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光伏是可再生能源发展最活跃的领域之一。 2022年，光伏总装机容量大幅突破1000吉瓦。 一年前，太阳能光伏发电在全球所有来源发电中的份额达到3.8%。 十年前，这简直令人难以置信，因为当时这个比例还不到百分之一。 过去三年，光伏发电量增长自信超过20%。 现在，IEA 之前看似不切实际的预测[1]：到 2050 年光伏发电年均发电量将达到 6000 太瓦时，但现在看来相当现实。 如今，拥有容量超过 1 吉瓦的巨型光伏电站，任何人都不会感到惊讶。 而且，他们的数量还在不断增长。 当然，这距离中国最大的水电站——中国三峡大坝的22.5吉瓦的装机容量还有很大差距； 然而，这已经与大多数现有核电厂或火电厂相当。

一些重要的光伏状态指示器如下图所示。 世界各国发电量数据取自美国能源信息管理局（EIA）[2]。 不幸的是，目前还没有 2022 年太阳能发电的详细信息，因此我们使用了上一年的数据。 此外，我们还使用了国际可再生能源机构（IRENA）[3]的统计数据，该机构专门负责可再生能源数据的收集和分析。

太阳能光伏发电主要指标



并非所有计算结果都一致，因为有时不同来源的统计数据存在显着差异。 因此，例如，在计算具体指标时，我们仅限于选择所有来源的年发电量至少为3太瓦时的国家，并且仅根据EIA的数据[2]。 但总体而言，这并没有改变行业现状的整体面貌。 众所周知，光伏发电的绝对领先者是中国，这是无可争议的。 IRENA 数据[3]证实了这一事实。 中国是光伏装机容量最多、发电量最大的国家。 中国在这个市场的份额明显超过30%。 第二名和第三名仍然被美国和日本牢牢占据。 此外，前十个国家的发电量和装机容量数据也存在较大差异。 这是由于太阳辐射的地域条件、太阳能站的技术设备水平（跟踪器的可用性、及时维护、所使用的光伏电池板的效率等）以及与当地电网相互作用的性质造成的。


              
至于具体的特征，很少被提及，在这里一切看起来完全不同。 首先，这是指太阳能光伏发电量占全国总发电量的百分比。 全球数十个国家的太阳能光伏发电比例较高，全球平均水平为3.8%。 其中包括一些世界上最大的国家——印度、中国、美国、日本、德国和意大利。 也门、萨尔瓦多、约旦、智利和澳大利亚等国家跻身该指标前十名并不令人意外。 这些地区或许拥有最好的太阳活动指标。 此外，对于其中一些国家来说，光伏发电是最可行的电力获取形式，特别是对于个体家庭而言。



然而，排名前十的国家，如匈牙利，尤其是荷兰，其太阳辐射的自然条件要温和得多，值得尊重。 紧随前十名的领先者是德国（光伏份额 - 9%）、日本（9.3%）、意大利（9.1%）和西班牙（10%）等大型太阳能生产国。 让我们再次回顾一下，这些计算是根据 EIA 数据进行的 [2]。 根据其他消息来源，这些值可能要高得多。 太阳能光伏发电绝对指标的领先者在转向具体指标时表现出更加克制的特征。 对于中国、印度、美国、韩国来说，光伏发电占发电总量的份额在3.9%至4.2%之间。 如果对中国和印度来说，这很容易用庞大的人口和使用煤炭发电的悠久传统来解释，那么美国和韩国显然还有其他更具竞争力的电力生产选择。



Guadarranque solar power plant, San Roque, Cádiz, Spain 13.6 MW. Aenert photos

与其他可再生能源领域一样，光伏发电旨在减少消费者对化石燃料的依赖。 尽管发电行业在过去十年中取得了重大进展，可再生能源（不包括水力发电）的份额从 2012 年的 5% 增加到 2021 年的 13% 以上，但热力和运输燃料消耗的情况要温和得多 。 因此，如果比较同期化石燃料在全球一次能源生产中所占份额的变化，一般不会那么显着。 2021年，化石燃料的份额为83.3%，而2012年为86%； 可再生能源的比重分别为12%和9.25%。

因此，过去十年光伏装机容量增加了十多倍，风力涡轮机装机容量增加了五倍，但并没有导致化石燃料消耗的显着减少。 这是由于两个主要因素。 首先，全球一次能源消费大幅增长。 2012 年至 2021 年间，这一增长量达到 11% 或 61.22 Btu，其中一半以上 - 57.5% (35.2 Btu) 由化石燃料提供，36.5% (22.5 Btu) 来自所有可再生能源。 在此期间，全球发电量增长更为显着，超过 25%，即 55,500 亿千瓦时（其中来自化石燃料 - 38.5%，即 21,380 亿千瓦时，来自可再生能源（不含水力发电），占 44.6%，即 24,760 亿千瓦时） 千瓦时，由于光伏发电 – 16.8% 或 9320 亿千瓦时）。

