“双碳”目标下我国光伏发电技术现状与发展

陈卉

（广东电网有限责任公司惠州供电局，广东 惠州 516000）

0 引言

“2030 年碳达峰，2060 年碳中和”是我国为保护环境与调整能源结构而做出的决策，也是我国能源结构使用调整的关键时期，关于构建清洁能源、低碳、高效地绿色能源发展体系，国家已经出台了多项规定，要求大力发展风电、水电、太阳能，太阳能是当前常见的清洁能源，具有清洁、安全、高效、可持续的优势，目前，光伏技术的成本也在不断的下降，特别是光伏发电技术在太阳能的使用中具有十分重要的作用，在我国未来的经济发展中也具有明显的优势，我国的光伏发电技术迎来了新的发展机遇[1]。

1 我国光伏发电技术及发电现状分析

1.1 晶硅光伏电池技术

随着我国光伏电池组件技术材料的研发与应用深入市场化，新式的电池技术不断的出现，并且已经形成了完善的产业链与市场销售渠道，光伏电池的产量与技术已经达到了全球领先的水平，2022 年6 月，国家发改委、能源局等9 个相关部门，共同发布了我国“十四五”再生能力发展规划，指出了世界光伏产品的供应链中，我国的光伏产品如多晶硅、硅片、电池片和组件在国际市场上的占有率分别达到了76%，80%、83%和76%。而且，我国在太阳能电池研发投入十分巨大，在PERC 晶体硅电池、TOPCon 单晶硅电池、HJT 单晶硅电池、IBC 单晶硅电池等研究，都取得了巨大的成果，也开发出多种类型的光伏发电电池。特别是PERC 晶体硅电池，我国的技术领先全球，国际市场份额占比也最高，在多个国家得到了广泛的应用。通过2022 年我国光伏协会的数据显示，我给产业化的p 型PERC 晶体硅电池应用最为广泛，电池的平均光电效率已达到22.8%，而且该技术的光伏电池的能耗低、成本低、转化效率高[2]。而且，双面PERC 技术转化太阳能的效率比较高、能耗低、成本低，将会成为未来光伏电池主要发展趋势。TOPCon 单晶硅电池技术、HJT 单晶硅电池等n型太阳能电池技术的优势也十分明显，技术更先进、光电转换效率高、能量衰减率低。例如，TOPCon 电池光电转换效率达到了23.2%、HJT 电池的转换效果达到了25.8%，与PERC 电池的市场应用比较分析，n 型电池的技术市场占有率较低、规模比较小，技术的成本比较高，有的技术还需进一步验证，产品还处于量产验证的阶段。随着光伏技术的突破与发展，光电转换原材料、设备的技术的突破，先进的生产制造设备技术的发展，以及生产成本的大幅度降低等优势，n 型晶体硅电池技术的研究也逐渐成熟，将会成未来光伏发电技术的重要发展趋势之一。

1.2 薄膜光伏电池技术

薄膜光伏电池是当前比较流行的光伏技术之一，它具有能耗低、轻量化、可柔性、延展性强、能量转换效率高、能量衰减小等优点，在柔性设备和便携式智能可穿戴设备上的应用优势十分突出，在很多山区的太阳能光伏发电具有广阔的应用前景，对解决山区农村资源缺乏具有十分重要的作用。主要有砷化稼（GaAs）光伏电池、啼化镐（CdTe）光伏电池等光伏发电技术，由于这些电池都采用稀有金属，具有一定的毒性，这就需要做好电池的安全防护工作，以防止电池的损坏，而造成环境的污染。GaAs 光伏电池的换效率较高、延展性能较好，技术也比较成熟，但是，由于Ga 属于稀有金属，且As 元素具有较强的毒性，使得GaAs 光伏电池毒性处理成本高昂、稳定性较差、技术与工艺复杂，在具体的应用中还没有得到规模化的量产与应用[3]。GIGS 光伏电池的优越性也是明显的，它的性能稳定、弱光性能好、光能转换性能效率高、光电性能不衰减，目前确认的GIGS 光伏转换率为23.4%，如果进行量产，可以将光电转换效率提高到17.5%左右，这种技术在光伏发电中的应用，大大提高了光电的转换效率。CdTe 光伏电池也是高效的薄膜光伏电池，技术实现不是十分复杂，也是当前量产规模最大的薄膜光伏电池，它的性能稳定、光电转换性能效率高，量产组件的平均转换效率为15.1%，在未来光伏技术的应用具有广泛的用途，但由于Cd 属于有毒重金属元素，Te 是稀有元素，需要进行特殊化的处理，且这些重金属元素的处理成本比较高，未来在提升量产电池组件效率的同时，可以降低废旧CdTe 电池的污染回收与重复利用，可以降低光伏发电的成本，扩大电池的商业化生产与应用规模，从而能提高薄膜光伏电池的应用前景。

