42℃!北方多地高温破纪录,光伏发电会起飞吗?
数据来源: 光伏观察
发布时间:2024-06-17

端午小长假以来,受高压脊和暖气团东移发展影响,我国京津冀、河南、山东及苏皖北部等地高温迅速发展。

目前,这轮大范围的高温天气还在持续“炙烤”着北方大地。6月12日,高温陆续达到本轮过程巅峰,北方40℃以上强高温范围进一步扩大南压,河北中南部、河南北部等多地打败吐鲁番成为全国最热的地方。当天14时左右,全国气温排行榜前十位,6位来自于河北,其中任县登上排行榜首位,气温达到41.5℃。

截止6月12日,北方地区已有石家庄、天津、郑州三个省会级城市在今年冲破40℃高温,而南方仅有海口打卡过“40℃”。因此有网友调侃道:“打败北方人的不是天真,是天真热!”

过去5天里,40℃以上国家级气象站呈现爆发式增长,且接连打破历史纪录。11日,33个国家级气象站打破当地6月中旬纪录,4个国家级气象站打破当地6月最高纪录,河北安国(42.3℃)追平当地观测史最高纪录;12日,28个国家级气象站打破当地6月中旬最高气温纪录,山西汾阳(40.2℃)打破当地观测史最高纪录,也是首次冲上40℃;13日截至15时,陕西关中平原、山西南部、河北南部、河南北部、山东西部等大片区域气温超过40℃,山西冀城以40.1℃突破当地6月中旬历史极值。

图说:全国高温落区预报图(6月13日08时-20时)

来源:中央气象台

据了解,本轮高温过程与往常不同的特点表现在:地温高、强度大、持续时间长。山西、陕西、河南、河北和山东等地午后地表温度可能超60℃,局地甚至可超70℃,甚至有可能体验热到烫脚的感觉。

而且高温不仅连续多日不断,一天中高温的持续时间也可能达到8小时甚至10小时以上。河北南部、河南北部、山东部分地区高温甚至从10点前后就开始,到了晚上19至20点才陆续结束,简直就是高温陪着上下班的节奏。

“没有最热,只有更热”,随着中央气象台高温预警持续拉响,网友都在纳闷儿:今年怎么热得这么早、这么猛?

图说:全国地表温度排行榜

来源:中国天气

中央气象台首席预报员符娇兰介绍,近期华北、黄淮等地受高压脊天气系统控制,天空云量较少,在晴空辐射和下沉增温的共同作用下,促进了高温发展。本轮高温天气是北方地区今年以来影响范围最广、强度最强的高温过程。

“全球变暖的大背景和大气环流的异常,是造成高温天气的直接影响因素,对我国来说也是如此。”国家气候中心首席预报员郑志海介绍,今年夏季,我国的高温天气出现相对较早,高温天气过程比较多。

不仅是我国,在气候变化的推波助澜下,全球各类极端事件正在频繁发生。南亚,一股严酷的热浪刚刚以创纪录的高温席卷印度,导致庄稼枯萎、人员死亡;从亚洲的新德里,到非洲的巴马科,再到美洲的墨西哥城和拉斯维加斯,多座城市酷热难耐。

当地时间6月5日,欧盟哥白尼气候变化服务中心发布报告指出,2024年5月是有历史记载以来最热的5月。这标志着全球平均水平气温已连续12个月打破相应月份的历史最高温纪录。

图说:过去12个月全球多地遭遇极端高温热浪

来源:国家气象信息中心

在全球变暖大背景下,高温热浪之类极端天气事件越来越频发,使得电力负荷屡创新高。因此,人们不禁联想,高温能否提高太阳能的发电效率,生产更多电能供大家使用呢?

