中国沙漠化面积大约262万平方公里,影响生态与经济发展,传统治沙方式效率有限。我国对生态文明建设和全球气候治理高度负责,制定了“双碳”目标及多项可再生能源发展规划,大力鼓励将传统光伏发电与生态治理相结合,即打造“光伏+生态修复”创新模式。
一、光伏发电与光伏治沙的有机结合
光伏发电利用半导体材料的光电效应,将太阳能直接转换成电能。当太阳光照射到光伏电池表面,光子与半导体材料中的电子发生相互作用,产生电子·空穴对,进而形成电流。
光伏治沙是一种创新型的生态治理模式,它将绿色光伏发电与土地沙漠化治理相结合,通过在沙漠或沙化土地上安装光伏板,不仅可以有效利用太阳能发电,还能借助光伏板的遮阴效果减少地表水分的蒸发,改善局部小气候条件。这有助于促进植被的恢复和土壤的稳定。在生态修复方面,它能降低风速、固定沙土,逐步实现沙漠生态的恢复。光伏治沙体现了国家“生态优先、绿色发展”的先进理念,展现了生态保护与能源转型相结合的双赢潜力。
相关研究表明,光伏治沙有良好生态调控作用。光伏板覆盖区地表温度降低8℃-12℃,蒸发量减少30%-40%,有利于调节地表温度,保持水分。光伏板布局可使近地面风速降低50%-70%,风速衰减可有效抑制沙粒启动。有实验显示,3年周期内,光伏板下0-20cm土壤有机质含量提升0.3%-0.5%,含水率提高5%-8%,可显著改良土壤。未治理沙地植被覆盖率<5%,光伏治沙区3年后达15%-20%,人工补植后可达35%-50%,提高植被自然恢复率。因此,光伏阵列区植物种类可从3-5种增至12-15种,物种多样性明显改善。
二、光伏治沙技术创新
山东绿色能源投资有限公司(下称“山东绿能”)作为山东发展集团控股的省级新能源平台,依托“陇电入鲁”重大能源战略工程建设,服务山东、甘肃东西部协作和陇东革命老区绿色经济高质量发展,对接实施白银市景泰县光伏治沙光伏发电项目,助力国家黄河流域生态保护和高质量发展重大战略。
山东绿能联合济南大学科研团队,组建济南大学—山东绿色能源研究院,获批省级重点实验室,在光伏新材料新技术和光伏治沙领域持续寻求技术突破,开展创新研究。生态光伏耦合设计:提高组件安装离地高度,分区域调控透光率。水—能协同系统:研发用于光伏板的集水表面纳米涂层,并配套滴灌管网,实现“发电—集水—灌溉”闭环。沙区组件防护技术:研发低摩擦系数抗风沙涂层,延长光伏组件寿命。
三、景泰县光伏治沙项目实施必要性与价值
景泰县位于白银市西部,属于温带大陆性气候。景泰县气候干燥少雨,年均降水量约为150毫米。冬季寒冷,夏季炎热,昼夜温差显著。景泰县年均日照时数超过2800小时,太阳能资源极为丰富。由于靠近腾格里沙漠,景泰县面临严重土地沙化和荒漠化问题。
景泰县利用其丰富的太阳能资源,积极推动光伏治沙项目,在沙化土地上建设大规模光伏电站。景泰县2030年能源结构优化指标规划光伏发电占比达60%,煤电替代量80万吨标煤/年。通过光伏板的遮阴效应和水分保持作用,有效治理了土地沙化,促进了植被的恢复。同时,光伏电站的建设和运营,带动了当地相关产业的发展,也为当地居民提供了大量的就业机会,增加了经济收入。组建多支“光伏+生态”专业施工队,景泰县本地化用工率和组件制造本地化率大幅提高。开展光伏运维职业教育,机器人清洗路径优化算法使运维成本显著降低,培训牧民用无人机巡检,提升当地居民就业质量,教育扶贫见成效。同时,结合当地丰富的旅游资源,促进光伏生态旅游发展,拉动了区域经济。
四、技术协同创新在景泰项目中的应用
山东绿能与济南大学相关团队在甘肃景泰项目中实施了系列技术协同创新。针对甘肃地区海拔差异明显、温差较大、降水不均及地形多样等复杂气候条件,开展兼具高转换效率、低衰减性能和温度系数的HJT晶硅太阳电池及高可靠组件技术研究,建设了1MW异质结子电站实证研究项目。在相同条件下,对比HJT与TOPCon晶硅组件进行综合发电能力,形成性能参数及经济效益评估报告,录入相关行业的太阳能资源数据库,为企业光伏电站开发提供数据参考。
通过引入山东绿色能源投资有限公司的工程实践,甘肃白银景泰地区的光伏治沙光伏发电项目实现了光伏技术能级跃升与生态环境改善双赢。通过政策协同联动,可以实现省际生态补偿制度,为沙化区治理提供可参考经验。初步定量研究评估显示,东西部协同可使项目全生命周期综合效益有效提升。因此,这种“技术输出—资源互补—市场共享”的协同模式,标志着光伏治沙进入跨区域系统治理新阶段。
五、总结
光伏治沙与光伏发电的结合,不仅能够有效治理土地沙化,改善生态环境,还能通过光伏发电获得直接经济收入,促进区域经济发展。甘肃白银景泰县凭借其丰富的太阳能资源和独特的气候条件,通过政府支持、校企协同、技术创新和社会资本的参与,光伏治沙与光伏发电项目将发挥更大的经济社会效益,为我国西北地区乡村振兴及可持续发展提供有力支撑。
