“雙碳”目標(biāo)下我國(guó)光伏發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展

陳卉

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司惠州供電局，廣東 惠州 516000）

0 引言

“2030 年碳達(dá)峰，2060 年碳中和”是我國(guó)為保護(hù)環(huán)境與調(diào)整能源結(jié)構(gòu)而做出的決策，也是我國(guó)能源結(jié)構(gòu)使用調(diào)整的關(guān)鍵時(shí)期，關(guān)于構(gòu)建清潔能源、低碳、高效地綠色能源發(fā)展體系，國(guó)家已經(jīng)出臺(tái)了多項(xiàng)規(guī)定，要求大力發(fā)展風(fēng)電、水電、太陽能，太陽能是當(dāng)前常見的清潔能源，具有清潔、安全、高效、可持續(xù)的優(yōu)勢(shì)，目前，光伏技術(shù)的成本也在不斷的下降，特別是光伏發(fā)電技術(shù)在太陽能的使用中具有十分重要的作用，在我國(guó)未來的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中也具有明顯的優(yōu)勢(shì)，我國(guó)的光伏發(fā)電技術(shù)迎來了新的發(fā)展機(jī)遇[1]。

1 我國(guó)光伏發(fā)電技術(shù)及發(fā)電現(xiàn)狀分析

1.1 晶硅光伏電池技術(shù)

隨著我國(guó)光伏電池組件技術(shù)材料的研發(fā)與應(yīng)用深入市場(chǎng)化，新式的電池技術(shù)不斷的出現(xiàn)，并且已經(jīng)形成了完善的產(chǎn)業(yè)鏈與市場(chǎng)銷售渠道，光伏電池的產(chǎn)量與技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了全球領(lǐng)先的水平，2022 年6 月，國(guó)家發(fā)改委、能源局等9 個(gè)相關(guān)部門，共同發(fā)布了我國(guó)“十四五”再生能力發(fā)展規(guī)劃，指出了世界光伏產(chǎn)品的供應(yīng)鏈中，我國(guó)的光伏產(chǎn)品如多晶硅、硅片、電池片和組件在國(guó)際市場(chǎng)上的占有率分別達(dá)到了76%，80%、83%和76%。而且，我國(guó)在太陽能電池研發(fā)投入十分巨大，在PERC 晶體硅電池、TOPCon 單晶硅電池、HJT 單晶硅電池、IBC 單晶硅電池等研究，都取得了巨大的成果，也開發(fā)出多種類型的光伏發(fā)電電池。特別是PERC 晶體硅電池，我國(guó)的技術(shù)領(lǐng)先全球，國(guó)際市場(chǎng)份額占比也最高，在多個(gè)國(guó)家得到了廣泛的應(yīng)用。通過2022 年我國(guó)光伏協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)顯示，我給產(chǎn)業(yè)化的p 型PERC 晶體硅電池應(yīng)用最為廣泛，電池的平均光電效率已達(dá)到22.8%，而且該技術(shù)的光伏電池的能耗低、成本低、轉(zhuǎn)化效率高[2]。而且，雙面PERC 技術(shù)轉(zhuǎn)化太陽能的效率比較高、能耗低、成本低，將會(huì)成為未來光伏電池主要發(fā)展趨勢(shì)。TOPCon 單晶硅電池技術(shù)、HJT 單晶硅電池等n型太陽能電池技術(shù)的優(yōu)勢(shì)也十分明顯，技術(shù)更先進(jìn)、光電轉(zhuǎn)換效率高、能量衰減率低。例如，TOPCon 電池光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了23.2%、HJT 電池的轉(zhuǎn)換效果達(dá)到了25.8%，與PERC 電池的市場(chǎng)應(yīng)用比較分析，n 型電池的技術(shù)市場(chǎng)占有率較低、規(guī)模比較小，技術(shù)的成本比較高，有的技術(shù)還需進(jìn)一步驗(yàn)證，產(chǎn)品還處于量產(chǎn)驗(yàn)證的階段。隨著光伏技術(shù)的突破與發(fā)展，光電轉(zhuǎn)換原材料、設(shè)備的技術(shù)的突破，先進(jìn)的生產(chǎn)制造設(shè)備技術(shù)的發(fā)展，以及生產(chǎn)成本的大幅度降低等優(yōu)勢(shì)，n 型晶體硅電池技術(shù)的研究也逐漸成熟，將會(huì)成未來光伏發(fā)電技術(shù)的重要發(fā)展趨勢(shì)之一。

1.2 薄膜光伏電池技術(shù)

