《Journal of Cleaner Production》：Soiling loss in Photovoltaics: A comprehensive review of driving factors and insights from experimental and numerical simulation studies
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光伏板积尘显著影响系统性能与寿命，现有研究在户外实验、室内控制及模型预测方面存在不足。需开展多气候区、多技术类型的长期户外研究，开发集成温湿度、风速及颗粒沉积等参数的室内实验箱，并构建考虑环境交互作用的预测模型。
Naveed Hussain|Merlinde Kay|Stephen Bremner|Abhnil Prasad|Fiacre Rougieux
新南威尔士大学光伏与可再生能源工程学院，澳大利亚新南威尔士州悉尼市，2052
摘要
太阳能光伏（PV）的性能受多种环境因素影响，包括湿度、温度、遮荫和污染。其中，污染会显著降低光伏发电性能和太阳能电池板的有效寿命。已开展多项研究，包括户外实验、受控室内环境研究以及污染模型研究，以了解污染现象并制定有效的缓解策略。本综述通过分析截至2025年11月的现有文献，指出了若干研究空白。这些空白包括需要开展更具比较性的全面户外污染研究，考虑更多影响因素，如安装高度、烟雾、雾霾和鸟粪等，并针对不同气候条件下的多种光伏技术进行研究。此外，还需要进一步发展受控室内污染试验装置。目前的试验装置缺乏对烟雾、雾霾、降雨控制、风湍流和阵风的模拟，而这些因素是影响污染的关键因素；同时，试验装置也应能够容纳常规尺寸的光伏面板，理想情况下是光伏阵列。现有的污染模型具有场地特异性，且高度依赖于户外实验数据，其结果可靠性有待提高。基于这些研究空白，本文对未来研究方向提出了建议，包括户外研究、受控室内污染试验装置的改进以及通过建模更准确地估算污染损失。
引言
鉴于环境问题及化石燃料枯竭的威胁，向可再生能源的能源转型势在必行。太阳能光伏是所有可再生能源中最具前景的技术之一，其发电成本较为低廉（2024年底为0.043美元/千瓦时，来源：IRENA, 2025）。由于太阳能的成本较低且市场成熟，该技术得到了广泛应用。根据国际能源署（IEA）的数据，截至2024年，全球太阳能光伏装机容量已达467吉瓦，并预计到2028年将增至672.6吉瓦。2022年，全球太阳能光伏发电量达到1300太瓦时；为实现净零排放目标，预计到2030年这一数字将升至8300太瓦时（国际能源署，2024年）。此外，太阳能光伏是一种绿色能源，其碳足迹仅为14-73克二氧化碳当量/千瓦时，而化石燃料的碳足迹为742克二氧化碳当量/千瓦时（Muteri等人，2020年）。
2025年4月，隆基（Longi）生产的硅太阳能电池在标准测试条件（STC）下的最高效率达到了27.81%（Longi.com，2025）。然而，在户外条件下，由于各种气象和技术因素的影响，太阳能电池的效率会下降。降低光伏性能和可靠性的因素包括电池腐蚀、蜗牛痕迹、乙烯-醋酸乙烯（EVA）膜的褐变、背板烧痕、热点效应、高温运行、低辐照度以及光伏组件的污染（Alimi等人，2022）。污染是导致光伏性能下降的关键因素之一，表现为灰尘颗粒、鸟粪、树叶等外来气溶胶颗粒在光伏表面的沉积（Maghami等人，2016）。污染通过覆盖玻璃表面减少了电池的有效面积，从而降低了电池的发电能力。气溶胶在玻璃表面的沉积还会提高表面温度，加速光伏组件的老化（Hussain等人，2021）。
研究人员正在进行相关实验，以更好地理解、监测和缓解污染。采用的方法包括户外污染研究、受控室内污染研究以及污染模型开发，以预测污染损失并确定最佳且经济的清洁间隔和频率（Bellmann等人，2020；Hussain等人，2021；Tseng等人，2023）。
在像阿曼马斯喀特这样的干旱地区，干燥季节（6月至9月），污染可使透射率降低多达66%，这凸显了研究这一现象以优化光伏性能的重要性（Alkharusi等人，2024b）。实际上，控制污染损失的参数之间存在相互作用，因此将某个参数的影响视为独立因素是不准确的；应研究这些参数之间的相互作用。
即使在相同的环境条件下，不同光伏技术的污染损失也会有所不同。同样，对于同一光伏技术，在不同气候区污染损失也因气溶胶颗粒与其他环境因素的复杂相互作用而有所差异。例如，风既可能将颗粒物带到光伏面板上，也可能通过重新悬浮颗粒物来帮助清洁面板。然而，在较高相对湿度下，即使风速较大，对污染的清洁效果也微乎其微（Naeem和Tamizhmani，2016）。因此，污染是一个复杂的现象，需要深入研究以提出不同的缓解策略并优化光伏性能。
