鉅大LARGE | 點擊量：6275次 | 2021年06月24日
太陽能電板究竟該朝哪放
以下文章由JoshuaRhodes博士供應，他是韋伯能源組織（TheWebberEnergyGroup）和德克薩斯大學奧斯汀分校能源學院（theEnergyInstituteattheUniversityofTexasatAustin）的博士后研究員。
最近有關太陽能電池板的朝向問題引發(fā)了一些爭議。話題的起源來自山核桃街機構（PecanStreetInc.）的一篇報道。文中比較了那些實際投入使用的太陽能電池包發(fā)電量，發(fā)現朝西安裝的電池板往往有更好的電力輸出以滿足夏季高峰時期電力需求，這和電力最高年產量有所不同。不久后，法國綠科傳媒（Greentechmedia）發(fā)表了一篇名為《太陽能電池板是否裝錯了方向？》的文章，該文章被包括《國家地理（NationalGeographic）》、《今日美國（USAToday）》等各大刊物登載轉發(fā)。
而最近，《（NewYorkTimes）》和《科技新時代（PopularScience）》甚至聲稱太陽能電池板就應當朝西而不是朝南安裝，防止引發(fā)意想不到的后果。然而，上面的每篇文章都只考慮了朝西或朝南的簡化情況。就像一個地區(qū)的日照量相同，不同的時間地點，朝向問題的答案也不盡相同。
我最近在《太陽能（SolarEnergy）》期刊上發(fā)表了一篇論文，具體描述了我對這個問題的看法。我們組裝了一個通用太陽能電板模型，并計算了它在每一個可能朝向的輸出功率，嘗試了各種方向（比如把12點鐘方向作為北極，把6點鐘方向作為南極）和斜度（從0度或是平躺在地面到45度）。
然后，我們選取了全美國1000多個地區(qū)進行模擬實驗并且計算結果。通過分解典型氣象年數據（TypicalMeteorologicalYeardata），我們可以計算出太陽能電板在任何地區(qū)以任意朝向安裝時的總產電量。因為我們的模型是以小時為單位來計算太陽能一年的產量的，所以用總發(fā)電量乘以不同時段不同電價也有意義。圖1以德州電網為例（德州電力可靠性委員會，theElectricityReliabilityCouncilofTexas，以下簡稱ERCOT）來說明太陽能電池包的擺放不僅會改變電池板蓄電的時間，而且還會影響到電力市場的均勻售價（ERCOT結算點價格，以下簡稱ERCOTSPP）。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
朝南（紅線）和朝西（藍線）排布的太陽能電池在全年和夏季的發(fā)電曲線，與同時期電力市場均價（ERCOTSPP）的比較關系。
圖表顯示了每一平方米太陽能電池板朝南（紅線標注）和朝西（藍線標注）擺放時全年（上圖）和夏季（下圖）的每小時均勻發(fā)電量。紅線和藍線間的差異說明太陽能電池板的擺放方向不同時發(fā)電的時間也有所不同——面朝東面的電板發(fā)電曲線比朝西的（紅色）偏左移。圖中還畫出了ERCOT均勻電力批發(fā)市場價格（黑線表示）。在一年中，西向的太陽能板比南向少加工了約14%的電。然而在夏季，這個差異只縮小到了1%。
假如我們要找出全年中太陽能電板的最佳安裝位置，把每小時的產量乘以每小時的電價（黑線），那么就能得到橙色曲線，約（以正東為正方向時逆時針）219°或南偏西39°方向，差不多在西南正中方向。假如只考慮極端情況，即下午3點至晚上7點這段高峰期的電量輸出，那么朝西擺放太陽能電板是最適宜的。
但說究竟，太陽能電板擺放的朝向都歸結于政府的激勵措施。目前來說，德州的產量補償政策促使當地的太陽能電池板都朝南安裝。不過，鑒于平日太陽能能源供應的有限性，以及電力市場處于兩難境地的需求，公用事業(yè)范疇真正關心的是朝西安裝的電池板是不是能盡其所能地滿足峰電需求。
上面的試驗結果只適用于德州奧斯汀，其他地區(qū)太陽能來源、當地電價和當地獎勵措施都不同，因此問題的答案也十分具有地域性。隨著太陽能普及率的提高，地方電網部門可能要重新考慮要怎么樣制訂能率和折扣，才能從一定程度上降低太陽能電池板對電網的影響。
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