“2030年碳達峰，2060年碳中和”是我國作出的重大戰略決策，標志著我國能源結構戰略轉型進入關鍵階段。2021年印發的《關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》和《2030年前碳達峰行動方案》指出要加快構建清潔低碳安全高效能源體系，大力發展水電、風電、太陽能、生物質能等非化石能源。太陽能具有清潔、安全、高效、可持續等顯著優點，在我國新能源體系中扮演著非常重要的角色，光伏發電迎來空前的發展機遇。

1光伏發電是實現“雙碳”目標的重要保障

國際能源署(IEA)發布的《全球能源回顧：2021年二氧化碳排放》報告指出，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。其中煤炭、石油、天然氣等化石能源消耗導致的二氧化碳排放量占比達95%以上。同時，研究顯示在“雙碳”目標下煤炭、石油、天然氣等化石能源低碳經濟效率處在較低水平。因此，構建高效清潔、綠色低碳的新型能源供應體系已成為能源轉型發展的大趨勢，綠色環保、安全可持續的光伏發電將成為未來新能源發電的主要選擇，是我國推動“雙碳”目標實現的重要保障。

我國已形成完整的光伏產業鏈，具備規模化發展光伏發電系統的資源條件、技術優勢和應用基礎，產業鏈各環節消耗的能量已經穩步快速下降，光伏發電系統的能量回收周期大大縮短。光伏發電系統能量回收周期是指光伏發電系統在全生命周期內消耗的總能量與光伏發電系統每年的能量輸出之比，也就是說光伏發電系統能量回收期取決于光伏發電系統的制造、安裝及運輸過程中的總能耗和光伏發電系統壽命期內的發電量。

根據《中國光伏產業清潔生產研究報告》，光伏發電系統的能量回收周期僅為1.3年，以使用壽命30年計算，光伏發電系統約29年都是零碳排放。經測算，光伏發電的二氧化碳排放量為33～50g/kWh，而燃煤發電為796.7g/kWh。光伏發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，光伏發電在減少碳排放方面具有絕對優勢。

2我國光伏發電關鍵技術發展概況

2.1光伏電池組件技術

2.1.1晶硅光伏電池

目前，我國光伏電池組件技術從材料到設備已構建起成熟完整的產業鏈，產業化量產技術達到全球領先水平。2022年6月，中華人民共和國國家發展和改革委員會(以下簡稱國家發改委)、中華人民共和國國家能源局(以下簡稱國家能源局)等9部門發布《“十四五”可再生能源發展規劃》，指出世界光伏供應鏈中我國生產的多晶硅、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晶體硅電池是當前技術最成熟、應用最廣、市場占有份額最多的光伏電池。根據中國光伏行業數據顯示，產業化的p型PERC晶體硅電池平均光電效率已達到22.8%。高效率、低能耗、低成本、雙面PERC技術是未來PERC技術發展的主要方向。

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換效率和更低的衰減率，其中TOPCon電池、HJT電池的平均光電轉換效率分別為23.5%、23.8%。相比PERC電池，目前n型電池的技術規模小、市場占比低、成本相對高，還處于量產驗證階段。預計隨著量產化技術的突破、原材料和設備的國產化、光電轉化效率的進一步提升、生產成本的大幅降低等，n型晶體硅電池將成為未來光伏電池技術的主要方向。

2.1.2薄膜光伏電池

薄膜光伏電池具有生產能耗低、輕量化可柔性等優點，在柔性設備和便攜式可穿戴設備上具有廣闊的應用前景。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、工藝復雜，尚未實現規模化量產。CIGS光伏電池性能穩定、弱光性能好、不衰減，當前認證的最高光電轉化效率為23.4%，量產的平均效率為16.5%左右。CdTe光伏電池是目前量產規模最大的薄膜光伏電池，量產組件的平均轉換效率為15.1%，但由于Cd是有毒重金屬元素，Te是稀有元素，未來在提升量產電池組件效率的同時，進一步開發綠色環保材料和光伏電池回收利用等技術，從而降低成本，減少環境污染，擴大商業化生產和應用規模。

2.1.3鈣鈦礦光伏電池

鈣鈦礦是一種復合金屬化合物，具有高載流子遷移率、較長的載流子擴散距離和吸收系數大等優異的光電特性，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，單結鈣鈦礦光伏電池的實驗室最高光電轉換效率已達到25.6%，與商業化晶硅光伏電池相當。雖然鈣鈦礦光伏電池已展現出十分優異的光電轉換效率，但是還面臨大面積電池組件的光電轉換效率較低，穩定性較差和電池壽命短等挑戰。

