在“碳达峰、碳中和”的双碳目标前景下，新能源的开发和利用引起了前所未有的关注。其中，地面太阳光伏发电是一种高效而且经济的新能源技术。近十几年来，不少发展中国家大力推进和发展光伏发电技术，光伏发电系统装机量持续攀升。由于太阳辐射在穿过大气传输到地面的过程中会受到大气成分的削弱影响，而且这种削弱作用会随着时间和地点的不同而发生显著变化。云和气溶胶则是引起这种显著削弱作用差异的最主要因素，对于准确估计地面太阳光伏发电能力具有重要意义。但是当前对此的认识仍存在较大的不确定性，尤其是定量云和气溶胶对光伏发电潜力的影响的研究仍然比较匮乏。
我实验室海洋-陆地-大气相互作用与全球效应创新团队利用2003-2019年卫星观测反演计算的多种场景（全天、晴空、全天无气溶胶等）的地表向下太阳辐照度数据，结合pvlib-python光伏发电模拟系统，分析了中国南部和印度北部这两个纬度范围和海拔高度相近、人口密度均较大、空气污染均较为显著的地区存在光伏发电潜力巨大差异的原因。光伏发电潜力在这里用光伏面板辐照度（POAI）进行表征。图1展示了中国南部和印度北部多年平均的POAI的空间分布和年变化。结果显示印度北部的POAI明显大于中国南部，而且两地的POAI的年变化截然不同。
图1 中国南部（SC）（a）和印度北部（NI）（b）2003-2019年平均的POAI的空间分布和年变化（c）。单位：KWh/m2/d。
通过分离气溶胶和云的影响，结果表明中国南部和印度北部的气溶胶和云对POAI的削弱作用差异显著。如图2所示，中国南部的云效应为气溶胶效应的三倍，而印度北部云和气溶胶效应基本相当。进一步的分析发现，中国南部在每个季节都具有比印度北部更高的云量和更大的云光学厚度，并且中国南部的云属性的日变化比印度北部更为剧烈，因此加剧了两地的云效应的差异。本研究还发现尽管中国南部的气溶胶光学厚度要大于印度北部，前者的气溶胶对POAI的削弱效应则要小于后者。由MERRA-2再分析数据提供的证据表明两地气溶胶成分的差异可能是导致这一反差现象的主要原因。
图2 气溶胶（a、b）和云（c、d）对POAI的削弱作用占全天状态下总的POAI的百分比，以及云效应与气溶胶效应之差（e、f）。图中括弧内的值的单位为KWh/m2/d。
研究成果于2022年11月在Springer Nature旗下期刊Scientific Reports上发表，题目为“Diverse cloud and aerosol impacts on solar photovoltaic potential in southern China and northern India”。中山大学大气科学学院硕士生杨江艳为文章的第一作者，创新团队骨干成员伊炳祺副教授为文章的通讯作者。
该研究得到了国家自然科学基金面上项目、南方海洋实验室创新团队建设科研经费、广东省自然科学基金面上项目、广东省“珠江人才”计划青年拔尖人才项目等的支持。
原文链接:https://www.nature.com/articles/s41598-022-24208-3
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