美國(guó)居民平均支付2.81 美元/瓦在屋頂上安裝光伏太陽(yáng)能電池板；然而，這些面板本身在中國(guó)的批發(fā)價(jià)僅為 0.27 美元/瓦。這意味著 90% 的成本用于面板制造以外的其他方面（2.54 美元/2.81 美元）。

目前全世界每年在發(fā)電和配電上花費(fèi)3.4 噸，如果花費(fèi)超過(guò) 30 年，則可以達(dá)到 100 噸（3.4 噸 x 30）。脫碳需要用太陽(yáng)能、風(fēng)能、水力和核能取代其中的大部分。其中一些將通過(guò)建筑物上的太陽(yáng)能電池板實(shí)現(xiàn)。例如，如果 5% 是建筑物上的太陽(yáng)能（$5T），而自動(dòng)化將其減少了 30%，那么自動(dòng)化將節(jié)省 $1500B。因此，政府和/或基金會(huì)花費(fèi)數(shù)十億美元來(lái)自動(dòng)化光伏太陽(yáng)能安裝、維護(hù)、維修、客戶獲取、報(bào)價(jià)、承包、許可和設(shè)計(jì)是合理的。

太陽(yáng)能設(shè)計(jì) 101

太陽(yáng)能電池板通過(guò)不穿透防水層的支架連接到屋頂表面，如圖 1 所示。電池板下方的電纜將電力輸送到建筑物并終止于電氣設(shè)備箱。這些盒子使建筑物成為相對(duì)于外部電網(wǎng)的凈消費(fèi)者或凈電力生產(chǎn)者。

圖 1：太陽(yáng)能電池板通過(guò)支架連接到建筑物屋頂表面

太陽(yáng)能經(jīng)濟(jì)學(xué) 101

美國(guó)光伏太陽(yáng)能的平均成本為來(lái)自太陽(yáng)能農(nóng)場(chǎng)的 0.036 美元/千瓦時(shí)，來(lái)自商業(yè)建筑的 0.068 美元/千瓦時(shí)，以及來(lái)自住宅建筑的 0.107 美元/千瓦時(shí)（NREL ATB 2021，光伏發(fā)電，5 級(jí)，中等）。建筑物上的太陽(yáng)能似乎沒(méi)有傳輸成本；然而，這是不準(zhǔn)確的，因?yàn)榻ㄖ镌谔?yáng)下山時(shí)使用傳輸基礎(chǔ)設(shè)施（即它們?cè)谕砩蠌奶荚传@取電力）。

建筑物上的太陽(yáng)能比太陽(yáng)能發(fā)電場(chǎng)成本更高，因?yàn)槊總€(gè)建筑物都有獨(dú)特的機(jī)械、電氣和承包復(fù)雜性。附近有未利用土地的太陽(yáng)能發(fā)電場(chǎng)可以以較低的增量成本安裝額外的太陽(yáng)能電池板。因此，沒(méi)有太陽(yáng)能的消費(fèi)者更愿意以0.036美元/千瓦時(shí)的價(jià)格從太陽(yáng)能發(fā)電場(chǎng)購(gòu)買電力，而不是以0.107美元/千瓦小時(shí)的價(jià)格從配有太陽(yáng)能電池板的建筑物購(gòu)買電力。然而，如果土地供應(yīng)不足，屋頂空間隨時(shí)可用，那么太陽(yáng)能建筑就更具吸引力。

美國(guó)天然氣發(fā)電的批發(fā)成本通常為0.04美元/千瓦時(shí)。隨后，人們可能會(huì)得出結(jié)論，0.036美元/千瓦時(shí)的光伏太陽(yáng)能發(fā)電場(chǎng)成本低于碳基電力。然而，事實(shí)并非如此，因?yàn)樘蓟O(shè)施已經(jīng)建成并支付了費(fèi)用。因此，當(dāng)向現(xiàn)有的碳基系統(tǒng)中添加間歇性綠色能源時(shí)，消費(fèi)者的成本會(huì)增加。