但非常抱歉,你可能想多了。

太阳能光伏组件利用太阳辐射进行发电,即“光—电”直接转换是主流太阳能发电的原理。另一种“光—热—电”转换的光热发电,则在市场占比很少。

对于“光—电”转换,本质上是利用光照射半导体产生的光伏效应,具体来说,就是通过将太阳光照射到P型半导体和N型半导体接触形成的PN结上,PN结吸收光子的能量后,激发电子和空穴(向相反方向移动),从而出现异号电荷积累形成正负两极,产生电压。

光伏发电效率与太阳辐射能量有直接关系,更多的光能确实能产生更多的电能,但高温不等于更多的光能,过高的温度还可能导致发电效率降低。

图说:不同温度下电流电压曲线示意图

来源:greensarawak

事实上,光伏电站最佳发电温度在23℃~24℃。在气温20℃时,组件正常工作温度在45℃左右;极端高温条件下,组件温度可高达85℃,其内部电池的工作温度可能更高。中国气象局公共气象服务中心风能太阳能中心科学主任、中国气象局首席气象服务专家申彦波在接受采访时表示:“光伏组件本身存在负温度效应。实验室标准温度为25℃,光伏发电板温度每上升1℃,光电转换效率将会下降0.4%。”

具体来看,光伏组件一般有三个温度系数:开路电压、峰值功率、短路电流。当温度升高时辐照情况相同,光伏组件的输出功率会下降,若组件的峰值功率温度系数为-0.36%/℃,则温度每升高1℃,光伏电站的发电量会降低0.36%左右。

图说:光伏组件温度特性和极限参数

来源:国际太阳能光伏网

另外,开路电压会随温度的升高而大幅下降,导致工作点的严重偏移,影响组件性能,在实际的研究案例表明,组件在温度20℃左右的时候其输出功率要比在70℃的时候要高。即光伏电站的安装地光照条件一般,但年均温度相对较低,则发电量可能远高于光照较强地区。

图说:光伏逆变器内部结构

来源:龙瑞新能源

在光伏系统中,光伏组件怕热,同样逆变器也怕热。逆变器为电力电子设备,由多种电子元器件组成,工作时主要零部件会产生热量,并向外散热,若环境温度过高,会影响逆变器散热效率,导致元器件性能下降,进而影响逆变器的整机寿命。

除此之外,高温还会产生热斑效应和PID效应等影响。

热斑效应是指指串联支路中部分组件因某些原因被“遮蔽”,不仅无法产生电量,还会被当做负载消耗其他支路产生的能量。

一旦出现高温天,局部温度过高的情况就会被加剧,强化热斑效应,直接导致组件电池板老化、损坏的情况。而光伏电站的热斑效应会直接导致光伏组件使用寿命缩短30%,长此以往可能会造成组件失效。

与此同时,在高温高湿条件下,光伏组件还易出现PID效应(又称“电势诱导衰减”),最终导致组件性能衰减。由于高温天气往往也伴随着潮湿,因此空气中的大量水蒸气,会通过封边硅胶或背板进入组件内部,从而导致组件内部大量电荷聚集在电池片表面,造成性能严重下降。

图说:某光伏电站月度发电量分布

来源:伏特佳光伏新能源

因此,光伏发电的最佳温度在25℃,温度太高反而影响发电。实际案例中的数据也显示,在一年的发电量参数中,5、6月份发电量最高,7、8月开始逐月下降。夏季七八月的降水天气多,云内辐射影响大,加之光伏发电板需呈倾斜状接收太阳辐射,所以相比太阳辐射能量强的夏季,5、6月左右的光伏发电效果反而最佳。

不过,除了易受高温影响的光伏发电,我们还有光热发电,其原理是通过反射镜将太阳光汇聚到太阳能收集装置,利用太阳能加热收集装置内的传热介质(液体或气体),再加热水形成蒸汽带动或者直接带动发电机发电。

图说:亚洲首座热熔盐塔式光热电站

来源:中国甘肃网

通过储能系统,光热电站还可以先将有太阳时的热能收集起来,在光线不足时再调用,实现24小时发电。不过,光热发电对光照、占地面积要求更高,不是一种适合小型化的技术路线,此外建设成本也较高。

全球变暖使得之前比较罕见的极端高温越来越常见,全球已经普遍进入到高温40℃以上的新常态中。是时候准备好应对一个40℃极端高温的世界了,而光热发电或许会更有优势?

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