宝鸡市光伏产业发展前景分析

唐 平

（关天工程研究院 陕西宝鸡 721000）

引言

地球上的太阳能资源十分丰富，太阳辐射到地球表面的总能量约4×1015兆瓦/年，相当于36万亿吨标准煤，约为全球每年能耗的2000倍[1]。而且，太阳能具有清洁、安全、分布广泛、就地可取、无需运输等优势，是国际公认的最具竞争力的新能源之一。我国陆地每年接受太阳辐射的能量相当于2.4万亿吨标准煤，实际可利用的区域也十分广阔。把太阳能作为国家未来能源开发的重点，对经济可持续发展具有十分重要的战略意义。随着科技进步，光伏发电成本持续下降，光伏发电平价上网的目标会很快实现。由于光伏发电的诸多优势，其应用领域也会越来越广泛，在工商业用户侧、微电网储能、大型太阳能发电站、海水淡化、太空领域、光伏扶贫以及未通电地区的离网发电等场合具有很高的应用价值。宝鸡市计划建设成关天经济区副中心特大城市，其人口数量必将伴随着城市规模而渐渐增多，然而宝鸡市城区面积狭小，“果菜上塬、粮食入山”已成为宝鸡市农业发展的必然选择，在交通不便、电力资源贫乏或输电困难的地区将光伏发电与农业发展结合起来，以光伏发电替代传统能源，将太阳能发电广泛应用到现代农业之中，既支持了宝鸡市农产品生产，也将起到带动偏远地区经济发展、消除贫困的效果。此外，更为重要的是宝鸡市位于陕西省关中平原西部，位于太阳能资源最为丰富的西北、华北及西南地区的边缘地带，而光伏产业的技术及制造中心位于中国东部及南部地区，如能借助宝鸡市雄厚的工业基础、发挥其靠近科技中心城市西安市的区位优势，将本地区光伏产业的基础条件和科技创新资源进行较好的整合，在宝鸡市发展光伏产业核心技术、打造光伏产品制造基地，以对接位于太阳能资源极为丰富的西北、华北及西南地区的广阔市场，将具有非常重要的意义。

1 太阳能光伏技术的基本原理

光伏技术的基本原理是利用光电材料受光照之后发生光电转换，将光能转变成电能。太阳能光伏电池是目前最为成熟的光生伏打电池，它是依据半导体光电效应，实现能量转换的器件。产生光电效应的材料有单晶硅、多晶硅、铜铟硒、硫化镉、砷化镓等，它们的光电转换原理基本相同。对于特定的太阳能光伏组件，光伏电池的输出特性主要与辐照强度及温度有关。光伏电池的短路电流随辐照度升高而升高（电压基本不变），开路电压随温度升高而降低（电流基本不变），所以，辐照度增加、温度降低将都有利于输出功率的增加[2]。

2 太阳辐照强度对宝鸡市光伏发电的影响

为清晰地表明中国各地区太阳能资源的丰富程度，人们根据各地所受太阳总辐射量的多少，将全国划分为如下5类区域[3]～[5]，宝鸡市位于陕西省南部，属于太阳能辐射资源中等偏弱的第4类地区。

图1 1981-2014a我国全年太阳总辐射的空间分布图[3]

图2 陕西省年太阳总辐射分布（单位:MJ/(m2·a)）[6]

如图1所示，年总辐射最高值在青藏高原南部，达7001-7513MJ/m2；最低值在四川盆地、云贵高原和两湖平原，为 2958-4000MJ/m2。总体来说，西北地区年总辐射量明显高于东北、中东部和南方地区。宝鸡地区的年总辐射量为4001-5000 MJ/m2，属于四类地区。王春娟，杨婷婷[7]等人的计算表明宝鸡市年太阳总辐射为4640 MJ/m2，1961-2008年宝鸡市平均年日照时数为1966.5小时，在全国范围内仅属中下等，总变化趋势是西部偏少、东部偏多，东北部偏多、西南部偏少，塬区好于川道，开阔地区好于河谷地区。图2是吴林荣[6]等利用陕西省延安、西安、安康三站逐月太阳总辐射和98站的 1971-2005年月日照百分率资料，计算出全省各地的太阳总辐射分布，可见宝鸡地区的年太阳总辐射与杨婷婷等人的计算结果一致。总结以上的资料表明宝鸡市年太阳辐照量在全国处于中等偏少的情况。

3 气温因素对宝鸡市光伏发电的影响

温度对太阳能电池的功率输出性能影响较大，太阳能电池组件具有负温度系数，随着温度升高，太阳能电池的短路电流基本不变，开路电压下降很快，几乎呈线性关系，所以温度升高时，太阳能电池的转化效率降低。一般来说，晶体硅太阳能电池温度每升高1℃，输出功率下降量约为室温时输出功率的0.4%[2]。如表1所示，在太阳总辐照强度与宝鸡市相同的区域内，根据不同维度、不同地域特点，选择具有代表性的五个城市，统计出每个城市一年内每个月的平均温度。由于每个城市的年太阳总辐照强度处于同一水平，所以在相同装机容量下，平均温度越低的城市，其光伏发电量越大。图3（a）为各城市一年内各月白天平均最高气温图，除处于高纬度的哈尔滨外，宝鸡市各月白天平均最高气温最小，因而在相同辐照强度和装机容量下，宝鸡市光伏发电水平优于广州、杭州及郑州等城市。所以，基于温度因素，宝鸡市比广州市具有更加优越的光伏发电条件。除夏季之外，宝鸡市各月白天平均最高气温均远小于广州市。宝鸡市和广州市年平均日照时数分别为1951小时和1752.9小时[8,9]，平均每天的日照时间分别为5.55小时和4.80小时。根据平均每天发电时间，考虑温度因素，在相同装机容量下，广州市每年的发电量比宝鸡市少19.39%。图3（b）为相同装机容量下，宝鸡市比广州市每月多出输出的发电量。

