一位物理学教授撰文指出,南非大部分地区具备发展太阳能发电的优越条件。
然而,该地区必要设施的推广进展缓慢。
南非正在推进多项新举措,以改善太阳能发电基础设施,这一趋势预计将持续下去。
南部非洲通常与充足日照相联系。这是否意味着该地区特别适合发展太阳能发电?
该次大陆各地均面临电力短缺问题,而一种储量丰富、成本日益负担得起的能源似乎是理想的解决方案。然而,该地区太阳能发电设施的推广进展非常缓慢。
该次大陆的太阳能发电项目大多位于南非。但即便在南非,太阳能电站也仅占全国发电总量的2.5%。相比之下,一些日照并不充足的欧洲国家,如德国,其太阳能发电占总发电量的比例去年已超过10%。
那么,南部非洲,尤其是其干燥的内陆地区,是否真的如人们常说的那样,是全球最适宜太阳能发电的地区之一?
太阳能的利用
阳光本质上是一股光子流。可以把光子想象成携带少量能量的小箭头。光子撞击太阳能电池板或其他太阳能设备时会被吸收,其能量的一部分会转化为热能或电能。
要最大限度地收集太阳能,就需要尽可能多地截获光子。为此,应将电池板的位置调整为尽可能多地阻挡光子的路径,而这发生在电池板正对太阳时。
因此,平放在地面上的电池板在太阳正好位于头顶时,能最大程度地接收光子。正午时分,热带地区的太阳最接近头顶,因此这些纬度地区通常气候也最为炎热。
气候
人们普遍存在一种误解,认为气温最高的地区也最适合发展太阳能发电。然而,热带地区往往也多云。沿海地区同样更容易出现云层,因此南部非洲一些气温最高的城市,如南非的德班(eThekwini)或莫桑比克的马普托,并不是首选的太阳能发电地点。
在热带的南北边缘地带,我们会发现一些最为干燥的气候区域,这些地区通常云量较少。在南部非洲,这些干旱地区包括纳米布沙漠、卡拉哈迪沙漠、卡鲁(半)沙漠及其邻近区域。夏季正午时分,这些地区的太阳几乎位于头顶。冬季时,太阳能设备通过略微朝向赤道倾斜,可以获得更多能量。
在南部非洲,太阳能电池板通常在向北倾斜20至30度时性能最佳,这意味着在3月和9月的春分与秋分时节,电池板能直接正对正午的太阳。这些角度也与典型住宅屋顶的倾斜角度十分接近,因此,平放在朝北屋顶上的太阳能电池板往往已处于最佳倾角。
大气
与撒哈拉沙漠和中亚部分地区等全球许多干旱地区不同,南部非洲的干旱区域沙尘相对较少。其结果之一是远距离能见度良好,光线能够较为自由地穿过大气层。
大气中的尘埃、烟雾和霾与云层一样,会遮挡部分阳光。尽管这些情况偶尔会出现,但南部非洲上空的大气整体上仍具有较低的气溶胶浓度,低于全球许多其他地区。
这在一定程度上归功于该地区三面环海,限制了其他大陆的空气污染物输入。
高海拔
遮挡阳光的不仅是空气中的污染物,洁净的空气本身也会在较小程度上造成阻挡。来自太阳垂直光束、原本可被太阳能电池板利用的入射光子中,约有20%无法完全到达地面。当太阳接近地平线时,光子需穿过更长的大气路径,这一比例会更大。
这也是为何越靠近两极的纬度,越不适合发展太阳能发电。那里的太阳从不接近正上方。然而,南部非洲位于南纬约15至35度之间,太阳平均而言更接近天顶,因此能够获得更高的太阳能发电量。
另一优势在于,南部非洲大部分地区位于海拔1000至2000米之间的高原上。例如,约翰内斯堡位于海拔1750米处,其上空的大气层比沿海地区少约15%。这意味着,即使在最为晴朗的天气条件下,高原地区的站点所接收的太阳光子也略多于沿海站点。
南部非洲:太阳能热点地区?
所有这些因素共同为南部非洲大部分地区发展太阳能发电创造了极为有利的条件。即便是易受云层影响的沿海地区,其日照也足以媲美北半球工业化国家的大多数太阳能发电站点。而西部内陆地区云量极少、海拔较高且气溶胶浓度低,为太阳能发电提供了全球最佳条件之一。
南部非洲各国在拥抱太阳能方面进展缓慢。十年前,其成本仍然高得令人望而却步,但如今已不再如此。许多新举措正在该地区几乎所有地方涌现。这一趋势将持续下去,并将进一步加强。

