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碳中和:太阳能光伏技术已做好准备

来源:太阳能遥控路灯

导读: 将全球温度限制在1.5°C以内,需要对我们的能源系统进行快速而深刻的转变。太阳能光伏(PV)是一项成熟的技术,随时可以应对这一挑战。在过去十年中,全球安装的太阳能光伏发电容量比任何其他发电技术都要高, ...


将全球温度限制在1.5°C以内,需要对我们的能源系统进行快速而深刻的转变。太阳能光伏(PV)是一项成熟的技术,随时可以应对这一挑战。在过去十年中,全球安装的太阳能光伏发电容量比任何其他发电技术都要高,到2019年底的累计容量超过600吉瓦。


但是,许多未来的低碳能源方案未能确定这项技术的潜力。许多基于综合评估模型或部分均衡模型的全球脱碳途径评估方案未能确定这项技术可能发挥的关键作用,包括远低于光伏行业预测的未来光伏发电能力。因此,文章回顾了在某些脱碳情景中阻碍了太阳能光伏发电的假设和限制因素,讨论如何提高太阳能光伏技术在模型中的代表性,以及如何确保太阳能光伏的制造和安装能够按时完成。


图1. 太阳能光伏的历史演变和预计趋势

 太阳能光伏成本


太阳能光伏技术的快速发展使得大多数IAM模型中的未来成本假设已经过时。自1976年以来,太阳能光伏组件的学习率一直保持23%,也就是说,每增加一倍的容量,其成本就会降低23%。

降低太阳能成本的主要推动力包括技术改进,例如效率提高,以及高级机制,包括规模经济,自动化和制造标准化等,并且由国际研究构建的有关硅材料和器件的知识体系已由业界逐步实施。系统(BoS)组件的可靠性提高以及使用寿命的延长进一步降低了平均电力成本(LCOE)。此外,更好的融资条件也降低了太阳能的LCOE。

作者建议在对未来能源情景进行建模时,必须包括最新的成本假设。建议包括一个内生学习曲线,捕捉学习效果,并进行敏感性分析,以调查假设的学习和增长率对结果的影响。



材料和土地使用限制


原材料的可获得性不是限制光伏制造增长的真正问题,因为硅是地球上最丰富的材料之一。光伏产业消耗了全球用于制造电池触点的银需求的10%。2019年,光伏产业消耗了全球银需求的10%,用于制造电池触点。由于效率的提高和使用更薄的接触点,每瓦特银的使用量在过去几年中显著减少,必要时可以使用铜或铝作为替代品。光伏产业已经开始向循环经济发展。今天的标准做法是,光伏组件通过现有的玻璃或金属回收线,回收铝框架、外部铜线和玻璃,材料的回收率高于75%。


虽然用太阳能光伏发电来提供当前的全球电力消耗量将意味着覆盖全球0.3%的土地面积,但是,光伏模块使住宅和商业设施以及公用事业成为发电厂提供可能。尽管可用土地可以在地方层面限制太阳能光伏发电,但在更大范围内这并不是一个限制。因此,作者建议模型应包括基于材料和土地可用性的准确和最新的约束条件。



太阳能发电份额高


阻碍太阳能光伏在IAM或部分平衡模型(如PRIMES)所设想的脱碳途径中发挥作用的主要因素之一,与此类模型使用年度分辨率有关。为了规避每小时不对供需模型进行建模的限制,施加了额外的约束,例如假设集成成本较高,这会妨碍太阳能光伏在成本优化结果中的作用。此外,另一个关键因素是,这些IAM方案中的大多数都包括其他部门有限的直接或间接电气化。一些基于部门耦合能源建模方法的研究发现,其他部门的深度电气化(例如通过合成燃料直接或间接)是实现及时脱碳的经济有效策略。



挑战和策略


表1. 在不同时间范围内太阳能光伏在电网中的高渗透率的挑战和策略


作者强调指出,在成本最优的未来脱碳方案中,当使用包含上述所有平衡策略的适当表示的模型时,太阳能光伏发电将成为主要(如果不是主要)能源之一。此外,历史经验表明,太阳能光伏普及率正在迅速提高。

图2.全球不同市场中太阳能光伏发电所占电力需求的百分比



结论


太阳能光伏发电已准备好成为我们的主要能源之一:

(1)预计将继续学习和降低成本;

(2)材料和土地使用都不会阻止光伏的发展;(3)现有的整合策略和正在开发的策略将使太阳 能光伏发电不仅在电网中而且在整个能源系统中都有较大的渗透率。


作者确定了下一个十年持续扩大太阳能光伏发电的以下挑战:确保适当的监管框架以降低软成本,通过工业创新减少资本支出,通过在适当的税收计划的协助下实现其他能源部门的电气化来解决对光伏发电的需求,加强提高光伏系统效率和可靠性的研究。

原文信息:

Victoria, M., Haegel, N., Peters, I. M., Sinton, R., Jäger-Waldau, A., del Cañizo, 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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