美國(guó)目前有 40% 的電力來(lái)自綠色能源（19% 的核能、7% 的水電、3.3% 的太陽(yáng)能、9% 的風(fēng)能）。如果通過(guò) 0.036 美元/kWh 光伏太陽(yáng)能發(fā)電場(chǎng)和陸上風(fēng)電場(chǎng)將這一比例提高到 85%，那么消費(fèi)者的成本將增加 ≤0.02 美元/kWh。換句話說(shuō)，使大部分電力脫碳有點(diǎn)容易。然而，58% 的能源不是電力（例如交通運(yùn)輸、制造化學(xué)品和材料），如何以低成本使非電力脫碳尚不清楚。

建設(shè)太陽(yáng)能和風(fēng)能直到飽和

世界上有超過(guò) 512 個(gè)城市，人口超過(guò) 100 萬(wàn)?？梢詫⒚恳粋€(gè)都簡(jiǎn)化為三個(gè)要素：(a)消耗電力且沒(méi)有太陽(yáng)能空間的城市建筑，(b) 具有光伏太陽(yáng)能的郊區(qū)建筑，以及 (c) 都會(huì)區(qū)以外的光伏太陽(yáng)能農(nóng)場(chǎng)。每個(gè)都會(huì)區(qū)都有不同數(shù)量的每種元素。例如，拉斯維加斯有大量土地可用于光伏發(fā)電場(chǎng)，而臺(tái)北周圍的土地則需要用于農(nóng)業(yè)。休斯頓主要是郊區(qū)，而香港主要是城市。

通常情況下，擁有太陽(yáng)能電池板的美國(guó)居民將獲得 0.13 美元/千瓦時(shí)（美國(guó)平均零售發(fā)電 + 輸電）為自己發(fā)電，而僅獲得 0.034 美元/千瓦時(shí)為鄰居發(fā)電。換句話說(shuō)，通常沒(méi)有動(dòng)力為城市中心提供完全覆蓋太陽(yáng)能電池板的屋頂。換句話說(shuō)，房主可能以 0.107 美元/千瓦時(shí)的成本安裝太陽(yáng)能，然后使用面板來(lái)避免以 0.13 美元/千瓦時(shí)的價(jià)格從電網(wǎng)購(gòu)買（即太陽(yáng)能提供 0.027 美元/千瓦時(shí)的收益）。然而，當(dāng)建筑物向電網(wǎng)出售多余的電力時(shí)，電力公司通常只支付 0.034 美元/千瓦時(shí)，因?yàn)樗麄兛梢砸赃@個(gè)價(jià)格從其他來(lái)源購(gòu)買。因此，房主沒(méi)有動(dòng)力完全覆蓋他們的屋頂，只為自己安裝面板。

我們現(xiàn)在將描述一個(gè)假設(shè)情景，解釋為什么電力公司不愿對(duì)綠色電力生產(chǎn)商更加慷慨。假設(shè)我們神奇地用太陽(yáng)能電池板覆蓋了大都市區(qū)一半的建筑物，以至于它們產(chǎn)生的能量與一年消耗的能量相同，而電費(fèi)為 0 美元/年。如果發(fā)生這種情況，那么另一半的地鐵建筑的電費(fèi)將翻一番，因?yàn)樗麄儗⒊袚?dān)現(xiàn)有碳基基礎(chǔ)設(shè)施的成本，而不是分擔(dān)。大幅增加成本在政治上不受歡迎。

人們可能希望在每個(gè)大都市區(qū)周圍建立太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電，直到晴天和大風(fēng)時(shí)供應(yīng)超過(guò)需求。在達(dá)到這個(gè)“飽和度”后，該地區(qū)將不愿意建造更多的太陽(yáng)能和風(fēng)能，因?yàn)槟茉凑诒粊G棄。在許多情況下，這種飽和會(huì)發(fā)生在 80% 到 90% 的電力來(lái)自綠色能源之后。正如我們?cè)趯?shí)現(xiàn)零 CO 2排放的計(jì)劃中所討論的那樣，達(dá)到飽和是所有都會(huì)區(qū)的一個(gè)有價(jià)值的目標(biāo)，也是脫碳的第一階段。

