doi10.12006/j.issn.1673-1719.2018.072 崔杨 , 陈正洪 . 光伏电站对局地气候的影响研究进展 [J]. 气候变化研究进展 , 2018, 14 6 593-601 光伏电站对局地气候的影响研究进展 崔 杨 1,2 ，陈正洪 1,2 1 湖北省气象服务中心，武汉 430205； 2 湖北省气象能源技术开发中心，武汉 430205 气候变化研究进展 第 14 卷 第 6 期 2018 年 11 月 CLIMATE CHANGE RESEARCH V ol. 14 No. 6 November 2018 摘 要清洁能源的快速发展有效降低了人类对传统化石能源的依赖，并为缓解全球气候变暖做出显著贡献。随着各地 光伏装机规模的不断扩大，光伏电站这一人工设施对气候环境的影响日益引起人们的关注。针对这一问题，国内外学 者自 2000年陆续开展了相关研究。综合国内外现有研究成果，对研究方法、影响机理及光伏电站对气候的影响等方面 进行总结。大量研究表明光伏电站布设会在荒漠地区产生“光伏热岛效应” ，从而引起局部区域气温上升，在城市地 区布设能够在降低能源消耗的同时减少“城市热岛效应” 。此外，光伏组件还会对反照率、地表辐射平衡等产生影响， 进而对局地甚至全球气候产生作用，其影响范围和程度尚无准确结论，还需要进一步深入探索。 关键词光伏电站；光伏发电；气候影响；辐射平衡；反照率 收稿日期 2018-05-15；修回日期 2018-07-27 作者简介 崔杨，女，工程师，；陈正洪通信作者，男，研究员， 引 言 为应对全球气候变暖，减少温室气体排放，世 界各国已开始积极开展清洁能源的开发利用。目前 光伏发电和风力发电发展速度最快，也是各国竞相 发展的重点，相较于风电，光伏发电总体受地域条 件限制更少。截至 2017 年底，全球累计光伏并网 装机容量已达 405 GW，较十年前增加了 25 倍 [1] 。 其中，中国、欧洲、美国、日本、印度是全球光伏 的主要市场， 占比约 90。 而中国是全球第一市场， 市场占比约为 46 [2] 。已有研究表明，如果光伏发 电在电网中占比达到 10，将使全球 CO 2 的排放 量减少 12.3 [3] 。根据政府间气候变化专门委员会 IPCC的报告，2030 年光伏发电在全球发电量中 的占比将达到 12，2050 年将达到 33 [4] 。要实现 这一目标，需要大规模建设光伏电站，在这种发展 形势下，太阳能光伏的开发利用对生态和气候的影 响问题日益受到人们的关注。 自 20 世纪 70 年代起就有学者提出，对能源利 用的评价应该综合考虑其优势和劣势，考虑能源利 用的整个生命周期中所造成的能量损耗及对环境的 影响 [5] 。进入 21 世纪以后，相关研究的数量开始 增长，如开展大规模光伏电站建设对自然环境、生 物多样性、水资源利用 [6] 、城市热岛效应 [7] 、气候 变暖 [8] 等造成的影响，这些研究主要集中在美国、 欧洲波兰和法国及日本，且研究基本是对局地 地区的实验分析，部分结论还存在争议。自 2010 年起我国气象部门、环保部门、一些高校以及科研 气候变化研究进展 2018 年 594 气候变化影响 院所等也开展了该领域的研究探索。光伏电站建设 对气候的影响是一个新兴研究领域，需要更加深入 的研究。目前，光伏发电技术按运行方式分为并网 式、离网式、分布式自发自用、余电上网、微 网等多种形式。由于不同方式光伏电站所处的下垫 面、环境条件、装机规模、能量使用等有着较大差 异，所造成的气候影响也会不尽相同，本文针对国 内外已有研究成果，重点对大规模并网光伏电站和 城市光伏电站分别进行探讨，从研究方法、影响机 理、 光伏电站对气候的影响等方面对文献进行总结， 意在探索该领域下一步的研究方向，激发更多的相 关研究，对未来光伏发电可持续发展给予一定的科 学指导。 