碳达峰碳中和谈光伏发电探讨

碳达峰碳中和谈光伏发电探讨

胡泳

单位：国电投（宁夏）清洁能源有限公司

单位所在城市：宁夏银川市金凤区

单位邮编：750004

摘要：本文首先提出光伏发电的优势，然后对碳达峰碳中和的光伏发电的具体应用进行详细论述和总结，主要包括晶硅太阳能电池、薄膜太阳能电池、钙钛矿太阳能电池，旨在不断提高光伏发电的应用潜能，并更好地顺应碳达峰碳中和的发展趋势与发展潮流。

关键词：碳达峰碳中和；光伏发电；措施

现阶段，温室气体的全球气候变化，已经成为了全人类共同关注的焦点话题之一。根据2020年CO2排放量可知，电力行业的碳排放属于主要的排放来源，为了实现碳减排目标，应对电力行业的碳排放予以有效控制，将我国“双碳”目标实施进程提升上来。同时，基于碳达峰碳中和、“双碳”目标视角，要想充分满足当前能源领域的技术变革的战略发展需求，应加强可再生能源的合理应用，加强绿色低碳零碳能源体系的构建，并将新能源与新型电力系统相结合。在我国未来可再生能源发电方式中，光伏发电占据着主导性地位，其绿色环保无污染性质显著，而且使用寿命较长，可以满足运维成本、适用范围广等需求。

一、光伏发电的优势

众所周知，传统电力行业对煤炭生存的依赖性较高，我国每年开发的煤炭，在发电方面起到了重要的作用。所以能源系统的碳减排，是碳达峰碳中和的重要影响要素，而电力扮演的角色突出，所以应基于新能源加强新型电力系统的构建。现阶段，我国风电、光伏发电装机容量均在2亿kW以上，未来发展的潜力显著，这在光伏发电的发展方面得到了充分体现。针对于光伏发电，半导体界面的光生伏特效应凸显，可以实现太阳能向电能的顺利转变，其构成要素主要包括太阳能电池组件、控制器等。同时，光伏发电作为重要的可再生能源发电技术之一，具有无噪声、无污染的作用。对光伏发电的优点进行分析：

（1）太阳能资源丰富。在地球上，太阳能分布具有高度的广泛性特点，对于光照的地方，加强光伏发电系统的应用是至关重要的。（2）对光伏发电的能量转换过程进行分析，具有高度的简单性，使光能迅速转变为电能，因为机械运动的缺失，所以机械磨损可以得到有效预防。基于热力学分析角度，光伏发电的理论发电效率较高，至少为80％，所以具有良好的技术开发潜力。（3）在光伏发电无需使用燃料的影响下，温室气体的排放可以得到有效预防，防止对空气产生任何污染，并避免噪声的产生【1】，贯彻落实好环境友好型目标，并防止能源危机的出现，确保燃料市场的稳定性，从而推动绿色环保的可再生能源目标的顺利达成。

二、碳达峰碳中和的光伏发电的具体应用

（一）晶硅太阳能电池

现阶段，我国晶硅太阳能电池技术的成熟度较高，应用范围宽阔，所占的市场份额较多。在未来，电池光电转换效率的提高速度较快，设备性能及产能也得到了明显的增强，并且成本降低幅度较大。目前，我国开发的晶硅太阳能电池类型较多，其中，单晶硅实验室太阳能电池最高光电转化效率为26.1%，而发射极钝化和背面接触（PERC）电池、交指式背接触（IBC）电池等光电转换效率在25%以上。在PERC未来发展方向中【2】，必须要满足降本增效的需求，并加强双面PERC技术等合理使用。

（二）薄膜太阳能电池

在硅基薄膜太阳能电池中，非晶硅、微晶硅等电池较为常见，但当前电池性能及成本优势并不突出，技术提升空间有待提升。针对于砷化镓GaAs，其转换效率、吸收效率较高，而且耐高温，非常适合应用于空间应用、无人机等领域，其发展前景广阔。现如今，薄膜GaAs电池实验室最高光电转换效率为29.1%。但GaAs具有材料价格贵、制备步骤复杂等特点，且Ga、As分别具有稀缺、毒性的特点，使得GaAs的规模化应用受到了一定的限制，与大规模量产目标差距较大。

在商品化薄膜太阳能电池中，CIGS及CdTe电池具有较高的应用价值。CIGS具有较强的稳定性与成本低廉性，而且弱光性能良好。预计在未来工艺技术、设备性能不断提升过程中，CIGS光电转换效率将会得到进一步提升。但目前CdTe本身材料的局限性较为显著，而且CdTe材料的污染问题比较严重，所以在未来，应加强高效回收循环利用等技术的研发，将技术瓶颈弥补到位，为量产组件光电转换效率的提升创造优势，同时进一步扩大产业规模。

（三）钙钛矿太阳能电池

与传统太阳能电池相比，钙钛矿太阳能电池（PSC）的原料较为丰富，而且成本、能耗较低，并且有助于效率的提升，不断提高载流子寿命，其理论成本，与当前主流技术有着明显的差距，所以成本优势及经济性不容忽视。目前，PSC技术发展趋势良好，相比于其他光伏技术，光电转换效率提升较快，其转换效率由以往的3.8%实现了向当前25.7% 的顺利过渡【3】，这在国际光伏前沿及产业化热点研究中占据着主导。

其中，叠层技术。在未来光伏技术的发展方向中，叠层电池的商业化潜力突出。其理论光电转换效率往往大于40%，这对于太阳能电池光电转换效率的提升具有极大的帮助。对于钙钛矿材料来说，因为制备工艺较为简单，所以在叠层电池的选择中非常适用。需要注意的是，在未来叠层电池的发展方向中，应加强叠层电池结构设计，注重顶层光吸收层及底层光吸收层的开发，使叠层电池的寄生吸收损失、反射损失等得到有效控制，将单结电池的效率极限弥补到位，确保电池光电转换效率的稳步提升。

三、结束语

综上所述，基于可持续发展理念，应对煤炭、石油等高碳能源消耗予以严格控制，协调统一好经济社会发展与生态环境保护之间的关系，满足互利共赢的内在需求，发挥出对光伏发电发展的促进作用，实现现代能源体系、新型电力系统的顺利构建，满足清洁低碳、安全高效等本质需求。

参考文献：

[1] 祝朝坤, 肖贺旭. 碳中和背景下基于LoRa组网的智能化无土栽培种植系统的设计[J]. 电子产品世界, 2022, 29(4):4.

[2] 梁远, 付岩峰, 方小锋,等. 碳中和背景下基于AB工艺的污水处理厂能量自持分析[J]. 综合智慧能源, 2021, 43(6):55-60.

[3] 郭越, 韩彦图. "三智"模式激活"双碳"快进键——国网郑州供电公司服务"碳达峰,碳中和"工作纪实[J]. 河南电力, 2021(11):2.