如何推動(dòng)太陽(yáng)能在建筑物上的全面覆蓋，邊緣到邊緣？

為了推動(dòng)太陽(yáng)能在建筑物上的全覆蓋，直到一個(gè)大都市地區(qū)由于飽和而在中午停止用電，需要滿足以下條件：

城市簽署電力購(gòu)買協(xié)議 (PPA)，同意從碳供應(yīng)商那里以特定價(jià)格購(gòu)買特定數(shù)量的電力。當(dāng)大都市地區(qū)增加太陽(yáng)能時(shí)，它需要減少碳源的輸出，并在可用時(shí)用綠色電子代替。在許多情況下，這需要更改之前簽署的 PPA。為了做到這一點(diǎn)，許多國(guó)家需要新的法律，正如如何加速綠色電力中所討論的那樣。

安裝太陽(yáng)能的建筑物通常尋求 5 到 12 年的投資回收期。這適用于使建筑物成為電力凈生產(chǎn)商的附加面板。

需要政府干預(yù)才能要求消耗更環(huán)保和更昂貴的電力。這通常會(huì)導(dǎo)致凈消費(fèi)者的成本增加，如果保持較小（例如≤0.02 美元/kWh 增加），通常在政治上是可以接受的。換句話說(shuō)，我們不希望城市中心的凈消費(fèi)者看到超過(guò)約 0.02 美元/kWh 的價(jià)格上漲，即使一半的大都市消費(fèi)者已經(jīng)成為凈生產(chǎn)者。否則，凈消費(fèi)者將在政治上阻止政府干預(yù)導(dǎo)致他們的電費(fèi)過(guò)度增加。

城市中心的凈消費(fèi)者更愿意從光伏太陽(yáng)能發(fā)電場(chǎng)購(gòu)買廉價(jià)電力（例如 0.034 美元/千瓦時(shí)），而不是從建筑太陽(yáng)能購(gòu)買昂貴的電力（例如 0.107 美元/千瓦時(shí)）。為了更具競(jìng)爭(zhēng)力，基于建筑的太陽(yáng)能需要降低成本，也許是 2 到 3 倍。

請(qǐng)注意，上述條件中的 4 項(xiàng)中有 3 項(xiàng)涉及降低建筑物的太陽(yáng)能成本。

這可以通過(guò)自動(dòng)化來(lái)完成，而且由于世界正在考慮在 30 年內(nèi)花費(fèi)數(shù)萬(wàn)億美元在基于建筑的太陽(yáng)能上，因此花費(fèi)數(shù)十億美元來(lái)降低成本是有意義的。

現(xiàn)在，我們將回顧一下工程師在使用大量太陽(yáng)能自動(dòng)化研發(fā)預(yù)算時(shí)可能會(huì)做的十件事。

1) 制定有助于光伏太陽(yáng)能安裝自動(dòng)化的標(biāo)準(zhǔn)

工程師可以開(kāi)發(fā)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)，用于將機(jī)器連接到關(guān)節(jié)臂的末端，如圖 2 所示。

圖 2：具有可互換機(jī)器的自動(dòng)化太陽(yáng)能安裝平臺(tái)

圖 3 所示為一次使用一個(gè)刀具的銑床的刀具交換器。類似的方法可以應(yīng)用于安裝在卡車上的關(guān)節(jié)臂或工業(yè)機(jī)器人。

圖 3：銑床的可互換刀具

目前有一些機(jī)器可以自動(dòng)砌磚，如本視頻所示。安裝太陽(yáng)能電池板的機(jī)器可能類似；然而，太陽(yáng)能需要處理許多獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，而磚層從已知的平面開(kāi)始，因此需要的軟件要少得多。

人們可以通過(guò)起重機(jī)、吊臂和鉸接臂上的標(biāo)準(zhǔn)化軌道將太陽(yáng)能電池板和金屬框架從卡車上移到車頂；如圖 4 中紅色和藍(lán)色所示。

圖 4：沿鉸接臂的軌道支撐移動(dòng)材料的有軌電車

安裝在有軌電車上的電機(jī)可以與線性齒輪連接并提供推進(jìn)力，如圖 5 中左下角所示。有軌電車頂部右下方的標(biāo)準(zhǔn)化安裝板可以與機(jī)器連接，就像機(jī)器連接到機(jī)器一樣關(guān)節(jié)臂的末端。?

