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中國石油西南油氣田公司天然氣經(jīng)濟(jì)研究所，天然氣技術(shù)與經(jīng)濟(jì)

“2030年碳達(dá)峰，2060年碳中和”是我國作出的重大戰(zhàn)略決策，標(biāo)志著我國能源結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型進(jìn)入關(guān)鍵階段。2021年印發(fā)的《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》和《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》指出要加快構(gòu)建清潔低碳安全高效能源體系，大力發(fā)展水電、風(fēng)電、太陽能、生物質(zhì)能等非化石能源。太陽能具有清潔、安全、高效、可持續(xù)等顯著優(yōu)點(diǎn)，在我國新能源體系中扮演著非常重要的角色，光伏發(fā)電迎來空前的發(fā)展機(jī)遇。

1光伏發(fā)電是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要保障

國際能源署（IEA）發(fā)布的《全球能源回顧：2021年二氧化》報(bào)告指出，2020年我國二氧化碳排放量為98.94億t，占全球二氧化碳總排放量的30.93%，全球排名第一。其中、、天然氣等化石能源消耗導(dǎo)致的二氧化碳排放量占比達(dá)95%以上。同時(shí)，研究顯示在“雙碳”目標(biāo)下煤炭、石油、天然氣等化石能源低碳經(jīng)濟(jì)效率處在較低水平。因此，構(gòu)建高效清潔、綠色低碳的新型能源供應(yīng)體系已成為能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的大趨勢，綠色環(huán)保、安全可持續(xù)的光伏發(fā)電將成為未來新能源發(fā)電的主要選擇，是我國推動(dòng)“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的重要保障。

我國已形成完整的光伏產(chǎn)業(yè)鏈，具備規(guī)?；l(fā)展光伏發(fā)電系統(tǒng)的資源條件、技術(shù)優(yōu)勢和應(yīng)用基礎(chǔ)，產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)消耗的能量已經(jīng)穩(wěn)步快速下降，光伏發(fā)電系統(tǒng)的能量回收周期大大縮短。光伏發(fā)電系統(tǒng)能量回收周期是指光伏發(fā)電系統(tǒng)在全生命周期內(nèi)消耗的總能量與光伏發(fā)電系統(tǒng)每年的能量輸出之比，也就是說光伏發(fā)電系統(tǒng)能量回收期取決于光伏發(fā)電系統(tǒng)的制造、安裝及運(yùn)輸過程中的總能耗和光伏發(fā)電系統(tǒng)壽命期內(nèi)的發(fā)電量。

根據(jù)《中國光伏產(chǎn)業(yè)清潔生產(chǎn)研究報(bào)告》，光伏發(fā)電系統(tǒng)的能量回收周期僅為1.3年，以使用壽命30年計(jì)算，光伏發(fā)電系統(tǒng)約29年都是零碳排放。經(jīng)測算，光伏發(fā)電的二氧化碳排放量為33～50g／kWh，而燃煤發(fā)電為796.7g／kWh。光伏發(fā)電的二氧化碳排放量僅為化石能源的十分之一到二十分之一。因此，光伏發(fā)電在減少碳排放方面具有絕對優(yōu)勢。

2我國光伏發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展概況

2.1光伏電池組件技術(shù)

2.1.1晶硅光伏電池

目前，我國光伏電池組件技術(shù)從材料到設(shè)備已構(gòu)建起成熟完整的產(chǎn)業(yè)鏈，產(chǎn)業(yè)化量產(chǎn)技術(shù)達(dá)到全球領(lǐng)先水平。2022年6月，中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會(huì)（以下簡稱國家發(fā)改委）、中華人民共和國國家能源局（以下簡稱國家能源局）等9部門發(fā)布《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》，指出世界光伏供應(yīng)鏈中我國生產(chǎn)的多晶硅、硅片、電池片和組件已分別占到76%、96%、83%和76%。