2.2光伏發電系統技術

2.2.1離網光伏發電系統

離網光伏發電系統是不與公用電網連接的發電系統，通常應用于缺電的邊遠地區以及太陽能路燈、通信信號基站等基礎設施的用電需求。離網光伏發電系統根據用電負載的特點，分為無蓄電池的直流光伏發電系統、有蓄電池的直流光伏發電系統、交流光伏發電系統。無蓄電池的直流光伏發電系統主要由光伏電池組件和用電負載組成，沒有蓄電池儲能設備和控制器等部件。有蓄電池的直流光伏發電系統由光伏電池組件、充放電控制器、儲能蓄電池及直流負載等組成，該系統能應用于太陽能路燈、移動通信基站、漁船、邊遠地區供電等，應用范圍較廣。交流光伏發電系統相比直流光伏發電系統，多了一個交流逆變器，可以把直流電轉換成交流電為交流負載提供電能，可以作為市電互補型發電系統，能有效節約能源，減少碳排放。

2.2.2并網光伏發電系統

并網光伏發電系統是指光伏電池組件產生的直流電通過逆變器轉換為交流電并接入公共電網的發電系統。并網光伏發電系統分為集中式并網光伏發電系統和分布式并網光伏發電系統。

集中式并網光伏發電的特點是所生產的電能直接輸送到電網，再由電網把電力統一分配到各個用電單位，適于大型光伏發電站。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域。據國家能源局統計，截至2021年底，我國集中式光伏發電為2.0億kW，占光伏發電總裝機容量的65%。2020年，世界上最大的沙漠集中式光伏發電基地在內蒙古庫布齊沙漠建成，該項目裝機容量達到69.03MW，年發電量可達20億kW·h，并網發電后在節能減排方面相當于每年節約標煤66萬t，減少二氧化碳排放165萬t，能有效改善生態環境質量。

分布式并網光伏發電系統是指利用建筑物頂部布置小型光伏發電系統，產生的電能輸送到公共電網，統一為用戶供電。分布式并網發電系統具有就地消納、靈活性強、建設成本低、占地面積小、環境效益好等顯著特點。2017年以來，隨著光伏組件成本的下降和國家補貼政策的出臺，分布式光伏發電站迅速發展。國家能源局發布的數據顯示，2021年新增裝機容量為29.3GW，同比增長88.65%，累計總裝機容量達到107.5GW，約占光伏發電并網裝機容量三分之一。山東、浙江等9個省份的分布式光伏裝機容量超過3GW，合計占全國分布式光伏裝機總量的81%。

2.2.3混合光伏發電系統

“雙碳”目標背景下，多種能源融合發展，協同互補已成為能源轉型大趨勢，如天然氣與新能源融合、煤電與新能源聯動等。混合光伏發電系統是利用太陽能與其他能源進行混合發電的系統，典型的有風光互補發電系統和水光互補發電系統。夏季光照強風速低，冬季光照弱風速強，風光互補發電系統是將光伏電池組件、風力發電機、儲能電池、逆變器等部件組成的復合型發電系統，彌補太陽能和風能獨立發電不確定性和不穩定性的問題，具有晝夜互補、季節互補等特點。2022年7月，我國北方最大風光儲一體化項目在吉林省洮南市實現并網發電，年均發電量約36億kW·h，節約標煤118萬t，減少二氧化碳排放292萬t，助力構建“綠色低碳、安全高效”的現代能源體系。

水光互補發電利用水能、光能的互補性，依托水力發電強大的調節能力，平抑光伏發電的隨機性和波動性，實現平滑、穩定的發電曲線。當光照充足時，以光伏發電為主，當夜晚或天氣變化時通過調節系統進行水力發電。2022年7月，全球最大水光互補發電站—四川柯拉光伏電站正式開工建設，該項目裝機容量達100萬kW，年均發電20億kW·h，每年發出的電量可節約標準煤60萬t，減少二氧化碳排放160萬t，對實現國家“雙碳”目標具有示范引領作用。

2.3光伏組件回收處理技術

光伏產業迅速發展和光伏產品大量使用的同時，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，我國尚未出臺光伏組件回收處理的管理政策和法規。技術標準方面，我國光伏組件回收處理標準體系尚不完善，僅有兩個國家標準，一個行業標準，分別是《建筑用薄膜太陽能電池組件回收再利用通用技術要求：GB/T38785-2020》《光伏組件回收再利用通用技術要求：GB/T39753—2021》《晶體硅光伏組件回收再利用通用技術要求：T/CPIA0002—2017》。

