雾霾、扬尘、飞灰对光伏发电到底有多要命

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小编:光伏人的最大梦想之一,就是利用太阳能清洁能源来拯救“雾霾的中国”(亦或是“雾霾中的国”)。但是具有……来

  光伏人的最大梦想之一,就是利用太阳能清洁能源来拯救“雾霾的中国”(亦或是“雾霾中的国”)。但是具有讽刺意味的是,太阳能电池靠天吃饭,不见天日的雾霾,太阳能电池也无力回天……空气污染对光伏发电到底有多大的影响?说实话学界的研究少得可怜,高质量的研究就更少了。兔子就来给大家梳理一下,一网打尽所有重要的研究(如有遗漏,勿拍)。时间碎片化的时代,这就是兔子能给大家尽的最大心意了。

  为什么光伏发电怕雾霾?

  如有谬误请气象学家指正,兔子认为雾指的是水汽,霾指的是空气中的灰尘形成的气溶胶颗粒(aerosol)。如果搞不清气溶胶颗粒这种东西对光伏发电影响有多大,只需要类比它对植物生长有多大影响就好理解了:在空气中的浑浊颗粒影响植物光照(光照辐照度直接下降),颗粒物沉淀到植物上面又影响了植物气孔对氧气和二氧化碳的交换(光伏板被灰尘覆盖,光透不到电池上),所以植物根本长不好(光伏发电受影响)。

  污染物沉积

  这一部分的研究比较早。原因可能在于其研究方法相对简单,实验可控性也比较高。希腊一个组做了比较系统的研究,比较了同样覆盖条件下土壤、石灰、灰尘沉积对发电性能的影响,其中灰尘(也就是空气污染的主要产物)的影响是最大的,当集灰密度达到3克每平方米时,发电量可以降低15%以上。这个结论,跟后来马来西亚一个研究组更全面的研究的结论基本一致(Darwish, Renewable and Sustainable Energy Reviews,2015)。原因大致在于,灰尘的颜色深,颗粒小,透光性差,薄薄一层的覆盖就透不了多少光了。

  2017年杜克大学的工作比较精彩(Bergin, Environmental Science and Technology, 2017)。显示定期清洗对提升发电量很有好处。作者没好意思说,不过兔子发现文章里大概在2月中旬的那次清洗显然极其失败——清洗完了没多久发电就开始迅速往下掉了。显然是非常倒霉,刚清洗完事儿就来了一场大雾霾……(就跟刚洗车就下雨一样)。这再次显示了气象预测对运维极其重要的意义(话说兔子对此极有专业水准,如有这方面的技术需求请找兔子……)

  空气污染对辐照的影响

  这一部分的研究相当长时间来一直是个空白。原因大概在于需要大数据做支撑,长期的数据收集,以及对气象条件和光伏发电的关系具有深刻的理解。普林斯顿大学研究组2017年发表的工作应该是这个领域顶级的工作了(Li,PNAS,2017)。这个研究组通过分析NASA的云和地球辐射能量系统(Clouds and the Earth’s Radiant Energy System,CERES)结合光伏系统建模(PVLIB)得出结论:相比于非雾霾天,每一个雾霾天,辐照度可以减少1.5kWh/m2之多,相当于减少了35%的直射辐照度。分析了中国2003到2014年的数据,得出另一个惊人结论:华东和华北地区因为空气污染在12年间少发了20-25%的电。

  这里面有意思的是,万恶的雾霾可以提升15-40%的散射辐照度(Cohan,Global Biogeochemical Cycles, 2002),算是可以小小挽回颜面。也因为如此,追光系统因为对直射光的利用率更高,所以受空气污染的影响更大。

  综合影响

  再度回到精彩的杜克大学的工作。精彩在于他们的研究结合了空气中的颗粒和沉积到组件上的颗粒的综合影响。基本上他们认为,悬浮在空中的污染物和沉积到组件上的污染物,对发电的影响是一比一。综合起来会导致17-25%的发电量下降。对于中国来说,就是10个吉瓦的量级了!

  结语

  我们必须相信,清洁能源的大量布局以及化石能源的退出,是解决雾霾和空气污染问题的根本途径。所以我们相信,光伏的单体发电量也会因为污染源的减少而增加。而电站业主能控制的就很有限啦!你又不是诸葛亮可以借东风吹散雾霾。所以最好的办法就是在气象信息的指导下,好好做好精细运维,在该清洗板子的时候好好清洗(反之,不该清洗就不要清洗……)。

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