導語：太陽能電池板的朝向會影響發電量和市場電價？朝西比朝南更好？這其實是一個因地制宜的問題。
 

關鍵詞：太陽能，電網，電力市場，德克薩斯州
 

以下文章由Joshua Rhodes博士提供，他是韋伯能源組織（The Webber Energy Group）和德克薩斯大學奧斯汀分校能源學院（the Energy Institute at the University of Texas at Austin）的博士后研究員。
 

最近有關太陽能電池板的朝向問題引發了一些爭議。話題的起源來自“山核桃街”機構（Pecan Street Inc.）的一篇報道。文中對比了那些實際投入使用的太陽能電池組發電量，發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（Greentech media）發表了一篇名為《太陽能電池板是不是裝錯了方向？》的文章，該文章被包括《國家地理（National Geographic）》、《今日美國（USA Today）》等各大刊物登載轉發。而最近，《紐約時報（New York Times）》和《科技新時代（Popular Science）》甚至聲稱太陽能電池板就應該朝西而不是朝南安裝，避免引發意想不到的后果。然而，上面的每篇文章都只考慮了朝西或朝南的簡化情況。就像一個地區的日照量一樣，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（Solar Energy ）》期刊上發表了一篇論文，詳細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多個地區進行模擬試驗并且計算結果。通過分析典型氣象年數據（Typical Meteorological Year data），我們可以計算出太陽能電板在任何地區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，the Electricity Reliability Council of Texas，以下簡稱ERCOT）來說明太陽能電池組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平均售價（ERCOT結算點價格，以下簡稱ERCOT SPP）。

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電曲線，與同時期電力市場均價（ERCOT SPP）的對比關系。
 

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）的每小時平均發電量。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電的時間也有所不同——面朝東面的電板發電曲線比朝西的（紅色）偏左移。圖中還畫出了ERCOT平均電力批發市場價格（黑線表示）。在一年中，西向的太陽能板比南向少生產了約14%的電。然而在夏季，這個差異只縮小到了1%。如果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。如果只考慮極端情況，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合適的。
 

但說到底，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，德州的產能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，公用事業領域真正關心的是朝西安裝的電池板是否能盡其所能地滿足峰電需求。上面的實驗結果只適用于德州奧斯汀，其他地區太陽能來源、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如何制訂能率和折扣，才能從一定程度上降低太陽能電池板對電網的影響。 
 

Joshua D. Rhodes是韋伯能源組織（The Webber Energy Group）和德克薩斯大學奧斯汀分校能源學院（the Energy Institute at the University of Texas at Austin）的博士后研究員。他最新研究的領域是住宅智能電網應用，包括能源效率和分散式發電的系統級應用。他熱愛健身、山地自行車運動、攀巖等。他的科研網頁是：https://sites.google.com/site/joshdr83/，他的推特：@joshdr83。
 

關于作者：Robert Fares是德克薩斯大學奧斯汀分校的機械工程博士生，他在校學習了新興電網技術的經濟和環境影響。
 

（翻譯：李星悅；審校：蔣泱帥）
 

原文鏈接[科學美國人]：
 

http://blogs.scientificamerican.com/plugged-in/2014/10/21/so-what-direction-should-solar-panels-face/