美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)的研究人員在日前進(jìn)行的一項(xiàng)研究中，模擬了提供全球脫碳所需的60TW以上光伏組件的可行途徑，并研究了顛覆性光伏技術(shù)可能對(duì)部署成本和市場(chǎng)機(jī)會(huì)帶來(lái)的影響。

晶體硅和未來(lái)顛覆性技術(shù)的光伏部署率與全球脫碳時(shí)間的關(guān)系

聯(lián)合國(guó)聲稱，如今全球已有100多個(gè)國(guó)家承諾到2050年實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)。美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)的研究人員最近進(jìn)行的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，要到2050年使用光伏系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全球電力系統(tǒng)的完全脫碳，全球?qū)⑿枰塾?jì)安裝63.4TW的光伏系統(tǒng)。該實(shí)驗(yàn)室日前在行業(yè)雜志上發(fā)表了一份名為《全球脫碳的光伏部署方案：顛覆性技術(shù)的作用》研究報(bào)告。

為了實(shí)現(xiàn)全球脫碳的目標(biāo)，研究人員建立了提供60TW以上光伏組件的可行軌跡模型，并研究了顛覆性技術(shù)對(duì)部署光伏系統(tǒng)的成本和市場(chǎng)機(jī)會(huì)的影響。他們得到的結(jié)論是，在10到15年內(nèi)，每年安裝的光伏系統(tǒng)裝機(jī)容量有可能擴(kuò)大到每年所需的2.9TW到3.7TW，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)將耗資6000～6600億美元。該模型既包括現(xiàn)有技術(shù)，也包括使用硅和碲化鎘的成熟技術(shù)。根據(jù)該研究的預(yù)測(cè)，顛覆性技術(shù)提供了1至2萬(wàn)億美元的市場(chǎng)機(jī)會(huì)，節(jié)省成本的潛力可能達(dá)到數(shù)千億美元。

顛覆性技術(shù)包括基于碲化鎘(CdTe)的光伏電池、鈣鈦礦和串聯(lián)光伏電池。美國(guó)國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)在報(bào)告聲稱，美國(guó)光伏組件制造商First Solar公司和Toledo solar等公司生產(chǎn)的CdTe光伏電池目前占美國(guó)光伏市場(chǎng)的16%左右。鈣鈦礦光伏電池在長(zhǎng)期耐用性方面存在挑戰(zhàn)，但它們?cè)谥圃旆矫婢哂袃?yōu)勢(shì)，因?yàn)樗鼈兡軌蛞跃韺?duì)卷的方式快速且相對(duì)便宜地生產(chǎn)。一些制造商開始生產(chǎn)全鈣鈦礦串聯(lián)光伏電池，其中包括TandemPV、CubicPV和OxfordPV等公司。

根據(jù)美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)的數(shù)據(jù)，串聯(lián)光伏電池和微型光伏組件的效率高達(dá)31.25%。

美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)化學(xué)與納米科學(xué)中心主任Jao van de Lagemaat表示：“有一些經(jīng)濟(jì)上可行的方法可以達(dá)到所需的制造能力，生產(chǎn)出完全使世界能源經(jīng)濟(jì)脫碳所需的光伏系統(tǒng)。如果新興技術(shù)能夠及時(shí)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，它們可能會(huì)顯著地降低部署成本。”

光伏系統(tǒng)的部署。圖(a)由于工廠的延遲投資，光伏系統(tǒng)的累積市場(chǎng)需求由Verhulst分布與時(shí)間(紅色)和建模實(shí)現(xiàn)部署(藍(lán)色)。橙色曲線表示光伏需求和供給之間的缺口。圖(b)最低資本支出總額與脫碳時(shí)間相比，在全球?qū)崿F(xiàn)脫碳之前創(chuàng)造達(dá)到63.4TW的制造能力所需的最低資本支出總額。

預(yù)計(jì)到2050年實(shí)現(xiàn)安裝63.4TW光伏系統(tǒng)的目標(biāo)是目前全球累計(jì)安裝光伏系統(tǒng)裝機(jī)容量的60倍。研究人員表示很可能實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，這是因?yàn)樗麄兗僭O(shè)投資者通過(guò)避免光伏項(xiàng)目擱淺來(lái)保護(hù)他們的投資。該模型表明，光伏制造業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)增長(zhǎng)是可能的，而顛覆性技術(shù)將在降低資本成本方面發(fā)揮重要作用。

另一個(gè)假設(shè)是，光伏組件的壽命將會(huì)大幅增加，可能從2020年的平均30年增加到2040年的50年。

van de Lagemaat指出，展望2050年至2060年，光伏系統(tǒng)退役和人口增長(zhǎng)將成為全球?qū)崿F(xiàn)脫碳目標(biāo)之后需求相對(duì)溫和的驅(qū)動(dòng)因素。

美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)的內(nèi)部實(shí)驗(yàn)室指導(dǎo)研究和開發(fā)計(jì)劃資助了這項(xiàng)研究。