加強太陽能科技創新 促進實現“雙碳”目標

——“十四五”能源領域科技創新規劃解讀之十

孔力

國家能源局和科技部適時推出的《“十四五”能源領域科技創新規劃》，將對我國能源領域科技創新和能源產業的高質量發展起到巨大的推動作用。我國地域廣闊，太陽能資源豐富分布廣泛，總量足以滿足我國社會生產生活等需求。經過幾十年的發展，目前太陽能光伏發電已趨于成熟，成本快速下降，太陽能熱發電與熱利用技術與應用也發展迅猛。太陽能技術的發展將助力我國“雙碳”目標的實現。

太陽能發電已經成為我國重要的清潔電力能源

我國在太陽能發電開發利用方面取得了長足進步，在產業發展、技術創新等方面取得了突出成果，光伏電池及相關產業的發展規模已經躋身全球前列。截至2021年底，我國可再生能源發電裝機達到10.63億千瓦，占總發電裝機容量的44.8%，其中光伏發電裝機3.06億千瓦，占全國總發電裝機容量的12.9%。2021年全國可再生能源發電量達2.48萬億千瓦時，占全社會用電量的29.6%，其中光伏發電3259億千瓦時，同比增長25.1%，占全社會用電量的3.9%。

近年來，光伏制造業在海外“雙反”以及國內支持政策不斷優化調整的情況下取得了快速發展。2021年我國多晶硅產量達到50.5萬噸，同比增長27.5%；硅片產量達到227吉瓦，同比增長40.6%；晶硅電池片產量達到198吉瓦，同比增長46.9%；組件產量達到182吉瓦，同比增長46.1%。2021年全國新增光伏并網裝機容量54.88吉瓦，同比上升13.9%；累計光伏并網裝機容量達到306吉瓦，新增和累計裝機容量均為全球第一。2021年中國光伏組件出口量達到98.5吉瓦，同比增長23.1%，為全球應對氣候變化作出了重要貢獻，為20多個國家實現光伏平價上網提供了支撐。

技術進步是推動太陽能發電發展的根本動力

多年來，國家推出的各項科技發展計劃對可再生能源技術研發給予了持續支持，國內相關企業也加大了對科技研發的投入。這些投入在不斷提高我國太陽能發電相關技術能力、提升國內企業的技術水平方面發揮了重要作用，促進了我國太陽能發電、風力發電等行業的發展。

太陽能光伏發電方面，我國已經形成了硅材料、硅片、電池、組件為核心的晶體硅電池產業化技術體系，掌握了效率20%以上的背鈍化電池（PERC）、選擇性發射極電池（SE）、全背結電池、金屬穿孔卷繞（MWT）電池等高效晶體硅電池制備及工藝技術，規模化生產的p型單晶PERC電池平均轉換效率達到23.1%，實驗室最高效率超過了24.1%。批量生產常規多晶硅電池效率19.5%，多晶硅電池實驗室最高效率超過23%，創造了多晶硅電池效率的世界紀錄。通過并購和國際合作使得我國硅基、碲化鎘（CdTe）、銅銦鎵硒（CIGS）等薄膜電池的研究和技術水平快速提升。逆變器等組部件技術水平逐漸與國際接軌，但其系統集成智能化技術水平仍有待提升。面向光伏發電規模化利用，光伏系統關鍵技術取得多項重大突破，掌握了100兆瓦級并網光伏電站設計集成技術、兆瓦級光伏與建筑結合系統設計集成技術、10~100兆瓦級水/光/柴/儲多能互補微電網設計集成技術并開展了示范。

光伏發電成本持續下降進入平價上網時代

近年來，在技術進步和市場規模化發展的雙重推動下，全球太陽能光伏發電的成本快速下降。過去10年，我國太陽能光伏電池組件和發電系統的成本雙雙下降約90%，成本只有原來的十分之一。光伏發電的電價在越來越多的國家和地區已經低于火電電價，成為經濟上具有競爭力的電力產品。

