今年反核遊行使用太陽能板供電,原本是示範給民眾認識的美事,卻因為部份網友的迷思,被質疑為作假,誤會的理由是,陰天發電量不敷使用。然而,陰天其實也是太陽能板會考慮的發電環境,德國聯邦環境廳屋頂採用的太陽能板便是如此(見下圖),且整棟建築基本上不需另外買電(ZEB、淨零能耗住宅)。

德國聯邦環境廳 2013 年採用的太陽能板在陰天也發電。擷取自影片。影片來源: Channel Panasonic – Official

事實上,太陽能板的應用,不但顧慮到陰天的狀況,連會下雪的地方,都有各式各樣的進展。國土內不少雪地的日本,自推行再生能源後,雪地鋪設太陽能板的規劃,接二連三地展開,其中不乏規模數一數二的案例。簡單地說,「太陽能板能用的地方,比你想得多更多。」

在介紹日本在雪地鋪設太陽能板有哪些巧思之前,先介紹日本北邊國土的代表、北海道的日照狀況。或許有不少人以為,高緯度地帶不利於太陽能,其實不然。北海道有很多日照量豐富的地方,有的還超過東京、大阪等城市;且因為氣溫低,太陽能板溫度不容易上升,不影響發電效率。加上地廣人稀,鋪設規模在全國名列前茅。

而在各縣降雪量第一的山形縣,積雪量大,日照時間短,但夏天最高溫卻又超過 40 度,嚴冬和酷夏各有問題要解決。在積雪的問題上,架設角度和高度與一般不同,例如一部份角度增加到 40 度,高度增加到 1.8~2 公尺,視情況再調整到最佳化。高溫問題,則添購了外國製的相應製品。受氣候變遷影響,日本東北降雪量增加,山形縣在太陽能的實作,可望為類似狀況的縣市提供參考。

融雪太陽能系統。圖片來源:環境システムヤマノ

俗話說水來土淹。面對積雪,不難想到直接用熱融掉的方法。在福島縣須賀川市,年輕人越來越少,老人在爬屋頂除雪時又容易發生意外。人力除雪格外困難。部份家戶因此裝設加熱器來除雪,但加熱器需要化石燃料,要花錢又會增加環境負擔。於是,和防止高熱的太陽能板恰好相反,當地太陽能板製造商開發了會發熱的太陽能板,配備降雪感測器,一察覺到就會自動發熱除雪。

會發熱的太陽能板,配備降雪感測器,一察覺到就會自動發熱除雪。圖片來源:環境システムヤマノ

積雪落在太陽能板上會擋光,落在地上卻會反光。在北海道最北的稚内市,這裡的太陽能發電廠,除了實驗用哪個角度設置能夠最佳化,還採用了正反兩面發電的太陽能板,冬天時吸收地面反光,融雪後因為地上的貝殼的反光等等,仍然能夠反面發電,估計可以提升 1~3 成的發電量。

以上幾種因應雪地的太陽能板設置方式,尚有諸多細節。比方說,即便都是多結晶矽太陽能板,也會因為製造商的不同,影響積雪的容易程度,得依現場狀況調整,採購不同款式的太陽能板做混合搭配。又,因為鋰離子電池在低溫下容易出問題,而採用混合鉛電池的蓄電池製品。又或者,同樣是發熱融雪設備,各地做法也不盡相同。

落雪發電裝置在雪鞋。圖片來源:UCLA。

雪地佔地球面積的三成,其上鋪設太陽能板,對於再生能源的普及,有重要的意義。而為克服落雪對發電效率的負面影響,加利福尼亞大學洛杉磯分校 UCLA,劃時代地開發落雪即發電的太陽能板。發電的原理是摩擦起電,讓落雪在接觸到太陽能板時交換電子、產生能量;其中落雪發電的裝置,還能應用在冬季運動用品,評估運動員的表現(上圖)。

在雪地應用太陽能板的例子裡,可以看到各式各樣的發明與因地制宜。一部份案例,因為當地製造商追加適應雪地的功能,獲得了訂單;也有別的案例,同樣為了適應雪地,採購國外的製品。不管是國內廠商或外國廠商,只要符合消費者的需求,便能獲得訂單。

由於再生能源電價補貼逐年降低,與便宜的外國製品,日本太陽光電關連企業,近年來並不好過。激烈的競爭環境,就像大雪一般嚴苛;該如何險地求生?雪地太陽能板的裝設,是廠商的挑戰與可能。

文章出處/ 環境資訊中心

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