编辑推荐：
为探究光伏（PV）系统热效应，研究人员分析 86 个光伏站点，发现其全年冷却，且有最优景观规模，意义重大。
# 光伏系统热效应研究：为西北清洁能源发展 “量体裁衣”
在全球努力对抗气候变化的大背景下，中国许下了 2030 年前碳达峰、2060 年前碳中和的宏伟承诺。要实现这一目标，调整能源结构、大力发展清洁能源至关重要。光伏（Photovoltaic，PV）能源，凭借着取之不尽的太阳能资源，再加上技术进步和政策扶持，成为了清洁能源领域的 “潜力股”。到 2022 年，中国的光伏装机容量已达 393 吉瓦，按照规划，未来这个数字还将大幅增长。
然而，随着大规模光伏电站在西北广袤土地上 “安营扎寨”，一系列问题也接踵而至。虽说光伏系统在修复土壤健康、治理荒漠化和促进植被恢复等方面表现出色，但它对周边环境的热效应影响却充满争议。有的研究说它能给环境降温，带来 “清凉”；有的却发现它会让温度升高，宛如 “小火炉”。而且以往的研究大多依赖有限的实地观测数据，研究范围小，结论的代表性存疑。在研究指标上，常用的线性指标忽略了温度变化的空间连续性，无法全面衡量光伏的热效应。另外，光伏电站建设的最优规模也一直没有定论。这些问题就像一团团迷雾，阻碍着人们对光伏系统的全面认识，也给后续的科学规划和发展带来了挑战 。
为了拨开这些迷雾，来自复旦大学的研究人员挺身而出，针对这些问题展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Landscape Ecology》上，为光伏领域的发展提供了关键的指引。
研究人员运用了多种关键技术方法来解开光伏热效应的谜团。首先，他们借助谷歌地球引擎（Google Earth Engine，GEE）平台，从公开数据集中精准定位出中国西北的 86 个光伏站点。在获取土地表面温度（Land Surface Temperature，LST）数据时，研究人员选用了 196 景 2019 年的 Landsat 8 OLI_TIRS 影像，并利用 Ermida 等人 2020 年开发的算法，在 GEE 平台上完成 LST 的反演。为了确保数据准确，他们对影像进行严格筛选，去除云量过多影响数据准确性的部分。在量化热效应方面，研究人员围绕光伏站点建立 300 米范围、间隔 30 米的缓冲区，通过构建 LST - 距离拟合方程，设定了 6 个指标从最大和累积两个角度来衡量热效应。此外，研究人员还通过实地验证，使用配备热红外相机的 DJI Mavic 3T 无人机在 12 个光伏站点进行数据采集，以此来验证卫星影像数据的准确性。
研究结果
- 光伏系统四季的热效应：研究人员通过对 12 个光伏站点的 LST 和距离关系的分析，惊喜地发现所有拟合曲线的决定系数（R2）都在 0.70 以上，这表明三次函数能很好地反映 300 米缓冲区内 LST 和距离的关系。而且不同数据源拟合的曲线趋势相似度超过 0.9，这说明研究使用的 Landsat - 8 影像能精准地呈现出 LST 和距离的真实关系。研究证实，光伏系统在四季都能发挥冷却作用。从最大指标来看，平均最大温差（MTD）为 1.58℃，最大距离（MD）为 189.22 米，光伏热面积（PTA）为 166.23 公顷，光伏热效率（PTE）为 0.80；从累积指标来看，平均光伏热强度（PTI）为 0.05，光伏热梯度（PTG）为 0.44℃。不过，PTI 在四季中存在明显差异，冬季最强，夏季最弱，其他指标受季节影响较小，这表明光伏系统的冷却效果相对稳定，不太受季节干扰。
- 光伏系统热效应的驱动因素：研究人员通过皮尔逊相关分析和标准化逐步回归分析发现，光伏系统热效应受多种因素影响，而且这些因素的影响在不同季节有所不同。PTA 和 PTE 主要受光伏面积影响，面积越大、形状越不规则，冷却效果可能越好。PTI 与站内温度（geoLST）呈负相关，站内温度越低，累积冷却效果越强。在秋冬季节，反照率（albedo）是影响 MTD 和 PTG 的主要因素，反照率越低，冷却效果越强。虽然海拔在春季和冬季与部分指标存在相关性，但整体来看，它并非热效应的主导因素，而坡度对热过程几乎没有显著影响。
- 光伏系统不同季节的热效率阈值（TVoE）：研究人员通过对 PTA - 面积关系进行对数曲线拟合，算出了不同季节的 TVoE。结果显示，夏季的 TVoE 最大，为 127.47 公顷；秋季最小，为 95.13 公顷。这表明在不同季节，光伏达到最佳冷却效果的面积是不一样的。
研究结论与意义
这项研究意义非凡。它首次从最大和累积两个视角，全面分析了中国西北光伏系统对周边 LST 的热效应，证实了光伏系统四季都有稳定的冷却效果，尤其是在冬季累积冷却效果更强。研究还明确了影响光伏热效应的关键因素，找到了不同季节的最优建设面积，为光伏电站的科学规划提供了重要参考。
不过，研究也存在一些局限性。由于数据获取的限制，研究缺乏日尺度的数据，无法分析热效应在昼夜之间的差异；而且受遥感影像精度影响，难以获取准确的有效反照率数据。未来的研究可以朝着增加日尺度实地观测、结合更多能提供夜间温度数据的遥感影像，以及在模型中加入站点特定的太阳能转换效率等方向展开，进一步深入探究光伏系统的热效应，让光伏在实现碳中和目标的道路上发挥更大的作用，同时更好地平衡能源利用和生态保护的关系。
