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阴天雪天都能发电!日本太阳能板在雪地的应用发展

2019-05-09 17:506150中国节能网
今年反核游行使用太阳能板供电,原本是示范给民众认识的美事,却因为部分网友的迷思,被质疑为作假,误会的理由是:阴天发电量不敷使用。然而,阴天其实也是太阳能板会考虑的发电环境,德国联邦环境厅屋顶采用的太阳能板便是如此(见下图),且整栋建筑基本上不需另外买电(ZEB、净零能耗住宅)。



德国联邦环境厅2013年采用的太阳能板在阴天也发电。撷取自影片。影片来源: Channel Panasonic - Official

事实上,太阳能板的应用,不但顾虑到阴天的状况,连会下雪的地方,都有各式各样的进展。国土内不少雪地的日本,自推行再生能源后,雪地铺设太阳能板的规划,接二连三地展开,其中不乏规模数一数二的案例。简单地说,“太阳能板能用的地方,比你想得多更多。”

在介绍日本在雪地铺设太阳能板有哪些巧思之前,先介绍日本北边国土的代表、北海道的日照状况。或许有不少人以为,高纬度地带不利于太阳能,其实不然。北海道有很多日照量丰富的地方,有的还超过东京、大阪等城市;且因为气温低,太阳能板温度不容易上升,不影响发电效率。加上地广人稀,铺设规模在全国名列前茅。

而在各县降雪量第一的山形县,积雪量大,日照时间短,但夏天最高温却又超过40度,严冬和酷夏各有问题要解决。在积雪的问题上,架设角度和高度与一般不同,例如一部分角度增加到40度,高度增加到1.8~2米,视情况再调整到最佳化。高温问题,则添购了外国制的相应制品。受气候变化影响,日本东北降雪量增加,山形县在太阳能的实作,可望为类似状况的县市提供参考。



融雪太阳能系统。图片来源:环境システムヤマノ

俗话说水来土淹。面对积雪,不难想到直接用热融掉的方法。在福岛县须贺川市,年轻人越来越少,老人在爬屋顶除雪时又容易发生意外。人力除雪格外困难。部份家户因此装设加热器来除雪,但加热器需要化石燃料,要花钱又会增加环境负担。于是,和防止高热的太阳能板恰好相反,当地太阳能板制造商开发了会发热的太阳能板,配备降雪传感器,一察觉到就会自动发热除雪。



会发热的太阳能板,配备降雪传感器,一察觉到就会自动发热除雪。图片来源:环境システムヤマノ

积雪落在太阳能板上会挡光,落在地上却会反光。在北海道最北的稚内市,这里的太阳能发电厂,除了实验用哪个角度设置能够最佳化,还采用了正反两面发电的太阳能板,冬天时吸收地面反光,融雪后因为地上的贝壳的反光等等,仍然能够反面发电,估计可以提升1~3成的发电量。

以上几种因应雪地的太阳能板设置方式,尚有诸多细节。比方说,即便都是多结晶硅太阳能板,也会因为制造商的不同,影响积雪的容易程度,得依现场状况调整,采购不同款式的太阳能板做混合搭配。又,因为锂离子电池在低温下容易出问题,而采用混合铅电池的蓄电池制品。又或者,同样是发热融雪设备,各地做法也不尽相同。



雪鞋底的落雪发电装置。图片来源:UCLA。

雪地占地球面积的三成,其上铺设太阳能板,对于再生能源的普及,有重要的意义。而为克服落雪对发电效率的负面影响,加利福尼亚大学洛杉矶分校UCLA,划时代地开发落雪即发电的太阳能板。发电的原理是摩擦起电,让落雪在接触到太阳能板时交换电子、产生能量;其中落雪发电的装置,还能应用在冬季运动用品,评估运动员的表现(上图)。

在雪地应用太阳能板的例子里,可以看到各式各样的发明与因地制宜。一部份案例,因为当地制造商追加适应雪地的功能,获得了订单;也有别的案例,同样为了适应雪地,采购国外的制品。不管是国内厂商或外国厂商,只要符合消费者的需求,便能获得订单。

由于再生能源电价补贴逐年降低,与便宜的外国制品,日本太阳光电关连企业,近年来并不好过。激烈的竞争环境,就像大雪一般严苛;该如何险地求生?雪地太阳能板的装设,是厂商的挑战与可能。
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