太陽能價格直直落,太陽能大廠積極尋求增加附加價值,如今太陽能計劃要用上無人機、機器人,還要能與農(nóng)業(yè)結(jié)合,徹底利用土地,美國晶硅太陽能電池大廠太陽能源(SunPower)于 2016 年 9 月發(fā)表第三代“綠洲”(Oasis)大型太陽能計劃平臺,揭示大型太陽能計劃的未來方向。
SunPower 太陽能源表示,當前太陽能采購合約價直直落,必須在系統(tǒng)中檢視每個細節(jié),從中找出最佳化一切的辦法。綠洲平臺整合了發(fā)電場地規(guī)劃設計工具、機器人、無人機以及與農(nóng)業(yè)的整合,從最初的規(guī)劃設計,到之后的運營與維修,全面尋求突破。目前已經(jīng)有相當于 700 百萬瓦(Megawatt)規(guī)模的太陽能計劃應用綠洲平臺, 2017 年,太陽能源所有的計劃都將應用第三代綠洲平臺。
在美國能源部“射日計劃”(SunShot Initiative)協(xié)助開發(fā)下,太陽能源第三代綠洲平臺提供可配合無人機的軟件設計工具,稱為全球能源最佳化(global energy optimization,GEO)系統(tǒng),可由無人機飛越大量場址上空,快速拍下照片測量場址地形,上傳至云端平臺,軟件自動最佳化場址設計,以這種方式規(guī)劃發(fā)電場,設計速度比過去快上 90%,還能適應不規(guī)則形狀的場址,利用畸零地空間,而每增加 10 英畝可用土地面積,就相當于增加 2~4 百萬瓦發(fā)電容量,對大型計劃來說其影響不可小覷。
在計劃興建完成后,無人機還可用來監(jiān)測發(fā)電狀況,如以紅外線找尋有沒有異常熱點,有的話代表可能有短路等現(xiàn)象,派出無人機可快速大量勘查發(fā)電場地,比起派出人員檢視更節(jié)省時間與人事成本。
太陽能電池面板需要定期洗除灰塵,以免灰塵堆積遮蔽陽光影響發(fā)電能力,過去以人力清潔,不僅耗時、提高人事成本也更耗水。綠洲平臺在運營階段搭配機器人自動清潔,只需 3 名員工與一輛貨卡車,就能在 10 小時內(nèi)清潔 10 百萬瓦太陽能面板,比傳統(tǒng)方式快 10 倍,并節(jié)省 75% 用水,機器人技術(shù)來自 2013 年購并的 Greenbotics,再加上射日計劃協(xié)助持續(xù)開發(fā)而成。
過去太陽能計劃的主要成本都來自太陽能面板本身,隨著硬件成本持續(xù)降低,如今后續(xù)運營維護成本占總成本比重越來越高,可達總計畫成本的 15% 之多,而使用機器人可有效節(jié)省運營維護成本。過去太陽能開發(fā)商主要都將焦點集中在面板本身,如今更重視系統(tǒng)其他各環(huán)節(jié)的創(chuàng)新,應用無人機、機器人、云端軟件,以減低成本,加快速度,并讓太陽能更可靠。
綠洲平臺更利于與其他用途共存
綠洲平臺在太陽能面板支架與定日系統(tǒng)也有革新。過去大型太陽能計劃的支架與定日系統(tǒng)是整排相連,這樣的設計雖然裝設較方便,并可節(jié)省馬達動力元件,但是缺點是面板綁成了“連環(huán)船”導致對地形的適應能力變差,中間若有地形起伏就無法裝設。綠洲平臺的面板支架獨立不相連,形狀也較為正方,長度由 90 米縮短為 45 米,對地形的適應能力更強,競爭系統(tǒng)頂多能安裝在傾斜 6 度的坡度上,綠洲平臺可適應到 10 度,并由于長度較短,更能因應不同不規(guī)則形狀的場址。
寬度方面加倍,因此可容納雙倍的面板,讓單一支架能產(chǎn)生雙倍能源,如此一來,定日系統(tǒng)等成本就相對少了一半,過去太陽能計劃不這么設計,是因為雙倍的寬度,遇上大風,迎風面也是雙倍,將容易遭到吹壞受損,但太陽能源認為以現(xiàn)有的材料與結(jié)構(gòu)技術(shù),已經(jīng)可以完全克服抗風問題。另一方面,在系統(tǒng)設計上也加以整合簡化,去除電路盒、集線架、馬達電池等容易造成故障的元件,元件減少不僅可以加快安裝速度,也能減少維修成本。
過去定日系統(tǒng)以間接計算的方式,利用 GPS 定位,計算所處地點與太陽的角度來決定面板的角度,如今計算方式也升級為更直接,每個綠洲平臺面板支架都有獨立裝置即時計算發(fā)電的電壓與電流,據(jù)此計算是否處于最適角度,隨時將面板朝向最佳角度。
過去大型太陽能計劃經(jīng)常遭到詬病的一點是需要占用大量土地面積,而與農(nóng)牧業(yè)互相競爭土地,若太陽能要能長久持續(xù)發(fā)展,必須要能在土地方面與其他用途共存才行。為此,太陽能源與加州大學戴維斯分校合作,研究如何讓大型太陽能計劃與其他用途共存。
綠洲平臺由于支架不再是“連環(huán)船”,可以彼此分開一段距離,不會成為長條形路障,因此比先前的設計更利于與其他用途共存。2015 年時,太陽能源為蘋果(Apple)在中國興建可讓牦牛自由在面板之間穿梭的太陽能發(fā)電場,太陽能源正積極往這個方向思考。
太陽能源在其研發(fā)農(nóng)場上,試驗于太陽能面板的間隙種植翻潛與胡椒以及其他農(nóng)作物,加州大學戴維斯分校研究團隊在 2010 年已經(jīng)成功在太陽能面板遮蔭下種植作物,不過,還有許多方面需要研究與調(diào)整,首先是如何平衡發(fā)電能力與農(nóng)作物產(chǎn)出的需求;作物的選擇也是一大學問,番茄可能不是最適合的作物;面板的形狀也需要調(diào)整,如今使用的方形面板,若要搭配農(nóng)作物,可能需改變成其他形狀,做出完全不同的設計。
無人機、機器人與農(nóng)業(yè)結(jié)合,太陽能不僅在面板本身技術(shù)上快速成長,隨著應用日廣,以及激烈競爭下的市場壓力,在應用的思惟上也正在有革命性的轉(zhuǎn)變。 (合作媒體:科技新報)
SunPower Reinvents Large-Scale Solar Plants With Drones, Robots and Tomatoes