平均日照时长(中国西部的太阳能有多厉害？)

Posted 2023-05-25

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平均日照时长(中国西部的太阳能有多厉害？)

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在刚刚过去的夏季，“高温”是不会被人忘记的关键词。虽说除青藏高原之外，夏季的中国各地普遍高温，但动辄长达一周的40多度高温实属罕见，多个国家气象站日最高气温持平或突破历史极值。

高温天气，意味着用电量的增加、平均降水量和主要江河水量的大幅减少，连水电大省四川也面临着拉闸的风险。

人们把目光投向了太阳能，从常理上看，高温之下最不缺的就是日照。其实，中国西部的太阳能资源储量一直处在领先地位。

太阳能的发展史

早在3000多年前，人类就开始利用太阳能了。西周时期，我们的祖先就用凹面铜镜会聚阳光点燃艾绒取得火种，即“阳燧取火”技术，并设有专门掌管阳燧的官。

东汉阳燧。来源/天津博物馆

现代意义上的太阳能发电，起源于光生伏特效应的发现。1839年，年仅19岁的法国科学家亚历山大·埃德蒙·贝克雷尔在他父亲的实验室中，缓慢地将两片铂金属电极插入到氯化银酸性溶液中。在测量这些电极之间流动的电流时，他发现，光线中的电流略大于黑暗中的电流——他将这种现象被命名为光生伏特效应（简称“光伏效应”）。

19世纪60年代后期，麦克斯韦等科学家发现，半导体材料硒的电导率会受光的影响。随后，英国科学家威廉·格里尔斯·亚当斯和他的学生理查德·埃文斯·戴发现，硒在光线下会产生电能，证明了固体金属可以直接将光转换为电能。

法国科学家亚历山大·埃德蒙·贝克雷尔。来源/维基百科

光伏效应发现的43年后，美国科学家查尔斯·弗里茨在锗片镀上一层硒金属电极，发明了第一块光伏电池。但如同多数早期科学发明的一样，它成本高且效率低。尽管如此，这个发明还是打开了一道大门：光确实能够转化为电，输出电能。弗里茨将一块电池寄送给当时著名的科学家西门子，西门子对这一发明大加赞赏，同时也推动了一些科学家开始对光电效应进行基础性研究。

光电效应的发展离不开理论的支撑。1907年，爱因斯坦提供了基于光子量子假设的光电效应的理论解释；1912-1916年，美国实验物理学家罗伯特·米利肯通过实验证实了爱因斯坦对光电效应的猜想。光伏发展由此步入快车道。

就在同时，1916年，波兰化学家扬·柴可拉斯基发现了提纯单晶硅的拉晶工艺，为光伏技术提供了材料基础。1934年，科学家们开始对薄膜太阳能电池进行研究，发现通过在材料中掺金属杂质可以提高发电效率。1940年，美国半导体专家拉塞尔·奥尔制造出固态二极管的基本结构p-n结，这为太阳能电池的发明和制造奠定了坚实基础，推进了光伏发电向工业领域的进发。

理论、实验结果都基本成熟后，科学家们下一步就是研究如何将这样一种取之不尽、用之不竭的能源引入工业领域。1953年，美国物理学家达里尔·查宾、杰拉尔德·皮尔森和化学家卡尔文·绍瑟·福勒制造出晶体硅太阳能电池。从此，太阳能电池逐渐走向工业领域。

太阳能电池的首次“规模使用”，是在航天领域。它最早在1958年被应用在美国发射的人造卫星上，随后，几乎所有的人造卫星、航天飞机、空间站等太空飞行器都利用光伏电池作为主要的电源，各国航空事业的发展促进了光伏发电技术和应用的发展。例如1971年，我国首次成功将太阳电池应用于实践一号上。

中国光伏技术的地面应用始于1973年，但由于应用领域狭窄，产品价格较高，市场发展缓慢，还未形成一个产业。我们在“六五”（1981-1985）和“七五”（1986-1990）期间对光伏应用示范项目开始给予支持，对光伏产业的发展有一定促进作用。

实践一号卫星。来源/中国政府网

西部：中国太阳能资源最丰富地区

20世纪90年代后半期，在严峻的能源形势和人类生态环境的压力下、在技术进步和逐步完善的法规政策的强力推动下，太阳能光伏产业和市场进入了快速发展时期。

太阳能发电，主要依靠太阳能并利用晶硅板等发电材料，与电网连接而输送电力。中国土地资源紧张，因为人烟稀少、日照时间长、地势辽阔的西北地区自然成了发展太阳能和光伏产业的绝佳之选。待这些项目落地后，不仅可以带动地区经济发展，通过西电东送工程，还能让西部和东部地区的资源发展更加均衡。

