“雙碳”目標下我國光伏發電技術現狀與發展

陳卉

（廣東電網有限責任公司惠州供電局，廣東 惠州 516000）

0 引言

“2030 年碳達峰，2060 年碳中和”是我國為保護環境與調整能源結構而做出的決策，也是我國能源結構使用調整的關鍵時期，關于構建清潔能源、低碳、高效地綠色能源發展體系，國家已經出臺了多項規定，要求大力發展風電、水電、太陽能，太陽能是當前常見的清潔能源，具有清潔、安全、高效、可持續的優勢，目前，光伏技術的成本也在不斷的下降，特別是光伏發電技術在太陽能的使用中具有十分重要的作用，在我國未來的經濟發展中也具有明顯的優勢，我國的光伏發電技術迎來了新的發展機遇[1]。

1 我國光伏發電技術及發電現狀分析

1.1 晶硅光伏電池技術

隨著我國光伏電池組件技術材料的研發與應用深入市場化，新式的電池技術不斷的出現，并且已經形成了完善的產業鏈與市場銷售渠道，光伏電池的產量與技術已經達到了全球領先的水平，2022 年6 月，國家發改委、能源局等9 個相關部門，共同發布了我國“十四五”再生能力發展規劃，指出了世界光伏產品的供應鏈中，我國的光伏產品如多晶硅、硅片、電池片和組件在國際市場上的占有率分別達到了76%，80%、83%和76%。而且，我國在太陽能電池研發投入十分巨大，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，也開發出多種類型的光伏發電電池。特別是PERC 晶體硅電池，我國的技術領先全球，國際市場份額占比也最高，在多個國家得到了廣泛的應用。通過2022 年我國光伏協會的數據顯示，我給產業化的p 型PERC 晶體硅電池應用最為廣泛，電池的平均光電效率已達到22.8%，而且該技術的光伏電池的能耗低、成本低、轉化效率高[2]。而且，雙面PERC 技術轉化太陽能的效率比較高、能耗低、成本低，將會成為未來光伏電池主要發展趨勢。TOPCon 單晶硅電池技術、HJT 單晶硅電池等n型太陽能電池技術的優勢也十分明顯，技術更先進、光電轉換效率高、能量衰減率低。例如，TOPCon 電池光電轉換效率達到了23.2%、HJT 電池的轉換效果達到了25.8%，與PERC 電池的市場應用比較分析，n 型電池的技術市場占有率較低、規模比較小，技術的成本比較高，有的技術還需進一步驗證，產品還處于量產驗證的階段。隨著光伏技術的突破與發展，光電轉換原材料、設備的技術的突破，先進的生產制造設備技術的發展，以及生產成本的大幅度降低等優勢，n 型晶體硅電池技術的研究也逐漸成熟，將會成未來光伏發電技術的重要發展趨勢之一。

1.2 薄膜光伏電池技術

薄膜光伏電池是當前比較流行的光伏技術之一，它具有能耗低、輕量化、可柔性、延展性強、能量轉換效率高、能量衰減小等優點，在柔性設備和便攜式智能可穿戴設備上的應用優勢十分突出，在很多山區的太陽能光伏發電具有廣闊的應用前景，對解決山區農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）光伏電池等光伏發電技術，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工作，以防止電池的損壞，而造成環境的污染。GaAs 光伏電池的換效率較高、延展性能較好，技術也比較成熟，但是，由于Ga 屬于稀有金屬，且As 元素具有較強的毒性，使得GaAs 光伏電池毒性處理成本高昂、穩定性較差、技術與工藝復雜，在具體的應用中還沒有得到規模化的量產與應用[3]。GIGS 光伏電池的優越性也是明顯的，它的性能穩定、弱光性能好、光能轉換性能效率高、光電性能不衰減，目前確認的GIGS 光伏轉換率為23.4%，如果進行量產，可以將光電轉換效率提高到17.5%左右，這種技術在光伏發電中的應用，大大提高了光電的轉換效率。CdTe 光伏電池也是高效的薄膜光伏電池，技術實現不是十分復雜，也是當前量產規模最大的薄膜光伏電池，它的性能穩定、光電轉換性能效率高，量產組件的平均轉換效率為15.1%，在未來光伏技術的應用具有廣泛的用途，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，未來在提升量產電池組件效率的同時，可以降低廢舊CdTe 電池的污染回收與重復利用，可以降低光伏發電的成本，擴大電池的商業化生產與應用規模，從而能提高薄膜光伏電池的應用前景。