目前，已開發(fā)出PERC晶體硅電池、TOPCon單晶硅電池、HJT單晶硅電池、IBC單晶硅電池等多種晶體硅光伏電池。其中，PERC晶體硅電池是當(dāng)前技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣、市場占有份額最多的光伏電池。根據(jù)中國光伏行業(yè)數(shù)據(jù)顯示，產(chǎn)業(yè)化的p型PERC晶體硅電池平均光電效率已達(dá)到22.8%。高效率、低能耗、低成本、雙面PERC技術(shù)是未來PERC技術(shù)發(fā)展的主要方向。

TOPCon單晶硅電池、HJT單晶硅電池、IBC單晶硅電池等n型電池相對PERC晶體硅電池具有更高的光電轉(zhuǎn)換效率和更低的衰減率，其中TOPCon電池、HJT電池的平均光電轉(zhuǎn)換效率分別為23.5%、23.8%。相比PERC電池，目前n型電池的技術(shù)規(guī)模小、市場占比低、成本相對高，還處于量產(chǎn)驗(yàn)證階段。預(yù)計(jì)隨著量產(chǎn)化技術(shù)的突破、原材料和設(shè)備的國產(chǎn)化、光電轉(zhuǎn)化效率的進(jìn)一步提升、生產(chǎn)成本的大幅降低等，n型晶體硅電池將成為未來光伏電池技術(shù)的主要方向。

2.1.2薄膜光伏電池

薄膜光伏電池具有生產(chǎn)能耗低、輕量化可柔性等優(yōu)點(diǎn)，在柔性設(shè)備和便攜式可穿戴設(shè)備上具有廣闊的應(yīng)用前景。薄膜光伏電池主要有砷化鎵（GaAs）光伏電池、碲化鎘（CdTe）光伏電池、和銅銦鎵硒（CIGS）光伏電池等。雖然GaAs光伏電池具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率，但是由于Ga的稀缺性和As的有毒性，使GaAs光伏電池成本高昂、工藝復(fù)雜，尚未實(shí)現(xiàn)規(guī)?；慨a(chǎn)。CIGS光伏電池性能穩(wěn)定、弱光性能好、不衰減，當(dāng)前認(rèn)證的最高光電轉(zhuǎn)化效率為23.4%，量產(chǎn)的平均效率為16.5%左右。CdTe光伏電池是目前量產(chǎn)規(guī)模最大的薄膜光伏電池，量產(chǎn)組件的平均轉(zhuǎn)換效率為15.1%，但由于Cd是有毒重金屬元素，Te是稀有元素，未來在提升量產(chǎn)電池組件效率的同時(shí)，進(jìn)一步開發(fā)綠色環(huán)保材料和光伏電池回收利用等技術(shù)，從而降低成本，減少環(huán)境污染，擴(kuò)大商業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用規(guī)模。

2.1.3鈣鈦礦光伏電池

鈣鈦礦是一種復(fù)合金屬化合物，具有高載流子遷移率、較長的載流子擴(kuò)散距離和吸收系數(shù)大等優(yōu)異的光電特性，且原料豐富、合成簡單、成本低廉，是目前最具潛力的光伏材料之一。目前，單結(jié)鈣鈦礦光伏電池的實(shí)驗(yàn)室最高光電轉(zhuǎn)換效率已達(dá)到25.6%，與商業(yè)化晶硅光伏電池相當(dāng)。雖然鈣鈦礦光伏電池已展現(xiàn)出十分優(yōu)異的光電轉(zhuǎn)換效率，但是還面臨大面積電池組件的光電轉(zhuǎn)換效率較低，穩(wěn)定性較差和電池壽命短等挑戰(zhàn)。

2.2光伏發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)

2.2.1離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)