1 研究方法分类 目前，该领域的研究方法主要有现场观测 [9-14] 、 遥感数据 [15] 分析、模式模拟及验证 [16-18] 。国内的 研究多是基于观测数据的，通过对比光伏电站内外 的气象要素值，来判断差异。高晓清等 [11-12] 和杨 丽薇等 [13] 在青海格尔木荒漠地区光伏电站内外分 别架设观测站点，来研究白天和夜晚空气温湿度、 土壤温度及太阳辐射的影响。Chang 等 [14] 在青海 共和地区光伏电站内外分别布设观测仪器，对电站 内外的地表辐射和温度变化进行观测研究。 现场观测数据真实可靠，而且还可用于模式验 证，但是具有时间短、观测结果空间代表性较小的 缺点。利用遥感卫星数据分析光伏电站的气候影响 则可以代表较大范围的区域，数据的获取也较为经 济。Li 等 [15] 采用卫星遥感测量的方式，选用青海 格尔木戈壁区域、美国内华达洲和西班牙某光伏电 站来评价大规模光伏装机对地球-大气边界层间 的气候影响。 国外在这方面的工作多为基于数值模式的敏感 性试验研究，Taha [16] 采用城市化的第五代数值模 式 uMM5模拟了洛杉矶地区大规模光伏装置的运 行对城市气温的影响；Salamanca 等 [17] 采用中尺度 数值模式WRF模拟夏季屋顶光伏对地面气温的 影响；Fthenakis 等 [18] 采用流体动力学CFD的方 法模拟北美地区一大型光伏电站的温度场，并与实 测温度场数据做对比来研究其局地气候效应。 2 影响机理研究 光伏发电因季节条件和地域不同造成的气候影 响也有较大的差异。总体而言，光伏发电对周边气 象要素及相关因子的影响主要来自于以下几个方 面，具体如图 1 所示。 1 光伏组件的遮挡作用。高晓清等 [12] 指出， 由于光伏组件的遮挡使站内地表接收到的太阳辐射 减少，下传的热量降低，从而导致光伏电站内的土 壤温度较站外低，这在冬季尤其明显。 2 对地表辐射平衡的改变。主要由以下几方 面造成a 改变地表反照率。光伏装置的安装会 图 1 光伏电站运行可能对气候环境影响示意图 Fig. 1 The influence of photovoltaic PV power station on climate 遮挡效应 影响要素 改变地表粗糙度 改变地表反照率 自身电流热效应及能量 吸收、发散行为 温度、湿度、降水、 辐射、 蒸发量、 风场、 大气边界层高度 改 变 地 表 辐 射 平 衡 光 伏 电 站 运 行 可 能 造 成 的 影 响 6 期 595 崔杨，等光伏电站对局地气候的影响研究进展 在地表形成暗区，且光伏组件吸收光线，会降低相 应区域的地表反照率。由于光伏组件的反照率与周 围地表反照率不同，因此大规模光伏电站的部署会 通过改变反照率来影响地表对能量的吸收、存储以 及长短波辐射的释放，从而改变地表辐射平衡 [19] 。 Millstein 等 [20] 研究表明，在莫哈维沙漠地区 1 TW 的光伏电站会减少沙漠地表反照率，从而使气温上 升 0.4℃。b 改变地表粗糙度。光伏电站的建设 改变了原先的地表粗糙度，这会影响地面接收和反 射的长波辐射、风场类型、湍流强度、大气边界层 高度等，进而改变了光伏电站的通风散热条件， 使得局地气温发生变化，并改变了辐射平衡 [20-21] 。 Millstein 等 [20] 研究表明，光伏电站区域内的大气 边界层高度在下午会升高 150 ～ 250 m。c 光伏 组件自身的发电效应。光伏组件在发电时会产生电 流热效应及其他能量的发散和吸收行为，这在光伏 组件上表面和下表面两个方向改变辐射平衡。 对于城市屋顶光伏而言，以上影响机理同样适 用。光伏组件通过吸收太阳能产生可供建筑使用的 电量，通过改变屋顶接收到的辐射来改变建筑表 面的能量平衡以及热通量，并影响城市微气候。 