圖 5：有軌電車沿電氣化軌道行駛并為機(jī)器提供標(biāo)準(zhǔn)化接口

電車上的機(jī)器可能主要專注于材料運(yùn)輸，而鉸接臂末端的機(jī)器可能專注于安裝。例如，可以將帶有一堆太陽(yáng)能電池板的料斗放在電車上，并將工業(yè)機(jī)器人連接到關(guān)節(jié)臂的末端。有關(guān)詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱自動(dòng)化太陽(yáng)能電池板安裝。

軌道可以由地面卡車用 48VDC 等低壓供電，以提高抗沖擊的安全性。這可以為有軌電車、連接到有軌電車的機(jī)器以及連接到關(guān)節(jié)臂的機(jī)器提供動(dòng)力。

在使用大型商業(yè)屋頂時(shí)，可以通過(guò)桁架將機(jī)器移動(dòng)到任何位置，如圖 6 所示。這有助于移動(dòng)金屬框架、組裝框架、移動(dòng)太陽(yáng)能電池板、安裝電池板和清潔電池板。 ?

圖 6：桁架上的導(dǎo)軌支持將機(jī)器移動(dòng)到大屋頂上的任何位置

鉸接臂和起重機(jī)的制造商可以毫不費(fèi)力地升級(jí)他們的設(shè)備來(lái)支持這個(gè)系統(tǒng)，因?yàn)樗麄兛梢园惭b軌道硬件、增加動(dòng)力，然后讓有軌電車和機(jī)器來(lái)完成工作。機(jī)器可以專注于它們的特定功能，同時(shí)將運(yùn)動(dòng)委托給關(guān)節(jié)臂和電車。此外，有軌電車可以沿一條鐵路線并行運(yùn)行。

為了讓它發(fā)揮作用，工程師可以制定定義導(dǎo)軌和安裝板的機(jī)械、電氣和通信標(biāo)準(zhǔn)。它們可以支持多種尺寸，因?yàn)橐恍?yīng)用涉及小負(fù)載，而另一些則涉及大負(fù)載（例如 25 公斤、100 公斤、400 公斤、1500 公斤、6,000 公斤和 25,000 公斤）。

工程師可以制定標(biāo)準(zhǔn)，定義電車、機(jī)器、傳感器、攝像機(jī)和控制執(zhí)行器如何與中央計(jì)算機(jī)接口。軟件可以從相機(jī)接收?qǐng)D像并計(jì)算對(duì)象數(shù)據(jù)庫(kù)。如果物體在移動(dòng)，還可以計(jì)算速度矢量。高級(jí)軟件可以掃描對(duì)象數(shù)據(jù)庫(kù)，并做出決定。

不要指望公司為這一發(fā)展提供資金，因?yàn)槿鄙僖粋€(gè)要素會(huì)阻礙收入。此外，公司無(wú)法負(fù)擔(dān)開(kāi)發(fā)有利于他人的標(biāo)準(zhǔn)。相反，他們更喜歡他們擁有的專有系統(tǒng)。但是，自己開(kāi)發(fā)它可能會(huì)讓人不知所措。

警告：自動(dòng)化施工可能會(huì)導(dǎo)致更多的施工、更多的材料使用、更多的能源消耗和更多的 CO2排放。

2) 開(kāi)發(fā)支持自動(dòng)化安裝的工廠制造太陽(yáng)能套件

許多大都市地區(qū)沒(méi)有足夠的屋頂表面來(lái)為整個(gè)大都市地區(qū)提供太陽(yáng)能。出于這個(gè)原因，工程師可以開(kāi)發(fā)支持更多面板的工廠制造套件，如圖 7 所示。 ?

