鼓勵社會在籌建、翻新建築物時,又或在現有建築之上,加入設計、安裝和應用太陽能光伏發電方案的元素。「除屋頂外,香港很多建築物的外牆都是玻璃幕牆,安裝太陽能光伏板可以代替玻璃幕牆,不會影響建築物的外觀。」他說︰「現在有各式各樣的光伏板,一平米才10多公斤,重量也絕對不是問題。」

 

楊洪興教授在理大任教27年來不僅研究、協助大學應用太陽能光伏發電技術,也致力倡導香港社會應用太陽能等可再生能源,還積極推動政府和電力公司落實「上網電價計劃」,為市民和發展商利用可再生能源提供經濟誘因。

早於愛迪生以前,已經有人嘗試發明電燈;愛迪生之成功,在於他勸說政府鋪設電網,使電燈普及。同理,要擴大太陽能光伏技術的使用範圍,楊教授亦積極參與推廣應用光伏技術的工作,包括:發表多篇引用率甚高的論文、出版專著、在香港各種會議上發表演說、到立法會報告國內外使用可再生能源的進展、組織「香港太陽能學會」並獲選為第一屆會長、向政府和電力公司出謀獻策,並與同行合力促成政府和電力公司接受光伏系統並網安排,推出「上網電價計劃」。

「上網電價計劃」自2018年展開,計劃的主要內容為港府通過電力公司向應用太陽能發電系統及其他可再生能源系統因應不同設備提供每度電3.0至5.0港元的上網電價(現為2.5至4.0港元),為企業和一般市民提供使用可再生能源的經濟誘因,大力推展香港應用大陽能光電系統。楊教授說,現在香港有很多建築物,特別是新界不少獨立屋頂層,已安裝了太陽能光伏板。以一個3層的獨立房屋計算,屋頂可以安裝3,000至5,000瓦光伏系統,一年可生產大約3,000至6,000度電力,住戶或者投資者每年可獲12,000至24,000港元收益,大概五至七年即可收回安裝光伏系統的投資成本。此計劃廣受業界和市民歡迎,大大推動了太陽能光伏建築技術應用的發展。 

 

理大李兆基樓的頂層安裝了太陽能光伏板, 22千瓦光伏發電系統每年可以産生約24,000度電力,減少約16噸碳排放,節能環保效果顯著。

其後,楊洪興教授繼續藉著多項科研工作,推動太陽能光伏發電技術的普及應用。其中一個例子是他參與發明的「自清潔太陽能光伏板納米塗層」。只要在光伏板上噴灑具有光催化特性和超親水特性的塗層後,光伏板面便可自行分解吸附表面的有機物,也可以利用雨水把灰塵和污染物沖刷乾淨,令發電能力增加百分之五至十,還省卻市民和物業管理者恒常清潔的麻煩,更有利於把光伏版推廣到大眾和企業使用。該研究成果現已轉讓給本地的一家企業投入商業生産。楊教授研究團隊也與理工大學校園發展處和校外的樓房物業業主積極合作,如於校內X座玻璃幕牆和港燈在南丫島發電廠的太陽能光伏板上使用了塗層,就此作科技驗證。

 

「香港地方不夠,對建築物的規定很多,安裝和使用太陽能光伏發電設施難度高。」楊教授指出,理大校園屬絕佳的太陽能光伏建築發電場地,因周邊沒有高樓,陽光充足。他表示,希望能在校園現有的建築屋頂、未來的新建建築屋頂和牆面,盡量使用此可再生能源技術;充分利用每一平方米的屋頂面積安裝光伏板,積少成多,是校園裏减少碳排放的一個最有效途徑,「這不僅僅是技術示範,而是實際應用,利用太陽能為建築物供應所需部分電力,令理大成為充分使用可再生能源的表表者。」

楊洪興教授(中)與研究團隊成員呂琳教授(左)及汪元昊博士(右、當時的博士後研究員)參與發明的「自清潔太陽能光伏板自清潔納米塗層」獲頒第44屆瑞士日內瓦國際發明獎—金獎。

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