光伏人的最大夢(mèng)想之一，就是利用太陽(yáng)能清潔能源來(lái)拯救“霧霾的中國(guó)”(亦或是“霧霾中的國(guó)”)。但是具有諷刺意味的是，太陽(yáng)能電池靠天吃飯，不見(jiàn)天日的霧霾，太陽(yáng)能電池也無(wú)力回天……空氣污染對(duì)光伏發(fā)電到底有多大的影響?說(shuō)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(lái)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(lèi)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(lái)馬來(lái)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(méi)好意思說(shuō)，不過(guò)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(méi)多久發(fā)電就開(kāi)始迅速往下掉了。顯然是非常倒霉，剛清洗完事兒就來(lái)了一場(chǎng)大霧霾……(就跟剛洗車(chē)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(shuō)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(lái)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(guò)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(guó)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(wàn)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(lái)會(huì)導(dǎo)致17-25%的發(fā)電量下降。對(duì)于中國(guó)來(lái)說(shuō)，就是10個(gè)吉瓦的量級(jí)了!
結(jié)語(yǔ)

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(wèn)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……)。