薄膜光伏電池是當(dāng)前比較流行的光伏技術(shù)之一，它具有能耗低、輕量化、可柔性、延展性強(qiáng)、能量轉(zhuǎn)換效率高、能量衰減小等優(yōu)點(diǎn)，在柔性設(shè)備和便攜式智能可穿戴設(shè)備上的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)十分突出，在很多山區(qū)的太陽能光伏發(fā)電具有廣闊的應(yīng)用前景，對(duì)解決山區(qū)農(nóng)村資源缺乏具有十分重要的作用。主要有砷化稼（GaAs）光伏電池、啼化鎬（CdTe）光伏電池等光伏發(fā)電技術(shù)，由于這些電池都采用稀有金屬，具有一定的毒性，這就需要做好電池的安全防護(hù)工作，以防止電池的損壞，而造成環(huán)境的污染。GaAs 光伏電池的換效率較高、延展性能較好，技術(shù)也比較成熟，但是，由于Ga 屬于稀有金屬，且As 元素具有較強(qiáng)的毒性，使得GaAs 光伏電池毒性處理成本高昂、穩(wěn)定性較差、技術(shù)與工藝復(fù)雜，在具體的應(yīng)用中還沒有得到規(guī)?；牧慨a(chǎn)與應(yīng)用[3]。GIGS 光伏電池的優(yōu)越性也是明顯的，它的性能穩(wěn)定、弱光性能好、光能轉(zhuǎn)換性能效率高、光電性能不衰減，目前確認(rèn)的GIGS 光伏轉(zhuǎn)換率為23.4%，如果進(jìn)行量產(chǎn)，可以將光電轉(zhuǎn)換效率提高到17.5%左右，這種技術(shù)在光伏發(fā)電中的應(yīng)用，大大提高了光電的轉(zhuǎn)換效率。CdTe 光伏電池也是高效的薄膜光伏電池，技術(shù)實(shí)現(xiàn)不是十分復(fù)雜，也是當(dāng)前量產(chǎn)規(guī)模最大的薄膜光伏電池，它的性能穩(wěn)定、光電轉(zhuǎn)換性能效率高，量產(chǎn)組件的平均轉(zhuǎn)換效率為15.1%，在未來光伏技術(shù)的應(yīng)用具有廣泛的用途，但由于Cd 屬于有毒重金屬元素，Te 是稀有元素，需要進(jìn)行特殊化的處理，且這些重金屬元素的處理成本比較高，未來在提升量產(chǎn)電池組件效率的同時(shí)，可以降低廢舊CdTe 電池的污染回收與重復(fù)利用，可以降低光伏發(fā)電的成本，擴(kuò)大電池的商業(yè)化生產(chǎn)與應(yīng)用規(guī)模，從而能提高薄膜光伏電池的應(yīng)用前景。

1.3 鈣鈦礦光伏電池技術(shù)

鈣鈦礦光伏技術(shù)采用現(xiàn)代化的光伏技術(shù)，它主要是采用復(fù)合金屬化合物鈣鈦礦，該金屬化合物具有高載流子遷移率、光電轉(zhuǎn)換效果明顯，具有較長(zhǎng)的載流子擴(kuò)散距離，對(duì)太陽光能量吸收系數(shù)比較大等光電特性，且鈣鈦礦光伏電池的原料豐富獲取容易、合成簡(jiǎn)單、成本低廉、性能穩(wěn)定、轉(zhuǎn)換性能穩(wěn)定，也是當(dāng)前光伏電池應(yīng)用比較有潛力的光伏材料。目前，單結(jié)鈣鈦礦光伏技術(shù)電池在實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)時(shí)，鈣鈦礦光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率的優(yōu)勢(shì)也十分明顯，光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到了25.6%，能量轉(zhuǎn)換的效率比其他光伏電池要好，與商業(yè)化晶硅的太陽光伏電池相比，鈣鈦礦光伏技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景[4]。鈣鈦礦光伏電池技術(shù)在轉(zhuǎn)換效率高，轉(zhuǎn)換的能量也比較穩(wěn)定，而且電池的生產(chǎn)成本降低，但是，在量化生產(chǎn)、面臨大面積的電池組件的光轉(zhuǎn)換效率比較低，光伏技術(shù)的組件穩(wěn)定性性能較差，以及光伏電池的壽命比較低等缺點(diǎn)，在具體的應(yīng)用過程中，還面臨著很多不利的因素。

2 光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

在“雙碳”背景下，針對(duì)我國(guó)能源緊缺、生態(tài)安全紅線、耕地紅線大原則限制下，國(guó)家對(duì)光伏發(fā)電技術(shù)的開發(fā)，不允許占用耕地來開發(fā)清潔能源與光伏技術(shù)。這就需要開發(fā)高效率、低成本的清潔能力電池，進(jìn)一步提升單位面積的光伏發(fā)電的能源轉(zhuǎn)換能力，也成為未來光伏發(fā)電技術(shù)、大規(guī)模光伏發(fā)電技術(shù)的關(guān)鍵、廢舊光伏電池的回收技術(shù)、并網(wǎng)技術(shù)研究等都成為未來技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵，光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)如下。

