影响光伏电站选址布局的因素分析

    李付林

    摘 要：在我国当前经济转型期，发展光伏发电是转变经济增长方式的有效手段之一，有助于经济由高碳经济型向低碳经济型转变。光伏电站选址布局是开展光伏项目的首项工作，对光伏项目整体成败有着重要影响。对影响光伏电站布局的因素进行深入研究，从太阳能光伏资源、气象因素、自然资源及环境因素、行业保障因素和社会经济因素五个方面，详细探讨影响光伏电站选址决策的关键因素，为构建科学光伏电站选址决策系统提供支撑，为政府和企业在太阳能光伏电站选址规划方面提供参考，以期更加有效地利用太阳能促进经济绿色发展。

    关键词：光伏电站;选址布局;影响因素

    中图分类号：X382 ? ? ? ?文献标志码：A ? ? ?文章编号：1673-291X（2019）36-0021-02

    我国能源消费结构持续优化，2018年光伏装机量达到了1.7亿千瓦，位居世界第一位，在光伏装机蓬勃发展的同时，光伏电站选址是光伏电站建设的首项工作，选址决策需要综合考虑各方面因素。选址决策即为科学地论证光伏电站项目的必要性和可行性，并制定有效实施方案。选址决策的质量直接关系到光伏电站的经济效益，合理的选址决策能够节约建设成本，降低项目风险，提高项目的经济效益;而不科学的选址决策不仅会导致盲目投资、项目投资失败，甚至对自然环境带来不可逆损伤。因此，科学的选址决策研究对光伏电站项目影响巨大，进行科学布局选址，需首先全面考虑其各方面影响因素。

    影响光伏电站布局选址的因素主要有五大方面：太阳能资源状况、气象因素、自然资源及环境因素、行业保障因素以及社会经济因素。本文重点从上述五个方面来探讨影响光伏电站选址布局的因素，分析了每类因素对光伏电站选址决策的影响原理、机制以及影响程度。

    一、太阳能资源状况

    对太阳能辐射資源进行评估是太阳能光伏电站建设的一项重要基础工作。太阳能辐射资源的质量主要是通过太阳能总辐射、日照小时数、地理纬度等主要参数来进行反应和评估，而太阳能辐射资源情况对光伏电站的发电量有着直接影响。

    （一）太阳能辐射资源情况

    1.太阳能总辐射量。影响光伏发电量的直接因素为其接收到的太阳能总辐射量。太阳能总辐射量即为太阳直接辐射和大气散射的加总。到达光伏阵列上的太阳能总辐射量受太阳高度角、云量状况、海拔高度，以及大气透明度等因素影响。其中，太阳高度角是太阳光的入射方向和地平面之间的夹角，太阳高度角为90°时，太阳高，太阳辐射强度最大;反之，当太阳斜射地面时，太阳高度角小，太阳低，太阳辐射强度就小。

    2.直接辐射。太阳能总辐射中，直射辐射对光伏阵列产生电能的贡献最大，太阳辐射穿过大气层被吸收一部分，剩余部分直接到达地表，这一部分即为直接辐射，光伏阵列的倾角固定时，在既定光电转换效率下，光伏阵列上接收到的太阳能辐射量越大，其产生的电能也就越多。直接辐射是太阳能辐射总量中的主要部分，因此直接辐射对光伏阵列发电量有着直接影响。

    3.日照时数。日照时数是太阳实际照射地面的小时数，日照时数具体定义为太阳一日内在垂直于其光线的平面上的辐射强度超过或等于120MJ/m2的时间长度。日照时数影响了光伏阵列在一天内能接收到的太阳能辐射总量，日照时数越多，光伏阵列能接收到的太阳能辐射总量则越多，产生的电能随之增多。

    （二）太阳能质量评估

    一般而言，使用以下两个纬度对太阳能质量进行评估：太阳能丰富程度和太阳能稳定程度。

    1.太阳能丰富程度。可依据GB/T31155-2014《太阳能资源等级总辐射》中对太阳能资源丰富程度的评估标准进行评估，一个地区的年辐射总量大于3 780MJ/m2，且年日照时数大于2 000h，则属于Ⅲ类及以上太阳能资源区，在我国Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类资源区属于开发利用太阳能资源的重点区域，这类地区占我国总面积4/5以上。而Ⅳ类地区的太阳能资源较差，特定情况下也有一定的利用价值。

