太陽農場
七月造訪 Las Vegas 時，我跑去州界看了 Ivanpah 太陽能發電廠，不過我心裡還有另一個想看的太陽能發電廠，就是位在 Las Vegas 東南方不遠處的 Nevada Solar One。
Solar One 也是集熱式的太陽能發電廠，但和 Ivanpah Solar 不同的是，Solar One 並不是把場域中的陽光全部反射到一個單一的熱點，而是利用長條狀的拋物面反射鏡將陽光就近集中在鏡子前方的集熱管。
Nevada Solar One 位於 Las Vegas 東南方的 Boulder City (其實離 city 還蠻遠的，在市區南方約 20 英里的沙漠中)，就在 US 95 公路旁。
我本來打算最後一天離開 Las Vevas 的時候走 US 95 南下，就可以順便看看 Solar One，但一來 US 95 不是 freeway，行車速度比 I-15 慢得多；二來走 US 95 下去的話要接 I-40 繞一大圈才能回到 Barstow 往洛杉磯去，路程比走 I-15 多了一倍不止。因此我決定找一天下午早一點離開 re:Invent 的會場，繞過去看 Solar One。
US-95 號公路
這就是 US 95 在 Boulder City 南邊的樣子，一條平平直直的公路。US 95 其實是美國西部蠻重要的公路，縱貫南北，從墨西哥邊境一直到加拿大邊境，全長 2533 公里。雖然 US routes 的功能漸漸被 intersate 取代，但在 Nevada 這一帶，US 95 仍然是重要的縱貫公路，因為最近的南北向 interstate 公路 I-5 遠在西方兩三百公里遠的加州縱谷。
US 95 在這一帶並不是 freeway，因此我可以把車停在路肩拍照。
為什麼要停下來拍照呢？因為一路上離開 Boulder City 後，US 95 的西側不遠處有著一大堆的太陽能電廠，距離公路大概一兩公里遠。這個距離用 HX90V 的望遠端可以排得蠻清楚的，但我必須停下車來並且不能透過玻璃窗拍。
我停在路邊時，還有 highway patrol 很友善的停下來，問我是不是車子有什麼問題，有沒有需要幫忙。我告訴他我只是在拍照，他就很放心的離開了。
其實 US 95 也不是一路都那麼平直的，在 Boulder City 附近還是有一些小山丘。用 HX90V 的望遠較短拍攝這個距離的景色，有一種很有趣的壓縮感。
通往農場的小路
US 95 不是 freeway，因此也沒有交流道。我開到差不多接近 Solar One 的地方，看到有條叉路，就離開 US 95 往叉路過去。
這條路的路況跟上次去 Ivanpah Solar 的路況差不多，有柏油鋪面，旁邊則是泥土路肩。路邊還有 “沙漠陸龜出沒，請減速慢行” 的牌子。
路的盡頭可以看到一整片會反光的東西，那邊應該就是太陽能發電廠了。
用望遠端來看，可以看到太陽能發電板反射著天空的顏色，和佇立在其中像小屋般的機房。後方則是 Solar One 的拋物面追日鏡。
這景色看起來像極了水果農場，以及農場中的抽水機房小屋。不過這個農場裡，種的是電。
Nevada Solar One
再往前行不遠，我看到了 Nevada Solar One 的大門和招牌。
Nevada Solar One 是隸屬於 Acciona 能源公司旗下的發電廠，Acciona 是一家西班牙公司，主要的業務除了造橋鋪路等 infrastructure 建設外，就是再生能源。除了太陽能發電外，他們也做很多風力發電的案子。
Solar One 的發電系統核心由拋物面追日鏡和集熱管組成。照片中橫向的管子就是集熱管，它位於拋物面追日鏡的焦點。管子中的流動的液體叫做 DOWTHERM A，是由陶氏化學 (The DOW Chemical Company) 為 Nevada Solar One 所提供的熱傳液體。DOWTHERM A 由 biphenyl (聯苯) 和 diphenyl oxide (二苯醚) 兩種主要成分組成，在集熱管中會被加熱到 735 °F (391 °C)，成為蒸汽而被用來推動蒸汽渦輪發電機。
