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背景

隨著世界各國碳排放目標(biāo)逐步明確，各種可再生能源之間的性價比之爭也愈發(fā)激烈。不難想象，在未來，哪種能源擁有最高的發(fā)電效率和最低的成本，哪種能源的接受程度就最高。在光伏領(lǐng)域，澳達(dá)利亞的學(xué)者就進(jìn)行了一項實驗，以驗證植物屋頂對太陽能電池板效率的影響。

位于澳大利亞悉尼Barangaroo 區(qū)的兩座相鄰的寫字樓的屋頂，最近為研究人員研究植物屋頂對太陽能電池板的影響提供了真實的對照場地。

從結(jié)果來看，經(jīng)過觀察，與傳統(tǒng)屋頂相比，安裝在植物上方的太陽能電池陣列的平均每日功率輸出為 39 kW，平均產(chǎn)量比傳統(tǒng)屋頂高13%以上。

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澳大利亞的對比研究：植物屋頂vs傳統(tǒng)屋頂

該研究由悉尼科技大學(xué)的 Peter Irga 為主導(dǎo)，獲得了悉尼市議會的資助，以對 International House 的傳統(tǒng)屋頂太陽能陣列和Daramu House 的植物屋頂太陽能陣列（稱為雙太陽能屋頂）進(jìn)行了研究。

其中一棟寫字樓的屋頂安裝的是傳統(tǒng)的太陽能電池陣列。 而另一棟寫字樓的屋頂，則被研究人員用植物和樹葉包圍太陽能電池板，形成了植物屋頂。


在準(zhǔn)備完成之后，研究團(tuán)隊開始了為期8個月的觀察，來比較兩個太陽能電池陣列的發(fā)電量。

研究過程中，他們發(fā)現(xiàn)，植物屋頂在發(fā)電的高峰時段，太陽能組件的性能提高了 20%，而在整個實驗期間也平均提高了 3.6%。

因此，可以推測是由于太陽能組件會在較為涼爽的地方擁有更高的發(fā)電效率。

對于太陽光資源豐富的澳大利亞而言，這既是優(yōu)勢也是劣勢。優(yōu)勢就是可以利用更多的陽光，從而產(chǎn)生更多的電能。而劣勢，或者說略顯遺憾的地方，是在強(qiáng)烈陽光的照射下帶來的高溫。研究人員表示，溫度高于25攝氏度后，組件的效率會降低。

在他們研究的八個月內(nèi)，兩個屋頂都產(chǎn)生了大量的太陽能，傳統(tǒng)屋頂發(fā)電 59.5 MWh，植物屋頂發(fā)電 69 MWh。與傳統(tǒng)屋頂相比，植物屋頂產(chǎn)生了額外的 9.5 MWh 的電力，相當(dāng)于價值 2,595 美元的可再生能源。

而其中的原因則被推測為是來自溫度的影響，這是因為植物屋頂?shù)谋砻鏈囟缺葌鹘y(tǒng)沒有植物的屋頂?shù)?0攝氏度。

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植物屋頂提高效率的原因：德國的最新研究

德國光伏公司 Polarstern 和威廉·布希納大學(xué)發(fā)表的一項研究表明，如果將光伏系統(tǒng)安裝在植物屋頂上，其輸出功率最多可提高 8%。其中，通過植物的蒸騰和蒸發(fā)作用而產(chǎn)生的冷卻效果、植物的吸收灰塵的能力以及陽光通過植物葉子的漫反射是增加效率的決定型因素。

植物的蒸騰和蒸發(fā)作用

通過植物葉片的蒸騰和蒸發(fā)、陰影投射以及光合作用吸收光等各種影響，植物屋頂?shù)沫h(huán)境溫度會低于傳統(tǒng)屋頂。因此，光伏系統(tǒng)的運(yùn)行溫度也更低。根據(jù)研究，在植物屋頂?shù)沫h(huán)境下，太陽能組件的輸出功率平均可提高4.35%。根據(jù)所使用的技術(shù)和地區(qū)，這個值甚至可能上升到約 8%左右。