Masson 等 [7] 对巴黎市区屋顶光伏电站进行研究， 结果表明光伏组件对城市微气候的影响在夏季最为 明显，在白天由于架设在屋顶光伏组件的遮挡效 应，可降低建筑周边的环境温度，在夜间光伏组件 的降温效应更明显。由于光伏组件隔绝了城市表面 能量平衡系统，使得建筑接收热量的能力下降；此 外，城市边界层在夜间比白天更薄一般夏季白天 有 1500 m 高度，晚上只有 200 m，因此地表能量 平衡改变对于气温的影响程度会数倍于白天。 3 光伏电站运行对气候的影响 光伏电站在运行阶段基本不会产生碳排放，且 目前尚未有大规模光伏电站运行对气候造成显著影 响的报道，但其仍会通过改变局部气象要素或环境 变量来对整体气候条件造成潜在的影响。以下对地 面光伏电站和城市屋顶光伏电站的研究都表明，光 伏电站运行对不同气候条件及下垫面造成的影响有 较大区别，甚至呈现相反的结果。 3.1 大规模光伏电站运行对荒漠地区气候的影响 3.1.1 光伏电站对地表反照率的影响 大规模的光伏电站建设作为一种新的人类活 动，会改变地表反照率。通常，浅色的地表具有较 高的反照率，而深色地表会吸收大部分光线，从而 导致较低的反照率。大规模荒漠地区光伏电站可使 地表反照率降低 5 ～ 20 不等 [22-23] ，从而导致 物体表面吸收的辐射能增加，对流强度增加 [24] 。 Li 等 [15] 研究结果表明，基于不同的下垫面，反照 率的变化也不同。如大规模光伏电站的安装会在戈 壁表面形成暗区，这会减少地表反照率，但在农耕 区域，由于周围的耕地本身就是深色地表，光伏组 件反而会增加反照率。 可见，光伏电站所处的下垫面不同，会导致不 同的反照率变化 [25] ，因此在实际应用中，应结合实 际情况进行分析论证。 3.1.2 光伏电站对局地辐射的影响 以往的研究大多集中于温、湿度场，而对辐 射特征的观测分析较少。太阳辐射是气候系统中 各种物理过程和生命活动的基础能源，地表辐射 平衡的改变也会导致气候变化。近年来，大型光 伏装置对辐射带来的影响也受到越来越多的关注。 Chang 等 [14] 研究表明，对于荒漠地区光伏电站， 夏季站内的向上短波辐射较站外低，但在冬季较站 外高，且站内全年的向上长波辐射也有所降低。杨 丽薇等 [13] 对比格尔木大型光伏电站近一年的地表 辐射观测资料得出，站内向上短波辐射和净辐射日 总量分别为 3.54 MJ/m 2 、8.30 MJ/m 2 ；站外分别为 5.02 MJ/m 2 、6.34 MJ/m 2 。年内最大值均出现在 6 月份，最小值均出现在 12 月份。两个观测点向上 短波辐射春季相差最大，冬季相差最小。净辐射在 8 月份相差最大，12 月份相差最小。因站内外下垫 面不同，站内日平均反照率为 0.19，站外为 0.26。 由于站内光伏阵列对向下短波辐射的吸收能力比地 面强，导致站内向上短波辐射明显低于站外。 3.1.3 光伏电站对局地温、湿度的影响 气温与相对湿度影响着生态系统中动植物的生 气候变化研究进展 2018 年 596 气候变化影响 长、人类生活环境的舒适程度以及各行业的生产活 动，因此研究光伏电站对空气温、湿度的影响具有 重要的学术和现实意义。研究光伏组件对气温的影 响，有必要考虑感热通量的变化。光伏组件与地表 的能量平衡如图 2 所示。对于地表来说，感热通量 主要来自于地表本身以及光伏组件的上下表面，地 表温度及光伏组件温度的变化也会影响感热通量。 境温度，从而形成光伏热岛效应。赵鹏宇等 [10] 对 乌兰布和沙漠东北缘光伏电站进行研究，结果表明 在夏季晴天情况下，光伏电站具有增温、降湿的效 应。光伏电站内 1.0 m、2.5 m 高度处气温分别比 旷野提高了 0.30～ 1.53℃、 0.44～ 1.34℃。 并得出， 沙漠地区光伏电站存在“热岛效应”。殷代英等 [9] 在 89 月对共和盆地荒漠区光伏电站进行观测研 究表明，在白天光伏电站内的气温高于站外，而夜 间站内气温低于站外。