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(shù)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(shù)的光伏部署率與全球脫碳時間的關(guān)系

聯(lián)合國聲稱，如今全球已有100多個國家承諾到2050年實現(xiàn)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(fā)現(xiàn)，要到2050年使用光伏系統(tǒng)實現(xiàn)全球電力系統(tǒng)的完全脫碳，全球?qū)⑿枰塾嫲惭b63.4TW的光伏系統(tǒng)。該實驗室日前在行業(yè)雜志上發(fā)表了一份名為《全球脫碳的光伏部署方案：顛覆性技術(shù)的作用》研究報告。

為了實現(xiàn)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(shù)對部署光伏系統(tǒng)的成本和市場機會的影響。他們得到的結(jié)論是，在10到15年內(nèi)，每年安裝的光伏系統(tǒng)裝機容量有可能擴大到每年所需的2.9TW到3.7TW，實現(xiàn)這一目標將耗資6000～6600億美元。該模型既包括現(xiàn)有技術(shù)，也包括使用硅和碲化鎘的成熟技術(shù)。根據(jù)該研究的預(yù)測，顛覆性技術(shù)提供了1至2萬億美元的市場機會，節(jié)省成本的潛力可能達到數(shù)千億美元。

顛覆性技術(shù)包括基于碲化鎘(CdTe)的光伏電池、鈣鈦礦和串聯(lián)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(chǎn)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(zhàn)，但它們在制造方面具有優(yōu)勢，因為它們能夠以卷對卷的方式快速且相對便宜地生產(chǎn)。一些制造商開始生產(chǎn)全鈣鈦礦串聯(lián)光伏電池，其中包括TandemPV、CubicPV和OxfordPV等公司。

根據(jù)美國國家可再生能源實驗室(NREL)的數(shù)據(jù)，串聯(lián)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(jīng)濟上可行的方法可以達到所需的制造能力，生產(chǎn)出完全使世界能源經(jīng)濟脫碳所需的光伏系統(tǒng)。如果新興技術(shù)能夠及時實現(xiàn)商業(yè)化，它們可能會顯著地降低部署成本。”

光伏系統(tǒng)的部署。圖(a)由于工廠的延遲投資，光伏系統(tǒng)的累積市場需求由Verhulst分布與時間(紅色)和建模實現(xiàn)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?qū)崿F(xiàn)脫碳之前創(chuàng)造達到63.4TW的制造能力所需的最低資本支出總額。

預(yù)計到2050年實現(xiàn)安裝63.4TW光伏系統(tǒng)的目標是目前全球累計安裝光伏系統(tǒng)裝機容量的60倍。研究人員表示很可能實現(xiàn)這個目標，這是因為他們假設(shè)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(yè)實現(xiàn)可持續(xù)增長是可能的，而顛覆性技術(shù)將在降低資本成本方面發(fā)揮重要作用。

另一個假設(shè)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(tǒng)退役和人口增長將成為全球?qū)崿F(xiàn)脫碳目標之后需求相對溫和的驅(qū)動因素。

美國國家可再生能源實驗室(NREL)的內(nèi)部實驗室指導研究和開發(fā)計劃資助了這項研究。