本文是關於2024年美國日全食特別報道的一部分，日全食將於2024年4月8日在美國、墨西哥和加拿大parts地區可見。
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The Conversation 許可轉載，The Conversation 是一家報道最新研究進展的線上出版物。
在最近一次美國可見的日全食期間，即 2017 年 8 月 21 日，當天空中月球穿過太陽前方時，天空變暗了。它擋住了所有陽光——除了月球形狀周圍可見的金環，稱為日冕。毫不奇怪，從月球開始遮蔽太陽的那一刻到太陽盤再次清晰可見時，整個北美地區的太陽能發電量在幾個小時內直線下降。
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2024 年 4 月 8 日，另一次日全食將橫跨美國，可能導致更大的太陽能發電量損失。雖然這將是不到七年內美國可見的第二次日全食，但這些事件非常罕見。然而，它們給電力 grid 運營商帶來了獨特的挑戰。
我是一名空間科學家，對物理學和天文學教學充滿熱情。雖然我見過許多日偏食，但我還沒有親眼目睹日全食。我於 2023 年 10 月前往猶他州布萊斯峽谷國家公園觀看“火環”環食的公路旅行令人難忘，4 月 8 日肯定會再次看到我分發日食眼鏡。
當月球的陰影遮擋太陽時
在日食期間，月球部分或完全擋住了太陽的視線。由於月球比太陽小近 400 倍，並且近400 倍更近，因此從地球上可見的月球陰影逐漸變細，寬度為70 至 100 英里（112 至 161 公里）。
在這個被稱為全食帶的區域內，觀測者可以看到日全食。靠近但在此路徑之外的觀測者會看到日偏食，其中月球遮蓋了太陽盤的一部分。
在 2024 年 4 月 8 日的日全食期間，美國大陸的全食帶將從南部的德克薩斯州延伸到東北部的緬因州。在美國其他地區，邁阿密將看到日偏食，其中最多 46% 的太陽盤被遮蔽。在遠離全食帶的西雅圖，月球最多隻會遮蓋20% 的太陽。在全食帶首先進入美國的德克薩斯州南部，日食將持續不到三個小時，而全食僅持續 4 分 27 秒。
日益依賴太陽能
全球可再生能源趨勢使太陽能或光伏發電在過去十年中顯著增加。太陽能發電能力預計將在 2022 年至 2028 年間全球翻一番，而美國現在的太陽能發電能力是 2017 年日全食時的三倍。
太陽能發電最明顯的障礙是雲層覆蓋。在陰天，太陽能電池板產生的能量會降至晴天輸出的 10% 至 25%。
北美輸電 grid 分為 六個主要區域 和 150 多個 地方和區域子 grid。每個地方 grid 的電力系統運營商不斷平衡發電量與“負荷”，即消費者對電力的需求。
系統運營商可以利用來自 各種發電機制 的能源，如太陽能、風能、水力發電、天然氣和煤炭。地方 grid 也可以根據需要從其 grid 匯入和匯出電力。
系統運營商擁有美國各地每日太陽能發電量的準確模型，這些模型考慮了美國大陸可能出現陰天的地區。透過將太陽能發電與電池儲存相結合，即使在陽光不充足時（在陰天或夜晚），他們也可以獲得太陽能電力。
為了為日食做計劃，電力系統運營商需要計算出能源產量將下降多少，以及人們將從儲備中提取多少電力。例如，在 2017 年日全食當天，美國的太陽能發電量比平均水平 下降了 25%。
由於太陽能發電量在日食高峰期迅速下降，grid 運營商可能需要以可能給 輸電線路 帶來壓力的速度利用儲備。為了努力保持平穩執行，grid 運營商將依靠當地儲備，並最大限度地減少日食期間 grid 之間 的電力傳輸。這應該減輕地方 grid 中輸電線路的負擔，並防止臨時停電。
日食期間的可再生能源
太陽能並不是唯一在日食期間下降的可再生能源發電型別。由於陽光不足，日食路徑沿線的溫度下降幅度高達 10 華氏度（5.5 攝氏度）。較低的溫度導致 風速較慢 和風力發電量減少。
在 2017 年 8 月的日食期間，可再生能源發電量的損失總計接近 6 吉瓦。這相當於 6 億個 LED 燈泡 或 450 萬戶家庭 的能源消耗。
Grid 運營商透過提前計劃並增加 天然氣和燃煤電廠 的發電量來彌補，這些電廠不依賴陽光。
在日食期間，這種非可再生能源使用量的增加導致額外排放了約 1000 萬磅 的二氧化碳。這大約相當於 1,000 輛汽車的年二氧化碳排放量。
4 月 8 日，全美國的目光將轉向天空，捕捉被日食遮蔽的太陽一瞥。
由於電力 grid 運營商的警惕，燈光應該會保持點亮，觀測者不必擔心天空中的壯麗景象之外的任何事情。
本文最初發表於 The Conversation。閱讀原文。