表1 相同太阳辐照区域内选择的5个代表性城市的每月平均温度统计（单位：℃）[10]

图3

4 宝鸡市发展光伏项目的地方政策因素分析

宝鸡市对光伏产业的发展非常重视，早在2012年，宝鸡市提出要深入实施产业集群发展战略，提高全市工业经济实力和整体竞争力。同年4月，宝鸡市工业和信息化局编制《宝鸡市九大产业集群配套指南》中即包含“太阳能光伏产业集群配套”，将依托陕西长岭光伏电气有限公司和陕西凌云蓄电池有限责任公司等5家龙头企业和109家配套企业，计划“做大做强宝鸡市光伏产业链，把宝鸡打造成陕西太阳能光伏应用系统制造重点地区。”2016年，宝鸡市政府发布《宝鸡市“十三五”科技创新驱动发展战略规划》（宝政办发〔2016〕39号），将太阳能光伏等应用技术研究列为主攻方向，将“依托传统产业发展新能源产业，培育太阳能光伏、新能源汽车、物联网智能信息等技术，形成新的经济增长点”。宝鸡市下辖3区9县，总面积1.82万 km2，存在许多地处偏僻的贫困地区，光伏项目可在产业扶贫中发挥积极作用。宝鸡市太白县、千阳县、扶风县、麟游县、陇县都属于贫困县，随着光伏扶贫项目在农村地区的推进，宝鸡光伏产业在宝鸡市应该是大有可为的。2016年，中共宝鸡市委、市人民政府《关于打赢脱贫攻坚战的实施意见》中关于实施脱贫攻坚八大举措中提到，要“推进新兴产业发展，积极实施旅游扶贫、光伏扶贫、电商扶贫”，将光伏扶贫作为扶贫的重要方法。2017年8月，宝鸡市政府发布《宝鸡市产业发展规划》，瞄准国际国内新能源产业发展趋势，将光伏产业作为重点扶持产业，集中力量发展太阳能光伏应用系统，打造太阳能光伏产业链，将宝鸡建设成陕西省太阳能光伏应用系统制造基地及建设宝鸡光伏应用系统技术中心，并重点在光伏离/并网发电逆变器、控制器、光伏储能电池、光伏装备制造等关键领域的核心技术上取得突破，并占领相关领市场。

5 宝鸡市光伏项目的市场前景分析

新型能源产业是宝鸡市能源利用结构的薄弱环节[11]，就太阳能产业来说，截止2018年，宝鸡市分布式光伏发电项目总发电总容量为735.95 KW，市场远未饱和[12]。由于光伏项目的回收成本及利润率低于其它农业项目，且并网程序复杂，影响了农户建设的积极性。宝鸡市本地企业承建项目不足10%，后续服务体系还未建立，制约着宝鸡市光伏产业的发展。李超[13]等人认为应当大力发展太阳能光伏项目在农业中的应用，如针对宝鸡市68%的耕地都是旱地的情况而修建的2000余个集雨窖多在偏远山区，许多集雨窖因没有供电配套设施而没有发挥应有作用，可以考虑用太阳能光伏发电解决灌溉用电。其实，随着宝鸡市建设关天副中心特大城市步伐的加快，蔬菜基地建设持续快速发展，安装太阳能杀虫灯、光伏太阳能薄膜生态大棚，既实现能源自给，又能达到保护农村生态环境，减少食品安全事故的目的。此外，针对养殖基地提供能源供给，在养殖场屋顶建设光伏电站，为牲畜、养殖场所提供热量和电力，以确保顺利过冬。在光伏扶贫方面，应根据地区特征，将光伏与温室大棚、林业、畜牧业、渔业等结合起来，体现“光伏+”的经济性和可持续性，为农民增加收入。目前，宝鸡市千阳县围绕脱贫攻坚目标而大力发展光伏项目，现已成为全省政府注资建设规模最大的光伏扶贫县[14]。随着建设光伏发电系统的成本的持续下降，建设单位还可以积极地优化工艺和设计，有针对性地拓展工商业供电市场，为客户提供安全、持续、可靠的光伏供电方案。

结语

首先，本文从影响光伏发电的两个主要自然因素，即从太阳辐照量和温度方面分析了在陕西省宝鸡市发展太阳能光伏产业的利弊。虽然宝鸡市的太阳能资源不丰富，但由于平均气温较低、日常时间较长的原因，在宝鸡市开展太阳能项目比其它的处于相同太阳辐照水平的低纬度及同纬度城市要有利得多。其次，通过对宝鸡本地的太阳能市场分析，可考虑将光伏与农、林、牧、渔等结合起来，开展光伏扶贫项目和针对工商业供电的分布式项目。再次，更为重要是依靠宝鸡市政府大力发展太阳能产业的契机和本地区的现有基础，发展光伏产业核心技术，打造光伏应用系统技术中心、形成光伏产业关键设备及零部件的制造基地，利用宝鸡市紧靠西北、华北及西南等太阳能资源极为丰富的地区的优势，将宝鸡市的光伏技术及产品推向这一广阔市场。