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議題背景：

近期網路輿論討論「廣設太陽能板可能會導致乾旱」，其主要的論述有兩個。第一個論述是，太陽能板會反射光和熱至大氣層（反照率），讓台灣上空沒有冷空氣，以致於水氣無法凝結為水滴；第二個論述引用《科學報吿》（Scientific Reports）期刊2016年的研究，說明大規模太陽能板會導致熱島效應，減少降水。

台灣科技媒體中心邀請專家解釋，當前網路輿論的討論是否符合科學研究已知的現況。

相關資料：

• 台灣事實查核中心，查核報告973
• Barron-Gafford, G., Minor, R., Allen, N. et al. “The Photovoltaic Heat Island Effect: Larger solar power plants increase local temperatures.” Sci Rep 6, 35070 (2016). 

專家怎麼說？

2023年05月03日
台灣大學大氣科學系教授  陳正平

Q1. 台灣多數的太陽能板場址，都採用矽基太陽能板，設置矽基太陽能板會影響反照率（albedo或稱反射率）嗎？光跟熱在發電的過程中，是否會被反射？

太陽能板的確會反射陽光，但沒有太陽能板時，地表也會反射陽光（有反照率），反照率越高反射越強，地表加熱效應越低，相反的反照率越低，地表吸收越多熱能。因此在討論之前，需要先釐清有、無太陽能板何者的反射較強？一般而言，太陽能板反照率低於沙地、水泥地，高於水體、森林[1]，但可能受其他因素影響，如太陽能板新舊、水體大小等。因此討論太陽能板反射時，也需要考慮太陽能板所吸收的太陽能（包含光和熱），這些太陽能一部份轉為電能，另一部份變成熱能，後者會加熱地表與大氣。

所以在比較太陽能板與地表的太陽加熱作用時，考慮的參數是已經扣掉轉換為電能部分的「有效反照率」。據此，在太陽能量相同的情況下，低效能的太陽能板，因為轉換為電能的比率較低，轉為熱能加熱地表的比率較高，容易造成光電熱島效應；反之，高效能的太陽能板轉換電能的比率較高，反而有機會造成光電「冷」島效應。

Q2. 我們該如何理解反照率與降水的關係？從傳言中所說，反照率越高降水就越少，是正確的論述嗎？反照率會不會影響單一地區的降水？

「反照率越高降水就越少」的論述，以全球尺度而言應該是可以成立的，但對小範圍的單一地區就不一定適用。因為小範圍的單一地區的降水，主要會先受其他氣象、地理因素的影響。

Q3. 在《科學報吿》的研究中，以裝置容量為1MW的光電場址為觀察對象，並與鄰近相同土地規模的沙漠荒地相比，發現在夜間光電場址的平均溫度高於荒地攝氏3-4度。但研究也說明，會不會有熱島現象受到場址周圍環境差異影響很大，難以一概而論，台灣是否有研究觀測到這個現象？

沙漠荒地反照率是偏高的，因此太陽能板的有效反照率相對低，因此的確會造成周遭環境的加熱。臺灣地區類似的地表有河川沙礫地、沙灘地，在這些地方裝設太陽板可能有與研究相似的結果。但若將太陽能板（尤其是高效能太陽能板）裝設在水體（如埤塘、水庫、湖泊）或植被覆蓋的地表，則反而有可能冷卻環境。

Q4. 熱島效應怎麼影響一地的降水？影響的程度有多大？舉例來說，我們可以説高雄市的熱島效應會影響南部的降水嗎？怎麼理解熱島效應的影響比較正確？

熱島效應一方面會提高當地溫度，有利對流；一方面又降低相對濕度，不利對流。對小範圍地區而言，通常前者作用較強，有利局部地區的對流降水（冷島效應反之），但是影響的比例得視氣象條件、地理環境而定。而鋒面、颱風等天氣系統的降水則不太容易因熱島效應受到影響。此外，冷、熱島效應可能讓午後對流降水的位置發生偏移；這是否會影響集水區的降水量值得注意。

