來源｜國家人文歷史

位於甘肅省敦煌市的首航高科敦煌100兆瓦熔鹽塔式光熱電站。圖片來源：新華社，馬希平 攝

在剛剛過去的夏季，「高溫」是不會被人忘記的關鍵字。雖說除青藏高原之外，夏季的中國各地普遍高溫，但動輒長達一周的40多度高溫實屬罕見，多個國家氣象站日最高氣溫持平或突破歷史極值。

高溫天氣，意味著用電量的增加、平均降水量和主要江河水量的大幅減少，連水電大省四川也面臨著拉閘的風險。

人們把目光投向了太陽能，從常理上看，高溫之下最不缺的就是日照。其實，中國西部的太陽能資源儲量一直處在領先地位。

太陽能的發展史

早在3000多年前，人類就開始利用太陽能了。西周時期，我們的祖先就用凹面銅鏡會聚陽光點燃艾絨取得火種，即「陽燧取火」技術，並設有專門掌管陽燧的官。

東漢陽燧。圖片來源：天津博物館

現代意義上的太陽能發電，起源於光生伏特效應的發現。1839年，年僅19歲的法國科學家亞歷山大·艾德蒙·貝克雷爾在他父親的實驗室中，緩慢地將兩片鉑金屬電極插入到氯化銀酸性溶液中。在測量這些電極之間流動的電流時，他發現，光線中的電流略大於黑暗中的電流——他將這種現象被命名為光生伏特效應（簡稱「光伏效應」）。

19世紀60年代後期，麥克斯韋等科學家發現，半導體材料硒的電導率會受光的影響。隨後，英國科學家威廉·格里爾斯·亞當斯和他的學生理查·埃文斯·戴發現，硒在光線下會產生電能，證明了固體金屬可以直接將光轉換為電能。

法國科學家亞歷山大·艾德蒙·貝克雷爾。圖片來源：維基百科

光伏效應發現的43年後，美國科學家查理斯·弗裡茨在鍺片鍍上一層硒金屬電極，發明了第一塊光伏電池。但如同多數早期科學發明的一樣，它成本高且效率低。儘管如此，這個發明還是打開了一道大門：光確實能夠轉化為電，輸出電能。弗裡茨將一塊電池寄送給當時著名的科學家西門子，西門子對這一發明大加讚賞，同時也推動了一些科學家開始對光電效應進行基礎性研究。

光電效應的發展離不開理論的支撐。1907年，愛因斯坦提供了基於光子量子假設的光電效應的理論解釋；1912-1916年，美國實驗物理學家羅伯特·米利肯通過實驗證實了愛因斯坦對光電效應的猜想。光伏發展由此步入快車道。

就在同時，1916年，波蘭化學家揚·柴可拉斯基發現了提純單晶矽的拉晶工藝，為光伏技術提供了材料基礎。1934年，科學家們開始對薄膜太陽能電池進行研究，發現通過在材料中摻金屬雜質可以提高發電效率。1940年，美國半導體專家拉塞爾·奧爾製造出固態二極體的基本結構p-n結，這為太陽能電池的發明和製造奠定了堅實基礎，推進了光伏發電向工業領域的進發。

理論、實驗結果都基本成熟後，科學家們下一步就是研究如何將這樣一種取之不盡、用之不竭的能源引入工業領域。1953年，美國物理學家達里爾·查賓、吉羅德·皮爾森和化學家喀爾文·紹瑟·福勒製造出晶體矽太陽能電池。從此，太陽能電池逐漸走向工業領域。

太陽能電池的首次「規模使用」，是在航太領域。它最早在1958年被應用在美國發射的人造衛星上，隨後，幾乎所有的人造衛星、太空梭、空間站等太空飛行器都利用光伏電池作為主要的電源，各國航空事業的發展促進了光伏發電技術和應用的發展。例如1971年，我國首次成功將太陽電池應用於實踐一號上。

中國光伏技術的地面應用始於1973年，但由於應用領域狹窄，產品價格較高，市場發展緩慢，還未形成一個產業。我們在「六五」（1981-1985）和「七五」（1986-1990）期間對光伏應用示範項目開始給予支持，對光伏產業的發展有一定促進作用。

