遭遇極端氣候下的公共規模太陽能電廠會發生什麼事？
全球面臨極端氣候的衝擊，世界各地頻發的水災、颱風、龍捲風、暴風雪、冰雹等造成各種方面的損失，但是這些極端氣候對於太陽能發電的潛在影響，仍然需要許多科學研究支持，來了解可能產生的結果與預先解決的辦法，以避免因為極端氣候造成太陽能發電廠發電中斷的結果。
▲下雪遮蓋太陽能板
許多太陽能發電廠都是以20年以上的生命週期作為預期太陽能板的使用年限，所以太陽能發電廠能有效承受當地氣候的影響，對於當地居民或是光電業者都是應該優先考量的目標。然而，全球對於極端氣候如何影響太陽能發電廠效能的研究仍然缺乏，因此，位於美國新墨西哥州阿爾伯克基市的桑迪亞國家實驗室的研究人員提出一個研究計畫，透過太陽能數據(包括運行與維護紀錄、電力生產數據)及氣候數據與先進的機器學習結合，來分析研究極端氣候對於美國太陽能發電廠的影響，同時找出影響能源生產的因素。他們分析了全美800多個太陽能發電廠的運行和維護紀錄，進一步評估這些調查場址的子設備來量化對生產的影響，藉以得出哪一種氣候條件對於太陽能發電廠設施最具負面影響力，希望在確認導致性能低下的因素後，能提高太陽能發電廠對極端氣候的抵禦能力。
許研究發現，太陽能發電廠最容易受到降雪、颱風與暴風雨的影響(如下圖)，以降雪導致性能下降的比例最高，佔54.5%，而颱風與暴風雨則分別佔12.6%與1.1%。相對的，閃電、火災和洪水的事件則較少被提到。
▲設施運行與維護紀錄中關鍵氣候頻率分析圖。颱風、降雪與暴風雨是主要影響設施性能的氣候
圖片來源：Jackson & Gunda(2021)
颱風
受到颱風影響，太陽能設施除了支架結構可能損壞以外，還可能造成模組損壞、追蹤器無法遠程連線、跳閘或電網相關問題、逆變器離線和訊號遺失，此外因為颱風夾雜雨水的影響，受到濕氣滲入導致設施故障也是其一。在性能方面，因為受到颱風期間低輻射照射因素，比起非颱風期間發電性能下降12.6%-22.2%。
降雪
多數設施受到降雪影響主要發生在5月，其中多與模組和逆變器的電力生產和性能不佳有關，甚至導致電力不生產的狀態。還有追蹤器缺電與訊號缺乏、支架結構損壞，電線鬆動等問題。此外，受到積雪影響，現場檢查和維護太陽能發電廠受到延誤導致電力生產低下或不能生產的問題也較常發生。下雪日的設施性能相較非下雪日平均降低約54.5%，同時發電性能與降雪時間有顯著相關性。
暴風雨
牽涉暴風雨的設施問題通常與閃電和洪水造成的影響有相關特徵。紀錄顯示暴風雨會造成逆變器與自動電路重合器故障、電網中斷等情況，同時強風會造成模組損壞、追蹤器停止運作、組合器性能不佳。暴風雨最常見的影響是跳閘事件。平均而言，設施性能的影響在暴風雨和非暴風雨日之間差異不顯著，為1.1%，但特定月份的暴風雨月份和非暴風雨月份的設施性能確實存在顯著差異。
▲按月分布在（A）颱風，（B）降雪和（C）暴風雨的事件日與非事件日的效能比（PR）
圖片來源：Jackson & Gunda(2021)
根據研究結論，降雪出乎意料的是設施效能負面影響最高的氣候問題。另外，研究人員也提到，較舊的太陽能發電廠受惡劣氣候的影響最大，尤其是運行超過5年以上的太陽能發電廠。為了使設施能維持效能與正常運行，應該根據地區氣候條件進行預防措施與定期維護，並根據研究調整保護最常可能發生問題的組件。
▲太陽能設施維護與檢視
參考資料：
- Jackson, N. J., & Gunda, T. 2021. Evaluation of extreme weather impacts on utility-scale photovoltaic plant performance in the United States. Applied Energy. 302(15): 117508.
- Sandia National Laboratories. 2021. Sandia uncovers hidden factors that affect solar farms during severe weather. https://newsreleases.sandia.gov/severe_solar/