每組追日鏡的長度大概是 4 公尺，集熱管也是這個長度。整座 Solar One 共有 19,300 組這樣的子系統，尖峰發電量可以到 64MW。相較之下，Ivanpah Solar 三座機組的尖峰總發電量可以到 390MW，遠比這個系統大多了。
這種拋物面追日鏡只有一個軸可以轉動，集熱管則不會隨著鏡子轉動。追日鏡的轉動主要用來追蹤太陽在一天之中的角度變化，盡可能的讓追日鏡朝向太陽的方向，以收集最多的太陽能。
不管在地球上的哪裡，太陽都是東昇西落，因此追日鏡的主軸應該是南北向的，日出時追日鏡轉向東方，正午時追日鏡會朝向天頂，而隨著日落西山，追日鏡會漸漸轉向西方直到日落。
但 Solar One 所在地的緯度其實蠻高的，差不多是北緯 35°，因此就算是夏至當天正午太陽位於一年中仰角最高的位置，也還到不了天頂，太陽軌跡的傾角也相當大。北半球的太陽軌跡總是往南傾斜，而高緯度地區的傾角更大 ，因此即使過了春分之後日出點會超過正東而偏北，但由於傾角大的關係，日出之後沒多久太陽就會偏南了，日落前的情況亦同。由於這個系統只有一個軸可以轉，為了平衡上午和下午的效率，它的主軸仍然設計成正南北走向。
從 Google Maps 的空照圖可以很明顯的看出這一點。整個 Solar One 的追日鏡非常整齊的呈南北走向。
Copper Mountain Solar
除了 Nevada Solar One 以外，這個地區其實還有很多座太陽能發電廠。Copper Mountain Solar 在這裡就有好幾座太陽能發電廠。
但和 Neveda Solar One 不同的是，Copper Mountain Solar 的發電廠直接使用太陽能板發電，而不是集熱式太陽能。
Copper Mountain Solar 在這附近共有四個場址，最早的 Copper Mountain Solar 1 在 2010 年底完工，尖峰發電量是 58MW，比 Nevada Solar One 稍小一點，但可以預期的是，直接用太陽能板發電的系統複雜度和維護成本，一定比熱機發電要低。然後， Copper Mountain Solar 就一座接著一座蓋下去了。
上面這張照片是 Copper Mountain Solar 2 的太陽能電池板，它是固定式的，沒有任何追日的功能。前面提過，高緯度地區的日照在大部分的時間裡都偏南，因此如果太陽能板沒有追日的功能，最好的作法就是固定往南傾斜一個角度，才能吸收最多的日照。至於這個角度要傾斜多少，很顯然會跟所在地的緯度有關。
緯度越高的地方，太陽的傾角越大，因此太陽能板的傾角也要越大。有個業界常用的計算公式是這樣的：
- 如果緯度低於 25 度，傾角就是緯度乘以 0.87
- 如果緯度介於 25 度和 50 度之間，傾角就是緯度乘以 0.76，再加上 3.1 度
- 如果緯度高於 50 度，因為太陽的高度可能會很低，需要特別的考慮，無法簡單計算。
以 Copper Mountain Solar 這個場址來說，緯度是 35 度，太陽能板的傾角大概就是 30 度。
如果沒有追日功能，但又不想受限於單一角度的發電效率，有另外一個作法是每年調整太陽能板的角度兩次或四次。
調整兩次的話，以北半球來說，就是在每年的春分過後調整為夏天的角度，而在秋分過後調整為冬天的角度。
如果可以調整四次的話，最好的調整日期是 4 月 18 日、8 月 24 日、10 月 7 日、以及 3 月 5 日。可以看出來，這四個日期並不是平均分配在一年中間，主要是因為太陽的仰角變化對時間並不是線性的，因此春夏秋冬的最佳角度所對應到的時間長短也不一樣。