實踐一號衛星。圖片來源：中國政府網

西部：中國太陽能資源最豐富地區

20世紀90年代後半期，在嚴峻的能源形勢和人類生態環境的壓力下、在技術進步和逐步完善的法規政策的強力推動下，太陽能光伏產業和市場進入了快速發展時期。

太陽能發電，主要依靠太陽能並利用晶矽板等發電材料，與電網連接而輸送電力。中國土地資源緊張，因為人煙稀少、日照時間長、地勢遼闊的西北地方自然成了發展太陽能和光伏產業的絕佳之選。待這些專案落地後，不僅可以帶動地區經濟發展，通過西電東送工程，還能讓西部和東部地區的資源發展更加均衡。

在談及太陽能資源前，我們要明確一個概念：水平面總輻射強度。它是指水平面上單位面積上的太陽輻射功率。簡單一點理解就是：在其他條件不變的情況下，強度越高，太陽能資源就越豐富。

2021年全國年水平面總輻照量分佈圖。圖片來源：中國氣象局《2021年中國風能太陽能資源年景公報》

通過上面這張圖片，我們可以清晰看到，中國西部地區的輻照量較高，發展太陽能的潛力最大。

就在前不久的9月9日，全國規模最大的沙漠光伏基地——騰格裡沙漠3GW新能源基地光伏複合專案開工儀式在寧夏中衛市舉行，這是中國第一條以開發沙漠光伏大基地、輸送新能源為主的特高壓輸電通道——「寧電入湘」工程的重點配套專案。

一望無際際的騰格裡沙漠。圖片來源：圖蟲創意；攝影：傅愷男

那麼，這個項目為什麼放到寧夏？

太陽能發電，顧名思義，離不開太陽照射。根據中國氣象局發佈的《2021年中國風能太陽能資源年景公報》，新疆、西藏兩自治區、西北中部和西部、西南西部、內蒙古中部和西部、華北西北部、華南東南部、華東南部部分地區年水平面總輻照量超過1400kWh/m。其中，西藏大部、四川西部、內蒙古西部、青海西北部等地的局部地區，年水平面總輻照量超過1750kWh/m，太陽能資源最豐富。

寧夏地處西北腹地，地勢海拔高，日照時間長，風能、太陽能資源豐富，風電技術可開發量約5200萬千瓦，光伏發電近期發展潛力約5400萬千瓦，是全國適宜發展新能源的5個省區之一。地處我國第四大沙漠騰格裡沙漠東南緣的中衛市，屬於國家I類太陽能資源地區。

騰格里沙漠3GW新能源基地光伏複合專案開工儀式。圖片來源：央視新聞截圖

利用太陽能，中衛不光發展了光伏產業，還逐步形成「光伏+製造+觀光旅遊」的上下游產業。

在騰格裡沙漠邊緣，有一座中衛市沙漠光伏產業園，這裡曾是一片採煤沉陷區，歷史上曾長期被風沙困擾，自然環境惡劣。寧夏回族自治區成立後，中衛市逐步實施草方格固沙、灌木林、喬木林防沙等措施；還充分利用光伏板，板上發電，板下種植作物，板間還能養殖，一片土地得到三重利用。光伏發的電，實現沙漠地區太陽能資源高效利用和沙漠變綠洲的雙重收益，可以說是光伏產業給中衛帶來的一個「驚喜」。 中衛是西部地區發展太陽能的一個縮影。而太陽能板之間的養殖，也為生態保護與畜牧業發展提供了另一種途徑。西部地區的太陽能板，下方常有草木生長，這些地區也是畜牧業發展的重要地帶，如何平衡畜牧業、生態和新能源三者？中衛及許多地區的答案——

草木生長，卻也有雜草叢生，如果任由雜草長高，會影響太陽能板的正常建設和發電，於是，牧民們的牛羊就成了現成的「割草機」。

位於青海省共和縣塔拉灘的海南藏族自治州生態光伏園區，集合了共和縣鐵蓋鄉吾雷村、馬漢台村、托勒台村三個村的3000隻羊「入駐」。如果想要擴大養殖規模，可以用村集體的名義進行養殖「光伏羊」，方便統一管理、統一銷售，一方面可以解放勞動力，另一方面可以消除「光伏羊」銷路的問題。

位於共和縣塔拉灘的海南藏族自治州生態光伏園區內，板上發光，板下養羊。圖片來源：青海日報

除了養羊，太陽能板下還可以搭養殖棚，養殖其他的食草動物，形成「光伏+農業」的新興農業模式。西部地區可以在太陽能板下放羊，東部地區則可以在太陽能板下養魚：位於浙江衢州的龍遊縣，發展起「漁光互補」項目——在當地東金村的40畝公共魚塘上搭建光伏板，實現漁業和太陽能產業的「雙贏」。

