沙特特殊气候环境下的光伏和光热电站开发
发布者：本网记者Crystal Robin | 来源：CSPPLAZA光热发电网 | 0评论 | 8545查看 | 2013-10-30 15:42:00
——光热和光伏的权衡 沙特如何选择？系列报道之二
CSPPLAZA光热发电网报道：本文接上文就“沙特该如何选择光伏和光热”这一问题进行全面分析，在本系列报道的第一篇中，我们就在沙特开发光伏和光热发电两种电站的效率和LCOE进行了对比；第二篇中，我们重点以沙特的太阳能电站开发环境为分析基础，来探讨光伏和光热的对比选择。
特殊的气候环境
沙特位于亚洲西南部的阿拉伯半岛，东濒海湾，西临红海，是世界上最热的地区之一，西部高原属地中海气候，其他大部地区属热带沙漠性气候。干燥少雨，日照强烈，沙特的夏季从4月起至10月结束，酷热时间长达7个月，气温最高时可达50℃以上。十一月至三月，气候转凉，偶有降雨。年平均降雨不超过200毫米。沙特国土面积225万平方公里，或由于全球气候变暖的影响，近年来偶尔也会出现极端性反常气候。如2013年5月份、2009年，沙特都曾出现特大暴雨，并持续数日，在沙特北部接壤约旦和伊拉克的地区甚至出现过大雪天气。
除了位于西南海岸线的Asir省，沙特大部分地区的气候干燥酷热，昼夜温差也较大，温度和湿度变化较快。在沙特的沿海和内陆地区可明显感受到两种不同的气候。
在内陆省份Riyadh，夏季很轻易地就能突破50℃高温，空气异常干燥，平均的夏季气候约45℃，有时会达到54℃的高温。每天早晨太阳升起后在很短时间内就可以达到很高的气温，并持续至太阳落山。夜间的气温则相对凉爽很多。在冬季，气温很少可以达到0℃以下，但因缺乏湿空气，高风寒指数让人依然感觉十分寒冷。在春季和秋季，气温较为适中，平均在29℃左右。
在沿海区域，虽然依旧属于高温气候，但空气湿度较大，东部省份比西部沿海区域的气温更高，并伴随频繁的沙尘暴。这种气候环境对光伏电池板和光热反射镜等都会造成恶劣影响。
谁更适宜沙特气候？
高温气候是在沙特开发太阳能电站必须考虑的一个重要影响因素，其对技术的可行性、能量输出额度和太阳能组件的老化寿命都有重要影响。显然，光伏和光热两种发电技术都要受到这种恶劣环境的影响。
对于光伏而言，温度过高将直接影响光伏电池板的输出功率。下表是光伏系统厂商First Solar提供的各种光伏发电系统的温度系数，温度系数表征了温度每升高1℃对系统发电输出功率的影响。
温度过高对光伏组件的老化速度也有一定的影响。高温天气首先会对光伏组件的热膨胀造成一定压力，加快其降解速度，测试表明，温度每增加10℃，光伏组件的衰减老化速度将增加一倍。同时，光伏组件的封装材料和线缆也会受到高温的影响而加快老化。
高温气候对光热电站的影响则主要体现在利好和利害两个方面，一是对光场集热系统的利好影响，二是对发电冷却系统的利害影响。对光场集热系统的影响主要体现在降低集热和管路系统的热损方面。环境温度越低，则槽式电站集热管或塔式电站吸热器与空气的对流热损就越高，管道保温系统等的热损也会增加，因此从这个角度来看，沙特的高温天气反而可以增加可用集热量，有利于光热电站的运行。但另一方面，温度过高对光热电站发电系统的冷却会造成不利影响，无论采用水冷还是空冷系统，环境温度过高都将造成冷却效率的下降，从而导致发电效率的下降。通过模拟计算表明，高温气候环境对发电系统效率的削减影响要高于其对光场有效集热量的增加影响。整体来看，环境空气温度每升高1℃，光热电站的发电效率要下降0.01%。
综合来看，无论是光伏还是光热发电，沙特的高温天气对其的影响都是不利的。但总的来看，高温气候对光热发电的影响要小于对光伏发电的影响，温度每升高1℃，光伏发电的发电效率要下降0.2~0.4%。另外从组件加速老化的角度来看，光伏电池板因高温而加速老化而失效，光热的反射镜或集热管等组件因高温而加速老化的速率要低于光伏发电。
除了高温的气候环境，其它一些环境因素对太阳能发电的技术可行性、运行效果和老化速度也会造成影响。其中最重要的当属沙尘，地处沙漠地带，环境中较多的沙尘颗粒或沙尘暴对两种电站都将造成不利影响。
沙尘附着于光伏电池板或光热发电的反射镜上，将造成其发电或光学效率下降。沙尘首先会对太阳能直射辐射（DNI）造成影响，空气中的气凝胶浓度也将上升，这主要会对光热发电特别是塔式光热发电技术造成影响。
其对光伏的影响大小主要取决于光伏电池板的阵列倾角，倾角越大则沙尘附着越少。NEO公司在沙特当地进行的测试表明，光伏电池板如果超过3个月不予清洗，则太阳能转化效率要降低30%~45%，如果遇到沙尘暴，其效率则会直接下降60%之多。
对于光热发电来说，沙尘对其集热效率的影响会因技术路线的不同而有所差别。其对槽式电站的影响要大于对塔式电站和菲涅尔电站的影响。但目前还没有研究证明沙特的沙尘环境对光热电站的光学集热效率的具体影响有多少。但基本可以确定的是，如果遭遇沙尘暴，对光热发电的影响要甚于对光伏发电的影响。因为光热发电利用的是太阳光直接辐射，而光伏发电利用的是全辐射。沙尘暴将造成DNI大幅削减，GHI值受此的影响要相对小些。
沙尘环境和较频发的沙尘暴对太阳能电站造成的影响虽然可以采用更高频率的清洗次数来解决，但这也将带来水资源的消耗，而沙特作为一个缺乏淡水的国家，水资源成本极高。
无论是光伏还是光热，高温和沙尘对其而言都是较大的不利影响因素。我们尚需要对“气候环境对光热和光伏发电的影响”进行更深入的研究。不同的光热发电技术所受到的影响是不尽相同的，了解哪一种具体技术更适宜沙特的本土气候环境是预知未来沙特太阳能市场发展的关键。
在第三篇中，我们将重点分析沙特自身的能源需求，来权衡哪种太阳能发电技术更适合沙特的电力环境。第三篇随后刊出。
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