2023年05月03日
中央研究院環境變遷研究中心研究員 林傳堯

Q1. 我們該如何理解反照率與降水的關係？從傳言中所說，反照率越高降水就越少，是正確的論述嗎？反照率會不會影響單一地區的降水？

要能「降水」首先必須要有成雲致雨的條件，除了水氣來源，大氣環境的熱力或動力條件也要適合，亦即要能夠提供足夠的上升運動或對流條件，例如氣流輻合、鋒面、地形抬升、地表加熱等。由於台灣是海島，明顯受海、陸風調節影響，太陽能板面積相對於台灣的國土面積還是太小，並且散佈各處，應沒有大到足以改變台灣上空氣溫的條件。

因此「反照率越高降水就越少」，這個論述太過於簡化， 反照率雖將部分太陽輻射反射回大氣，但環境風不是靜止不動，熱能會受環境風（如海、陸風）擾動擴散影響而降溫，因此，對局部小區域而言，反照率與降雨關係非常微弱，應不足以提供上述改變降雨的條件。

事實上，反照率愈高是可以降低建築物或地表的吸熱程度，因而降低都市熱島效應[2]，這就是為何屋頂漆成白色比黑色溫度低的道理。

Q2. 在《科學報吿》的研究中，以裝置容量為1MW的場址為觀察對象，並與鄰近相同土地規模的沙漠荒地相比，發現在夜間光電場址的平均溫度高於荒地攝氏3-4度。但研究也說明，會不會有熱島現象受到場址周圍環境差異影響很大，難以一概而論，台灣是否有研究觀測到這個現象？

目前台灣並沒有針對太陽能板熱島效應的相關研究，未來若有相關量測數據，即可模擬探討。不過，在《科學報吿》研究中，量測的所在地是沙漠荒地，與台灣的環境條件不同，因為沙漠日夜溫差大，夜間降溫非常快，因此很容易觀察到熱島效應。台灣地表並沒有如研究中的沙漠荒地。然而地表水氣蒸散可以降低大氣溫度，太陽能板的存在可能影響地表土壤水氣的蒸散量，但影響程度與所在土地類別有關，有待進一步研究。

Q3. 熱島效應怎麼影響一地的降水？影響的程度有多大？舉例來說，我們可以説高雄市的熱島效應會影響南部的降水嗎？怎麼理解熱島效應的影響比較正確？

從以往的研究來看，臺北都市化影響降雨 [3]的前提，是大氣條件本來就適合夏季午後對流降雨。研究是假設當臺北盆地土地利用產生的「人為熱」都達每平方公尺200瓦，並以這個極端數字作為案例來模擬對降雨的影響。都市熱島效應影響降雨的方式是透過改變大氣熱力條件及大氣穩定度，來改變降雨的位置跟強度，但必須有夠大的面積，且所在位置足以改變熱力對流。但目前太陽能板設置面積與單位熱源應該還不足以達到改變降雨的條件。

另一方面，都市熱島雖可減少部分的水氣受海風輸送至山區，但降雨與否主要還是取決於大氣環境條件是否適合，否則即使濕度大也不易有降雨發生。此外熱島效應強度跟環境有關，例如高雄市是臨海的城市，很容易受海風調節影響而降溫，過去研究也顯示高雄的熱島效應比台北、台中來的低，極端高溫出現頻率也比位處盆地的台北低很多[4]。

2023年05月03日
成功大學建築學系特聘教授暨規劃與設計學院副院長  林子平

針對太陽能板對於降水、氣溫的影響，從環境規劃及設計的角度提出以下的兩個觀點，供政府、產業、民眾評估及思考。

1. 太陽能板的反射對降雨影響不大，反照率高低也沒有絕對的好壞

太陽能板因其材料特性及轉換效率的差異，反照率也不同。以反照率0.15左右的太陽能板為例，代表入射的太陽輻射有15%被反射，另外85%則被它吸收。而這些反射到天空的輻射屬於短波（波長<3000奈米），大部分可穿越大氣層離開地球[5]，因此對大氣加熱的程度有限，也不致於明顯影響降雨。