回收處理技術方面，光伏組件拆解是光伏組件回收處理的關鍵，目前有機械法拆解、熱解法拆解和化學法拆解三種技術。機械法拆解是通過機械法分離玻璃和光伏電池，這種方法雖然操作簡單，工藝環保，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，這種方法反應時間較短，回收率較高，但存在能耗高，廢氣難處理等缺點。化學拆解法就是通過化學溶劑的溶解實現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，可通過修復達到可使用的轉換效率，實現光伏電池的再利用。

3光伏發電技術的發展趨勢

3.1高效率低成本光伏電池

由于生態紅線和耕地紅線的限制，國家能源局要求光伏項目的開發不允許占用耕地。因此，發展更高效率、更低成本的光伏電池，進一步提升單位面積發電能力是未來光伏大規模發展的關鍵。一是持續推進PERC晶硅電池技術的發展，如開發雙面PERC電池等，提升轉換效率，降低生產成本。二是加快TOPCon、HJT、IBC等新型晶硅電池低成本高質量產業化制造技術研究，重點突破關鍵材料、工藝水平、制造裝備等技術瓶頸，提高效率，降低成本，推動新型晶硅電池的產業化生產和規模化應用。三是推動CIGS、CdTe、AsGa等薄膜光伏電池的降本增效、工藝優化、量產產能等，大力推進薄膜太陽能電池在光伏建筑一體化建設中的應用。四是開展高效鈣鈦礦太陽能電池制備與產業化生產技術研究，開發大面積、高效率、高穩定性、環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業化生產技術研究。

3.2光伏發電并網關鍵技術

基于模糊邏輯算法、自適應變步長電導增量法和人工神經網絡改進光伏發電系統最大功率點跟蹤技術(MPPT)，保證光伏發電系統以最高功率穩定輸出。開發高效率、高可靠性、高電能質量、電網適應性強、易于安裝維護的大型光伏電站用逆變器。開展工作穩定性好、能量轉換效率和功率密度高、工作壽命長、生產成本低的微型逆變器研究。探索智能孤島效應檢測新方法，提升光伏發電系統并網穩定性。

3.3光伏建筑一體化應用

制定光伏建筑一體化建設規范和標準，推動光伏建筑一體化規模化應用，實現綠色建筑“零排放”，助推“雙碳”目標有效落地。重點開展光伏建筑一體化電池技術研發，實現轉化效率與建筑美觀的有效融合。研制所樣化光伏組件材料，滿足不同場景和個性化需求的建筑結構，并利用集成技術開發裝配式光伏建筑。融合數字信息技術，開發自動化、信息化、智能化光伏建筑。

3.4光伏組件生產制造設備

構建智能光伏生產制造體系，注重智能信息技術的應用，不斷提高生產效率和產能，保障產能供應。一是提高光伏電池組件生產制造的智能化水平，實時監控硅片制絨、擴散、刻蝕、鈍化等生產過程，有效縮短單位生產時間，保證電池產能和質量。二是開展硅片薄片化、大片化生產工藝和設備研制。三是重點研制N型光伏電池生產制造工藝和設備，加快N型光伏電池的規模化生產。

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，制定完善的光伏組件回收處理標準體系，明確光伏組件回收處理細則，加強對光伏組件回收處理的指導和要求。改進廢棄光伏組件回收處理技術，提高回收率，同時最大程度降低回收處理過程中的環境污染和能源消耗，實現無害化處理。

4結語

2022年5月，國家發改委、國家能源局發布《關于促進新時代新能源高質量發展的實施方案》，2030年風電、光伏的裝機總容量要達到12億kW。根據國家能源局統計數據，截至2021年底，光伏、風電的裝機容量分別為3.1億kW、3.3億kW，2030年目標幾乎是當前的一倍。光伏發電將迎來歷史性的發展機遇，但也面臨很多挑戰。在國家“雙碳”目標的指引下，“十四五”期間我國光伏產業發展將圍繞產業鏈關鍵技術“補短板、鍛長板”，全面助力“雙碳”目標的實現。

文/肖佳 梅琦 黃曉琪 蔣龍 張建平，中國石油西南油氣田公司天然氣經濟研究所，天然氣技術與經濟

來源：能源情報