光伏發(fā)電領(lǐng)域研究現(xiàn)狀及趨勢
——基于CiteSpace的可視化分析

0 引言

在全球能源結(jié)構(gòu)中，傳統(tǒng)化石燃料仍占絕對主導(dǎo)地位，由能源消耗導(dǎo)致的日益嚴(yán)重的環(huán)境問題已成為全球性問題，巨大的環(huán)境壓力使新能源的開發(fā)利用得到政府的大力支持。因此，該領(lǐng)域內(nèi)的相關(guān)問題吸引了越來越多的學(xué)者進(jìn)行研究，研究熱點具有多面性且出現(xiàn)了多元化的研究趨勢，其中，光伏發(fā)電也成為研究熱點。近年來，盡管此領(lǐng)域內(nèi)的學(xué)術(shù)成果豐富，但系統(tǒng)性的綜述研究較少，因此，利用CiteSpace軟件對現(xiàn)有文獻(xiàn)進(jìn)行可視化分析，可以更加客觀地了解光伏發(fā)電領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀及未來研究趨勢。

1 數(shù)據(jù)來源及研究方法

本文以中國知網(wǎng)(CNKI)為數(shù)據(jù)來源，以“光伏發(fā)電”為檢索主題，并限定來源期刊為核心期刊與CSSCI期刊，這是由于核心期刊所刊發(fā)的文章基本體現(xiàn)了我國光伏發(fā)電領(lǐng)域的研究水平，因此選取此類期刊所刊發(fā)的文獻(xiàn)進(jìn)行分析具有較高的說服力。檢索2007～2017年間刊發(fā)的所有相關(guān)文獻(xiàn)，剔除無效文獻(xiàn)后，篩選得到了2495條有效記錄，數(shù)據(jù)記錄條目包含題目、作者、關(guān)鍵詞、摘要、所屬機(jī)構(gòu)等文獻(xiàn)基本信息。

文獻(xiàn)計量分析集數(shù)學(xué)、統(tǒng)計學(xué)、文獻(xiàn)學(xué)為一體，是運(yùn)用統(tǒng)計方法定量分析知識載體的交叉學(xué)科；科學(xué)知識圖譜作為科學(xué)計量學(xué)的新方法，可以將數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化分析，自2005年引入以來得到了廣泛應(yīng)用，尤其適用于對跨學(xué)科主題的研究[1]。CiteSpace是在此背景下發(fā)展起來的引文可視化分析軟件，具有合作網(wǎng)絡(luò)分析、共被引分析、共現(xiàn)分析、耦合分析等功能[2]，以其免費共享、持續(xù)更新、操作簡單、效果美觀等優(yōu)勢得到學(xué)者的廣泛關(guān)注，成為目前最流行的可視化工具之一。本文借助CiteSpace工具對所收集的文獻(xiàn)進(jìn)行可視化分析，并進(jìn)行科學(xué)知識圖譜的繪制，從而分析該領(lǐng)域的研究熱點和研究趨勢。

CiteSpace軟件的2個基本術(shù)語是中介中心性(Betweenness centrality)和引用爆發(fā)(Citation burst)。其中，中介中心性是測度節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中重要性或影響力的指標(biāo)，用以發(fā)現(xiàn)和衡量文獻(xiàn)的重要性，并以紫色圈對節(jié)點進(jìn)行標(biāo)注，節(jié)點的中心性與其影響力成正比；引用爆發(fā)是基于Kleinberg 2002年提出的算法，運(yùn)用爆發(fā)性檢測技術(shù)計算出來的指標(biāo)，用于確定研究領(lǐng)域內(nèi)的突變[3]。

2 文獻(xiàn)計量分析

2.1 關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析

關(guān)鍵詞包含文章的核心信息，是對文章主旨的高度概括，其在研究領(lǐng)域內(nèi)的出現(xiàn)頻次通常可以在一定程度上有效地反映該領(lǐng)域的研究熱點，因此，對關(guān)鍵詞進(jìn)行分析可以用來確定某一特定知識領(lǐng)域的研究前沿。