離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是不與公用電網(wǎng)連接的發(fā)電系統(tǒng)，通常應(yīng)用于缺電的邊遠(yuǎn)地區(qū)以及太陽能路燈、通信信號(hào)基站等基礎(chǔ)設(shè)施的用電需求。離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)用電負(fù)載的特點(diǎn)，分為無蓄電池的直流光伏發(fā)電系統(tǒng)、有蓄電池的直流光伏發(fā)電系統(tǒng)、交流光伏發(fā)電系統(tǒng)。無蓄電池的直流光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏電池組件和用電負(fù)載組成，沒有蓄電池儲(chǔ)能設(shè)備和控制器等部件。有蓄電池的直流光伏發(fā)電系統(tǒng)由光伏電池組件、充放電控制器、儲(chǔ)能蓄電池及直流負(fù)載等組成，該系統(tǒng)能應(yīng)用于太陽能路燈、移動(dòng)通信基站、漁船、邊遠(yuǎn)地區(qū)供電等，應(yīng)用范圍較廣。交流光伏發(fā)電系統(tǒng)相比直流光伏發(fā)電系統(tǒng)，多了一個(gè)交流逆變器，可以把直流電轉(zhuǎn)換成交流電為交流負(fù)載提供電能，可以作為市電互補(bǔ)型發(fā)電系統(tǒng)，能有效節(jié)約能源，減少碳排放。

2.2.2并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)

并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是指光伏電池組件產(chǎn)生的直流電通過逆變器轉(zhuǎn)換為交流電并接入公共電網(wǎng)的發(fā)電系統(tǒng)。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)分為集中式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)和分布式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。

集中式并網(wǎng)光伏發(fā)電的特點(diǎn)是所生產(chǎn)的電能直接輸送到電網(wǎng)，再由電網(wǎng)把電力統(tǒng)一分配到各個(gè)用電單位，適于大型光伏發(fā)電站。目前，我國大型集中式光伏電站主要分布在西北和華北的沙地、草原、鹽堿地和工礦廢棄地等區(qū)域。據(jù)國家能源局統(tǒng)計(jì)，截至2021年底，我國集中式光伏發(fā)電為2.0億kW，占光伏發(fā)電總裝機(jī)容量的65%。2020年，世界上最大的沙漠集中式光伏發(fā)電基地在內(nèi)蒙古庫布齊沙漠建成，該項(xiàng)目裝機(jī)容量達(dá)到69.03MW，年發(fā)電量可達(dá)20億kW·h，并網(wǎng)發(fā)電后在節(jié)能減排方面相當(dāng)于每年節(jié)約標(biāo)煤66萬t，減少二氧化碳排放165萬t，能有效改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。

分布式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是指利用建筑物頂部布置小型光伏發(fā)電系統(tǒng)，產(chǎn)生的電能輸送到公共電網(wǎng)，統(tǒng)一為用戶供電。分布式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)具有就地消納、靈活性強(qiáng)、建設(shè)成本低、占地面積小、環(huán)境效益好等顯著特點(diǎn)。2017年以來，隨著光伏組件成本的下降和國家補(bǔ)貼政策的出臺(tái)，分布式光伏發(fā)電站迅速發(fā)展。國家能源局發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2021年新增裝機(jī)容量為29.3GW，同比增長88.65%，累計(jì)總裝機(jī)容量達(dá)到107.5GW，約占光伏發(fā)電并網(wǎng)裝機(jī)容量三分之一。山東、浙江等9個(gè)省份的分布式光伏裝機(jī)容量超過3GW，合計(jì)占全國分布式光伏裝機(jī)總量的81%。

2.2.3混合光伏發(fā)電系統(tǒng)

“雙碳”目標(biāo)背景下，多種能源融合發(fā)展，協(xié)同互補(bǔ)已成為能源轉(zhuǎn)型大趨勢，如天然氣與新能源融合、煤電與新能源聯(lián)動(dòng)等。混合光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用太陽能與其他能源進(jìn)行混合發(fā)電的系統(tǒng)，典型的有風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)和水光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)。夏季光照強(qiáng)風(fēng)速低，冬季光照弱風(fēng)速強(qiáng)，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)是將光伏電池組件、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、儲(chǔ)能電池、逆變器等部件組成的復(fù)合型發(fā)電系統(tǒng)，彌補(bǔ)太陽能和風(fēng)能獨(dú)立發(fā)電不確定性和不穩(wěn)定性的問題，具有晝夜互補(bǔ)、季節(jié)互補(bǔ)等特點(diǎn)。2022年7月，我國北方最大風(fēng)光儲(chǔ)一體化項(xiàng)目在吉林省洮南市實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電，年均發(fā)電量約36億kW·h，節(jié)約標(biāo)煤118萬t，減少二氧化碳排放292萬t，助力構(gòu)建“綠色低碳、安全高效”的現(xiàn)代能源體系。

