唐 平

（關(guān)天工程研究院 陜西寶雞 721000）

引言

地球上的太陽能資源十分豐富，太陽輻射到地球表面的總能量約4×1015兆瓦/年，相當于36萬億噸標準煤，約為全球每年能耗的2000倍[1]。而且，太陽能具有清潔、安全、分布廣泛、就地可取、無需運輸?shù)葍?yōu)勢，是國際公認的最具競爭力的新能源之一。我國陸地每年接受太陽輻射的能量相當于2.4萬億噸標準煤，實際可利用的區(qū)域也十分廣闊。把太陽能作為國家未來能源開發(fā)的重點，對經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的戰(zhàn)略意義。隨著科技進步，光伏發(fā)電成本持續(xù)下降，光伏發(fā)電平價上網(wǎng)的目標會很快實現(xiàn)。由于光伏發(fā)電的諸多優(yōu)勢，其應(yīng)用領(lǐng)域也會越來越廣泛，在工商業(yè)用戶側(cè)、微電網(wǎng)儲能、大型太陽能發(fā)電站、海水淡化、太空領(lǐng)域、光伏扶貧以及未通電地區(qū)的離網(wǎng)發(fā)電等場合具有很高的應(yīng)用價值。寶雞市計劃建設(shè)成關(guān)天經(jīng)濟區(qū)副中心特大城市，其人口數(shù)量必將伴隨著城市規(guī)模而漸漸增多，然而寶雞市城區(qū)面積狹小，“果菜上塬、糧食入山”已成為寶雞市農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然選擇，在交通不便、電力資源貧乏或輸電困難的地區(qū)將光伏發(fā)電與農(nóng)業(yè)發(fā)展結(jié)合起來，以光伏發(fā)電替代傳統(tǒng)能源，將太陽能發(fā)電廣泛應(yīng)用到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)之中，既支持了寶雞市農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)，也將起到帶動偏遠地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展、消除貧困的效果。此外，更為重要的是寶雞市位于陜西省關(guān)中平原西部，位于太陽能資源最為豐富的西北、華北及西南地區(qū)的邊緣地帶，而光伏產(chǎn)業(yè)的技術(shù)及制造中心位于中國東部及南部地區(qū)，如能借助寶雞市雄厚的工業(yè)基礎(chǔ)、發(fā)揮其靠近科技中心城市西安市的區(qū)位優(yōu)勢，將本地區(qū)光伏產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)條件和科技創(chuàng)新資源進行較好的整合，在寶雞市發(fā)展光伏產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)、打造光伏產(chǎn)品制造基地，以對接位于太陽能資源極為豐富的西北、華北及西南地區(qū)的廣闊市場，將具有非常重要的意義。

1 太陽能光伏技術(shù)的基本原理

光伏技術(shù)的基本原理是利用光電材料受光照之后發(fā)生光電轉(zhuǎn)換，將光能轉(zhuǎn)變成電能。太陽能光伏電池是目前最為成熟的光生伏打電池，它是依據(jù)半導體光電效應(yīng)，實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的器件。產(chǎn)生光電效應(yīng)的材料有單晶硅、多晶硅、銅銦硒、硫化鎘、砷化鎵等，它們的光電轉(zhuǎn)換原理基本相同。對于特定的太陽能光伏組件，光伏電池的輸出特性主要與輻照強度及溫度有關(guān)。光伏電池的短路電流隨輻照度升高而升高（電壓基本不變），開路電壓隨溫度升高而降低（電流基本不變），所以，輻照度增加、溫度降低將都有利于輸出功率的增加[2]。

2 太陽輻照強度對寶雞市光伏發(fā)電的影響

為清晰地表明中國各地區(qū)太陽能資源的豐富程度，人們根據(jù)各地所受太陽總輻射量的多少，將全國劃分為如下5類區(qū)域[3]～[5]，寶雞市位于陜西省南部，屬于太陽能輻射資源中等偏弱的第4類地區(qū)。

圖1 1981-2014a我國全年太陽總輻射的空間分布圖[3]

圖2 陜西省年太陽總輻射分布（單位:MJ/(m2·a)）[6]