Sato 等 [27] 对大型沙漠光伏 电站进行研究并指出，光伏组件具有自冷却机制， 在夜间尤为明显，阳光没有照射到组件上时，光伏 组件的温度比大气温度低 2 ～ 4℃。这有利于减少 热岛效应。Fthenakis 等 [18] 模拟了北美地区一大型 光伏电站的温度场，结果表明，白天光伏电站中心 位置的平均气温比光伏电站外的环境温度高 1.9℃， 这种热能量会在 5 ～ 18 m 高度内消散，由于光伏 阵列在夜间会完全冷却， 因此并不会形成热岛效应。 关于光伏电站在夜间对气温的影响，Barron- Gafford 等 [26] 和高晓清等 [11] 得出了与上述学者不 同结论前者通过观测发现，在夜间荒漠大型光伏 电站的气温通常比周边地区高 3 ～ 4℃，在温暖的 季节春夏季，光伏热岛效应造成的增温也要比 城市热岛效应高；后者对格尔木大型光伏电站进行 观测研究，得出对 2 m 气温而言，除冬季白天站内 外基本相同外，四季夜晚及春、夏、秋季白天站内 均高于站外。 图 2 光伏组件与地表的能量平衡 Fig. 2 Energy balance of PV module and land surface 已有学者提出，光伏电站的环境温度在白天较 周边区域高会形成“光伏热岛效应” [26] ，在夜间较 周边区域低，具有“自冷却机制” [27] 。如表1所示， Chang 等 [14] 以青海共和地区大型光伏电站为研究 对象，结果表明1 光伏电站在全年中形成能量 汇，在温暖的季节更为明显；2 光伏组件表面在 白天具有明显的升温作用，在夜间具有冷却作用； 3 光伏组件表面温度的提高会提升周围区域的环 表 1 大规模光伏电站对气温的影响 Table 1 The influence of large-scaled PV plant on surface air temperature 光伏组件 长波辐射 短波反射 短波辐 射散射 感热通量 热传递 地表 土壤 长波反射 感热通量 感热通量 短波辐射 作者 研究对象 研究时段 白天 Chang 等 [14] 赵鹏宇等 [10] 殷代英等 [9] Sato 等 [27] Fthenakis 等 [18] Barron-Gafford 等 [26] 高晓清等 [11] 夜间 青海共和大型光伏电站 乌兰布和沙漠光伏电站 共和盆地荒漠光伏电站 大型沙漠光伏电站 北美地区大型光伏电站 荒漠大型光伏电站 格尔木大型光伏电站 2015.052016.04 2015.07 2015.08.0109.30 一年 2010.08.142011.03.14 一年 2012.102013.09 具有升温作用 具有增温、降湿的作用 站内气温高于站外 站内气温升高 站内平均气温比站外高 1.9℃ 站内平均气温较站外高 具有降温作用 站内气温低于站外 具有自冷却机制，夜间尤其明显 站内气温较站外高 3 ～ 4℃ 四季夜晚站内气温高于站外 冬季站内外气温基本相同， 春、夏、秋季站内高于站外 光伏组件完全冷却，不会形成热 岛效应 6 期 597 崔杨，等光伏电站对局地气候的影响研究进展 可以看出，关于大规模光伏电站对白天气温 的影响，学者们得出的结论基本相同，但对于夜间 尚存争议。原因可能是，由于光伏组件本身无法存 储过多的入射辐射，有很大一部分本该被存储和吸 收的长波辐射以感热通量的形式被再次辐射，从而 加快了电站内的热传递。然而基于不同的气候条 件、季节和下垫面，可能导致电站内外的环境温度 在夜间降温程度不同，所以在做站内外对比时，产 生不同的结论。关于对湿度的影响，同样基于以上部 分研究对象，赵鹏宇等 [10] 得出光伏电站内 1.0 m、 2.5 m 高度处空气相对湿度较旷野分别降低了 1.05 ～ 3.67、1.15 ～ 2.54；殷代英等 [9] 认 为 2 m高度相对湿度白天站内外变化趋势一致，但 夜间站内明显高于站外；高晓清等 [11] 得出结论， 电站内外 2 m 高度空气湿度基本没有差别，而 10 m处的空气相对湿度则站内高于站外。