如果從地球能量平衡的角度來看，地表的反照率愈高，愈有助於地球降溫。因此，有許多國家及地區在推動高反射的屋頂、鋪面，就是希望能讓太陽的熱量反射回宇宙，幫地球降溫[6]。因此，如果把高效能或高反射的太陽能板設置於原先低反射的人工地面（如瀝青），還能有助於地球降溫。

不過，如果從生物視覺舒適的角度來看，高反射的材料會造成眩光的問題，對於人類、鳥類都會有影響。上述的高反射的屋頂、鋪面雖然有利於熱量反射，但反射光可能會透過玻璃進入鄰房的室內，或是讓行人感到不適。因此，如果光電板及其框架、支架反光，也可能造成視覺干擾，影響居住及活動的品質。

2. 太陽能板因吸熱造成鄰近氣溫改變才是關鍵，但這取決於光電板設置的地點。

對於太陽能板設置而言，要留意的並非板面反射量造成大氣及降雨的影響，關鍵的議題是，板面吸熱後將造成的材料及環境的升溫。因材料表面升溫後所釋放的輻射屬於長波（波長>3000奈米），它的能量雖然比短波為小，但恰好可以增加空氣粒子的動量[5]，讓太陽能板場址鄰近的環境氣溫升高。

太陽能板會造成都市熱島效應嗎？也就是都市的市區比郊區高溫的現象？這要從它設置在哪裡來決定。如果是地面型光電，因光電板、支架、地面都是人工材料，所以會比原來的自然地表吸收更多的熱量，而釋放出較多的熱輻射，使周圍氣溫微幅上升。不過，通常地面型的光電板常設置在建築物較少的郊區，且風速較大能有效散熱，所以不致於產生嚴重的都市熱島效應[7]。

如果是屋頂型光電，若設計得當，可以創造牆面、窗戶、屋頂的陰影，或阻絕太陽光進入室內，讓室內降溫。這麼一來，開啟空調的時數降低，運轉時排出熱量減少，反而能有效讓都市降溫[8]。

參考資料與註釋：

[1] 太陽能板的反照率依據材質、效能而有不同，以目前的太陽能技術大多是在0.15-0.2之間。而自然環境的反照率如海洋約為0.07-0.1；森林約0.08-0.15；沙漠約0.4也會受到量測時間、量測方法的差異而有影響。相關資料可參考Investigating the Impact of Ground Albedo on the Performance of PV Systems，以及climate data information.

[2]Lin, C.-Y.*.,F. Chen, J. Huang, Y. A. Liou, et. al. (2008). "Urban Heat Island Effect and its Impact on Boundary Layer Development and Land-Sea Circulation over Northern Taiwan."  Atmospheric Environment, 42,5639-5649.

[3] Lin, C.-Y.*,W.C. Chen, P.-L. Chang and Y.F. Sheng. (2011). "Impact of urban heat island effect on the precipitation over complex geographic environment in northern Taiwan." Journal of Applied Meteorology and Climatology, 50, no.2, 339-353 

[4] Lin, C.-Y.*, Y-Y Chien, C-J. Su, M-T Kueh, S-C. Lung, (2017). "Climate variability of heat wave and projection of warming scenario in Taiwan." Climatic Change, 145, 305-320.

[5] Oke, T.R., Mills,G., Christen, A. & Voogt, J.A. (2017). Urban Climates, Cambridge University Press.

[6] 屋頂型光電的降溫設計標準，歡迎參考 Cool Roofs: Codes and Standards

[7] 林子平，2021，都市的夏天為什麼愈來愈熱？：圖解都市熱島現象與退燒策略，商周出版。

[8] 林子平，2022，跳出溫度舒適圈：從狐獴、原始人、蛋炒飯的小故事，教你少開冷氣也能活的21個消暑「涼」方，商周出版。