水光互補(bǔ)發(fā)電利用水能、光能的互補(bǔ)性，依托水力發(fā)電強(qiáng)大的調(diào)節(jié)能力，平抑光伏發(fā)電的隨機(jī)性和波動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)平滑、穩(wěn)定的發(fā)電曲線。當(dāng)光照充足時(shí)，以光伏發(fā)電為主，當(dāng)夜晚或天氣變化時(shí)通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行水力發(fā)電。2022年7月，全球最大水光互補(bǔ)發(fā)電站—四川柯拉光伏電站正式開工建設(shè)，該項(xiàng)目裝機(jī)容量達(dá)100萬kW，年均發(fā)電20億kW·h，每年發(fā)出的電量可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤60萬t，減少二氧化碳排放160萬t，對實(shí)現(xiàn)國家“雙碳”目標(biāo)具有示范引領(lǐng)作用。

2.3光伏組件回收處理技術(shù)

光伏產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展和光伏產(chǎn)品大量使用的同時(shí)，我們也面臨大量廢棄光伏組件回收處理的問題。光伏組件中包含的玻璃、硅、銅、鋁、銀、銦、鎵等是可循環(huán)再利用的材料。“雙碳”背景下，廢棄光伏組件必須得到妥善處理和回收再利用。

政策和法律方面，我國尚未出臺(tái)光伏組件回收處理的管理政策和法規(guī)。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)方面，我國光伏組件回收處理標(biāo)準(zhǔn)體系尚不完善，僅有兩個(gè)國家標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，分別是《建筑用薄膜太陽能電池組件回收再利用通用技術(shù)要求：GB／T38785-2020》《光伏組件回收再利用通用技術(shù)要求：GB／T39753—2021》《晶體硅光伏組件回收再利用通用技術(shù)要求：T／CPIA0002—2017》。

回收處理技術(shù)方面，光伏組件拆解是光伏組件回收處理的關(guān)鍵，目前有機(jī)械法拆解、熱解法拆解和化學(xué)法拆解三種技術(shù)。機(jī)械法拆解是通過機(jī)械法分離玻璃和光伏電池，這種方法雖然操作簡單，工藝環(huán)保，但是回收率低，組分后期處理分離較難。熱解法拆解就是通過加熱分離玻璃和光伏電池，這種方法反應(yīng)時(shí)間較短，回收率較高，但存在能耗高，廢氣難處理等缺點(diǎn)?；瘜W(xué)拆解法就是通過化學(xué)溶劑的溶解實(shí)現(xiàn)玻璃和光伏電池的分離，這種方法能耗低，回收率高，能保持電池片的完整，但存在廢液難處理，污染環(huán)境等問題。拆解出來的電池再通過選擇性浸提、沉淀、萃取等方法回收光伏電池中的貴金屬。此外，拆解出來的完整電池片，可通過修復(fù)達(dá)到可使用的轉(zhuǎn)換效率，實(shí)現(xiàn)光伏電池的再利用。

3光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展趨勢

3.1高效率低成本光伏電池

由于生態(tài)紅線和耕地紅線的限制，國家能源局要求光伏項(xiàng)目的開發(fā)不允許占用耕地。因此，發(fā)展更高效率、更低成本的光伏電池，進(jìn)一步提升單位面積發(fā)電能力是未來光伏大規(guī)模發(fā)展的關(guān)鍵。一是持續(xù)推進(jìn)PERC晶硅電池技術(shù)的發(fā)展，如開發(fā)雙面PERC電池等，提升轉(zhuǎn)換效率，降低生產(chǎn)成本。二是加快TOPCon、HJT、IBC等新型晶硅電池低成本高質(zhì)量產(chǎn)業(yè)化制造技術(shù)研究，重點(diǎn)突破關(guān)鍵材料、工藝水平、制造裝備等技術(shù)瓶頸，提高效率，降低成本，推動(dòng)新型晶硅電池的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和規(guī)?；瘧?yīng)用。三是推動(dòng)CIGS、CdTe、AsGa等薄膜光伏電池的降本增效、工藝優(yōu)化、量產(chǎn)產(chǎn)能等，大力推進(jìn)薄膜太陽能電池在光伏建筑一體化建設(shè)中的應(yīng)用。四是開展高效鈣鈦礦太陽能電池制備與產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)研究，開發(fā)大面積、高效率、高穩(wěn)定性、環(huán)境友好型的鈣鈦礦電池，開展晶體硅/鈣鈦礦、鈣鈦礦/鈣鈦礦等高效疊層電池制備及產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)研究。