    2.太阳能稳定程度。一年中总辐射年变化的稳定度可用各月总辐射量（月平均日辐射量）的最小值与最大值的比值来表征，其数值介于0—1之间，越接近1越稳定。

    二、气象因素

    地表接收的太阳辐射受经度、维度、海拔、季节、气候、空气质量、环境等因素影响，存在较大差别。在太阳辐射由高层大气向地球表面传递的过程中，经由大气层的吸收和散射，太阳辐射会减弱，其衰减程度与多种因素有关（云量、云状、云厚、水汽、气溶胶、相对湿度、风速、风向、气温等），因此地表辐照度小于该地对应的地外辐照度（徐振兴等，2016）。因此，光伏发电具有明显的日变化、季节变化，以及不连续性和不确定性，受气象因素影响明显。其中，与光伏发电联系紧密的最主要的影响因素为云层情况、温度和相对湿度。

    第一，云层。云对太阳辐射有两方面的影响：一方面，云会减小直接辐射，云层和较大颗粒的尘埃能将太阳辐射中的一部分能量反射回大气外空间，其中云的反射起主要作用。当太阳辐射遇到云层时，部分或大部分被反射。云的反射率随云的形状和厚度而变化，云越厚，反射率越强。另一方面，云会增大散射辐射。由于一般情况下直接辐射在总辐射中所占的比例较大，所以云对太阳辐射总的作用是总辐射随云量的增多而减小。

    第二，温度。光伏组件发电量与环境温度密切相关。这种影响主要来自以下两个方面：首先，光伏组件的温度随环境温度的升高而升高，开路电压降低。当温度在20℃～100℃之间升高时，温度每升高1℃，电压降低约2mV，但同时电流约增加0.1mA。其次，温度达到25℃以上后，对于多数晶体硅电池板，温度每上升1℃，电池板的输出功率要下降0.33%～0.4%。也就是说，温度每升高1℃，则光伏发电量近似减少0.35%。因此，项目地若出现温度过高的天气，会影响整个电站的发电效率。

    第三，相对湿度。相对湿度对光伏发电量存在负向影响。在相同的季节和天气类型下，太阳能电池组件温度与环境温度一致时，相对湿度增大，光伏电站发电量会随之减小。其原因有二：首先，由于相对湿度增大，大气中的光衰减强度增大;其次，由于相对湿度会影响光伏组件的热传导效应，使其散热能力降低。这两个因素的直接后果将导致光伏组件的光强降低和温度升高，从而影响光伏发电。

    三、自然资源及环境因素

    第一，地理纬度。地理纬度的高度会影响太阳高度角，进而影响太阳辐射强度。当太阳高度角为90°时，此时太阳辐射强度最大;当太阳斜射地面时，太阳辐射强度就小。太阳高度角随着太阳赤纬、地理纬度和地方时的变化而变化。一般而言，纬度越高其太阳高度角就越小，反之纬度越低太阳高度角就越大。同时，太阳高度角越大，太阳辐射强度越大，反之太阳高度角越小，太阳辐射强度就越弱。

    第二，地形地貌。地形地貌因素主要对光伏发电项目的前期建设以及后期运营维护产生较大影响。一般而言，光伏阵列占地面积巨大，光伏发电站应尽量选择开阔且平整的地区，这既有利于大规模发展，又有利于光伏组件设备的运输、安装和维护，降低工程施工难度，控制工程的投资成本。

    第三，地质构造。地质构造是工程施工需考虑的最基本的地质因素，地层的岩性包括其成因、产状、风化特征、成岩特征、变质程度、软弱夹层和接触带等性质。地质构造包括褶皱、断层和节理的分布、特征等。准确测量评估地质构造，并根据情况制定施工方案，有助于保证光伏电站的安全性和稳定性。

    第四，地表情况。地表情况主要包括滑坡、风沙、泥石流、河流侵蚀和沉积等，与光伏电站施工区的地形、气候、构造、地下水和地表水等密切相关，对评价施工区的稳定性具有重要意义，同样不可忽视。

    第五，土地性质。光伏电站用地有着明确的要求，必须属于国家允许建设的光伏电站用地，且产权清晰，土地出让价格较低（或国有未用地，无地租），土地性质决定了项目能否开工。根据国家有关政策，光伏发电用地不得占用农用地，禁止以任何方式占用永久性基本农田，可使用未利用地，严禁在国家有关法律、法规和計划明确禁止的区域内进行施工。因此，在光伏电站选址布局时应首先在国土局和林业部门明确用地范围。

