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中外对话

杜克大学研究:雾霾显著降低光伏发电效率

冯灏:雾霾可令中国光伏电站发电效率降低至少六分之一,煤炭和新能源的矛盾也许比我们想象的更直接。

根据国际能源署的数据,2016年中国新增光伏装机34GW,这一数字是美国的两倍还多,占世界新增装机容量的近一半。以太阳能为代表的清洁能源若得以替代燃煤为主的发电结构,将极大地改善中国的环境状况,在清洁能源领域的巨额投资正是中国各级政府的重点举措之一。

铺设光伏电板会改善空气质量,这是我们一直理解的因果关系。但是,反过来呢?尚待改善的空气质量会不会反过来影响光伏电板发电?

杜克大学的最新研究肯定了我们的疑问,基于NASA GISS的全球气候模型数据,研究发现,空气污染中的颗粒物会大规模折损光伏发电效率,幅度甚至可以达到17%以上。

中国有三成光伏发电能力被雾霾耽误

而短波的太阳辐射光线由于受到灰尘和颗粒物的阻碍,被吸收和散射,这一被称为太阳光减弱(solar dimming)的现象使得光伏组件接收辐射强度被降低,从而带来发电损失。根据该研究,以中国目前的光伏发电能力估算,雾霾造成的电力损失高达11GW,这一数字是中国新增光伏装机容量的近三分之一。

值得注意的是,人为造成的颗粒物对光伏发电的影响超过了自然界的灰尘。研究人员对于光伏组件表面的沉积物进行了采样和组分分析,发现其中仅有8%是非尘土颗粒物,即人类活动产生的。这8%虽然听起来不足为虑,但是因为其中含有有机碳、炭黑等成分,碳原子吸收阳光的能力更强;而且由于粒子更小,阳光更容易被散射。也因此,人类活动对于发电效率的损失甚至超过占比92%的尘土。

世界最大的光伏组件生产商之一英利集团对此感受颇深,技术中心副总经理倪健雄介绍说,英利通过对比并监控自动清洁机器人的光伏组件与常规安装组件户外发电量发现:在河北邢台、保定等“著名”的雾霾城市,雾霾时段的发电量可以降低80%以上,在雾霾最为严重的时候,几乎就不发电。

研究团队成员,杜克大学土木与环境工程系教授Drew Shindell表示,这些由人类活动产生的颗粒物,使得中国比其他国家面临更为严重的光伏发电损失。根据研究,中国中部和东部地区,在每月擦洗一次光伏组件的情况下,颗粒物将造成光伏组件发电效率降低17%~25%;若擦洗间隔为2个月,光伏组件的发电效率则将降低25%~35%。

擦洗很有效,可是光照资源丰富的地方多缺水

中国的地面大型电站对于擦洗并没有统一标准,一般是通过监控发电量来决定什么时候擦洗。总部位于山东省青岛市的萨纳斯新能源科技有限公司专门服务于光伏电站的运营维护,公司总经理耿文强告诉中外对话,从组件维护的角度,现在中国北方的大型地面电站,基本上要保证标准的每年四次擦洗,在污染严重的情况下,可以根据现场情况适当增加擦洗频次。

根据该研究,擦洗后的光伏组件单日发电量会提高50%,效果显著。

倪健雄表示,毋庸置疑,保持光伏电板的清洁非常重要,提升发电效率的同时,还能有效维护光伏组件,因为颗粒物的长期聚集可能使组件大量发热,造成热斑现象,威胁组件寿命。

但是,对于企业而言,更现实的问题是擦洗需要用到的水。在中国光照资源丰富的西北地区,水往往比电珍贵得多,用水量提升发电量是显然不值得的。耿文强表示,因为擦洗需要大量水资源的投入,是一笔不小的成本,因此企业需要对擦洗投入和发电实际收益进行综合对比,以此决定擦洗频次。更专业的光伏运维企业,还会利用光伏大数据分析和挖掘的结果,得出清洗的最佳性价比。

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