相对湿 度在不同区域光伏电站内外变化所表现出的不一致 性可能是大气层结构差异造成的。 3.1.4 光伏电站对土壤温度的影响 陆面是地气之间能量和水分等物质交换和传输 的重要过渡地带，陆面研究是气候变化研究的一个 主要方向，而土壤温度是其中的一个重要参量，直 接反映了土壤层的热状况，土壤温度的变化则反映 了土壤的热储放，这一过程对气候变化有着重要的 影响 [28-29] 。殷代英等 [9] 研究表明，大型光伏电站使 得共和盆地荒漠区 10 cm、20 cm 和 40 cm 平均土 壤温度分别降低 17.20、16.75 和 16.09，对浅 层的影响大于深层。高晓清等 [12] 对比分析了格尔 木地区光伏电站内外的土壤温度变化特征，发现光 伏电站内外土壤温度日变化差异明显，土壤温度日 较差站内明显低于站外，在土壤浅层，光伏装置具 有绝热保温的作用。 3.1.5 光伏电站对降水的影响 光伏电站对降水影响的研究目前还比较少。已 公开的研究表明，局部地区反照率的增加会间接导 致蒸发量的减少，从而使得降水量减少 [30] 。 Li等 [15] 研究发现在农耕区域架设光伏电站会在夏季增加局 部地区的反照率， 从而引发蒸发量和降水量的增加。 Millstein 等 [20] 研究表明，在安装有光伏设备的空 旷地区，夏季下午的气温会升高 0.27℃，同时伴 随该区域少云和少降水的特征。 可见，光伏电站主要是通过改变地表反照率、 辐射平衡，直接影响土壤温度、环境温度等因素， 间接影响蒸发量和降水量。 3.1.6 光伏电站对风场的影响 光伏电站运行期间对辐射与温、湿度的改变同 样会带来气流影响。已有研究表明，当大气层处于 中性层结结构下，近地面层风速与高度呈现对数变 化规律，近地层风廓线与热力层结有关 [31] 。 殷代英等 [9] 研究表明，在布设光伏电站后， 风向由原来的东北风转为以东风为主，光伏电站的 布设使得局地风向更加单一。对于风速而言，在布 设光伏电站后大风速出现的比例显著降低。大型光 伏电站使得共和盆地荒漠区风速减小了 53.92。 Millstein 等 [20] 对某荒漠地区光伏电站进行模拟发 现，在下午光伏电站正上方的西南风有所增加， 而下风向的西南风减小。赵鹏宇 [32] 以乌兰布和沙 漠东北边缘的光伏电站为研究对象，发现距地表 10 ～ 250 cm 高度区间内，光伏阵列行道间、光 伏组件前檐、后檐处风速较旷野处降幅明显，分 别下降了 19.10 ～ 32.80、23.82 ～ 55.44、 41.35 ～ 60.67。光伏组件前檐 10 ～ 100 cm 与 200 ～ 250 cm 高度为风速加强区，100 ～ 200 cm 高度为风速减弱区；光伏电站内，10 ～ 20 cm 与 200 ～ 250 cm 高度处风速变化缓慢，20 ～ 200 cm 高度处风速变化剧烈。 可见，合理利用光伏电站对风场的影响，对于 荒漠地区防风固沙具有新的指导意义。 3.2 光伏电站运行对城市气候的影响 目前，随着城市热岛效应越发受到关注，国外 的研究主要集中在城市光伏电站对环境温度、感热 通量等的影响。大量研究表明，城市屋顶光伏不 但能够减少购电能源消耗，还能降低近地面的空 气温度。Salamanca 等 [17] 指出在夏季，屋顶光伏组 件可以降低近地面气温，并减少降温能源需求。 除去光伏组件产生的电量外，具有屋顶光伏电站 的建筑最多可以节约降温能源需求的 8 ～ 11。 