2.1 高效率低成本光伏技術(shù)

（1）持續(xù)推進(jìn)與改進(jìn)PERC 晶硅電池技術(shù)的研發(fā)，采用多種技術(shù)提升PERC 晶硅電池的光轉(zhuǎn)換效率，如開發(fā)雙面PERC 電池、多能源電池等，采用高效率的轉(zhuǎn)換效率，降低PERC 光伏發(fā)電技術(shù)的效率。

（2）加快TOPCon、HJT、IBC 等晶硅光伏新技術(shù)的研究，降低光伏電池的開發(fā)成本，量產(chǎn)光伏電池的制造技術(shù)，突破光伏技術(shù)的關(guān)鍵材料與工藝水平，將信息新技術(shù)融入光伏電池的研究中，創(chuàng)新光伏電池制造裝備等技術(shù)，提高光電轉(zhuǎn)換的效率，推動(dòng)晶硅光伏電池的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

（3）推進(jìn)薄膜太陽能光伏技術(shù)在建筑、山區(qū)中的綜合應(yīng)用，推動(dòng)CIGS、CdTe、AsGa 等薄膜光伏技術(shù)的創(chuàng)新，降低薄膜光伏電池的成本，優(yōu)化光伏電池的生產(chǎn)工藝，量產(chǎn)產(chǎn)能等，提高薄膜電池的光電轉(zhuǎn)換效率與能源利用效率[5]。

（4）深入開展高效鈣鈦礦光伏技術(shù)的研究，提高鈣鈦礦太陽能電池生產(chǎn)工藝，降低鈣鈦礦光伏設(shè)備生產(chǎn)成本，研究大面積、高效率、高穩(wěn)定性、新型環(huán)保的鈣鈦礦電池，開展晶體硅/鈣鈦礦、鈣鈦礦/薄膜電池等復(fù)合型、高效疊層光伏技術(shù)的應(yīng)用研究，降低光伏發(fā)電的成本，提高光電轉(zhuǎn)換的效率。

2.2 光伏發(fā)電并網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

光伏發(fā)電技術(shù)在得到應(yīng)用的同時(shí)，還需要大力研究光伏發(fā)電并網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，使得更多的光伏能源并入電網(wǎng)中，才能提高光伏發(fā)電的利用效率，拓寬光伏電池的應(yīng)用市場(chǎng)。在并網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)研究上，可以采用基于模糊邏輯算法、智能并網(wǎng)處理技術(shù)等方法，提高光伏能源的并網(wǎng)效率，還可以將多種新型光伏發(fā)電技術(shù)融合在一起，提高光伏發(fā)電的并網(wǎng)效率，保證光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率能夠穩(wěn)定的輸出，擴(kuò)展光伏電池的應(yīng)用市場(chǎng)。結(jié)合光伏發(fā)電技術(shù)的要求，開發(fā)出高效率、可靠性穩(wěn)定、電能轉(zhuǎn)換質(zhì)量強(qiáng)、適應(yīng)能力高的光伏電站逆變器，減少光伏發(fā)電技術(shù)的衰減，提高光伏發(fā)電的光電轉(zhuǎn)換效率。針對(duì)光伏發(fā)電的要求，開發(fā)研究出工作壽命長(zhǎng)、生產(chǎn)成本低的微型光伏發(fā)電逆變器技術(shù)，從而提高光伏發(fā)電并網(wǎng)的可靠性、穩(wěn)定性與安全性，優(yōu)化光伏發(fā)電的并網(wǎng)效率。

2.3 光伏建筑一體化應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)

針對(duì)薄膜光伏電池發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用，需要結(jié)合具體的情況，優(yōu)化薄膜光伏電池的應(yīng)用環(huán)境，制定光伏建筑一體化、山區(qū)光伏應(yīng)用技術(shù)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，推動(dòng)薄膜光伏發(fā)電技術(shù)的規(guī)?；瘧?yīng)用，也成為未來光伏發(fā)電的重要趨勢(shì)，通過光伏建筑一體化標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)綠色建筑“零排放”，助推“雙碳”目標(biāo)實(shí)施與發(fā)展，也有利于光伏技術(shù)在生產(chǎn)領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用。重點(diǎn)開展光伏建筑一體化、山區(qū)薄膜電池光伏發(fā)電技術(shù)的研究，使得薄膜光伏電池能夠在山區(qū)、大型建筑物中的到應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)薄膜光伏技術(shù)的轉(zhuǎn)化效率、城市建筑、鄉(xiāng)村建筑美觀的有效融合，形成多元化的光伏利用模式，提高薄膜光伏發(fā)電技術(shù)光電轉(zhuǎn)換效率。研制多樣化光薄膜光伏電池組件與多樣化的光伏材料，滿足不同場(chǎng)景和個(gè)性化需求的建筑結(jié)構(gòu)光伏發(fā)電的要求，并利用集成技術(shù)、信息技術(shù)來開發(fā)裝配式光伏建筑，從而能擴(kuò)大光伏發(fā)電技術(shù)的光電轉(zhuǎn)換效率，并融合現(xiàn)代信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電電池的自動(dòng)化控制，開發(fā)出自動(dòng)化、信息化、智能化處理的智能光伏發(fā)電設(shè)備，并將其作為光伏發(fā)電的主要應(yīng)用。