如圖1所示，年總輻射最高值在青藏高原南部，達7001-7513MJ/m2；最低值在四川盆地、云貴高原和兩湖平原，為 2958-4000MJ/m2。總體來說，西北地區(qū)年總輻射量明顯高于東北、中東部和南方地區(qū)。寶雞地區(qū)的年總輻射量為4001-5000 MJ/m2，屬于四類地區(qū)。王春娟，楊婷婷[7]等人的計算表明寶雞市年太陽總輻射為4640 MJ/m2，1961-2008年寶雞市平均年日照時數(shù)為1966.5小時，在全國范圍內(nèi)僅屬中下等，總變化趨勢是西部偏少、東部偏多，東北部偏多、西南部偏少，塬區(qū)好于川道，開闊地區(qū)好于河谷地區(qū)。圖2是吳林榮[6]等利用陜西省延安、西安、安康三站逐月太陽總輻射和98站的 1971-2005年月日照百分率資料，計算出全省各地的太陽總輻射分布，可見寶雞地區(qū)的年太陽總輻射與楊婷婷等人的計算結(jié)果一致?？偨Y(jié)以上的資料表明寶雞市年太陽輻照量在全國處于中等偏少的情況。

3 氣溫因素對寶雞市光伏發(fā)電的影響

溫度對太陽能電池的功率輸出性能影響較大，太陽能電池組件具有負溫度系數(shù)，隨著溫度升高，太陽能電池的短路電流基本不變，開路電壓下降很快，幾乎呈線性關(guān)系，所以溫度升高時，太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率降低。一般來說，晶體硅太陽能電池溫度每升高1℃，輸出功率下降量約為室溫時輸出功率的0.4%[2]。如表1所示，在太陽總輻照強度與寶雞市相同的區(qū)域內(nèi)，根據(jù)不同維度、不同地域特點，選擇具有代表性的五個城市，統(tǒng)計出每個城市一年內(nèi)每個月的平均溫度。由于每個城市的年太陽總輻照強度處于同一水平，所以在相同裝機容量下，平均溫度越低的城市，其光伏發(fā)電量越大。圖3（a）為各城市一年內(nèi)各月白天平均最高氣溫圖，除處于高緯度的哈爾濱外，寶雞市各月白天平均最高氣溫最小，因而在相同輻照強度和裝機容量下，寶雞市光伏發(fā)電水平優(yōu)于廣州、杭州及鄭州等城市。所以，基于溫度因素，寶雞市比廣州市具有更加優(yōu)越的光伏發(fā)電條件。除夏季之外，寶雞市各月白天平均最高氣溫均遠小于廣州市。寶雞市和廣州市年平均日照時數(shù)分別為1951小時和1752.9小時[8,9]，平均每天的日照時間分別為5.55小時和4.80小時。根據(jù)平均每天發(fā)電時間，考慮溫度因素，在相同裝機容量下，廣州市每年的發(fā)電量比寶雞市少19.39%。圖3（b）為相同裝機容量下，寶雞市比廣州市每月多出輸出的發(fā)電量。

表1 相同太陽輻照區(qū)域內(nèi)選擇的5個代表性城市的每月平均溫度統(tǒng)計（單位：℃）[10]

圖3

4 寶雞市發(fā)展光伏項目的地方政策因素分析

寶雞市對光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展非常重視，早在2012年，寶雞市提出要深入實施產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展戰(zhàn)略，提高全市工業(yè)經(jīng)濟實力和整體競爭力。同年4月，寶雞市工業(yè)和信息化局編制《寶雞市九大產(chǎn)業(yè)集群配套指南》中即包含“太陽能光伏產(chǎn)業(yè)集群配套”，將依托陜西長嶺光伏電氣有限公司和陜西凌云蓄電池有限責任公司等5家龍頭企業(yè)和109家配套企業(yè)，計劃“做大做強寶雞市光伏產(chǎn)業(yè)鏈，把寶雞打造成陜西太陽能光伏應(yīng)用系統(tǒng)制造重點地區(qū)?！?016年，寶雞市政府發(fā)布《寶雞市“十三五”科技創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃》（寶政辦發(fā)〔2016〕39號），將太陽能光伏等應(yīng)用技術(shù)研究列為主攻方向，將“依托傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)，培育太陽能光伏、新能源汽車、物聯(lián)網(wǎng)智能信息等技術(shù)，形成新的經(jīng)濟增長點”。寶雞市下轄3區(qū)9縣，總面積1.82萬 km2，存在許多地處偏僻的貧困地區(qū)，光伏項目可在產(chǎn)業(yè)扶貧中發(fā)揮積極作用。寶雞市太白縣、千陽縣、扶風縣、麟游縣、隴縣都屬于貧困縣，隨著光伏扶貧項目在農(nóng)村地區(qū)的推進，寶雞光伏產(chǎn)業(yè)在寶雞市應(yīng)該是大有可為的。2016年，中共寶雞市委、市人民政府《關(guān)于打贏脫貧攻堅戰(zhàn)的實施意見》中關(guān)于實施脫貧攻堅八大舉措中提到，要“推進新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展，積極實施旅游扶貧、光伏扶貧、電商扶貧”，將光伏扶貧作為扶貧的重要方法。2017年8月，寶雞市政府發(fā)布《寶雞市產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，瞄準國際國內(nèi)新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，將光伏產(chǎn)業(yè)作為重點扶持產(chǎn)業(yè)，集中力量發(fā)展太陽能光伏應(yīng)用系統(tǒng)，打造太陽能光伏產(chǎn)業(yè)鏈，將寶雞建設(shè)成陜西省太陽能光伏應(yīng)用系統(tǒng)制造基地及建設(shè)寶雞光伏應(yīng)用系統(tǒng)技術(shù)中心，并重點在光伏離/并網(wǎng)發(fā)電逆變器、控制器、光伏儲能電池、光伏裝備制造等關(guān)鍵領(lǐng)域的核心技術(shù)上取得突破，并占領(lǐng)相關(guān)領(lǐng)市場。