地面光伏系統的初始全投資主要由組件、逆變器、支架、電纜、一次設備、二次設備等關鍵設備成本，以及土地費用、電網接入、建安、管理費用等部分構成。光伏發電的電價成本除了設備投資以外，項目所在地的局部資源條件和運行環境都是影響最終電價的重要因素。目前，從世界范圍來看，一些資源條件和運行環境好的項目，其單位電價成本已經達到或低于常規能源電價水平，可以實現平價上網。國內在資源條件比較好的地區建設的集中式地面光伏電站，通過提高運行效率，也可以做到電網側平價上網。

綜合考慮光伏電站的設備、運維成本以及資源條件以后，通常可以用平準發電成本來衡量光伏電站整個生命周期的單位發電成本，并可用來與其他電源發電成本對比。2021年，全投資模型下地面光伏電站在1800小時、1500小時、1200小時、1000小時等效利用小時數的平準發電成本分別為0.21、0.25、0.31、0.37元/千瓦時，而全投資模型下分布式光伏發電系統相應的平準發電成本分別為0.19、0.22、0.28、0.33元/千瓦時。

加強科技創新促進太陽能發電技術成為主力能源

太陽能除了具有資源豐富、清潔、環境友好等優點外，也具有能量密度較低、具有一定的間歇性和波動性等不足，不管從科技創新和技術發展，還是能源政策環境等方面都面臨許多艱巨的任務。除光伏發電技術本身以外，多能互補技術、儲能技術、智能電網技術的發展均有助于克服其間歇性和波動性的不足，促進太陽能發電技術的發展和大規模應用。

太陽能發電技術方面，光伏電池技術及系統設備將沿著高能效、低成本、長壽命、智能化的技術方向發展。著力支持光伏系統及平衡部件技術創新和水平提升；著力支持高效率鈣鈦礦電池制備與產業化生產技術，研發大面積、高效率、高穩定性、環境友好的鈣鈦礦電池，開展晶體硅/鈣鈦礦、鈣鈦礦/鈣鈦礦等高效疊層電池制備及產業化技術研究；著力支持高效低成本太陽能光伏電池技術研究，開展隧穿氧化層鈍化接觸（TOPCon）、異質結（HJT）、背電極接觸（IBC）等新型晶硅電池低成本、高質量、產業化制造技術研究，開展高效光伏電池與建筑材料結合研究；著力支持光伏組件回收處理與再利用技術研究；著力支持太陽能熱發電與綜合利用技術研究，探索太陽能熱化學轉化與其他可再生能源互補技術，研發中溫太陽能驅動熱化學燃料轉化反應技術，開發光熱發電與其他新能源多能互補集成系統。

儲能技術方面，著力研究大容量和大功率儲能技術，提高效率，實現儲能技術在規模、壽命和成本上的跨越，在可再生能源大規模接入、傳統電力系統調峰提效和區域供能方面，完成具有完全自主知識產權、對國際儲能技術與產業發展具有指導意義的系統解決方案和示范工程，形成一套完整的技術攻關、試驗示范，以及工程應用的儲能技術研發體系。

多能互補及分布式能源技術方面，探索多種可再生能源的互補利用及其與常規能源形式的綜合高效利用；開展可再生能源高比例消納和外送的系列關鍵技術研究，建立不同氣候、用能需求的可再生能源供能系統示范。以可再生能源為主的能源系統的省區級/地市級研究和示范將是未來的發展方向。

智能電網技術方面，大力發展大容量遠距離輸電和智能微網技術，助力我國大規模集中式可再生能源發電和分布式能源開發利用，開發多種電壓等級、交直流多種形式的接入技術和設備，促進可再生能源的友好接入，提高可再生能源的消納能力，全面保障電網在大量接入可再生能源后的安全穩定運行；大力發展智能配用電技術，提高智能化水平，包括電動汽車充換電技術、智能用電技術等，打造清潔、高效、智能化能源電力系統。（作者系中國科學院電工研究所研究員）

責任編輯：牛雅倩

關鍵詞： 科技創新