在谈及太阳能资源前，我们要明确一个概念：水平面总辐射强度。它是指水平面上单位面积上的太阳辐射功率。简单一点理解就是：在其他条件不变的情况下，强度越高，太阳能资源就越丰富。

2021年全国年水平面总辐照量分布图。来源/中国气象局《2021年中国风能太阳能资源年景公报》

通过上面这张图片，我们可以清晰看到，中国西部地区的辐照量较高，发展太阳能的潜力最大。

就在前不久的9月9日，全国规模最大的沙漠光伏基地——腾格里沙漠3GW新能源基地光伏复合项目开工仪式在宁夏中卫市举行，这是中国第一条以开发沙漠光伏大基地、输送新能源为主的特高压输电通道——“宁电入湘”工程的重点配套项目。

一望无际际的腾格里沙漠。摄影/傅恺男，来源/图虫创意

那么，这个项目为什么放到宁夏？

太阳能发电，顾名思义，离不开太阳照射。根据中国气象局发布的《2021年中国风能太阳能资源年景公报》，新疆、西藏两自治区、西北中部和西部、西南西部、内蒙古中部和西部、华北西北部、华南东南部、华东南部部分地区年水平面总辐照量超过1400kWh/m。其中，西藏大部、四川西部、内蒙古西部、青海西北部等地的局部地区，年水平面总辐照量超过1750kWh/m，太阳能资源最丰富。

宁夏地处西北腹地，地势海拔高，日照时间长，风能、太阳能资源丰富，风电技术可开发量约5200万千瓦，光伏发电近期发展潜力约5400万千瓦，是全国适宜发展新能源的5个省区之一。地处我国第四大沙漠腾格里沙漠东南缘的中卫市，属于国家I类太阳能资源地区。

腾格里沙漠3GW新能源基地光伏复合项目开工仪式。来源/央视新闻截图

利用太阳能，中卫不光发展了光伏产业，还逐步形成“光伏+制造+观光旅游”的上下游产业。

在腾格里沙漠边缘，有一座中卫市沙漠光伏产业园，这里曾是一片采煤沉陷区，历史上曾长期被风沙困扰，自然环境恶劣。宁夏回族自治区成立后，中卫市逐步实施草方格固沙、灌木林、乔木林防沙等措施；还充分利用光伏板，板上发电，板下种植作物，板间还能养殖，一片土地得到三重利用。光伏发的电，实现沙漠地区太阳能资源高效利用和沙漠变绿洲的双重收益，可以说是光伏产业给中卫带来的一个“惊喜”。

中卫是西部地区发展太阳能的一个缩影。而太阳能板之间的养殖，也为生态保护与畜牧业发展提供了另一种途径。西部地区的太阳能板，下方常有草木生长，这些地区也是畜牧业发展的重要地带，如何平衡畜牧业、生态和新能源三者？中卫及许多地区的答案——

草木生长，却也有杂草丛生，如果任由杂草长高，会影响太阳能板的正常建设和发电，于是，牧民们的牛羊就成了现成的“割草机”。

位于青海省共和县塔拉滩的海南藏族自治州生态光伏园区，集合了共和县铁盖乡吾雷村、马汉台村、托勒台村三个村的3000只羊“入驻”。如果想要扩大养殖规模，可以用村集体的名义进行养殖“光伏羊”，方便统一管理、统一销售，一方面可以解放劳动力，另一方面可以消除“光伏羊”销路的问题。

位于共和县塔拉滩的海南藏族自治州生态光伏园区内，板上发光，板下养羊。来源/青海日报

除了养羊，太阳能板下还可以搭养殖棚，养殖其他的食草动物，形成“光伏+农业”的新兴农业模式。西部地区可以在太阳能板下放羊，东部地区则可以在太阳能板下养鱼：位于浙江衢州的龙游县，发展起“渔光互补”项目——在当地东金村的40亩公共鱼塘上搭建光伏板，实现渔业和太阳能产业的“双赢”。