这些与可再生能源相关的数字当然令人印象深刻，因为世界能源产量的增长很大程度上是由可再生能源提供的。 不过，让我们再次提醒大家，化石燃料在一次能源总产量中的占比仍然很高，截至2021年已超过83%。换句话说，迄今为止新实施的可再生能源产能可以满足： 最多只能满足新能源需求的一半左右。 因此，目前可再生能源的粗放式发展路径，无法提供能源消费结构变化所需的动力。 显然，向集约化开发方法的额外过渡是必要的。

另外，这里需要提到这个过程的第二个原因——能源生产的效率。 现代商业太阳能电池板能够发电，效率高达 22-25%。 然而，事实上，这只能在中午和太阳辐射值最佳的地区实现。 事实上，太阳辐射水平从中午的最大值到晚上的零不等。 云量增加、太阳能电池板固定方向、表面污染、过热、接收网络运行故障或限制、维护停止等都会导致发电量显着减少。 因此，根据各种估计，2021年光伏发电的全球平均计算容量系数为13.4-13.9%。 当然，这不能与燃气发电相比，燃气发电的系数达到 80-85%，核电更是如此，最大容量系数估计超过 92%。 这也许是光伏发电的主要弱点。 对于邻近的使用光聚光器（聚光太阳能发电）和传统蒸汽发电机的太阳能部门来说，这个问题通过蓄热得到了很好的解决，可以实现高达80%的容量系数值。 对于光伏发电，目前只有两种真正的解决方案可供选择——创建组合电站，例如光伏发电和聚光太阳能发电，或者采用电池形式的储能系统。


Qinghai Golmud Power Plant: 100MW CSP Tower + 1000MW PV, Google Map

两者仍然很少使用。 但我们不应忘记，这些措施只是避免了太阳能发电高峰时段向外部网络的周期性电力传输和网络负载的调节。 它们不会提高太阳能电池板的实际运行效率。 这需要一套不同的措施——使用更高效的太阳能转换器（可能基于钙钛矿）、使用太阳能跟踪系统、优化太阳能电池板维护和其他技术创新。

如果我们考虑不同地区的容量系数值，那么首先我们应该注意到阿联酋，根据各种估计，该系数在 23.5% 到 29.4% 之间。 在排名前十的国家中，美国表现出色 - 20-21%。 2021 年的产能系数高于希腊的世界平均水平（超过 16%）、印度（超过 15%）、巴西（约 15%）。 对于北欧国家来说，由于自然原因，容量系数明显较低：德国在 10% 以内，荷兰为 8.8-10.6（IRENA 与 EIA）。 中国和日本的数值相似——分别为 12.7% 和 13.7%。
如上所述，全球已建成多座容量超过1吉瓦的太阳能光伏电站。 以下是截至 2023 年 11 月这些电台的列表。

光伏太阳能发电园区 1.000 GW、GW

Gonghe Photovoltaic Project (Qinghai, China), 3.182
Bhadla Solar Park (Rajasthan, India) 2.245
Pavagada Solar Park (Karnataka, India), 2.050
Al Dhafra Solar PV (UAE), 2.000
Mohammed Bin Rashid Al Maktoum Solar Park (UAE), 1.927
Benban Solar Park (Benban, Egypt), 1.650
Tengger Desert Solar Park (Zhongwei, Ningxia, China), 1.547
Kalyon Karapınar Solar Power Plant (Turkey), 1.350
NP Kunta (Andhra Pradesh, India), 1.200
Noor Abu Dhabi (Sweihan, UAE), 1.177
Jichuan Solar Park (China), 1.030
Danangouxiang Solar Park (China), 1.020
Kurnool Ultra Mega Solar Park
(Andhra Pradesh, India), 1.000
Datong Solar Power Top Runner Base (Datong City, China), 1.000

世界上只有五个国家取得了这一成果。 此列表中的大多数电台都位于中国 - 5 个、印度 4 个、阿联酋 3 个、土耳其和埃及各 1 个。 还有几个车站正在建设中。 大多数这些站位于太阳辐射和日照时间较高的地区。

光伏发电正在快速发展。 在各种容量的光伏发电电源的生产和运营中积累了宝贵的经验。 尽管如此，现在谈论实现可再生能源，特别是光伏发电的主要目标，即大规模减少化石燃料消耗，还为时过早。 未来还有很多工作要做。 光伏当前的主要任务是提高太阳能光伏组件的效率和提高容量系数。 这些任务当然并不简单，但它们是可以解决的。

^[1] Technology Roadmap Solar Photovoltaic Energy 2014 (PDF) / © OECD / IEA 2020, IEA Publishing, Licence: www.iea.org/t&c / International Energy Agency / www.iea.org/publications/freepublications/publication/TechnologyRoadmapSolarPhotovoltaicEnergy_2014edition.pdf
^[2] U.S. Energy Information Administration/ International Energy Statistic/ Nov.2023/ https://www.eia.gov/international/data/world
^[3] International Renewable Energy Agency/ Renewable energy statistics 2023/ https://www.irena.org/Publications/2023/Jul/Renewable-energy-statistics-2023

编委会