空气污染作祟损害太阳能发电效率 潜在损失每年或高达数十亿美元

Ian Marius Peters现在是麻省理工学院(MIT)的研究科学家，于2013年在新加坡从事太阳能研究工作，当时他遭遇了非常严重的污染云。彼时这座城市突然被一团浓厚的雾霾笼罩，从街道的一边看不见街对面的建筑，空气中弥漫着燃烧的刺鼻气味。这场由印尼森林大火引发、并受罕见风力模式的推动加剧了空气污染，使得该现象持续了两周。这很快就导致商店里的口罩遭市民们哄抢，因为口罩可以帮助市民们在呼吸时过滤掉一些污染物。

当其他人在讨论严重的空气污染对公共健康造成的影响时，Peters的同事Andre Nobre(来自Cleantech Energy Corp.，同样也从事太阳能研究工作)想知道，这些雾霾会对该地区太阳能电池板的发电量产生什么影响。这导致了一个长达数年的项目，试图量化城市太阳能设施受雾霾影响的程度。而雾霾往往集中在人口密集的城市。

现在，这项研究的结果刚刚发表在《能源与环境科学》(Energy & Environmental Science)杂志上，研究结果表明，这些影响的确是巨大的。在某些情况下，这可能意味着成功安装的太阳能发电设备实际发电与最终未能达到预期生产水平的差异--并有可能出现营运亏损的情况。

在最初收集了到达地面的太阳辐射数据以及利用其他仪器测量了空气中颗粒物的数量后，Peters 曾与麻省理工学院机械工程的副教授Buonassisi以及其他三人一起合作，找到了一种方法来计算在到达太阳能电池板之前被雾霾吸收或散射的太阳量。要找到必要的数据来确定被吸收的太阳量，被证明是非常困难的。

最终，他们在印度德里收集了数据，提供了两年内日照和污染的测量数据，并证实了太阳能电池板发电量的显著下降。但与新加坡不同的是，他们发现“在德里，这是常态”。没有一天是没有污染的。在那里，他们发现太阳能电池板发电量的年平均衰减水平大约是12%。

虽然这听起来量不大，但Peters指出它大于某些太阳能装置的利润空间，因此可能足以让一个成功的项目和一个失败的项目之间产生差异--不仅影响该项目,但也可能产生连锁反应,阻止其他人投资太阳能项目。如果一个装置的大小是基于到达该地区地面的预期日照水平，而不考虑雾霾的影响，那么它将达不到预期的产量和收入。

Peters说:“当你在做项目规划时，如果你没有考虑到空气污染，实际项目规模会缩小，你的投资回报率就会得到错误的估计。”

在对德里的详细研究之后，研究小组对世界上其他16个城市的初步数据进行了分析，发现影响程度从新加坡的2%到北京、达喀尔、乌兰巴托和加尔各答的9%以上不等。此外，他们还观察了不同类型的太阳能电池——砷化镓、碲化镉和钙钛矿——如何受到雾霾的影响，因为它们的光谱响应不同。与他们最初研究的标准硅板相比，这些材料受到的影响更大，其中最有前途的新型太阳能电池材料钙钛矿受到的影响最大(在德里衰减超过17%)。

世界上许多国家都在努力增加城市太阳能电池板的安装，印度计划在屋顶安装400千兆瓦太阳能电池板，而中国已经有22千兆瓦。其中大部分在城市地区。因此，研究人员说，这些减产的影响可能相当严重。

研究小组估计，仅在德里，每年发电造成的收入损失就可能高达2000万美元;加尔各答约为1600万美元;北京和上海的每年约为1000万美元。计划在洛杉矶安装的太阳能设备可能会损失600万到900万美元。

他们预计，总的来说，潜在的损失“每年可能高达数亿美元，甚至数十亿美元”。他们说，如果由于没有考虑到雾霾而导致系统设计不足，这也可能影响整个系统的可靠性。

Peters说，与减少空气污染水平相关的主要健康益处应该足以激励各国采取有力措施，但这项研究“希望是另一项小发现，表明我们确实应该改善城市空气质量，并强调这真的很重要。”

研究团队还包括新加坡Cleantech Energy Corp.的S. Karthik和新加坡国立大学的Haohui l。这项工作得到了新加坡国家研究基金会、新加坡-麻省理工研究与技术联盟以及美国能源部和国家科学基金会的支持。