圖 7：太陽(yáng)能電池板的工廠制造結(jié)構(gòu)

為了降低成本，工程師可以盡量減少框架使用的材料，如圖 8 所示。

圖 8：使用最少材料的太陽(yáng)能支架框架

為了自動(dòng)化框架和面板的安裝，可以將大型工廠制造的子組件堆疊到一個(gè)運(yùn)輸容器中（例如每個(gè) 0.5 x 2.5 x 10m），運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)，然后使用起重機(jī)輔助機(jī)器連接子組件，如圖 9 所示。帶有集裝箱、起重機(jī)和懸掛機(jī)器的卡車都可以通過(guò)一臺(tái)通用計(jì)算機(jī)進(jìn)行協(xié)調(diào)。

圖 9：太陽(yáng)能支撐結(jié)構(gòu)的自動(dòng)安裝

電機(jī)可以將面板轉(zhuǎn)向太陽(yáng)，以增加收集的能量。旋轉(zhuǎn)也有助于避免風(fēng)、冰雹和雪。風(fēng)速為 160 公里/小時(shí)，每平方米的表面積推力 244 公斤。例如，每小時(shí) 160 公里的風(fēng)向 13 x 10 米的表面（13 米 x 10 米 x 244 千克/米2 ）推動(dòng) 31,700 千克。因此，在暴風(fēng)雨中旋轉(zhuǎn)可能會(huì)有所幫助。

經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行這項(xiàng)工作是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，因?yàn)榘踩拈g接費(fèi)用結(jié)構(gòu)往往成本高昂。好消息是工程師可以在不花費(fèi)大量資金的情況下進(jìn)行粗略設(shè)計(jì)、計(jì)算成本并手動(dòng)構(gòu)建原型結(jié)構(gòu)。

設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)本身有些容易。然而，設(shè)計(jì)自動(dòng)安裝機(jī)器的機(jī)制可能要困難十倍。更難的是編寫控制機(jī)器的軟件，也許是另外十倍。換句話說(shuō)，自動(dòng)化需要大量的研發(fā)預(yù)算。

3) 開(kāi)發(fā)自動(dòng)化安裝的工廠制造車棚

工程師可以做與上述相同的事情，但使用由自動(dòng)化機(jī)器組裝的工廠制造的車棚，如圖 10 所示。?

圖 10：自動(dòng)化安裝可能支持的太陽(yáng)能車棚

為了自動(dòng)放置地基，計(jì)算機(jī)控制下的卡車可以用螺旋鉆鉆孔并下入預(yù)制混凝土地基，或澆注混凝土，如圖 11 所示。

圖 11：自動(dòng)基礎(chǔ)放置系統(tǒng)

4）降低超大屋頂?shù)某杀?/p>

房子需要許多太陽(yáng)能電池板才能成為電力的凈生產(chǎn)者，尤其是在寒冷氣候下使用電力取暖的情況下。隨后，人們可能會(huì)考慮一個(gè)超大屋頂，如圖 12 所示。建筑師John Meyer提出的這個(gè)概念說(shuō)明了建筑面積與太陽(yáng)能表面的 1:1 比率（即兩者均為 185m 2）。如果仔細(xì)檢查，他們會(huì)發(fā)現(xiàn)一半的屋頂不在結(jié)構(gòu)上方。

圖 12：加長(zhǎng)屋頂有利于太陽(yáng)能與地板空間的 1:1 比例

在這個(gè)概念中，朝陽(yáng)的屋頂被拉長(zhǎng)了 2 倍，并支持 112 個(gè)面板，每個(gè)面板的尺寸為 1.7 x 1m（360W/面板）。面向太陽(yáng)時(shí)總發(fā)電量為40kW。這相當(dāng)于 7100 美元/年 @ 0.13 美元/千瓦時(shí)，6 萬(wàn)美元系統(tǒng)成本 @ 1.50 美元/瓦，360 瓦/面板，55000 千瓦時(shí)/年，一年平均 6.3 千瓦。這每年產(chǎn)生的電力是美國(guó)普通家庭消耗的電力的 5 倍。然而，在用電取暖和為城市中心的朋友供電時(shí)，需要超過(guò)平均水平。