浙江衢州龍遊縣湖鎮鎮東金村4兆瓦漁光互補專案。圖片來源：衢州傳媒網

我們再把目光轉回中國西部地區。

位於內蒙古的庫布齊沙漠是中國七大沙漠之一，受過度墾牧和乾燥氣候影響，曾經水草豐美、森林茂密的庫布齊最後也成為風沙肆虐、生態環境脆弱的沙漠旱地。但在科研人員眼裡，這裡年均日照時間長達三千多個小時，發展光伏發電產業有著得天獨厚的條件，在光伏發電工程建成後，可以治理將近10萬畝沙漠，還能構築這裡的生態屏障，減少水土流失。

以風電、光伏為代表的新能源產業方興未艾，擁有資源稟賦的西部地區吸引著越來越多專案落地。據《中國證券報》報導，2021年10月至2022年3月，甘肅、青海、寧夏、陝西等地大型風電、光伏基地專案陸續開工建設，項目投資金額均在百億元級別。

太陽能光伏產業所帶來的利好，將傳統能源發電存在的問題暴露出來。我國早在2000年就已在太陽能光伏產業領域進行了前期規劃，並通過2002年的「送電到鄉」推動太陽能光伏產業在人口密度相對較低、土地資源豐富的鄉村發展，從而實現了我國太陽能光伏年裝機容量從W級到MW級的轉變。2009年「金太陽工程」的實施，使我國太陽能光伏產業發展進入了「快車道」。

位於甘肅省敦煌市的首航高科敦煌100兆瓦熔鹽塔式光熱電站，也是目前中國建成規模最大的熔鹽塔式光熱電站。圖片來源：中國網絲路中國

我國作為世界光伏產業發展增速最快的國家，擁有世界最大的太陽能光伏產業規模，據統計，截至2020年，我國光伏市場累計裝機量為253GW，2020年新增裝機量為48.2GW，同比增長60%。2020年，我國光伏發電量為2605kW·h，同比增長16.2%，占總發電量3.5%。而正如前文所述，光伏產業多佈局於西部，這一成績，基本相當於我國西部地區太陽能光伏產業的成就。

太陽能的未來

依據中國劃分太陽能光照條件的標準，在不同等級的5類地區中，前3類地區占中國國土面積的2/3以上，年日照時數超過2000h。其中，西藏、青海、新疆、甘肅、寧夏、內蒙古等地區的總輻射量和日照時數均為全國最高，屬太陽能資源豐富地區；除四川盆地、貴州省太陽能資源稍差外，中國東部、南部及東北等地區均屬於太陽能資源較豐富和中等區。

相比之下，歐洲、日本等多數地區的年輻射總量僅相當於中國的3類及以下水準。

歐洲部分城市的太陽能年輻射總量。圖片來源：路紹琰等《中國太陽能利用技術發展概況及趨勢》

中國太陽能利用產業在歷經多年的發展後，正在從太陽能利用的出產和消費大國向創造強國邁進。太陽能光熱設備的產量多年來保持世界第一。在光伏製造業持續向國內轉移的背景下，我國光伏產業鏈各個環節的規模在全球範圍內都已佔據了高份額。2007年，我國太陽電池的產量躍居全球第一，目前仍保持著該紀錄，且產量遙遙領先。截至2018年底，我國光伏組件的累計產量占全球光伏組件總產量的2/3以上；截至2020年底，我國光伏元件的年產量已連續14年處於全球領先地位。

與此同時，我國光伏產業已形成完整的產業配套設施，包括光伏專用設備、平衡部件和配套輔材輔料等，並且產業鏈各環節的規模也實現了全球領先。得益於良好的政策環境與技術積累，我國在矽材料生產、矽片加工、太陽電池製造及光伏元件生產等環節已經具備了成套供應能力。

隆基股份單晶矽生產現場。圖片來源：央視新聞截圖

人類社會發展與環境保護的矛盾始終存在，大量使用傳統化石能源帶來的環境污染問題已經威脅到人類的可持續發展，太陽能作為新能源的一種，通過光伏技術完成太陽能向電能的轉化，從而緩解能源緊張和環境污染等問題。而「雙碳」理論的提出，更助推我國太陽能行業的發展。相信在未來，隨著技術的成熟和成本的不斷降低（今天，用太陽能生產一度電成本只要3毛錢左右），太陽能將更多地出現在人們的視野中。

太陽能，未來可期。

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◎轉載｜中国西部的太阳能有多厉害？
◎作者｜哲敏
◎來源｜國家人文歷史

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