1.3 鈣鈦礦光伏電池技術

鈣鈦礦光伏技術采用現代化的光伏技術，它主要是采用復合金屬化合物鈣鈦礦，該金屬化合物具有高載流子遷移率、光電轉換效果明顯，具有較長的載流子擴散距離，對太陽光能量吸收系數比較大等光電特性，且鈣鈦礦光伏電池的原料豐富獲取容易、合成簡單、成本低廉、性能穩定、轉換性能穩定，也是當前光伏電池應用比較有潛力的光伏材料。目前，單結鈣鈦礦光伏技術電池在實驗中實驗時，鈣鈦礦光伏電池的光電轉換效率的優勢也十分明顯，光電轉換效率已經達到了25.6%，能量轉換的效率比其他光伏電池要好，與商業化晶硅的太陽光伏電池相比，鈣鈦礦光伏技術具有廣泛的應用前景[4]。鈣鈦礦光伏電池技術在轉換效率高，轉換的能量也比較穩定，而且電池的生產成本降低，但是，在量化生產、面臨大面積的電池組件的光轉換效率比較低，光伏技術的組件穩定性性能較差，以及光伏電池的壽命比較低等缺點，在具體的應用過程中，還面臨著很多不利的因素。

2 光伏發電技術的發展趨勢

在“雙碳”背景下，針對我國能源緊缺、生態安全紅線、耕地紅線大原則限制下，國家對光伏發電技術的開發，不允許占用耕地來開發清潔能源與光伏技術。這就需要開發高效率、低成本的清潔能力電池，進一步提升單位面積的光伏發電的能源轉換能力，也成為未來光伏發電技術、大規模光伏發電技術的關鍵、廢舊光伏電池的回收技術、并網技術研究等都成為未來技術發展的關鍵，光伏發電技術的發展趨勢如下。

2.1 高效率低成本光伏技術

（1）持續推進與改進PERC 晶硅電池技術的研發，采用多種技術提升PERC 晶硅電池的光轉換效率，如開發雙面PERC 電池、多能源電池等，采用高效率的轉換效率，降低PERC 光伏發電技術的效率。

（2）加快TOPCon、HJT、IBC 等晶硅光伏新技術的研究，降低光伏電池的開發成本，量產光伏電池的制造技術，突破光伏技術的關鍵材料與工藝水平，將信息新技術融入光伏電池的研究中，創新光伏電池制造裝備等技術，提高光電轉換的效率，推動晶硅光伏電池的產業化發展。

（3）推進薄膜太陽能光伏技術在建筑、山區中的綜合應用，推動CIGS、CdTe、AsGa 等薄膜光伏技術的創新，降低薄膜光伏電池的成本，優化光伏電池的生產工藝，量產產能等，提高薄膜電池的光電轉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的研究，提高鈣鈦礦太陽能電池生產工藝，降低鈣鈦礦光伏設備生產成本，研究大面積、高效率、高穩定性、新型環保的鈣鈦礦電池，開展晶體硅/鈣鈦礦、鈣鈦礦/薄膜電池等復合型、高效疊層光伏技術的應用研究，降低光伏發電的成本，提高光電轉換的效率。

2.2 光伏發電并網關鍵技術發展趨勢

光伏發電技術在得到應用的同時，還需要大力研究光伏發電并網的關鍵技術，使得更多的光伏能源并入電網中，才能提高光伏發電的利用效率，拓寬光伏電池的應用市場。在并網的關鍵技術研究上，可以采用基于模糊邏輯算法、智能并網處理技術等方法，提高光伏能源的并網效率，還可以將多種新型光伏發電技術融合在一起，提高光伏發電的并網效率，保證光伏發電系統的最大功率能夠穩定的輸出，擴展光伏電池的應用市場。結合光伏發電技術的要求，開發出高效率、可靠性穩定、電能轉換質量強、適應能力高的光伏電站逆變器，減少光伏發電技術的衰減，提高光伏發電的光電轉換效率。針對光伏發電的要求，開發研究出工作壽命長、生產成本低的微型光伏發電逆變器技術，從而提高光伏發電并網的可靠性、穩定性與安全性，優化光伏發電的并網效率。