3.2光伏發(fā)電并網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

基于模糊邏輯算法、自適應(yīng)變步長電導(dǎo)增量法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)（MPPT），保證光伏發(fā)電系統(tǒng)以最高功率穩(wěn)定輸出。開發(fā)高效率、高可靠性、高電能質(zhì)量、電網(wǎng)適應(yīng)性強(qiáng)、易于安裝維護(hù)的大型光伏電站用逆變器。開展工作穩(wěn)定性好、能量轉(zhuǎn)換效率和功率密度高、工作壽命長、生產(chǎn)成本低的微型逆變器研究。探索智能孤島效應(yīng)檢測新方法，提升光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)穩(wěn)定性。

3.3光伏建筑一體化應(yīng)用

制定光伏建筑一體化建設(shè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)光伏建筑一體化規(guī)?；瘧?yīng)用，實(shí)現(xiàn)綠色建筑“零排放”，助推“雙碳”目標(biāo)有效落地。重點(diǎn)開展光伏建筑一體化電池技術(shù)研發(fā)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化效率與建筑美觀的有效融合。研制所樣化光伏組件材料，滿足不同場景和個(gè)性化需求的建筑結(jié)構(gòu)，并利用集成技術(shù)開發(fā)裝配式光伏建筑。融合數(shù)字信息技術(shù)，開發(fā)自動(dòng)化、信息化、智能化光伏建筑。

3.4光伏組件生產(chǎn)制造設(shè)備

構(gòu)建智能光伏生產(chǎn)制造體系，注重智能信息技術(shù)的應(yīng)用，不斷提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)能，保障產(chǎn)能供應(yīng)。一是提高光伏電池組件生產(chǎn)制造的智能化水平，實(shí)時(shí)監(jiān)控硅片制絨、擴(kuò)散、刻蝕、鈍化等生產(chǎn)過程，有效縮短單位生產(chǎn)時(shí)間，保證電池產(chǎn)能和質(zhì)量。二是開展硅片薄片化、大片化生產(chǎn)工藝和設(shè)備研制。三是重點(diǎn)研制N型光伏電池生產(chǎn)制造工藝和設(shè)備，加快N型光伏電池的規(guī)?；a(chǎn)。

3.5光伏組件回收處理與再利用

研究光伏組件回收處理政策和法規(guī)，制定完善的光伏組件回收處理標(biāo)準(zhǔn)體系，明確光伏組件回收處理細(xì)則，加強(qiáng)對光伏組件回收處理的指導(dǎo)和要求。改進(jìn)廢棄光伏組件回收處理技術(shù)，提高回收率，同時(shí)最大程度降低回收處理過程中的環(huán)境污染和能源消耗，實(shí)現(xiàn)無害化處理。

4結(jié)語

2022年5月，國家發(fā)改委、國家能源局發(fā)布《關(guān)于促進(jìn)新時(shí)代新能源高質(zhì)量發(fā)展的實(shí)施方案》，2030年風(fēng)電、光伏的裝機(jī)總?cè)萘恳_(dá)到12億kW。根據(jù)國家能源局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截至2021年底，光伏、風(fēng)電的裝機(jī)容量分別為3.1億kW、3.3億kW，2030年目標(biāo)幾乎是當(dāng)前的一倍。光伏發(fā)電將迎來歷史性的發(fā)展機(jī)遇，但也面臨很多挑戰(zhàn)。在國家“雙碳”目標(biāo)的指引下，“十四五”期間我國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展將圍繞產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵技術(shù)“補(bǔ)短板、鍛長板”，全面助力“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

原標(biāo)題：中國光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展趨勢