2.4 先進(jìn)的光伏組件生產(chǎn)制造設(shè)備

為了保證光伏發(fā)電技術(shù)的研究不斷深入，相應(yīng)地電池生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)鏈也要不斷完善，先進(jìn)的光伏組件生產(chǎn)設(shè)備是光伏電池的關(guān)鍵，研究光伏組件的生產(chǎn)設(shè)備技術(shù)，也成為光伏電池技術(shù)未來發(fā)展的關(guān)鍵。①結(jié)合光伏發(fā)電技術(shù)的要求，構(gòu)建智能化、集成化的光伏生產(chǎn)制造體系與產(chǎn)業(yè)鏈，形成自動(dòng)化、信息化、智能化的光伏發(fā)電技術(shù)體系，不斷提高光伏發(fā)電的生產(chǎn)效率與產(chǎn)能，保障光伏電池的供應(yīng)，通過智能化的實(shí)施技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控硅片制絨、擴(kuò)散等，提高光伏電池的效能與質(zhì)量。②開展硅片薄片化、大片化生產(chǎn)工藝等技術(shù)的研制，優(yōu)化薄膜光伏電池技術(shù)、鈣鈦礦光伏電池的技術(shù)，從而能擴(kuò)大光伏發(fā)電設(shè)備的規(guī)?；a(chǎn)與應(yīng)用[6]。③重點(diǎn)研制與開發(fā)N 型光伏電池的關(guān)鍵技術(shù)、生產(chǎn)制造工藝，同時(shí)加快相關(guān)組件與設(shè)備的研究，以實(shí)現(xiàn)加快N 型光伏電池的規(guī)模化生產(chǎn)，提高光伏電池的生產(chǎn)效率與市場(chǎng)占有率。

2.5 光伏組件回收處理與再利用技術(shù)

由于光伏電池組件更新?lián)Q代比較快，一些電池使用年限較短，對(duì)于光伏組件的回收利用與再利用技術(shù)也成為人們研究的熱點(diǎn)問題，同時(shí)，還需要研究完善相關(guān)制度，制定光伏組件回收處理政策和法規(guī)，綜合考慮綠色能源的發(fā)展需求，加大環(huán)境保護(hù)力度，完善的光伏組件回收與利用的政策與技術(shù)體系，明確相應(yīng)的規(guī)范與具體要求，加大對(duì)光伏電池組件回收利用技術(shù)的研究，相關(guān)研究人員還需要結(jié)合光伏技術(shù)的發(fā)展，加大對(duì)光伏組件回收與利用的研究[7]。加大改進(jìn)廢棄光伏組件回收處理技術(shù)，將環(huán)境保護(hù)與光伏利用結(jié)合在一起，制定嚴(yán)格回收利用標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)回收光伏電池?zé)o害化處理，只有光伏電池、組件回收技術(shù)的不斷發(fā)展，才能起到對(duì)環(huán)境保護(hù)的作用。

3 結(jié)語

隨著我國(guó)“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)的深入實(shí)施，清潔能源的使用成為人們研究的熱點(diǎn)問題之一，光伏發(fā)電技術(shù)研究也在不斷的深入，它作為一種重要的清潔能源應(yīng)用技術(shù)，需要進(jìn)行深入的研究，提高光電轉(zhuǎn)換的效率，降低光伏發(fā)電的成本，綜合地將晶硅光伏、薄膜光伏、鈣鈦礦光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用到日常生活中，對(duì)實(shí)現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)具有重要意義。在我國(guó)“雙碳”目標(biāo)的指引下，在“十四五”期間，光伏電池技術(shù)發(fā)展也將成為我國(guó)關(guān)鍵技術(shù)之一，也將會(huì)實(shí)現(xiàn)新的技術(shù)突破與創(chuàng)新，將會(huì)緊緊圍繞著“補(bǔ)短板、鍛長(zhǎng)板”的理念，來實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)，全面助力我國(guó)“雙碳”目標(biāo)的實(shí)施。