(作者单位:济南大学山东绿色能源研究院)
一、光伏发电与光伏治沙的有机结合
光伏发电利用半导体材料的光电效应,将太阳能直接转换成电能。当太阳光照射到光伏电池表面,光子与半导体材料中的电子发生相互作用,产生电子·空穴对,进而形成电流。
光伏治沙是一种创新型的生态治理模式,它将绿色光伏发电与土地沙漠化治理相结合,通过在沙漠或沙化土地上安装光伏板,不仅可以有效利用太阳能发电,还能借助光伏板的遮阴效果减少地表水分的蒸发,改善局部小气候条件。这有助于促进植被的恢复和土壤的稳定。在生态修复方面,它能降低风速、固定沙土,逐步实现沙漠生态的恢复。光伏治沙体现了国家“生态优先、绿色发展”的先进理念,展现了生态保护与能源转型相结合的双赢潜力。
相关研究表明,光伏治沙有良好生态调控作用。光伏板覆盖区地表温度降低8℃-12℃,蒸发量减少30%-40%,有利于调节地表温度,保持水分。光伏板布局可使近地面风速降低50%-70%,风速衰减可有效抑制沙粒启动。有实验显示,3年周期内,光伏板下0-20cm土壤有机质含量提升0.3%-0.5%,含水率提高5%-8%,可显著改良土壤。未治理沙地植被覆盖率<5%,光伏治沙区3年后达15%-20%,人工补植后可达35%-50%,提高植被自然恢复率。因此,光伏阵列区植物种类可从3-5种增至12-15种,物种多样性明显改善。
二、光伏治沙技术创新
山东绿色能源投资有限公司(下称“山东绿能”)作为山东发展集团控股的省级新能源平台,依托“陇电入鲁”重大能源战略工程建设,服务山东、甘肃东西部协作和陇东革命老区绿色经济高质量发展,对接实施白银市景泰县光伏治沙光伏发电项目,助力国家黄河流域生态保护和高质量发展重大战略。
山东绿能联合济南大学科研团队,组建济南大学—山东绿色能源研究院,获批省级重点实验室,在光伏新材料新技术和光伏治沙领域持续寻求技术突破,开展创新研究。生态光伏耦合设计:提高组件安装离地高度,分区域调控透光率。水—能协同系统:研发用于光伏板的集水表面纳米涂层,并配套滴灌管网,实现“发电—集水—灌溉”闭环。沙区组件防护技术:研发低摩擦系数抗风沙涂层,延长光伏组件寿命。
三、景泰县光伏治沙项目实施必要性与价值
景泰县位于白银市西部,属于温带大陆性气候。景泰县气候干燥少雨,年均降水量约为150毫米。冬季寒冷,夏季炎热,昼夜温差显著。景泰县年均日照时数超过2800小时,太阳能资源极为丰富。由于靠近腾格里沙漠,景泰县面临严重土地沙化和荒漠化问题。
景泰县利用其丰富的太阳能资源,积极推动光伏治沙项目,在沙化土地上建设大规模光伏电站。景泰县2030年能源结构优化指标规划光伏发电占比达60%,煤电替代量80万吨标煤/年。通过光伏板的遮阴效应和水分保持作用,有效治理了土地沙化,促进了植被的恢复。同时,光伏电站的建设和运营,带动了当地相关产业的发展,也为当地居民提供了大量的就业机会,增加了经济收入。组建多支“光伏+生态”专业施工队,景泰县本地化用工率和组件制造本地化率大幅提高。开展光伏运维职业教育,机器人清洗路径优化算法使运维成本显著降低,培训牧民用无人机巡检,提升当地居民就业质量,教育扶贫见成效。同时,结合当地丰富的旅游资源,促进光伏生态旅游发展,拉动了区域经济。
四、技术协同创新在景泰项目中的应用
山东绿能与济南大学相关团队在甘肃景泰项目中实施了系列技术协同创新。针对甘肃地区海拔差异明显、温差较大、降水不均及地形多样等复杂气候条件,开展兼具高转换效率、低衰减性能和温度系数的HJT晶硅太阳电池及高可靠组件技术研究,建设了1MW异质结子电站实证研究项目。在相同条件下,对比HJT与TOPCon晶硅组件进行综合发电能力,形成性能参数及经济效益评估报告,录入相关行业的太阳能资源数据库,为企业光伏电站开发提供数据参考。
通过引入山东绿色能源投资有限公司的工程实践,甘肃白银景泰地区的光伏治沙光伏发电项目实现了光伏技术能级跃升与生态环境改善双赢。通过政策协同联动,可以实现省际生态补偿制度,为沙化区治理提供可参考经验。初步定量研究评估显示,东西部协同可使项目全生命周期综合效益有效提升。因此,这种“技术输出—资源互补—市场共享”的协同模式,标志着光伏治沙进入跨区域系统治理新阶段。
五、总结
光伏治沙与光伏发电的结合,不仅能够有效治理土地沙化,改善生态环境,还能通过光伏发电获得直接经济收入,促进区域经济发展。甘肃白银景泰县凭借其丰富的太阳能资源和独特的气候条件,通过政府支持、校企协同、技术创新和社会资本的参与,光伏治沙与光伏发电项目将发挥更大的经济社会效益,为我国西北地区乡村振兴及可持续发展提供有力支撑。
(作者单位:济南大学山东绿色能源研究院)