美國國家可再生能源實驗室(NREL)的研究人員在日前進行的一項研究中,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可能對部署成本和市場機會帶來的影響。
晶體硅和未來顛覆性技術的光伏部署率與全球脫碳時間的關系
聯合國聲稱,如今全球已有100多個國家承諾到2050年實現碳中和目標。美國國家可再生能源實驗室(NREL)的研究人員最近進行的一項研究發現,要到2050年使用光伏系統實現全球電力系統的完全脫碳,全球將需要累計安裝63.4TW的光伏系統。該實驗室日前在行業雜志上發表了一份名為《全球脫碳的光伏部署方案:顛覆性技術的作用》研究報告。
為了實現全球脫碳的目標,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對部署光伏系統的成本和市場機會的影響。他們得到的結論是,在10到15年內,每年安裝的光伏系統裝機容量有可能擴大到每年所需的2.9TW到3.7TW,實現這一目標將耗資6000~6600億美元。該模型既包括現有技術,也包括使用硅和碲化鎘的成熟技術。根據該研究的預測,顛覆性技術提供了1至2萬億美元的市場機會,節省成本的潛力可能達到數千億美元。
顛覆性技術包括基于碲化鎘(CdTe)的光伏電池、鈣鈦礦和串聯光伏電池。美國國國家可再生能源實驗室(NREL)在報告聲稱,美國光伏組件制造商First Solar公司和Toledo solar等公司生產的CdTe光伏電池目前占美國光伏市場的16%左右。鈣鈦礦光伏電池在長期耐用性方面存在挑戰,但它們在制造方面具有優勢,因為它們能夠以卷對卷的方式快速且相對便宜地生產。一些制造商開始生產全鈣鈦礦串聯光伏電池,其中包括TandemPV、CubicPV和OxfordPV等公司。
根據美國國家可再生能源實驗室(NREL)的數據,串聯光伏電池和微型光伏組件的效率高達31.25%。
美國國家可再生能源實驗室(NREL)化學與納米科學中心主任Jao van de Lagemaat表示:“有一些經濟上可行的方法可以達到所需的制造能力,生產出完全使世界能源經濟脫碳所需的光伏系統。如果新興技術能夠及時實現商業化,它們可能會顯著地降低部署成本。”
光伏系統的部署。圖(a)由于工廠的延遲投資,光伏系統的累積市場需求由Verhulst分布與時間(紅色)和建模實現部署(藍色)。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間相比,在全球實現脫碳之前創造達到63.4TW的制造能力所需的最低資本支出總額。
預計到2050年實現安裝63.4TW光伏系統的目標是目前全球累計安裝光伏系統裝機容量的60倍。研究人員表示很可能實現這個目標,這是因為他們假設投資者通過避免光伏項目擱淺來保護他們的投資。該模型表明,光伏制造業實現可持續增長是可能的,而顛覆性技術將在降低資本成本方面發揮重要作用。
另一個假設是,光伏組件的壽命將會大幅增加,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,光伏系統退役和人口增長將成為全球實現脫碳目標之后需求相對溫和的驅動因素。
美國國家可再生能源實驗室(NREL)的內部實驗室指導研究和開發計劃資助了這項研究。