北國太陽能板最佳設定：屋頂實驗室的突破性發現

在芬蘭奧盧大學，研究人員透過兩套研究設施，包括40片太陽能板及獨特的屋頂旋轉系統，深入探討了北國氣候下光伏系統（PV）的表現。這些設施位於Linnanmaa校區的屋頂，專門用於研究目的。在北國氣候中，太陽能發電受到季節、太陽高度、地理位置、溫度和降雪的顯著影響。研究團隊透過不同方向和傾斜角度的太陽能板進行了詳細的測量。

自2021年8月起，每15分鐘收集一次太陽能光伏生產資料，這些資料是Vinay Shekar博士研究的一部分。相較於溫帶地區，北緯地區的太陽能光伏發電實證研究相對有限。然而，近年來，這方面的研究穩步增長，主要集中在雪造成的能量損失、寒冷氣候下的效能以及經濟可行性等議題。奧盧位於北緯約65度。

「我們的研究為最佳化北國地區太陽能發電效能提供了重要資訊。這些結果還可用於城市規劃、分割槽和建築，以最大化太陽能生產，」奧盧大學的Eva Pongrácz教授表示。根據歐盟太陽能策略，到2026年，所有新建的公共和商業建築（有用樓面面積超過250平方米）都必須安裝屋頂太陽能，最終所有新建住宅建築也將如此。

屋頂實驗室使用的40片太陽能板均為單晶矽板，其中12片以23°–46°的傾斜角度安裝在屋頂，12片以90°的角度垂直安裝在牆上，全部面向南方。太陽能板旋轉系統有16片板：八片傾斜40°，八片垂直。傾斜和垂直的板面向所有八個主要和次要方向。該系統用於評估方位角對發電的影響。目前沒有其他地方在研究中使用類似的旋轉系統。

「測量資料表明，為了最大化全年產量，最好將屋頂太陽能板面向東南或南方。第二好的方向是東方，因為太陽的路徑，第三好的方向是西南方，」Shekar說。研究人員的建議基於全年總體回顧。「根據我們之前的研究，我們還建議傾斜板的傾斜角度為28°，而不是標準的43°–48°，」博士研究員Shekar保證。這個角度最小化了陰影，並略微最佳化了年產量，與45°角度相比增加了3%。

許多人對雪反射（反照率）對太陽能板的影響感興趣。「它確實具有能量潛力，值得探索具體細節，」Shekar確認。「在3月至4月的雪季，垂直、面向南方的牆板能夠產生與6月至7月相同的能量，儘管日照時間要短得多。」然而，全年來看，面向南方的28°傾斜屋頂板比90°角度的牆板多產生了20%的能量。漫長的夏日也導致了能量生產的高峰；這些板在5月至7月期間產生了超過全年一半的產量。

「專注於低傾斜、夏季最佳化的安裝可能是最佳化全年總產量的最佳解決方案。我們也不建議採用混合安裝方法，例如在不同方向安裝一些板，」Pongrácz總結道。太陽能板測量資料已發布在Mendeley Data儲存庫網站上，最新結果目前正在進行科學同行評審以確認。「它們展示了在北國條件下具有最高經濟價值的方位和次優方位，這為在歐盟太陽能授權下成本效益地實施太陽能光伏提供了關鍵見解，」Shekar說。