本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
以下是由德克薩斯大學奧斯汀分校韋伯能源集團和能源研究所的博士後研究員 Joshua Rhodes 博士撰寫的客座文章。
最近，關於太陽能電池板應該朝向哪個方向引起了很多討論。最初的對話似乎是由 Pecan Street Inc. 的一份報告引發的，該報告研究了實際太陽能陣列的輸出，發現朝西的太陽能電池板在夏季峰值電力需求方面具有更好的功率輸出對齊——這與最大年度總髮電量不同。 不久之後，Greentech media 刊登了一篇題為“太陽能電池板是否朝向錯誤的方向？”的文章，該文章被轉載/執行/透過其他媒體傳播，包括《國家地理》、《今日美國》等。最近，《紐約時報》和《大眾科學》甚至聲稱，太陽能電池板應該朝西而不是朝南，以避免意想不到的後果。 然而，以上每篇文章都只考慮了朝西或朝南的簡化情況。 就像一個地方接收到的陽光量一樣，答案並非在所有地方都相同。
最近發表在《太陽能》雜誌上的一篇研究論文（由我和其他人！）對這個確切的問題進行了全面的研究。 我們構建了一個通用太陽能電池板模型，並計算了其在每種可能的放置方式下的輸出，包括方向（如以 12 點為北，6 點為南的時鐘表面）和傾斜度（從 0 度，即在地面上平放，到 45 度）。 然後，我們對美國各地 1000 多個不同的地點重複了計算。 這種分析使我們能夠計算出任何給定地點（使用典型氣象年資料）和任何給定放置方式產生的總能量。 由於該模型計算了一年中每小時的太陽能發電量，因此該發電量也可以乘以各種隨時間變化的電價。 圖 1 使用德克薩斯州電網（ERCOT – 德克薩斯州電力可靠性委員會）的示例，展示了改變太陽能陣列的位置不僅可以改變陣列發電的時間，還可以改變這些變化與平均批發電力市場價格（ERCOT SPP – ERCOT 結算點價格）的關係。
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該圖顯示了朝南（紅線）和朝西（藍線）的太陽能電池板每平方米 (m2) 的年度（頂部）和夏季（底部）平均每小時輸出量。 紅線和藍線之間的差異顯示了朝不同方向放置太陽能電池板如何改變其產生太陽能的時間——朝東的電池板會將曲線向南（紅色）曲線的左側移動。 該圖還顯示了 ERCOT 平均批發電力市場價格（黑線）。 在全年範圍內，朝西的陣列比朝南的陣列產生的能量少約 14%。 然而，在夏季，差異僅為 1%。 如果在全年範圍內，我們將每小時輸出量乘以每小時價格（黑線），並尋找最佳位置，我們將得到橙色線，它大約在 219 度，或南偏西 39 度，幾乎正好位於南部和西部之間。 如果我們考慮只關心高峰時段（下午 3 點至 7 點）產生的能量的極端情況，那麼朝西的方向是最優選的。
歸根結底，一切都歸結為激勵機制。 在德克薩斯州，目前對太陽能電池板產生的能量進行補償的結構激勵了朝南的電池板。 然而，公用事業公司真正想要的是朝西的電池板，以便儘可能地滿足峰值需求。 鑑於每日太陽能資源的有限性，市場呼喚某種中間方案。 所有這些都僅適用於德克薩斯州奧斯汀市。 答案會隨著當地的太陽能資源、當地價格和當地激勵結構的改變而改變。 隨著太陽能普及率的提高，當地電網管理部門可能需要重新考慮如何構建太陽能費率和回扣，以便在一定程度上減少太陽能電池板對電網的影響。
圖片來源
太陽能電池板照片 - Flickr 使用者 redplanet89。
Joshua D. Rhodes 博士是德克薩斯大學奧斯汀分校韋伯能源集團和能源研究所的博士後研究員。 他目前的研究領域是住宅智慧電網應用，包括能源效率和分散式發電的系統級應用。 他喜歡 CrossFit、山地腳踏車、攀巖以及在 ATX 過著精彩的生活。 他的研究網頁是：https://sites.google.com/site/joshdr83/ 在 Twitter 上關注 @joshdr83。