美国总统拜登近日呼吁对清洁能源进行重大投资，以遏制气候变化,创造就业机会。美国白宫于9月8日发布了美国能源部的一份报告，该报告指出，到2050年，光伏将占到美国总体发电量45%，而如今这一比例不到4%。德克萨斯大学奥斯汀分校能源技术和政策研究人员Joshua D. Rhodes为此对美国为实现这一目标将采取的措施进行了分析与阐述。
为什么如此重视光伏?
美国能源部提交的《光伏未来研究》报告为美国电网规划了三个未来路径：一切照旧;大规模转向低碳和无碳能源;经济全面实现电气化以完成脱碳。
研究报告得出的结论是，后两种途径将需要安装1,050～1,570GW的光伏系统，这将满足2050年预期电力需求的44%～45%。从这一角度来看，1GW的发电量相当于安装约310万块光伏组件或364台大型风机。
其余的电力将主要来自其他低碳或零碳能源的混合，其中包括风能、核能、水电、生物能、地热、燃气轮机，以及氢能。储能也将以与光伏大致相同的速度增长。
光伏相对于许多其他低碳技术的优势之一是美国大部分地区都有充足的阳光。但风能、水电和地热资源分布不均：有很多地区缺乏这些资源或根本不存在这些资源。
美国的大部分地区全年可以通过光伏系统产生一些电力。这张地图显示了美国每年的水平辐照度(照射到地面水平表面的阳光量)。
这种资源的地区间不均匀分配，意味着需要在太阳能最丰富的地区极其密集地进行开发，还需要建造更多的高压输电线路实现远距离输电。这将会增加安装成本，并遭到土地所有者的反对。
到2050年美国45%的电力来自光伏是否可行?
D. Rhodes认为，这在技术上是可行的，但并不容易。虽然光伏组件的成本已经大幅下降，但美国当前的光伏开发速度不足，实现这一目标需要提高开发速度，并长期坚持。美国一些地区已经实现了这种增长速度，但其起点很低，而且通常不会持续很长时间。
《光伏未来研究》报告估计，到2050年，美国要通过光伏生产45%的电力将需要部署约1,600GW的光伏系统。这是如今已经在美国安装的103GW的14.5倍。从现在来看，美国电网上约有1,200GW各种来源的发电容量。
该报告假设，10%～20%的新增光伏装机将来自户用和商业。其余的将是大型公用事业规模的项目，主要是光伏项目，还包括一些大型光热项目。
假设安装每兆瓦的公用事业规模的光伏系统大约需要8英亩的土地，那么完成这样的扩建将需要大约1020万到1150万英亩的土地。这个面积大约相当于马萨诸塞州和新泽西州的总和，尽管它不到美国土地总面积的0.5%。
D. Rhodes认为这些目标值得设定，但最好随着时间的推移重新评估，以确保这是一条最谨慎的路径。
最大的障碍是什么?
D. Rhodes表示，面临的最大挑战是推动这种大规模的变革需要持续的政治意愿。其他问题也可能减缓安装进展，包括多晶硅等关键光伏组件材料短缺、贸易争端和经济衰退。但是工程面临的挑战是可以解决的，而且很简单。
2020年，天然气、煤炭和石油为美国经济提供了近80%的一次能源投入。采用低碳资源取代其中的大部分化石能源还需要对大多数美国主要能源公司进行重组。
除非某些机构(例如美国联邦能源监管委员会)有权批准新建输电线路，否则光伏行业实现这种扩张几乎是不可能的。
这种转变很可能会遇到巨大的阻力，尽管一些能源公司开始以这种方式扩大规模。美国政府计划使用清洁电力支付计划，这是美国国会悬而未决的3.5万亿美元预算计划中的一项条款，以激励电力公司从零碳能源中生产更多电力。
这份报告还假设，未来将会建设基础设施，以支持这一目标的实现。美国需要将其输电能力扩大60%～90%，以支持其设想的光伏开发水平。
在美国，修建长距离输电线路非常困难，尤其是当跨越州际建设时，这正是大规模部署光伏所需要克服的问题。除非美国联邦能源管理委员会等机构有权批准新建输电线路，否则这种扩建几乎是不可能的。
当然还有一个潜在的解决方案：沿着公路和铁路线旁边建设输电线路，从而避免土地所有者认可的需要。
当前的电力系统必须如何改变才能支持如此大量的光伏发电?
美国的电力系统目前约有59%的电力来自煤炭和天然气。这些资源通常是按需提供。这意味着当客户需要更多电力时，公用事业公司可以要求电厂增加发电量。
转向由可再生能源主导的电网将需要公用事业公司和能源监管机构重新思考匹配供需的旧方式。D. Rhodes认为，美国未来的电网将需要更高水平的输电和储能系统建设计划，以鼓励客户将用电时间转变为电最充足和最经济的时期。这还需要北美地区电网之间进行更大程度的协调，这些电网目前还无法实现无缝的远距离输电。
如果美国选择依靠光伏发电、脱碳电网以具有成本效益的方式满足未来需求，所有这些措施都是可行的，并且是必要的。