气候变化研究进展 2018 年 598 气候变化影响 表 2 光伏和高碳密集型能源发电在全生命周期中的 排放对比 [37] Table 2 Comparison of life cycle emissions for solar and carbon-intensive energy generation [37] Dominguez 等 [33] 研究表明，表面覆盖光伏组件 的建筑，全年节约降温能源需求约 5.9 kW∙h/m 2 。 Masson 等 [7] 通过对巴黎市区屋顶光伏组件模型进 行研究指出，在夏季屋顶光伏组件能够减少 12 的空调使用需求，还能够降低城市热岛效应，白天 减少 0.2 K，夜间减少 0.3 K。总之，在城市地区采 用光伏发电，可以降低其他发电类型产生的能源消 耗如火电、热电等，这样既有利于减少温室气 体的排放，还能降低城市热岛效应尤其是夏季。 安装在城市屋顶的光伏组件之所以会产生降温 的效果，原因一方面是光伏组件的遮蔽效应；另一 方面，虽然安装光伏组件后，屋顶的反照率降低， 但光伏组件将入射短波辐射转换为电能，因此用于 加热城市地表的短波辐射降低，且光伏组件的转换 效率越高，短波辐射降低得越多。 Scherba 等 [34-35] 使用基于天气数据的复杂建筑 能源模型，证明屋顶光伏组件可以将城市环境中的 日感热通量平均减少 11。研究还表明，加装了光 伏组件的黑色屋顶对于日感热通量峰值没有太大的 影响，但会将日总通量平均减少 11，如分别在黑 色、白色及有植被的屋顶上安装光伏组件，较未安 装光伏组件，屋顶日最高气温可分别减少 16.2℃、 4.8℃及 8.5℃ [35] 。Genchi 等 [36] 对东京大规模屋顶 光伏装置的研究发现由于遮蔽效应，安装有光伏面 板的建筑能源消耗比未安装的降低 2.7～ 10.0。 综合以上文献看出，目前大部分的研究表明城 市屋顶光伏具有一定的降温效果，而前文所述大规 模荒漠地区光伏电站会造成光伏热岛效应，可见不 同的下垫面和气候环境，会导致能量的吸收和流失 水平不同，具体还需结合实际情况进行分析论证。 3.3 整体气候效应 3.3.1 大规模光伏电站运行对节能减排的影响 大规模光伏电站运行带来的最大好处，莫过 于有效减少 CO 2 及其他温室气体排放。温室气体 的减少有利于缓解全球气候变暖。Hernandez 等 [37] 统计出不同传统化石能源和新能源在生命周期中 排放的 CO 2 当量。太阳能光伏发电技术的排放为 14～ 45 g CO 2-eq/kW∙h [38] ，聚焦式太阳能发电槽 型和塔型的排放为 26 ～ 38 g CO 2-eq/kW∙h [39] 。 其排放的 CO 2 当量均远小于煤炭、 石油等化石能源， 表 2 列出了太阳能和传统化石能源利用在全生命周 期中排放的理论 CO 2 当量。 Turney 等 [40] 从土地利用、人类健康、野生动 物及栖息地、地理环境资源、气候和温室气体排放 等方面考虑，评估光伏电站自建设到运营过程中产 生的 32 种影响，其中对气候的影响如表 3 所示。 除本地气候的影响以外，光伏阵列会将部分太阳 辐射转换为热能，并改变光伏阵列周围的空气流 动和气温，这种变化可能会影响该热环境范围内 人类和其他物种的活动，因此还需要更进一步的 研究。 传统发电 新能源发电 975 608 742 24 26 38 45 21 14 发电类型 排放 /g CO 2-eq/kW∙h 煤炭 汽油 石油 核电 聚光光伏槽型塔型 光伏发电晶硅薄膜非晶硅薄膜碲化镉 3.3.2 大规模光伏电站运行产生的 “光伏热岛效应” “光伏热岛效应”是目前大规模光伏电站运行 最饱受争议的负面影响之一。关于光伏电站运行产 生热岛效应的原因可能有以下几个方面1 光伏 组件的安装遮挡了部分地面，从而减少土壤表层对 热量的吸收 [41] ；2 光伏电池较薄且单位面积的热 容量较小， 由于光伏组件通过上下两面释放热辐射， 导致在白天光伏组件温度可能比环境温度高 20℃ 以上 [26] ；3 建设光伏电站的过程中，通常会破坏 地表植被，从而减少因蒸发而带来的降温作用 [21] ； 4 光伏组件反射和吸收向上长波辐射，阻碍了土 6 期 599 崔杨，等光伏电站对局地气候的影响研究进展 壤在夜间的降温能力。