5 寶雞市光伏項目的市場前景分析

新型能源產(chǎn)業(yè)是寶雞市能源利用結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)[11]，就太陽能產(chǎn)業(yè)來說，截止2018年，寶雞市分布式光伏發(fā)電項目總發(fā)電總?cè)萘繛?35.95 KW，市場遠未飽和[12]。由于光伏項目的回收成本及利潤率低于其它農(nóng)業(yè)項目，且并網(wǎng)程序復(fù)雜，影響了農(nóng)戶建設(shè)的積極性。寶雞市本地企業(yè)承建項目不足10%，后續(xù)服務(wù)體系還未建立，制約著寶雞市光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。李超[13]等人認為應(yīng)當大力發(fā)展太陽能光伏項目在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，如針對寶雞市68%的耕地都是旱地的情況而修建的2000余個集雨窖多在偏遠山區(qū)，許多集雨窖因沒有供電配套設(shè)施而沒有發(fā)揮應(yīng)有作用，可以考慮用太陽能光伏發(fā)電解決灌溉用電。其實，隨著寶雞市建設(shè)關(guān)天副中心特大城市步伐的加快，蔬菜基地建設(shè)持續(xù)快速發(fā)展，安裝太陽能殺蟲燈、光伏太陽能薄膜生態(tài)大棚，既實現(xiàn)能源自給，又能達到保護農(nóng)村生態(tài)環(huán)境，減少食品安全事故的目的。此外，針對養(yǎng)殖基地提供能源供給，在養(yǎng)殖場屋頂建設(shè)光伏電站，為牲畜、養(yǎng)殖場所提供熱量和電力，以確保順利過冬。在光伏扶貧方面，應(yīng)根據(jù)地區(qū)特征，將光伏與溫室大棚、林業(yè)、畜牧業(yè)、漁業(yè)等結(jié)合起來，體現(xiàn)“光伏+”的經(jīng)濟性和可持續(xù)性，為農(nóng)民增加收入。目前，寶雞市千陽縣圍繞脫貧攻堅目標而大力發(fā)展光伏項目，現(xiàn)已成為全省政府注資建設(shè)規(guī)模最大的光伏扶貧縣[14]。隨著建設(shè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的成本的持續(xù)下降，建設(shè)單位還可以積極地優(yōu)化工藝和設(shè)計，有針對性地拓展工商業(yè)供電市場，為客戶提供安全、持續(xù)、可靠的光伏供電方案。

結(jié)語

首先，本文從影響光伏發(fā)電的兩個主要自然因素，即從太陽輻照量和溫度方面分析了在陜西省寶雞市發(fā)展太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的利弊。雖然寶雞市的太陽能資源不豐富，但由于平均氣溫較低、日常時間較長的原因，在寶雞市開展太陽能項目比其它的處于相同太陽輻照水平的低緯度及同緯度城市要有利得多。其次，通過對寶雞本地的太陽能市場分析，可考慮將光伏與農(nóng)、林、牧、漁等結(jié)合起來，開展光伏扶貧項目和針對工商業(yè)供電的分布式項目。再次，更為重要是依靠寶雞市政府大力發(fā)展太陽能產(chǎn)業(yè)的契機和本地區(qū)的現(xiàn)有基礎(chǔ)，發(fā)展光伏產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)，打造光伏應(yīng)用系統(tǒng)技術(shù)中心、形成光伏產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵設(shè)備及零部件的制造基地，利用寶雞市緊靠西北、華北及西南等太陽能資源極為豐富的地區(qū)的優(yōu)勢，將寶雞市的光伏技術(shù)及產(chǎn)品推向這一廣闊市場。