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    碳中和:太陽能光伏技術已做好準備

    來源:太陽能遙控路燈

    導讀: 將全球溫度限制在1.5°C以內,需要對我們的能源系統進行快速而深刻的轉變。太陽能光伏(PV)是一項成熟的技術,隨時可以應對這一挑戰。在過去十年中,全球安裝的太陽能光伏發電容量比任何其他發電技術都要高, ...


    將全球溫度限制在1.5°C以內,需要對我們的能源系統進行快速而深刻的轉變。太陽能光伏(PV)是一項成熟的技術,隨時可以應對這一挑戰。在過去十年中,全球安裝的太陽能光伏發電容量比任何其他發電技術都要高,到2019年底的累計容量超過600吉瓦。


    但是,許多未來的低碳能源方案未能確定這項技術的潛力。許多基于綜合評估模型或部分均衡模型的全球脫碳途徑評估方案未能確定這項技術可能發揮的關鍵作用,包括遠低于光伏行業預測的未來光伏發電能力。因此,文章回顧了在某些脫碳情景中阻礙了太陽能光伏發電的假設和限制因素,討論如何提高太陽能光伏技術在模型中的代表性,以及如何確保太陽能光伏的制造和安裝能夠按時完成。


    圖1. 太陽能光伏的歷史演變和預計趨勢

     太陽能光伏成本


    太陽能光伏技術的快速發展使得大多數IAM模型中的未來成本假設已經過時。自1976年以來,太陽能光伏組件的學習率一直保持23%,也就是說,每增加一倍的容量,其成本就會降低23%。

    降低太陽能成本的主要推動力包括技術改進,例如效率提高,以及高級機制,包括規模經濟,自動化和制造標準化等,并且由國際研究構建的有關硅材料和器件的知識體系已由業界逐步實施。系統(BoS)組件的可靠性提高以及使用壽命的延長進一步降低了平均電力成本(LCOE)。此外,更好的融資條件也降低了太陽能的LCOE。

    作者建議在對未來能源情景進行建模時,必須包括最新的成本假設。建議包括一個內生學習曲線,捕捉學習效果,并進行敏感性分析,以調查假設的學習和增長率對結果的影響。



    材料和土地使用限制


    原材料的可獲得性不是限制光伏制造增長的真正問題,因為硅是地球上最豐富的材料之一。光伏產業消耗了全球用于制造電池觸點的銀需求的10%。2019年,光伏產業消耗了全球銀需求的10%,用于制造電池觸點。由于效率的提高和使用更薄的接觸點,每瓦特銀的使用量在過去幾年中顯著減少,必要時可以使用銅或鋁作為替代品。光伏產業已經開始向循環經濟發展。今天的標準做法是,光伏組件通過現有的玻璃或金屬回收線,回收鋁框架、外部銅線和玻璃,材料的回收率高于75%。


    雖然用太陽能光伏發電來提供當前的全球電力消耗量將意味著覆蓋全球0.3%的土地面積,但是,光伏模塊使住宅和商業設施以及公用事業成為發電廠提供可能。盡管可用土地可以在地方層面限制太陽能光伏發電,但在更大范圍內這并不是一個限制。因此,作者建議模型應包括基于材料和土地可用性的準確和最新的約束條件。



    太陽能發電份額高


    阻礙太陽能光伏在IAM或部分平衡模型(如PRIMES)所設想的脫碳途徑中發揮作用的主要因素之一,與此類模型使用年度分辨率有關。為了規避每小時不對供需模型進行建模的限制,施加了額外的約束,例如假設集成成本較高,這會妨礙太陽能光伏在成本優化結果中的作用。此外,另一個關鍵因素是,這些IAM方案中的大多數都包括其他部門有限的直接或間接電氣化。一些基于部門耦合能源建模方法的研究發現,其他部門的深度電氣化(例如通過合成燃料直接或間接)是實現及時脫碳的經濟有效策略。



    挑戰和策略


    表1. 在不同時間范圍內太陽能光伏在電網中的高滲透率的挑戰和策略


    作者強調指出,在成本最優的未來脫碳方案中,當使用包含上述所有平衡策略的適當表示的模型時,太陽能光伏發電將成為主要(如果不是主要)能源之一。此外,歷史經驗表明,太陽能光伏普及率正在迅速提高。

    圖2.全球不同市場中太陽能光伏發電所占電力需求的百分比



    結論


    太陽能光伏發電已準備好成為我們的主要能源之一:

    (1)預計將繼續學習和降低成本;

    (2)材料和土地使用都不會阻止光伏的發展;(3)現有的整合策略和正在開發的策略將使太陽 能光伏發電不僅在電網中而且在整個能源系統中都有較大的滲透率。


    作者確定了下一個十年持續擴大太陽能光伏發電的以下挑戰:確保適當的監管框架以降低軟成本,通過工業創新減少資本支出,通過在適當的稅收計劃的協助下實現其他能源部門的電氣化來解決對光伏發電的需求,加強提高光伏系統效率和可靠性的研究。

    原文信息:

    Victoria, M., Haegel, N., Peters, I. M., Sinton, R., J?ger-Waldau, A., del Ca?izo, C., ... & Smets, A. (2021). Solar photovoltaics is ready to power a sustainable future. Joule.

    https://doi.org/10.1016/j.joule.2021.03.005





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