使超大屋頂在經(jīng)濟(jì)上可行是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，因?yàn)轭愃朴诖颂幩镜拇笮徒Y(jié)構(gòu)往往成本高昂。然而，工程師們可以通過(guò)使用工廠制造的輕型框架擴(kuò)展傳統(tǒng)屋頂來(lái)在經(jīng)濟(jì)上完成這項(xiàng)工作?；蛘哂米詣?dòng)化裝配和自動(dòng)化設(shè)計(jì)支持的預(yù)制模塊制作屋頂結(jié)構(gòu)。

5) 開(kāi)發(fā)自動(dòng)化市場(chǎng)軟件

客戶獲取涉及建筑業(yè)主致電多家供應(yīng)商，拜訪多家供應(yīng)商，然后選擇其中一家。這通常會(huì)消耗供應(yīng)商和客戶的時(shí)間，時(shí)間就是金錢。為了降低成本，軟件工程師可以開(kāi)發(fā)網(wǎng)站，使設(shè)計(jì)、客戶獲取、合同、調(diào)度和許可自動(dòng)化。

這屬于“自動(dòng)化市場(chǎng)”的廣泛類別。例如Uber、Airbnb和Xometry。理論上，任何上述討論的基于太陽(yáng)能的機(jī)械系統(tǒng)都可以由自動(dòng)化市場(chǎng)網(wǎng)站支持。

例如，房主可以在網(wǎng)站中輸入他們的地址，查看他們車道的衛(wèi)星照片，然后選擇幾個(gè)車棚選項(xiàng)之一。他們可以點(diǎn)擊生成免費(fèi)的 pdf 報(bào)告，其中包含車棚、地基、電子箱和電力電纜的機(jī)械圖紙。并再次單擊以購(gòu)買和安排安裝。

另一個(gè)網(wǎng)站可以允許人們輸入地址，查看屋頂?shù)男l(wèi)星視圖，并指定要安裝的太陽(yáng)能電池板的數(shù)量。然后計(jì)算機(jī)生成的圖紙可以顯示面板位置以及其他相關(guān)信息。

計(jì)算機(jī)程序員可以在不接觸太陽(yáng)能電池板的情況下構(gòu)建原型網(wǎng)站。此外，他們可以將他們的代碼免費(fèi)和開(kāi)放地提供給其他人，以鼓勵(lì)其他人在他們的工作基礎(chǔ)上再接再厲。 ?

6) 開(kāi)發(fā)將現(xiàn)有數(shù)據(jù)連接到自動(dòng)化市場(chǎng)的軟件

上面討論的自動(dòng)化市場(chǎng)需要有關(guān)建筑物的信息，例如照片、3D 模型和建筑圖紙。他們希望數(shù)據(jù)采用通用格式，并適用于所有建筑物。以下來(lái)源符合這些條件；但是，它們的準(zhǔn)確性不足：

谷歌街景維護(hù)從街道上拍攝的照片。

Google 3D主要根據(jù)衛(wèi)星圖像計(jì)算建筑物和樹(shù)木的 3D 模型。要了解其工作原理，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)Google 地球并在搜索字段中輸入地址。

城市維護(hù)所有建筑物的建筑圖紙；然而，他們的數(shù)據(jù)文件有不同的格式，如果有數(shù)字版的話。城市還以不同的格式（例如水管、電線）保存有關(guān)地下和地上基礎(chǔ)設(shè)施的信息。

程序員可以為市場(chǎng)軟件開(kāi)發(fā)將不同格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為通用格式的軟件。這個(gè)界面軟件可以是免費(fèi)和開(kāi)放的，以鼓勵(lì)使用，并幫助城市控制界面，因?yàn)樗麄儞?dān)心界面的使用方式。

7) 開(kāi)發(fā)航空影像采集系統(tǒng)

