本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
以下是由德克萨斯大学奥斯汀分校韦伯能源集团和能源研究所的博士后研究员 Joshua Rhodes 博士撰写的客座文章。
最近，关于太阳能电池板应该朝向哪个方向引起了很多讨论。最初的对话似乎是由 Pecan Street Inc. 的一份报告引发的，该报告研究了实际太阳能阵列的输出，发现朝西的太阳能电池板在夏季峰值电力需求方面具有更好的功率输出对齐——这与最大年度总发电量不同。 不久之后，Greentech media 刊登了一篇题为“太阳能电池板是否朝向错误的方向？”的文章，该文章被转载/运行/通过其他媒体传播，包括《国家地理》、《今日美国》等。最近，《纽约时报》和《大众科学》甚至声称，太阳能电池板应该朝西而不是朝南，以避免意想不到的后果。 然而，以上每篇文章都只考虑了朝西或朝南的简化情况。 就像一个地方接收到的阳光量一样，答案并非在所有地方都相同。
最近发表在《太阳能》杂志上的一篇研究论文（由我和其他人！）对这个确切的问题进行了全面的研究。 我们构建了一个通用太阳能电池板模型，并计算了其在每种可能的放置方式下的输出，包括方向（如以 12 点为北，6 点为南的时钟表面）和倾斜度（从 0 度，即在地面上平放，到 45 度）。 然后，我们对美国各地 1000 多个不同的地点重复了计算。 这种分析使我们能够计算出任何给定地点（使用典型气象年数据）和任何给定放置方式产生的总能量。 由于该模型计算了一年中每小时的太阳能发电量，因此该发电量也可以乘以各种随时间变化的电价。 图 1 使用德克萨斯州电网（ERCOT – 德克萨斯州电力可靠性委员会）的示例，展示了改变太阳能阵列的位置不仅可以改变阵列发电的时间，还可以改变这些变化与平均批发电力市场价格（ERCOT SPP – ERCOT 结算点价格）的关系。
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该图显示了朝南（红线）和朝西（蓝线）的太阳能电池板每平方米 (m2) 的年度（顶部）和夏季（底部）平均每小时输出量。 红线和蓝线之间的差异显示了朝不同方向放置太阳能电池板如何改变其产生太阳能的时间——朝东的电池板会将曲线向南（红色）曲线的左侧移动。 该图还显示了 ERCOT 平均批发电力市场价格（黑线）。 在全年范围内，朝西的阵列比朝南的阵列产生的能量少约 14%。 然而，在夏季，差异仅为 1%。 如果在全年范围内，我们将每小时输出量乘以每小时价格（黑线），并寻找最佳位置，我们将得到橙色线，它大约在 219 度，或南偏西 39 度，几乎正好位于南部和西部之间。 如果我们考虑只关心高峰时段（下午 3 点至 7 点）产生的能量的极端情况，那么朝西的方向是最优选的。
归根结底，一切都归结为激励机制。 在德克萨斯州，目前对太阳能电池板产生的能量进行补偿的结构激励了朝南的电池板。 然而，公用事业公司真正想要的是朝西的电池板，以便尽可能地满足峰值需求。 鉴于每日太阳能资源的有限性，市场呼唤某种中间方案。 所有这些都仅适用于德克萨斯州奥斯汀市。 答案会随着当地的太阳能资源、当地价格和当地激励结构的改变而改变。 随着太阳能普及率的提高，当地电网管理部门可能需要重新考虑如何构建太阳能费率和回扣，以便在一定程度上减少太阳能电池板对电网的影响。
图片来源
太阳能电池板照片 - Flickr 用户 redplanet89。
Joshua D. Rhodes 博士是德克萨斯大学奥斯汀分校韦伯能源集团和能源研究所的博士后研究员。 他目前的研究领域是住宅智能电网应用，包括能源效率和分布式发电的系统级应用。 他喜欢 CrossFit、山地自行车、攀岩以及在 ATX 过着精彩的生活。 他的研究网页是：https://sites.google.com/site/joshdr83/ 在 Twitter 上关注 @joshdr83。