關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可以找出有價值的關(guān)鍵詞，并以此確定某一研究領(lǐng)域內(nèi)過去和現(xiàn)在的研究熱點。關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻率與其節(jié)點大小成正比，關(guān)鍵詞之間的關(guān)系由連線表示，連線越粗，共現(xiàn)頻率越高。

在CiteSpace軟件界面中， 將時間跨度“Time Slicing”設(shè)置為2007～2017年，時間切片“Years per slice”設(shè)定為1年，節(jié)點類型“Node Types”選擇 “Keyword”，選擇標(biāo)準(zhǔn)“Selection Criteria”選擇“Top N”且閾值設(shè)為50，即每個時間切片中選擇出現(xiàn)次數(shù)最多的前50個條目生成關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。調(diào)試后的網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。

圖1 關(guān)鍵詞網(wǎng)絡(luò)圖

通過關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜可以看出，網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點數(shù)N=258和連線數(shù)E=1012，網(wǎng)絡(luò)密度Density=0.0305。由圖1可以看出，出現(xiàn)頻率最高的關(guān)鍵詞有“最大功率點跟蹤”“光伏發(fā)電系統(tǒng)”“太陽能”“逆變器”“分布式光伏”“微電網(wǎng)”“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”“數(shù)學(xué)模型”“模糊控制”等，由此可見，近10年光伏發(fā)電領(lǐng)域內(nèi)的主要研究熱點包括光伏組件的優(yōu)化研究、光伏發(fā)電系統(tǒng)研究、光伏發(fā)電的應(yīng)用領(lǐng)域研究、并網(wǎng)光伏發(fā)電和分布式光伏發(fā)電，以及光伏與汽車的配套設(shè)施的研究；以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法等方法進(jìn)行仿真建模和數(shù)值模擬是此領(lǐng)域文章所應(yīng)用的主要的研究方法。

圖1中紅色圈標(biāo)識的關(guān)鍵詞為具有引用爆發(fā)的關(guān)鍵詞，表示這些關(guān)鍵詞在某個時間段內(nèi)的引用快速增長，在對光伏發(fā)電的研究過程中，這些關(guān)鍵詞可被視為是在該領(lǐng)域內(nèi)具有里程碑意義的詞匯。在本文對于光伏發(fā)電領(lǐng)域的研究中，共有42個關(guān)鍵詞具有引用爆發(fā)，此處選擇2007～2017年間爆發(fā)強(qiáng)度大于4或爆發(fā)持續(xù)時間在3年以上的關(guān)鍵詞作為研究領(lǐng)域內(nèi)的里程碑，如表1所示。

由表1可知，持續(xù)引用爆發(fā)至2017年的關(guān)鍵詞有“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”“電動汽車”“功率預(yù)測”“混合儲能”“分布式光伏”等，這揭示了近期的研究熱點，并且可能是未來的研究趨勢。

表1 我國近10年間光伏發(fā)電領(lǐng)域的研究熱點

在關(guān)鍵詞分析中，中介中心性指標(biāo)可以通過分析節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中的位置來確定其重要性，引用爆發(fā)可以找出研究的新興趨勢[4]。然而將所有具有中介中心性或引用爆發(fā)的關(guān)鍵詞全部列出是不現(xiàn)實的，且并不是所有的具有中介中心性的節(jié)點都同時具有引用爆發(fā)。所以，為了更具說服力，本文選擇采用將節(jié)點的這兩個基本指標(biāo)相結(jié)合的Sigma值來確定最有價值的關(guān)鍵詞，同時考慮其出現(xiàn)頻次，排名最高的前10個關(guān)鍵詞如表2所示。這些關(guān)鍵詞再次印證了本研究領(lǐng)域的主要研究方向，且主要研究方法是依靠計算機(jī)，結(jié)合有限元或有限容積的概念，通過數(shù)值計算和圖像顯示的仿真方法研究相關(guān)問題。