程序員還可以開(kāi)發(fā)從無(wú)人機(jī)、直升機(jī)和飛機(jī)拍攝陸地航拍照片的系統(tǒng)。

美國(guó)最大的 150 個(gè)大都市區(qū)包含75% 的人口，一年內(nèi)可以用一架小型飛機(jī)拍攝這些區(qū)域。在低空（例如 1 公里），帶有高分辨率相機(jī)的長(zhǎng)焦鏡頭可以拍攝像素大小為幾厘米寬的照片。就表面積而言，這些像素可能比典型衛(wèi)星圖像中的像素小 50 到 1000 倍（例如 10 對(duì) 1600cm 2）。此外，一架飛機(jī)可以從不同角度為同一物體拍攝多張照片，太陽(yáng)始終與相機(jī)鏡頭大致平行以減少陰影，如圖 13 所示。在下面的概念中，陸地被拍攝了 3 次：-45 °上午，中午0°，下午+45°。此外，人們可以從有陰影的角度拍照，或者在太陽(yáng)被遮擋時(shí)拍照。

圖 13：支持自動(dòng)化太陽(yáng)能市場(chǎng)的圖像采集系統(tǒng)

如果一張照片拍攝 150 個(gè)大都市區(qū)，每個(gè) 50 x 50km 大小，每 3 x 3cm 像素 3 個(gè)字節(jié)，支持 5 個(gè)不同的角度，那么一個(gè)人需要 6250 TB 的存儲(chǔ)空間（（150 個(gè)區(qū)域 x 5 張圖像 x 3 字節(jié)/像素 x ( 50e3m^2) x (100cm/3cm)^2) / 1e12 字節(jié)）。如果將這些存儲(chǔ)在 4TB 硬盤上，并且每個(gè)磁盤花費(fèi) 100 美元，那么需要 1560 個(gè)磁盤，總磁盤成本為 156,000 美元。

一架飛機(jī)可以同時(shí)用多個(gè)指向不同方向的相機(jī)拍照，并支持不同的光譜。例如，檢測(cè)熱量的紅外攝像機(jī)可用于識(shí)別有故障的太陽(yáng)能電池板和絕緣不良的建筑物。此外，程序員可以計(jì)算對(duì)象的3D 模型，從不同角度給定圖像，以及其他信息源。

總之，維護(hù)準(zhǔn)確圖像和 3D 模型的計(jì)劃將有助于以相對(duì)較低的成本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化市場(chǎng)。

8) 制定全市太陽(yáng)能電池板分銷計(jì)劃

如上所述，太陽(yáng)能電池板在中國(guó)的大批量成本約為 0.27 美元/瓦，在中國(guó)以外的小批量成本約為 1 美元/瓦。為了幫助降低中國(guó)以外的太陽(yáng)能電池板成本，計(jì)算機(jī)程序員可以開(kāi)發(fā)軟件，幫助城市從中國(guó)大量購(gòu)買太陽(yáng)能電池板，然后通過(guò)基于網(wǎng)站的自動(dòng)化系統(tǒng)以低價(jià)出售給當(dāng)?shù)匕惭b商。

裝滿面板的集裝箱可以運(yùn)送到城市存放設(shè)備的停車場(chǎng)。太陽(yáng)能安裝人員可以在網(wǎng)站上預(yù)付款，并在受信任的個(gè)人監(jiān)督下在運(yùn)輸集裝箱中收集電池板。隨后，城市可以降低太陽(yáng)能的成本，并使建筑物更容易從邊到邊覆蓋屋頂。缺點(diǎn)是選擇減少；但是，安裝人員可能會(huì)喜歡一種低成本的選擇。

程序員可以編寫軟件，在一個(gè)城市建立原型以確保系統(tǒng)正常運(yùn)行，并使他們的軟件免費(fèi)開(kāi)放，以鼓勵(lì)世界各地的城市降低太陽(yáng)能電池板的成本。

9) 制定全市太陽(yáng)能電池板安裝計(jì)劃

如果一個(gè)城市、電力公司或太陽(yáng)能公司可以訪問(wèn)設(shè)計(jì)軟件、建筑物的照片和 0.27 美元/W 的電池板堆棧，他們可能會(huì)考慮更進(jìn)一步并自行安裝太陽(yáng)能電池板。業(yè)主可以簽訂協(xié)議，租用屋頂以換取現(xiàn)金等利益。