如前所述，关于污染对不同光伏技术影响的文献缺乏清晰性和一致性，尤其是在温度、湿度、风速等影响因素方面。Shahzad等人（2024）发表的最新综述涵盖了截至2024年的相关研究，并探讨了影响污染的因素及其对不同气候区清洁方法的有效性（Shahzad等人，2025）。本文将进一步详细讨论关键影响因素，包括烟雾颗粒、安装高度和气溶胶的几何形状（这些内容在他们的综述中未涉及）。此外，本文还纳入了受控环境研究和污染损失预测模型，这些对于理解和模拟实际污染情况非常重要。
本综述的目的是系统分析已发表的污染研究，以便有效减少污染损失，并促进光伏技术在分布式和大规模应用中的更快普及。综述涵盖了截至2025年11月的关于户外条件、受控环境及污染损失预测模型的同行评审文献。本文指出了太阳能光伏系统污染方面的关键研究空白。我们建议在分析户外研究时考虑关键影响因素，改进受控环境实验的设计，并开发更准确的光伏污染模型，以预测不同气候区的污染损失。
本文分为三个部分：第一部分概述了不同气候区中具有不同气溶胶物理性质和化学组成的光伏技术的户外污染研究；第二部分强调了建立室内污染试验站的重要性，以便在受控环境下分析污染损失，并研究湿度、温度、风速等影响因素之间的相互作用；第三部分阐述了通过污染模型预测污染损失的重要性，从而为全年经济有效的清洁间隔和频率决策提供依据。
因此，本文的主要目的是探讨如何准确监测和预测污染对光伏系统性能的影响，同时考虑地理位置、环境因素、面板朝向和面板技术。我们将回答的关键问题包括：
•地理条件和个别气象变量如何影响光伏组件的污染？
•制造和加工过程中的技术因素如何减少污染的影响？
•受控环境污染研究（室内研究）如何有助于深入理解污染过程？
•光伏组件所在地区如何影响污染损失模型的拟合度和预测准确性？
方法论
综述的主要内容包括污染过程（从生成源到在光伏板上的沉积）、驱动因素（倾斜角度、光伏技术、安装高度）、天气参数（降雨、湿度、温度、风速）、室内污染研究以及污染损失预测模型。方法论详见图1。
查找相关文献的主要关键词是“Soiling”，以及影响污染损失的各种因素。
太阳能电池板的污染
污染不仅降低了光伏的整体性能，还因热点效应引起的热应力而加剧了组件的老化。气溶胶沉积会导致太阳能电池板部分遮荫，从而提高面板温度，进而降低电池的开路电压（Hussain等人，2021；Kabir等人，2018；Mustafa等人，2020；Ravi等人，2019；Schill等人，2015）。多种因素决定了气溶胶在光伏板上的悬浮程度。
气溶胶来源
大气中的气溶胶是悬浮在空气中的颗粒物，可以是固体或液体，根据颗粒直径可分为粗颗粒（2.5-10微米）和细颗粒（小于2.5微米）（Hinds，1999；Nazari等人，2016；Patzer等人，1995；Prospero等人，2002；Xuan等人，2004）。自然气溶胶的主要来源包括海盐、沙漠（沙尘）、火山活动、沙尘暴和生物质（丛林火灾），而人为活动也是污染的来源之一（人为因素）。各种技术、地理和天气参数对光伏污染的影响
多种参数会影响光伏板表面的污染沉积。这些参数包括气候参数（如湿度、温度等）、技术参数（如玻璃材质、光伏组件中的电池配置等），或地理参数（如安装高度、土地覆盖类型和该地区的气溶胶组成）。这些参数在图7中有详细说明，以下将分别讨论。知识空白
通过对光伏污染的户外、室内和建模研究的全面回顾，发现了若干研究空白。•对于相同的光伏技术和相同的运行气候条件，由于各种影响因素之间的复杂相互作用，污染损失存在差异，这些相互作用尚未完全理解和量化。
•污染损失与气溶胶密度成正比，但这种关系尚不完全明确
未来建议
对于户外研究，更长的暴露时间有助于更准确地量化污染损失，因为它可以捕捉季节变化和年度污染趋势。在同一气候条件下不同高度安装不同类型的光伏板将有助于更好地理解污染过程。由于难以单独量化污染损失与其他退化损失，因此可以使用Kipp&Zonen公司的DustIQ等污染传感器。结论
光伏污染对光伏输出是一个关键且复杂的挑战，损失可高达60%。尽管有大量的户外、室内和建模研究，但仍然存在不一致性和不确定性。本综述旨在提供截至2025年11月已发表的研究中的关键见解和潜在研究空白。此外，本文还旨在通过户外、室内和建模研究来理解污染现象。清洁技术（包括抗污染技术）也在文中进行了讨论。CRediT作者贡献声明
Naveed Hussain：撰写——综述与编辑、初稿撰写、可视化处理、方法论构建、概念化设计。Merlinde Kay：撰写——综述与编辑、监督工作、概念化设计。Stephen Bremner：撰写——综述与编辑、监督工作。Abhnil Prasad：撰写——综述与编辑。Fiacre Rougieux：撰写——综述与编辑。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。作者是该期刊的编委会成员/主编/副主编/特邀编辑，未参与本文的编辑审查或发表决定。
致谢
我们感谢澳大利亚新南威尔士大学材料科学与工程学院的Tanzela Yousaf，她为本文中使用的所有相关图表的制作/设计和编辑工作做出了贡献。