2.2 作者共現(xiàn)分析

針對作者共現(xiàn)分析，在CiteSpace軟件中，時間跨度“Time Slicing”設(shè)置為2007～2017年，時間切片“Years per slice”設(shè)定為1年，節(jié)點類型“Node Types”選擇“Author”，選擇標(biāo)準(zhǔn)“Selection Criteria”選擇“Top N”且閾值設(shè)為50，運(yùn)行調(diào)試后的作者合作網(wǎng)絡(luò)如圖2所示。從圖2中可以看出，節(jié)點數(shù)N=618，連線數(shù)E=686，網(wǎng)絡(luò)密度Density=0.0036。其中，節(jié)點代表作者，節(jié)點大小與作者發(fā)文量成正比；連線代表作者間的合作關(guān)系；紅色圈節(jié)點表示具有引用爆發(fā)的作者。

表2 光伏發(fā)電領(lǐng)域內(nèi)最有價值的關(guān)鍵詞

作為補(bǔ)充，表3中列出了光伏發(fā)電領(lǐng)域內(nèi)出現(xiàn)頻次較多的主要研究者及其所屬機(jī)構(gòu)，結(jié)合圖2可以清楚地看出，在此領(lǐng)域內(nèi)的核心研究者有張建成、許洪華、袁越、趙波、丁明、李鵬等，但除了同一所屬機(jī)構(gòu)下的研究者外，其他主要研究學(xué)者之間并沒有良好的合作關(guān)系，表明光伏發(fā)電領(lǐng)域內(nèi)的研究者較為分散，尚未形成研究體系。合作關(guān)系揭示了學(xué)者之間的學(xué)術(shù)親緣關(guān)系，學(xué)術(shù)圈的形成也更有利于學(xué)術(shù)成果的交流和技術(shù)的發(fā)展，因此，光伏發(fā)電領(lǐng)域內(nèi)的學(xué)者應(yīng)在今后的研究中形成研究與合作體系，促進(jìn)研究成果的交流和發(fā)展。此領(lǐng)域內(nèi)所有的研究者均不具有中介中心性，表明該領(lǐng)域內(nèi)并無作者具有絕對的影響力，也可能是由于此領(lǐng)域在國內(nèi)較新的原因。此外，具有較高引用爆發(fā)強(qiáng)度的作者，其在光伏發(fā)電領(lǐng)域內(nèi)的學(xué)術(shù)影響力較高，且其關(guān)注的學(xué)術(shù)問題在近年來得到了更多學(xué)者的持續(xù)關(guān)注，但不排除其自引用以提升學(xué)術(shù)影響力的可能；不具有引用爆發(fā)強(qiáng)度但出現(xiàn)頻次較多的學(xué)者也為光伏發(fā)電領(lǐng)域的研究做出了重要貢獻(xiàn)。

圖2 作者合作網(wǎng)絡(luò)圖

表3 2007～2017年我國光伏發(fā)電領(lǐng)域內(nèi)的主要研究者

2.3 機(jī)構(gòu)共現(xiàn)分析

對于機(jī)構(gòu)共現(xiàn)分析，在CiteSpace軟件界面中，將時間跨度 “Time Slicing”設(shè)置為2007～2017年，時間切片“Years per slice”設(shè)定為1年，節(jié)點類型“Node Types”選擇“Institution”， 選擇標(biāo)準(zhǔn)“Selection Criteria”選擇“Top N”且閾值設(shè)為50，運(yùn)行調(diào)試后的機(jī)構(gòu)共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)如圖3所示。由圖3可以看出，節(jié)點數(shù)N=261，連線數(shù)E=181，網(wǎng)絡(luò)密度Density=0.0053。其中，節(jié)點代表機(jī)構(gòu)，節(jié)點大小與機(jī)構(gòu)發(fā)文量成正比，節(jié)點之間的連線表示機(jī)構(gòu)間的合作關(guān)系。