    四、行业保障因素

    第一，接入电网因素。一是接入距离。光伏电站选址要考虑成入网接入距离，应尽量靠近电网，尽量缩短输电线路，减少对输电工程的投资，降低电能输送损耗。光伏电站一般位于相对偏远的地区。接入距离直接影响传输成本，距离越长则成本越高，接入距离一般不超过10公里，否则会增加施工成本。第二，接入条件。光伏电站项目的电力输送工程的建设投资应由项目所在地的省级电网企业负责。上输电线路以及配套的汇集站是由当地省级电网企业负责的，这部分成本不得由光伏项目投资企业来承担，因此进行光伏电站项目选址时还需考察当地配套的接入条件。第三，接入难度。光伏电站到接入电网之间的地形复杂性将影响光伏发电并网接入难度。如果此段地形较为平坦，利于建材运输以及施工安装，则接入难度较小，接入成本较低。反之，如果此段地势变化剧烈，地形复杂，则接入难度就会变大，并相应增加接入成本，从而影响整体光伏发电项目成本。

    第二，电网容量。光伏发电项目选址需考虑当地电网的现有容量、可容纳光伏发电的最大容量，以及光伏电站的并网规模是否匹配等问题。上网稳定性也是光伏电站建设中应当考虑的问题，由于光伏电站输出电能质量受太阳光照影响，输出具有波动性，这会对电网造成冲击，影响电网的系统频率和负荷潮流，因此应考虑电网容量和稳定性。

    第三，上网电价。从投入产出角度分析，上网电价是产出端的重要参数，在电能产量既定情况下，电价提高即增加了光伏电站的产出，上网电价作为光伏发电项目收益的直接影响因素，是投资者普遍关注的重要问题，上网电价的高低直接关系到光伏发电项目的效益，决定着项目的盈利程度。一般情况下，拟建区域的基准上网价格是固定的，而当地的电价补贴、税收优惠和招标制度（如竞价上网）间接影响了上网价格。项目补贴和税收优惠越多，相当于上网电价隐性升高，而项目实施竞价上网招标则会间接降低上网电价。因此，电价因素受政策影响较大，光伏发电项目选址应尽可能选择当地电价政策对光伏电站投资有利的地区，选址决策阶段应该充分了解各地的电价以及相关政策，以保证项目收益。

    第四，道路交通条件。光伏发电项目选址需考虑基本的交通保障，交通条件便利，有利于降低光伏电站的工程建设成本。通常而言，项目所在地位于郊区或荒山，交通条件较差，而电站建设过程中需要运输大量设备，因此，如果选址布局未考虑到拟建地周边道路交通条件，现有道路无法满足运输条件，将增加建设成本进而影响项目收益。

    五、社会经济因素

    第一，经济发展程度。从供给需求角度来看，宏观经济运行形势影响当地产业发展。经济发展程度较高的地区，往往用电压力较大，对电力的需求普遍较高，光伏发电项目能够为现有发电系统做出补充，缓解用电压力，支撑经济稳步良好运行。同样，经济发展程度较高的地区，其对电力的需求量则越大，对光伏发电项目的开展运营会起到良性促进作用。

    第二，工业发达程度。不同产业对电力的需求存在一定差异。一般情况下，第二产业对电力的需求规模较大，而第一和第三产业对电力的需求相对较小（张冰，2015）。因此，一个地区电力需求跟第二产业的比重具有紧密的正相关关系。地区工业发达程度直接影响工业用电量，同时工业用电量更是大家判断经济形势的一个重要依据，工业越发达的地区，对电力的需求则越大，需求拉动供给。理论而言，光伏发电项目较为适宜在工业发达的地区开展，这不仅能为当地发达的工业提供电力支持，同时光伏电站的建设可以带动当地的经济增长和就业。

    第三，电量消纳能力。电力消纳水平是体现电力需求的直接指标，电力消纳规模大，意味着光伏电站建设具有较强的市场支撑力度。电力消纳能力主要包括城乡居民生活用电量和生产用电量。光伏发电系统并网，增加地区电量储备，为地区整体经济运行和居民生活发展提供电力补充，全社会用电量较多，电量消纳能力较强的地区有利于光伏发电项目的开展与可持续运营。

    参考文献：

    [1] ?徐振兴，石景晨，周平.大型并网光伏发电站选址分析[J].中国市场，2016，（4）.

    [2] ?吕立进.场地坡度对光伏电站选址影响分析[J].山西建筑，2017，（2）.

    [3] ?张冰.集中式地面并网光伏发电站选址因素分析[J].价值工程，2015，（29）.