全球能源消耗自工业革命以来持续增长，预计未来数十年仍将上升。为应对21世纪的环境挑战，可再生能源需发挥重要作用，其中太阳能光伏（PV）技术因其低密度和区域分布不均的特点，最适合在沙漠等高辐照地区大规模开发。
沙漠地区的PV潜力
- 全球1/3的陆地被沙漠覆盖，其中5%的沙漠面积（约40万平方公里）足以满足全球当前的初级能源需求，而戈壁沙漠 alone 就能提供5倍于全球年电力需求的发电量。
- 适合建设PV电站的沙漠地区需满足技术、社会和环境要求，经评估，全球六大沙漠中适合建设PV电站的区域可产生约752×10³ TWh的年发电量，相当于全球2012年电力需求的33倍。
VLS-PV市场发展
- 大型PV电站市场自2000年代后期在欧洲兴起，2014年中全球至少有170个超过20MW的PV电站，总装机容量超过9GW，加上小于10MW的电站，总装机容量超过14GW。
- 2011年以来，全球最大PV电站记录每年被刷新，如美国Arizona的Topaz Solar Farm（550MW AC）和中国青海的Longyangxia电站（520MW DC/AC）。
技术解决方案
- 沙漠环境下的主要技术挑战包括：灰尘沉积（减产可达30%）、沙尘暴、高温差、紫外线辐射等。
- 清洁方案的选择需考虑成本效益，人工湿擦成本最低但效率最低，机器人清洁成本高但效率高。
- 其他技术问题如耐候性、性能评估等仍需进一步研究。
经济竞争力
- PV初始安装成本持续下降，2015年大型电站初始成本为1.5-3M USD/MW，预计到2030年和2050年将分别降至约1M USD/MW和0.7M USD/MW。
- LCOE与当地太阳能辐照度密切相关，高辐照地区（如沙漠）的LCOE更低，经济竞争力更强。
可持续性与社会效益
- VLS-PV电站的能源偿还期（EPBT）为1-3年，产生的能量是其生命周期消耗能量的10-30倍（EROI：10-30倍）。
- 在中国戈壁沙漠建设1GW VLS-PV电站，其生态足迹可与当地生物承载力平衡，仅需1-2%的沙漠面积。
- 社会发展方面，1.5GW电站建设期间可创造约9千个就业岗位，运营后每年可提供约400个稳定岗位，并带动相关制造业发展。
未来展望与挑战
- IEA PVPS Task8提出了至2100年的VLS-PV发展路线图，预计VLS-PV将提供2100年全球光伏发电量的一半（约67TW）。
- 未来PV电站将与其他可再生能源（风能、水能）和储能技术结合，通过超级电网实现大规模互联和稳定供电。
- 东北亚超级电网概念提出利用戈壁沙漠的太阳能和风能，通过HVDC技术向中国、韩国、日本输送电力，实现100%可再生能源供应，LCOE低于传统能源和碳捕获技术。
研究结论
沙漠地区是VLS-PV电站的理想选址，技术、经济和社会效益显著，未来通过超级电网和综合能源系统，可实现大规模可再生能源部署和低碳能源转型。