圖3 機(jī)構(gòu)共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖

近10年間共有261個機(jī)構(gòu)對光伏發(fā)電領(lǐng)域內(nèi)的相關(guān)問題進(jìn)行了研究，但圖3中的作者所屬機(jī)構(gòu)為細(xì)分機(jī)構(gòu)，例如華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院和華北電力大學(xué)控制與計算機(jī)工程學(xué)院，CiteSpace軟件將其視為兩所不同的機(jī)構(gòu)。為了更加清晰地分析機(jī)構(gòu)來源，本文將同屬于一所高校的不同機(jī)構(gòu)進(jìn)行合并，如統(tǒng)一合并為華北電力大學(xué)，合并后按照發(fā)文數(shù)量排序得到發(fā)文數(shù)量超過20篇的機(jī)構(gòu)分布，如表4所示，其中，國家電網(wǎng)包括國家電網(wǎng)公司直屬科研單位和下屬分公司及研究院。

由表4可以看出，華北電力大學(xué)在光伏發(fā)電領(lǐng)域內(nèi)所發(fā)表的文章數(shù)量位列榜首；除國家電網(wǎng)和中國科學(xué)院外，其余機(jī)構(gòu)均為高等院校。此現(xiàn)象表明，中國科學(xué)院和高等院校仍是此領(lǐng)域的科研主力軍，國家電網(wǎng)公司在此領(lǐng)域所發(fā)表的論文數(shù)量也較為客觀，代表了企業(yè)的研發(fā)水平和科研實力。

表4 發(fā)文數(shù)量超過100篇的機(jī)構(gòu)分布

3 結(jié)論

本文通過對近10年的2495篇論文進(jìn)行文獻(xiàn)計量研究，借助CiteSpace可視化分析工具形象地展示了關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、作者合作網(wǎng)絡(luò)和機(jī)構(gòu)共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)等知識圖譜。研究表明，國內(nèi)光伏發(fā)電領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點主要集中在光伏組件的優(yōu)化研究、光伏發(fā)電系統(tǒng)研究、光伏發(fā)電的應(yīng)用領(lǐng)域研究、并網(wǎng)光伏發(fā)電和分布式光伏發(fā)電及其與其他行業(yè)的匹配等方面；主要依靠計算機(jī)建立數(shù)學(xué)模型，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或粒子群算法，結(jié)合有限元或有限容積的概念，通過數(shù)值計算和圖像顯示的仿真方法進(jìn)行相關(guān)問題的研究；此外，光伏發(fā)電領(lǐng)域內(nèi)未來的研究趨勢集中在混合儲能、分布式光伏、功率預(yù)測、電容器等方面，與電動汽車行業(yè)的結(jié)合也是未來的一個熱點研究方向。

基于作者合作網(wǎng)絡(luò)知識圖譜，本文還分析了光伏發(fā)電領(lǐng)域內(nèi)的主要研究者，發(fā)現(xiàn)此領(lǐng)域內(nèi)的研究者較為分散，均不在領(lǐng)域內(nèi)占主導(dǎo)地位，且非屬同一機(jī)構(gòu)的學(xué)者間的合作較少，不利于研究成果的交流與此領(lǐng)域的發(fā)展，需要引起之后研究者的注意。基于作者機(jī)構(gòu)共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)知識圖譜可知，高等院校和中國科學(xué)院仍是學(xué)術(shù)研究的中流砥柱，國家電網(wǎng)公司及其分公司和下屬研究所也是科研的中堅力量，今后可以加強(qiáng)企業(yè)與高校、科研機(jī)構(gòu)的合作，產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合，形成研究、開發(fā)、生產(chǎn)一體化的先進(jìn)系統(tǒng)，從而進(jìn)一步推動此領(lǐng)域的發(fā)展。

盡管對光伏發(fā)電領(lǐng)域近10年的研究進(jìn)行了綜合分析，但本文仍存在一定的局限性。首先，本研究的數(shù)據(jù)主要來源于中國知網(wǎng)中的核心期刊，雖然可以在一定程度上代表此領(lǐng)域的研究水平，但仍然不夠全面。其次，中國知網(wǎng)中的數(shù)據(jù)信息不包含引文、基金等信息，使得CiteSpace軟件的功能沒有得到最大發(fā)揮，分析結(jié)果具有一定的局限性。第三，CiteSpace軟件對數(shù)據(jù)的處理受所選算法及數(shù)據(jù)噪音的影響，未經(jīng)過清洗的數(shù)據(jù)可能會導(dǎo)致一定的分析誤差。