2017年1月15日 星期日

太陽能如何與自然共存


兔子穿梭在太陽能支架間
太陽能如何與自然共存

最近太陽能業者與環保團體對於興建太陽能電站的場址有不同的看法。究竟鹽攤地、污染地、地層下陷區等空地是否適合建置太陽能?我們能不能讓太陽能與環境共存?
在相關的報導與討論中,看到一些內容對太陽能的認知不太正確。為了讓大家更瞭解太陽能電站的實際狀況,本文分享一些電站實際案例,希望能讓大家一起想想我們可以如何讓太陽能與自然環境共存。也相望藉此打破一些迷思,避免錯誤的想像誤導大家做出錯誤的判斷。

迷思一:太陽能板把光全部遮住了,下方動植物無法存活
太陽能板全面遮蓋的印象大概來自下面這種照片,一大片的太陽能板把土地都遮住了,下面一定是一片黑暗,動植物無法存活。

太陽能板遮住全部的陽光?

太陽能陣列間保留間距
事實上這是視角的問題,同一個案場由側面拍攝的照片如下。由這張照片可以看到太陽能板的陣列之間留一段不小的距離。因為冬天太陽角度較低,陰影會遮擋到後排的太陽能板,使發電大幅降低,所以太陽能電站一定不會把模組鋪得滿滿,中間必須留下間距以維持發電量,也方便維護與維修。因此,太陽能電站有一大半的土地是沒有直接被太陽能板覆蓋的。
太陽能陣列間距(與上圖同一個案場側面拍攝)

太陽角度隨季節變化
太陽在每個季節的照射角度都不同,因此冬天與夏天的陰影位置不太相同,所以只有部份面積是持續在陰影下,很大部份的面積在季節變換之間可以輪流照到陽光,如下示意圖(兩秒輪播動畫)。
冬天與夏天陰影位置不同

除此之外,太陽每天從日出到日落照射角度也是不停改變的,太陽能板間的空隙也會有陽光穿透,隨著陽光角度改變,照射位置也會掃過地面不同位置。下圖就是從太陽能板下方拍攝的照片,可以看到陽光透過太陽能板間的空隙照射到地面。這個系統的太陽能板間距是普通的標準距離,如果地面需要較多陽光,可以留較大空隙,讓更多陽光照到地面。
陽光從模組間的空隙穿過

漫射光
陽光穿過大氣層時,會因為空氣分子與水氣的影響而被打散成方向散亂的光,稱為漫射光(如下圖說明)。因此太陽下山後仍有一段時間天色還亮著,也因此白天在沒有陽光直射的地方仍然很明亮。由上方的照片可以看到,除了太陽穿過間隙照射下來,沒有太陽直射的地方仍然有光線,這也是漫射光的貢獻。

直射光與漫射光


台灣四面環海,空氣中濕度很高,使得漫射光比例也比較高。因此在太陽能板下方,也有漫射光存在。如果需要更多光線,可以把太陽能板架設高度提高,下方的漫射光更多就會更明亮。例如下面這個案場,把太陽能板架設得特別高,讓下面的草可以得到更多光線,同時也方便羊在太陽能板下穿梭自如,這是太陽能電站與自然共存好例子。

太陽能電站牧場
事實上這種太陽能電站與畜牧結合的例子不少,多貼幾張照片給大家參考。


牧羊與太陽能結合

牧羊與太陽能結合

順帶一提,最近也有人關心水上太陽能系統把光都擋住了,會對水庫生態造成影響。先不論水庫本來就不是一個自然生態,如果需要陽光,水上系統也有機會讓陽光透入水中的,像下圖的作法就可以讓較多陽光照入水中。
水上太陽能系統與透光浮筒設計


迷思二:太陽能電站會破壞土地,造成不可逆的傷害
建太陽能電站未必需要大大的水泥基樁,也可以透過其他方式打樁以減少對土地的傷害。例如下圖的螺旋基樁,或直接打入的樁,在未來太陽能電站除役時,只要把樁拔起,土地就回覆到原來的狀態。
螺旋基樁示意圖


下圖是準備好的太陽能支架(此案非螺旋基樁,是直接打入的基樁),可以看到裝太陽能板之前這些支架只是很單純的插入土中,對土地沒有太大影響。未來電站除役時,只要板子拆下,基樁拔起,很容易就回覆原狀。因此無法耕種的污染地、地層下陷區,正好可以用來建置太陽能電站,讓土地休養生息20年。

太陽能支架

下圖是比利時一個電站除役時,把模組拆下來的狀況。從照片可以看到模組拆下來之後,地上還是綠油油的草地,土地並沒有受到傷害,擔心種電之後土地無法復原實在是多慮了。

比利時Chevetogne的電站除役


結語
太陽能電站對環境不會完全沒有影響,但是其影響遠比其他能源低,是對土地最友善的發電方式。由本文介紹的案例,大家可以看到降低環境影響的可能性,不必對太陽能電站有過多的憂慮。另一方面,太陽能業主也可多思考如何降低對環境的衝擊,例如需要日照的土地可以適當提高系統的高度以增加下方土地的受光量。大家一起思考如何讓太陽能與自然共存,環境保護者與太陽能業者可以找出交集來共同努力。


關於作者:
林敬傑博士,業界朋友們暱稱為「傑博」
2004年在工業技術研究院從事太陽能模組研發,是國內最早開始研究太陽能的專家之一
2005年與德國萊因技術合作,在臺灣建立亞洲第一個太陽能檢測認證實驗室
2007年擔任德資企業a2pak Power茂暘能源技術長
2011年成立顧問公司PV Guider,提供專業諮詢與電站品質管控等服務

目前擔任:
PV Guider首席顧問
CNS國家標準審議委員
工研院量測中心顧問
SEMI產業標準工作小組召集人
Solar United國際太陽能產業聯盟工作小組技術專家
華聚基金會兩岸共通標準技術專家

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