但這麼做究竟可以多獲得多少效率呢 ？以一個在北緯 40 度的系統來說，如果把二軸追日設備的效率當作 100% 的話，不同的調整方法效率的差別是這樣：
| 固定 | 每年調整兩次 | 每年調整四次 | 二軸追日 | |
| 效率比較 | 71.1% | 75.2% | 75.7% | 100% |
原來每年調整四次根本是調心酸的，而事實上調兩次也沒有比不調要好上多少，也難怪像 Copper Mountain Solar 這樣的場址都將太陽能板設計成固定角度。
不過我發現正在興建的 Copper Mountain Solar 4，它的太陽能板排列的方向和其它三座 Copper Mountain Solar 不一樣。其他三座固定角度的太陽能板都是往南傾斜，因此整條模組的安裝方向都是東西走向，但 Copper Mountain Solar 4 的模組安裝方向卻是和 Nevada Solar One 一樣，是南北走向的。
從空照圖上可以很明顯看出來：
仔細看，原來 Copper Mountain Solar 4 的太陽能板比較厲害，有裝一軸的追日機構。
也就是說，Copper Mountain Solar 4 的太陽能板和 Neveda Solar One 的追日鏡一樣，在一天之中可以從東到西追隨太陽的仰角，以獲取最大的發電效率。
一軸追日機構追蹤的是太陽東昇西落的仰角變化，因此它的主軸就是南北走向的。
CSP vs. PV
Nevada Solar One 和 Ivanpah Solar 一樣，是屬於集熱式 (CSP, Concentrated Solar Power) 的太陽能系統，而 Copper Mountain Solar 則是光電轉換式 (PV, Photovoltaic) 的太陽能系統。
這兩種系統誰優誰劣、誰勝誰敗，其實一直都沒有結論，它們在各自適用的環境下也都有很好的表現。PV 系統適用於大部分的環境和各式各樣的規模，從裝在屋頂上幾 KW 的系統，到入 Copper Mountain Solar 這種數十 MW 的系統，都可以用 PV 技術達成。而 CSP 由於利用熱機來發電，有最小系統規模的限制，一般認為 20MW 以下的系統不適合用 CSP。
隨著系統規模的上升，CSP 的效率理論上會比 PV 好，而且熱力學第二定律告訴我們，熱機的理論效率極限與熱機的工作溫差有關。溫差越大的熱機，效率會越好。因此像 Ivanpah Solar 那樣的集中式加熱系統，它的熱效率就會比 Nevada Solar One 這種分散式加熱的系統要好。
但 CSP 的系統複雜度高，除了熱機本身其實就是個很複雜的火力發電機組外，集熱系統也有追日、熱傳遞等課題要處理。而且像 Ivanpah Solar 那樣的大規模 CSP 系統沒辦法從日出的那一秒就開始工作，它每天必須要用天然氣 “暖機” 讓蒸汽渦輪機到達工作溫度，並等待日照增強到足以維持熱機的循環時，才能進入穩定工作的循環。相較之下，PV 系統只要有光就能工作，甚至就算沒有直接日照，它還可以靠散射光工作，只是發的電少一點而已。
近幾年來，隨著薄膜太陽能電池的技術進步，太陽能電池的成本急速下降，PV 系統的建置成本不再高不可攀，像 Copper Mountain Solar 這種數十 MW 到上百 MW 的 PV 太陽能發電廠，總建置成本也落在合理的範圍。可以預見的是，PV 技術一定會從分散式的小系統漸漸進入這樣的大規模發電系統。
不管怎麼樣，再生能源技術的進步，對地球來說都是好事，不是嗎 ? 真希望台灣也能有越來越多的太陽能發電系統，不管是分散式的還是大規模式的，能降低我們對石化燃料和核能的依賴，絕對是正確的方向。
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