2.3 光伏建筑一體化應用的發展趨勢

針對薄膜光伏電池發電技術的應用，需要結合具體的情況，優化薄膜光伏電池的應用環境，制定光伏建筑一體化、山區光伏應用技術的統一標準與規范，推動薄膜光伏發電技術的規模化應用，也成為未來光伏發電的重要趨勢，通過光伏建筑一體化標準的應用，實現綠色建筑“零排放”，助推“雙碳”目標實施與發展，也有利于光伏技術在生產領域中的廣泛應用。重點開展光伏建筑一體化、山區薄膜電池光伏發電技術的研究，使得薄膜光伏電池能夠在山區、大型建筑物中的到應用，實現薄膜光伏技術的轉化效率、城市建筑、鄉村建筑美觀的有效融合，形成多元化的光伏利用模式，提高薄膜光伏發電技術光電轉換效率。研制多樣化光薄膜光伏電池組件與多樣化的光伏材料，滿足不同場景和個性化需求的建筑結構光伏發電的要求，并利用集成技術、信息技術來開發裝配式光伏建筑，從而能擴大光伏發電技術的光電轉換效率，并融合現代信息技術，實現光伏發電電池的自動化控制，開發出自動化、信息化、智能化處理的智能光伏發電設備，并將其作為光伏發電的主要應用。

2.4 先進的光伏組件生產制造設備

為了保證光伏發電技術的研究不斷深入，相應地電池生產產業鏈也要不斷完善，先進的光伏組件生產設備是光伏電池的關鍵，研究光伏組件的生產設備技術，也成為光伏電池技術未來發展的關鍵。①結合光伏發電技術的要求，構建智能化、集成化的光伏生產制造體系與產業鏈，形成自動化、信息化、智能化的光伏發電技術體系，不斷提高光伏發電的生產效率與產能，保障光伏電池的供應，通過智能化的實施技術，實時監控硅片制絨、擴散等，提高光伏電池的效能與質量。②開展硅片薄片化、大片化生產工藝等技術的研制，優化薄膜光伏電池技術、鈣鈦礦光伏電池的技術，從而能擴大光伏發電設備的規模化生產與應用[6]。③重點研制與開發N 型光伏電池的關鍵技術、生產制造工藝，同時加快相關組件與設備的研究，以實現加快N 型光伏電池的規模化生產，提高光伏電池的生產效率與市場占有率。

2.5 光伏組件回收處理與再利用技術

由于光伏電池組件更新換代比較快，一些電池使用年限較短，對于光伏組件的回收利用與再利用技術也成為人們研究的熱點問題，同時，還需要研究完善相關制度，制定光伏組件回收處理政策和法規，綜合考慮綠色能源的發展需求，加大環境保護力度，完善的光伏組件回收與利用的政策與技術體系，明確相應的規范與具體要求，加大對光伏電池組件回收利用技術的研究，相關研究人員還需要結合光伏技術的發展，加大對光伏組件回收與利用的研究[7]。加大改進廢棄光伏組件回收處理技術，將環境保護與光伏利用結合在一起，制定嚴格回收利用標準，實現回收光伏電池無害化處理，只有光伏電池、組件回收技術的不斷發展，才能起到對環境保護的作用。

3 結語

隨著我國“雙碳”戰略目標的深入實施，清潔能源的使用成為人們研究的熱點問題之一，光伏發電技術研究也在不斷的深入，它作為一種重要的清潔能源應用技術，需要進行深入的研究，提高光電轉換的效率，降低光伏發電的成本，綜合地將晶硅光伏、薄膜光伏、鈣鈦礦光伏發電技術應用到日常生活中，對實現“雙碳”戰略目標具有重要意義。在我國“雙碳”目標的指引下，在“十四五”期間，光伏電池技術發展也將成為我國關鍵技術之一，也將會實現新的技術突破與創新，將會緊緊圍繞著“補短板、鍛長板”的理念，來實現光伏發電的關鍵技術，全面助力我國“雙碳”目標的實施。