植物的吸收灰塵的能力

這些植物還剋吸收組件的灰塵來過濾空氣。據(jù)了解，位于城市地區(qū)的光伏系統(tǒng)中，與灰塵相關(guān)的能量損失高達(dá) 30%。而一個植物屋頂每年每平方米可吸附約 2 公斤細(xì)小灰塵。具體的數(shù)量還與葉片的面積以及該植物對灰塵的抵抗能力有關(guān)。

陽光通過植物葉子的漫反射

植物屋頂不僅可以避免灰塵的影響，其葉片對光的反射也可以提高太陽能組件的性能，這是由于植物的葉片可以進(jìn)行更多的光譜反射。與沒有植被的情況相比，植物可以增加遠(yuǎn)紅外光譜的反射，從而提高發(fā)電的產(chǎn)量。尤其是薄膜組件，與礫石材質(zhì)的屋頂相比，植物屋頂可以增加高達(dá) 32% 的輻射量。

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植物屋頂?shù)沫h(huán)境優(yōu)勢

除了能增加電池板的效率之外，植物屋頂還有很多環(huán)境優(yōu)勢。

屋頂上的植被，可以降低建筑物本身的溫度，從而減少建筑物的能耗。如遇暴雨天氣，還可以吸收大量的雨水，減少城市內(nèi)部的雨水徑流，降低了城市內(nèi)澇的風(fēng)險。

在澳大利亞學(xué)者的研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)，用于對比試驗的植物屋頂，在8個月的時間內(nèi)，總計吸收了9 噸的溫室氣體，并在暴雨的情況下，每秒吸收600升的雨水。

此外，在城市的中心地帶增加生物的多樣性，也是一個不容忽視的優(yōu)勢。在澳大利亞研究人員的研究過程中，短短幾個月內(nèi)，植物屋頂就吸引了各種各樣的昆蟲和鳥類。

 

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其他提高太陽能電池板發(fā)電效率的方法

減少陰影

陰影是太陽能電池板發(fā)電效率的主要影響因素。在不影響周圍環(huán)境的前提下，可以盡可能地減少樹木，建筑物和其他物件的遮擋。而即使做不到伐木，也可以考慮對高聳的樹木進(jìn)行定期修剪。

涼爽且晴朗的天氣

天氣條件也是影響太陽能電池板性能的主要因素。人們通常會認(rèn)為雨雪天氣會影響組件的效率，這當(dāng)然是無需置疑的，但高溫的影響卻常常被忽略。

英國的一項研究發(fā)現(xiàn)，在表面溫度達(dá)到42 攝氏度之后，每升高1攝氏度，太陽能電池板的效率就會下降 1.1%。因此，除了采用植物屋頂之外，選用多涼爽晴朗天氣的用地，或者選用通風(fēng)好的地方，都可以減少高溫對發(fā)電效率的影響。


保養(yǎng)組件

灰塵和污垢等常見的堵塞物也會對電池板的效率產(chǎn)生影響。特別是這種植物屋頂，組件上會更加容易堆積鳥類糞便（其中的酸性物質(zhì)也很可能會腐蝕組件表面）。如果這些污垢不能被及時清理，則會出現(xiàn)局部的陰影，導(dǎo)致太陽光的照射減少，從而降低發(fā)電量，甚至還可能會出現(xiàn)熱斑效應(yīng)，進(jìn)一步危害光伏組件的安全，大大增加了引發(fā)火災(zāi)的可能性。

因此，對太陽能組件的保養(yǎng)至關(guān)重要。而說到保養(yǎng)，其實也不復(fù)雜，只要定期進(jìn)行清潔就可以了。如果鳥類過多的話，還可以考慮使用一些驅(qū)鳥裝置。

灰塵可以通過沖水或抹布清除，有時光是雨水就能沖刷掉組件上的灰塵。清潔頻率沒有標(biāo)準(zhǔn)，不過隨著組件使用年份的增長，應(yīng)更頻繁地清潔組件，以遠(yuǎn)離灰塵、污垢和其他堵塞物。 

原標(biāo)題：提高組件效率的新方法——植物屋頂