本文是关于2024年美国日全食特别报道的一部分，日全食将于2024年4月8日在美国、墨西哥和加拿大parts地区可见。
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在最近一次美国可见的日全食期间，即 2017 年 8 月 21 日，当天空中月球穿过太阳前方时，天空变暗了。它挡住了所有阳光——除了月球形状周围可见的金环，称为日冕。毫不奇怪，从月球开始遮蔽太阳的那一刻到太阳盘再次清晰可见时，整个北美地区的太阳能发电量在几个小时内直线下降。
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2024 年 4 月 8 日，另一次日全食将横跨美国，可能导致更大的太阳能发电量损失。虽然这将是不到七年内美国可见的第二次日全食，但这些事件非常罕见。然而，它们给电力 grid 运营商带来了独特的挑战。
我是一名空间科学家，对物理学和天文学教学充满热情。虽然我见过许多日偏食，但我还没有亲眼目睹日全食。我于 2023 年 10 月前往犹他州布莱斯峡谷国家公园观看“火环”环食的公路旅行令人难忘，4 月 8 日肯定会再次看到我分发日食眼镜。
当月球的阴影遮挡太阳时
在日食期间，月球部分或完全挡住了太阳的视线。由于月球比太阳小近 400 倍，并且近400 倍更近，因此从地球上可见的月球阴影逐渐变细，宽度为70 至 100 英里（112 至 161 公里）。
在这个被称为全食带的区域内，观测者可以看到日全食。靠近但在此路径之外的观测者会看到日偏食，其中月球遮盖了太阳盘的一部分。
在 2024 年 4 月 8 日的日全食期间，美国大陆的全食带将从南部的德克萨斯州延伸到东北部的缅因州。在美国其他地区，迈阿密将看到日偏食，其中最多 46% 的太阳盘被遮蔽。在远离全食带的西雅图，月球最多只会遮盖20% 的太阳。在全食带首先进入美国的德克萨斯州南部，日食将持续不到三个小时，而全食仅持续 4 分 27 秒。
日益依赖太阳能
全球可再生能源趋势使太阳能或光伏发电在过去十年中显着增加。太阳能发电能力预计将在 2022 年至 2028 年间全球翻一番，而美国现在的太阳能发电能力是 2017 年日全食时的三倍。
太阳能发电最明显的障碍是云层覆盖。在阴天，太阳能电池板产生的能量会降至晴天输出的 10% 至 25%。
北美输电 grid 分为 六个主要区域 和 150 多个 地方和区域子 grid。每个地方 grid 的电力系统运营商不断平衡发电量与“负荷”，即消费者对电力的需求。
系统运营商可以利用来自 各种发电机制 的能源，如太阳能、风能、水力发电、天然气和煤炭。地方 grid 也可以根据需要从其 grid 导入和导出电力。
系统运营商拥有美国各地每日太阳能发电量的准确模型，这些模型考虑了美国大陆可能出现阴天的地区。通过将太阳能发电与电池存储相结合，即使在阳光不充足时（在阴天或夜晚），他们也可以获得太阳能电力。
为了为日食做计划，电力系统运营商需要计算出能源产量将下降多少，以及人们将从储备中提取多少电力。例如，在 2017 年日全食当天，美国的太阳能发电量比平均水平 下降了 25%。
由于太阳能发电量在日食高峰期迅速下降，grid 运营商可能需要以可能给 输电线路 带来压力的速度利用储备。为了努力保持平稳运行，grid 运营商将依靠当地储备，并最大限度地减少日食期间 grid 之间 的电力传输。这应该减轻地方 grid 中输电线路的负担，并防止临时停电。
日食期间的可再生能源
太阳能并不是唯一在日食期间下降的可再生能源发电类型。由于阳光不足，日食路径沿线的温度下降幅度高达 10 华氏度（5.5 摄氏度）。较低的温度导致 风速较慢 和风力发电量减少。
在 2017 年 8 月的日食期间，可再生能源发电量的损失总计接近 6 吉瓦。这相当于 6 亿个 LED 灯泡 或 450 万户家庭 的能源消耗。
Grid 运营商通过提前计划并增加 天然气和燃煤电厂 的发电量来弥补，这些电厂不依赖阳光。
在日食期间，这种非可再生能源使用量的增加导致额外排放了约 1000 万磅 的二氧化碳。这大约相当于 1,000 辆汽车的年二氧化碳排放量。
4 月 8 日，全美国的目光将转向天空，捕捉被日食遮蔽的太阳一瞥。
由于电力 grid 运营商的警惕，灯光应该会保持点亮，观测者不必担心天空中的壮丽景象之外的任何事情。
本文最初发表于 The Conversation。阅读原文。