1.3 钙钛矿光伏电池技术

钙钛矿光伏技术采用现代化的光伏技术，它主要是采用复合金属化合物钙钛矿，该金属化合物具有高载流子迁移率、光电转换效果明显，具有较长的载流子扩散距离，对太阳光能量吸收系数比较大等光电特性，且钙钛矿光伏电池的原料丰富获取容易、合成简单、成本低廉、性能稳定、转换性能稳定，也是当前光伏电池应用比较有潜力的光伏材料。目前，单结钙钛矿光伏技术电池在实验中实验时，钙钛矿光伏电池的光电转换效率的优势也十分明显，光电转换效率已经达到了25.6%，能量转换的效率比其他光伏电池要好，与商业化晶硅的太阳光伏电池相比，钙钛矿光伏技术具有广泛的应用前景[4]。钙钛矿光伏电池技术在转换效率高，转换的能量也比较稳定，而且电池的生产成本降低，但是，在量化生产、面临大面积的电池组件的光转换效率比较低，光伏技术的组件稳定性性能较差，以及光伏电池的寿命比较低等缺点，在具体的应用过程中，还面临着很多不利的因素。

2 光伏发电技术的发展趋势

在“双碳”背景下，针对我国能源紧缺、生态安全红线、耕地红线大原则限制下，国家对光伏发电技术的开发，不允许占用耕地来开发清洁能源与光伏技术。这就需要开发高效率、低成本的清洁能力电池，进一步提升单位面积的光伏发电的能源转换能力，也成为未来光伏发电技术、大规模光伏发电技术的关键、废旧光伏电池的回收技术、并网技术研究等都成为未来技术发展的关键，光伏发电技术的发展趋势如下。

2.1 高效率低成本光伏技术

（1）持续推进与改进PERC 晶硅电池技术的研发，采用多种技术提升PERC 晶硅电池的光转换效率，如开发双面PERC 电池、多能源电池等，采用高效率的转换效率，降低PERC 光伏发电技术的效率。

（2）加快TOPCon、HJT、IBC 等晶硅光伏新技术的研究，降低光伏电池的开发成本，量产光伏电池的制造技术，突破光伏技术的关键材料与工艺水平，将信息新技术融入光伏电池的研究中，创新光伏电池制造装备等技术，提高光电转换的效率，推动晶硅光伏电池的产业化发展。

（3）推进薄膜太阳能光伏技术在建筑、山区中的综合应用，推动CIGS、CdTe、AsGa 等薄膜光伏技术的创新，降低薄膜光伏电池的成本，优化光伏电池的生产工艺，量产产能等，提高薄膜电池的光电转换效率与能源利用效率[5]。

（4）深入开展高效钙钛矿光伏技术的研究，提高钙钛矿太阳能电池生产工艺，降低钙钛矿光伏设备生产成本，研究大面积、高效率、高稳定性、新型环保的钙钛矿电池，开展晶体硅/钙钛矿、钙钛矿/薄膜电池等复合型、高效叠层光伏技术的应用研究，降低光伏发电的成本，提高光电转换的效率。

2.2 光伏发电并网关键技术发展趋势

光伏发电技术在得到应用的同时，还需要大力研究光伏发电并网的关键技术，使得更多的光伏能源并入电网中，才能提高光伏发电的利用效率，拓宽光伏电池的应用市场。在并网的关键技术研究上，可以采用基于模糊逻辑算法、智能并网处理技术等方法，提高光伏能源的并网效率，还可以将多种新型光伏发电技术融合在一起，提高光伏发电的并网效率，保证光伏发电系统的最大功率能够稳定的输出，扩展光伏电池的应用市场。结合光伏发电技术的要求，开发出高效率、可靠性稳定、电能转换质量强、适应能力高的光伏电站逆变器，减少光伏发电技术的衰减，提高光伏发电的光电转换效率。针对光伏发电的要求，开发研究出工作寿命长、生产成本低的微型光伏发电逆变器技术，从而提高光伏发电并网的可靠性、稳定性与安全性，优化光伏发电的并网效率。