工程師可以探索通過(guò)一盒電子設(shè)備將太陽(yáng)能電池板連接到電網(wǎng)，該電子設(shè)備連接到外墻表面，靠近電力從街道進(jìn)入建筑物的位置，如圖 14 所示。這將允許人們?cè)诓贿M(jìn)入的情況下進(jìn)行安裝和維護(hù)建筑物。工程師可以開(kāi)發(fā)這種電子設(shè)備盒，并在它和外部服務(wù)器之間建立一個(gè)通信系統(tǒng)。

圖 14：太陽(yáng)能電池板無(wú)需進(jìn)入建筑物即可連接到電網(wǎng)

程序員可以開(kāi)發(fā)軟件，為業(yè)主提供網(wǎng)站用戶界面，維護(hù)資產(chǎn)清單（例如太陽(yáng)能電池板），與太陽(yáng)能電子設(shè)備通信，并指導(dǎo)自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行安裝和維護(hù)。程序員可以在一個(gè)小城市建立原型系統(tǒng)以確保軟件正常運(yùn)行，并發(fā)布源代碼以鼓勵(lì)全球使用。

10) 開(kāi)發(fā)具有監(jiān)控和通信功能的標(biāo)準(zhǔn)化太陽(yáng)能電子設(shè)備

電氣工程師只需花費(fèi)相對(duì)較少的資金，就可以在光伏太陽(yáng)能電子設(shè)備和外部服務(wù)器之間開(kāi)發(fā)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的通信系統(tǒng)。這有助于實(shí)現(xiàn)光伏太陽(yáng)能安裝、維護(hù)和維修的自動(dòng)化。

此外，標(biāo)準(zhǔn)化的通信可以幫助識(shí)別故障或故障設(shè)備，并幫助了解組件的使用壽命。更具體地說(shuō)，可以監(jiān)測(cè)電壓、電流、功率、效率、振動(dòng)、陽(yáng)光、風(fēng)、進(jìn)水和溫度（PCB、大氣、太陽(yáng)能電池板）。實(shí)施可能涉及設(shè)計(jì)連接到太陽(yáng)能電池板的電子設(shè)備、構(gòu)建原型以及免費(fèi)向公眾提供所有設(shè)計(jì)以促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化。

例如，如果電子產(chǎn)品的功率轉(zhuǎn)換器盒被宣傳為支持600W功率，并且在沙漠中以600W的功率運(yùn)行，那么它可能會(huì)因溫度過(guò)高而斷電，或者在30天內(nèi)造成永久性損壞。換句話說(shuō)，人們通常需要以低于宣傳功率的功率運(yùn)行電子設(shè)備?；蛘?，自由開(kāi)放的設(shè)計(jì)可以包括詳細(xì)的組件分析，將故障建模為功率負(fù)載和溫度的函數(shù)。例如，對(duì)于100W、200W和300W功率水平，圖可以繪制平均無(wú)故障時(shí)間（MTBF）與大氣溫度的關(guān)系，而不是聲稱為“600W”（即X-Y圖中的3個(gè)圖）。

壽命是負(fù)載功率和外部溫度的函數(shù)，可以記錄在數(shù)據(jù)表中。然而，這很少做到，因?yàn)楦?jìng)爭(zhēng)對(duì)手被迫夸大能力，并以犧牲壽命為代價(jià)降低成本。另一方面，買家有時(shí)需要了解壽命，以控制壽命成本。因此，可能需要包含準(zhǔn)確壽命數(shù)據(jù)的開(kāi)放式設(shè)計(jì)。

結(jié)論

由于重大的軟件挑戰(zhàn)，在建筑物上自動(dòng)安裝太陽(yáng)能電池板并不容易。但是，考慮到大量的研發(fā)預(yù)算，工程師可以向前推進(jìn)。如上所述，出于多種原因，一家公司無(wú)法為此提供資金。隨后，基金會(huì)和/或政府將需要加強(qiáng)。降低綠色能源成本的研發(fā)可能是政府應(yīng)對(duì)氣候變化的成本最低的方式；因此，他們應(yīng)該考慮在建筑物上實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能安裝的自動(dòng)化，即使成本高達(dá)數(shù)十億美元。

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