此外，光伏发电技术将部 分直接和散射辐射转换为电量，在这一过程中， 过高的环境温度会降低转换效率 [42] 。Nemet [43] 研 究了大规模光伏电站是否会通过改变地表反照率 而对全球气候造成负面影响，结果表明，对比光 伏发电而减少的温室气体排放，这种影响可忽略 不计。而 Hernandez 等 [44] 认为，大规模部署光伏 电站对全球气候变化的影响可能超过其减少的温 室气体排放，一些次生影响还尚未被发现，比如 辐射效应的影响以及因光伏电站的建设造成的大 气边界层表面粗糙度和反照率的变化等。 综上，大规模光伏电站运行对全球气候的影响 是多因素耦合作用，国内外目前的研究尚未形成统 一且系统的结论，采用数值模拟的部分研究得出的 结论尚需验证， 基于实测的部分研究实验数据过少， 加之光伏电站在白天和夜间造成的气候影响亦不尽 相同，并不能仅根据某时段的实验结果而得出总体 结论，并推演至全球范围。要想更准确地研究光伏 电站运行对气候的影响程度及范围，需要通过更多 的实地观测，利用更全面的全球气候耦合模式，建 立更复杂精确的模型。 4 总结与讨论 目前，国内的相关研究多集中于西部地区，采 用现场观测的方式对部分气象要素的变化进行对 比，尚未有针对全球气候和热岛效应的深入研究。 国外的研究对象和研究方法相对多样化，针对光伏 电站对局地气候影响机理方面的研究较多。综合以 表 3 光伏发电对气候变化的影响（基于美国传统发电） [40] Table 3 The impacts of PV power generation on climate change based on traditional power generation of America [40] 全球气候方面CO 2 排放其他温室气体排放地表反照率变化 局地气候方面地表反照率变化其他地表能量交换 影响类型 相较于传统发电的影响 有益或有害 影响中的占比 其他 减少 CO 2 排放 减少温室气体排放 反照率降低 反照率降低 未知 有益 有益 中立 未知 未知 高 高 低 中等 低 非常有利 非常有利 影响较小 仍需研究和观测 仍需研究和观测 上研究，可以总结出，光伏电站的建立会对局地气 温、相对湿度、土壤温度、风场、蒸发量等产生一 定影响。关于“光伏热岛效应”对气候变暖造成的 影响，现有研究的结论各有不同，尚未有精准、统 一的解释和论证，但其对全球的增暖效应远低于人 类排放温室气体所造成的增暖效应。 未来，光伏发电的装机规模还会呈指数级增 长，光伏电站对气候的影响还需要更加深入的研 究。在后续的研究中，还需扩大研究范围，选取基 于不同下垫面的光伏电站为研究对象；加强影响机 理的研究，找准主要影响因子，建立精确的研究模 型；有必要积累大量数据，对不同季节、白天和夜 间分别进行分析论证，综合分析光伏电站对气候的 影响程度及影响范围，并探索全球范围内光伏发电 开发利用的最大限度。最后，大规模光伏电站的运 行对气候环境造成的影响是一个缓慢变化的过程， 仍需要长期的观测和研究。 参考文献 金投网 . 2017 年全球光伏市场新增装机容量增长超 37 [EB/OL]. 2018 [2018-03-20]. http//gold.org/c/2018-03-01/c5681510. html 中国产业信息 . 2017 年全球光伏行业市场需求状况分析 [EB/OL]. 2017 [2018-03-20]. http// html Zhai P, Larsen P, Millstein D, et al. 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