2.3 光伏建筑一体化应用的发展趋势

针对薄膜光伏电池发电技术的应用，需要结合具体的情况，优化薄膜光伏电池的应用环境，制定光伏建筑一体化、山区光伏应用技术的统一标准与规范，推动薄膜光伏发电技术的规模化应用，也成为未来光伏发电的重要趋势，通过光伏建筑一体化标准的应用，实现绿色建筑“零排放”，助推“双碳”目标实施与发展，也有利于光伏技术在生产领域中的广泛应用。重点开展光伏建筑一体化、山区薄膜电池光伏发电技术的研究，使得薄膜光伏电池能够在山区、大型建筑物中的到应用，实现薄膜光伏技术的转化效率、城市建筑、乡村建筑美观的有效融合，形成多元化的光伏利用模式，提高薄膜光伏发电技术光电转换效率。研制多样化光薄膜光伏电池组件与多样化的光伏材料，满足不同场景和个性化需求的建筑结构光伏发电的要求，并利用集成技术、信息技术来开发装配式光伏建筑，从而能扩大光伏发电技术的光电转换效率，并融合现代信息技术，实现光伏发电电池的自动化控制，开发出自动化、信息化、智能化处理的智能光伏发电设备，并将其作为光伏发电的主要应用。

2.4 先进的光伏组件生产制造设备

为了保证光伏发电技术的研究不断深入，相应地电池生产产业链也要不断完善，先进的光伏组件生产设备是光伏电池的关键，研究光伏组件的生产设备技术，也成为光伏电池技术未来发展的关键。①结合光伏发电技术的要求，构建智能化、集成化的光伏生产制造体系与产业链，形成自动化、信息化、智能化的光伏发电技术体系，不断提高光伏发电的生产效率与产能，保障光伏电池的供应，通过智能化的实施技术，实时监控硅片制绒、扩散等，提高光伏电池的效能与质量。②开展硅片薄片化、大片化生产工艺等技术的研制，优化薄膜光伏电池技术、钙钛矿光伏电池的技术，从而能扩大光伏发电设备的规模化生产与应用[6]。③重点研制与开发N 型光伏电池的关键技术、生产制造工艺，同时加快相关组件与设备的研究，以实现加快N 型光伏电池的规模化生产，提高光伏电池的生产效率与市场占有率。

2.5 光伏组件回收处理与再利用技术

由于光伏电池组件更新换代比较快，一些电池使用年限较短，对于光伏组件的回收利用与再利用技术也成为人们研究的热点问题，同时，还需要研究完善相关制度，制定光伏组件回收处理政策和法规，综合考虑绿色能源的发展需求，加大环境保护力度，完善的光伏组件回收与利用的政策与技术体系，明确相应的规范与具体要求，加大对光伏电池组件回收利用技术的研究，相关研究人员还需要结合光伏技术的发展，加大对光伏组件回收与利用的研究[7]。加大改进废弃光伏组件回收处理技术，将环境保护与光伏利用结合在一起，制定严格回收利用标准，实现回收光伏电池无害化处理，只有光伏电池、组件回收技术的不断发展，才能起到对环境保护的作用。

3 结语

随着我国“双碳”战略目标的深入实施，清洁能源的使用成为人们研究的热点问题之一，光伏发电技术研究也在不断的深入，它作为一种重要的清洁能源应用技术，需要进行深入的研究，提高光电转换的效率，降低光伏发电的成本，综合地将晶硅光伏、薄膜光伏、钙钛矿光伏发电技术应用到日常生活中，对实现“双碳”战略目标具有重要意义。在我国“双碳”目标的指引下，在“十四五”期间，光伏电池技术发展也将成为我国关键技术之一，也将会实现新的技术突破与创新，将会紧紧围绕着“补短板、锻长板”的理念，来实现光伏发电的关键技术，全面助力我国“双碳”目标的实施。