編者按:太陽能電池靠天吃飯,不見天日的霧霾,太陽能電池也無力回天……空氣污染對(duì)光伏發(fā)電到底有多大的影響?本文為大家梳理霧霾、揚(yáng)塵、飛灰對(duì)光伏發(fā)電的影響。
光伏人的最大夢(mèng)想之一,就是利用太陽能清潔能源來拯救“霧霾的中國”(亦或是“霧霾中的國”)。但是具有諷刺意味的是,太陽能電池靠天吃飯,不見天日的霧霾,太陽能電池也無力回天……空氣污染對(duì)光伏發(fā)電到底有多大的影響?說實(shí)話學(xué)界的研究少得可憐,高質(zhì)量的研究就更少了。兔子就來給大家梳理一下,一網(wǎng)打盡所有重要的研究(如有遺漏,勿拍)。時(shí)間碎片化的時(shí)代,這就是兔子能給大家盡的最大心意了。
為什么光伏發(fā)電怕霧霾?
如有謬誤請(qǐng)氣象學(xué)家指正,兔子認(rèn)為霧指的是水汽,霾指的是空氣中的灰塵形成的氣溶膠顆粒(aerosol)。如果搞不清氣溶膠顆粒這種東西對(duì)光伏發(fā)電影響有多大,只需要類比它對(duì)植物生長(zhǎng)有多大影響就好理解了:在空氣中的渾濁顆粒影響植物光照(光照輻照度直接下降),顆粒物沉淀到植物上面又影響了植物氣孔對(duì)氧氣和二氧化碳的交換(光伏板被灰塵覆蓋,光透不到電池上),所以植物根本長(zhǎng)不好(光伏發(fā)電受影響)。
污染物沉積
這一部分的研究比較早。原因可能在于其研究方法相對(duì)簡(jiǎn)單,實(shí)驗(yàn)可控性也比較高。希臘一個(gè)組做了比較系統(tǒng)的研究,比較了同樣覆蓋條件下土壤、石灰、灰塵沉積對(duì)發(fā)電性能的影響,其中灰塵(也就是空氣污染的主要產(chǎn)物)的影響是最大的,當(dāng)集灰密度達(dá)到3克每平方米時(shí),發(fā)電量可以降低15%以上。這個(gè)結(jié)論,跟后來馬來西亞一個(gè)研究組更全面的研究的結(jié)論基本一致(Darwish, Renewable and Sustainable Energy Reviews,2015)。原因大致在于,灰塵的顏色深,顆粒小,透光性差,薄薄一層的覆蓋就透不了多少光了。
2017年杜克大學(xué)的工作比較精彩(Bergin, Environmental Science and Technology, 2017)。顯示定期清洗對(duì)提升發(fā)電量很有好處。作者沒好意思說,不過兔子發(fā)現(xiàn)文章里大概在2月中旬的那次清洗顯然極其失敗——清洗完了沒多久發(fā)電就開始迅速往下掉了。顯然是非常倒霉,剛清洗完事兒就來了一場(chǎng)大霧霾……(就跟剛洗車就下雨一樣)。這再次顯示了氣象預(yù)測(cè)對(duì)運(yùn)維極其重要的意義(話說兔子對(duì)此極有專業(yè)水準(zhǔn),如有這方面的技術(shù)需求請(qǐng)找兔子……)
空氣污染對(duì)輻照的影響
這一部分的研究相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間來一直是個(gè)空白。原因大概在于需要大數(shù)據(jù)做支撐,長(zhǎng)期的數(shù)據(jù)收集,以及對(duì)氣象條件和光伏發(fā)電的關(guān)系具有深刻的理解。普林斯頓大學(xué)研究組2017年發(fā)表的工作應(yīng)該是這個(gè)領(lǐng)域頂級(jí)的工作了(Li,PNAS,2017)。這個(gè)研究組通過分析NASA的云和地球輻射能量系統(tǒng)(Clouds and the Earth’s Radiant Energy System,CERES)結(jié)合光伏系統(tǒng)建模(PVLIB)得出結(jié)論:相比于非霧霾天,每一個(gè)霧霾天,輻照度可以減少1.5kWh/m2之多,相當(dāng)于減少了35%的直射輻照度。分析了中國2003到2014年的數(shù)據(jù),得出另一個(gè)驚人結(jié)論:華東和華北地區(qū)因?yàn)榭諝馕廴驹?2年間少發(fā)了20-25%的電。
這里面有意思的是,萬惡的霧霾可以提升15-40%的散射輻照度(Cohan,Global Biogeochemical Cycles, 2002),算是可以小小挽回顏面。也因?yàn)槿绱耍饭庀到y(tǒng)因?yàn)閷?duì)直射光的利用率更高,所以受空氣污染的影響更大。
綜合影響
再度回到精彩的杜克大學(xué)的工作。精彩在于他們的研究結(jié)合了空氣中的顆粒和沉積到組件上的顆粒的綜合影響?;旧纤麄冋J(rèn)為,懸浮在空中的污染物和沉積到組件上的污染物,對(duì)發(fā)電的影響是一比一。綜合起來會(huì)導(dǎo)致17-25%的發(fā)電量下降。對(duì)于中國來說,就是10個(gè)吉瓦的量級(jí)了!救“霧霾的中國”(亦或是“霧霾中的國”)。但是具有諷刺意味的是,太陽能電池靠天吃飯,不見天日的霧霾,太陽能電池也無力回天……空氣污染對(duì)光伏發(fā)電到底有多大的影響?說實(shí)話學(xué)界的研究少得可憐,高質(zhì)量的研究就更少了。兔子就來給大家梳理一下,一網(wǎng)打盡所有重要的研究(如有遺漏,勿拍)。時(shí)間碎片化的時(shí)代,這就是兔子能給大家盡的最大心意了。
結(jié)語
我們必須相信,清潔能源的大量布局以及化石能源的退出,是解決霧霾和空氣污染問題的根本途徑。所以我們相信,光伏的單體發(fā)電量也會(huì)因?yàn)槲廴驹吹臏p少而增加。而電站業(yè)主能控制的就很有限啦!你又不是諸葛亮可以借東風(fēng)吹散霧霾。所以最好的辦法就是在氣象信息的指導(dǎo)下,好好做好精細(xì)運(yùn)維,在該清洗板子的時(shí)候好好清洗(反之,不該清洗就不要清洗……)。
原標(biāo)題:霧霾、揚(yáng)塵、飛灰對(duì)光伏發(fā)電到底有多要命?