浙江衢州龙游县湖镇镇东金村4兆瓦渔光互补项目。来源/衢州传媒网

我们再把目光转回中国西部地区。

位于内蒙古的库布齐沙漠是中国七大沙漠之一，受过度垦牧和干燥气候影响，曾经水草丰美、森林茂密的库布齐最后也成为风沙肆虐、生态环境脆弱的沙漠旱地。但在科研人员眼里，这里年均日照时间长达三千多个小时，发展光伏发电产业有着得天独厚的条件，在光伏发电工程建成后，可以治理将近10万亩沙漠，还能构筑这里的生态屏障，减少水土流失。

以风电、光伏为代表的新能源产业方兴未艾，拥有资源禀赋的西部地区吸引着越来越多项目落地。据《中国证券报》报道，2021年10月至2022年3月，甘肃、青海、宁夏、陕西等地大型风电、光伏基地项目陆续开工建设，项目投资金额均在百亿元级别。

太阳能光伏产业所带来的利好，将传统能源发电存在的问题暴露出来。我国早在2000年就已在太阳能光伏产业领域进行了前期规划，并通过2002年的“送电到乡”推动太阳能光伏产业在人口密度相对较低、土地资源丰富的乡村发展，从而实现了我国太阳能光伏年装机容量从W级到MW级的转变。2009年“金太阳工程”的实施，使我国太阳能光伏产业发展进入了“快车道”。

位于甘肃省敦煌市的首航高科敦煌100兆瓦熔盐塔式光热电站，也是目前中国建成规模最大的熔盐塔式光热电站。来源/甘肃卫视新闻截图

我国作为世界光伏产业发展增速最快的国家，拥有世界最大的太阳能光伏产业规模，据统计，截至2020年，我国光伏市场累计装机量为253GW，2020年新增装机量为48.2GW，同比增长60%。2020年，我国光伏发电量为2605kW·h，同比增长16.2%，占总发电量3.5%。而正如前文所述，光伏产业多布局于西部，这一成绩，基本相当于我国西部地区太阳能光伏产业的成就。

太阳能的未来

依据中国划分太阳能光照条件的标准，在不同等级的5类地区中，前3类地区占中国国土面积的2/3以上，年日照时数超过2000h。其中，西藏、青海、新疆、甘肃、宁夏、内蒙古等地区的总辐射量和日照时数均为全国最高，属太阳能资源丰富地区；除四川盆地、贵州省太阳能资源稍差外，中国东部、南部及东北等地区均属于太阳能资源较丰富和中等区。

相比之下，欧洲、日本等多数地区的年辐射总量仅相当于中国的3类及以下水平。

欧洲部分城市的太阳能年辐射总量。来源/路绍琰等《中国太阳能利用技术发展概况及趋势》

中国太阳能利用产业在历经多年的发展后，正在从太阳能利用的出产和消费大国向创造强国迈进。太阳能光热设备的产量多年来保持世界第一。在光伏制造业持续向国内转移的背景下，我国光伏产业链各个环节的规模在全球范围内都已占据了高份额。2007年，我国太阳电池的产量跃居全球第一，目前仍保持着该纪录，且产量遥遥领先。截至2018年底，我国光伏组件的累计产量占全球光伏组件总产量的2/3以上；截至2020年底，我国光伏组件的年产量已连续14年处于全球领先地位。

与此同时，我国光伏产业已形成完整的产业配套设施，包括光伏专用设备、平衡部件和配套辅材辅料等，并且产业链各环节的规模也实现了全球领先。得益于良好的政策环境与技术积累，我国在硅材料生产、硅片加工、太阳电池制造及光伏组件生产等环节已经具备了成套供应能力。

隆基股份单晶硅生产现场。来源/央视新闻截图

人类社会发展与环境保护的矛盾始终存在，大量使用传统化石能源带来的环境污染问题已经威胁到人类的可持续发展，太阳能作为新能源的一种，通过光伏技术完成太阳能向电能的转化，从而缓解能源紧张和环境污染等问题。而“双碳”理论的提出，更助推我国太阳能行业的发展。相信在未来，随着技术的成熟和成本的不断降低（今天，用太阳能生产一度电成本只要3毛钱左右），太阳能将更多地出现在人们的视野中。

太阳能，未来可期。

参考资料：

中国气象局：《2021年中国风能太阳能资源年景公报》

中国日报网：《宁夏中卫光伏治沙：“蓝色海洋”里有“蓝海”》

全国能源信息平台：《世界光伏发展史》

李华：《中国光伏产业发展战略研究》

王捷：《碳中和背景下太阳能光伏产业现状及发展》

路绍琰等：《中国太阳能利用技术发展概况及趋势》

END

作者 | 哲敏