美国国家可再生能源实验室(NREL)的研究人员在日前进行的一项研究中，模拟了提供全球脱碳所需的60TW以上光伏组件的可行途径，并研究了颠覆性光伏技术可能对部署成本和市场机会带来的影响。
晶体硅和未来颠覆性技术的光伏部署率与全球脱碳时间的关系
联合国声称，如今全球已有100多个国家承诺到2050年实现碳中和目标。美国国家可再生能源实验室(NREL)的研究人员最近进行的一项研究发现，要到2050年使用光伏系统实现全球电力系统的完全脱碳，全球将需要累计安装63.4TW的光伏系统。该实验室日前在行业杂志上发表了一份名为《全球脱碳的光伏部署方案：颠覆性技术的作用》研究报告。
为了实现全球脱碳的目标，研究人员建立了提供60TW以上光伏组件的可行轨迹模型，并研究了颠覆性技术对部署光伏系统的成本和市场机会的影响。他们得到的结论是，在10到15年内，每年安装的光伏系统装机容量有可能扩大到每年所需的2.9TW到3.7TW，实现这一目标将耗资6000～6600亿美元。该模型既包括现有技术，也包括使用硅和碲化镉的成熟技术。根据该研究的预测，颠覆性技术提供了1至2万亿美元的市场机会，节省成本的潜力可能达到数千亿美元。
颠覆性技术包括基于碲化镉(CdTe)的光伏电池、钙钛矿和串联光伏电池。美国国国家可再生能源实验室(NREL)在报告声称，美国光伏组件制造商First Solar公司和Toledo solar等公司生产的CdTe光伏电池目前占美国光伏市场的16%左右。钙钛矿光伏电池在长期耐用性方面存在挑战，但它们在制造方面具有优势，因为它们能够以卷对卷的方式快速且相对便宜地生产。一些制造商开始生产全钙钛矿串联光伏电池，其中包括TandemPV、CubicPV和OxfordPV等公司。
根据美国国家可再生能源实验室(NREL)的数据，串联光伏电池和微型光伏组件的效率高达31.25%。
美国国家可再生能源实验室(NREL)化学与纳米科学中心主任Jao van de Lagemaat表示：“有一些经济上可行的方法可以达到所需的制造能力，生产出完全使世界能源经济脱碳所需的光伏系统。如果新兴技术能够及时实现商业化，它们可能会显著地降低部署成本。”
光伏系统的部署。图(a)由于工厂的延迟投资，光伏系统的累积市场需求由Verhulst分布与时间(红色)和建模实现部署(蓝色)。橙色曲线表示光伏需求和供给之间的缺口。图(b)最低资本支出总额与脱碳时间相比，在全球实现脱碳之前创造达到63.4TW的制造能力所需的最低资本支出总额。
预计到2050年实现安装63.4TW光伏系统的目标是目前全球累计安装光伏系统装机容量的60倍。研究人员表示很可能实现这个目标，这是因为他们假设投资者通过避免光伏项目搁浅来保护他们的投资。该模型表明，光伏制造业实现可持续增长是可能的，而颠覆性技术将在降低资本成本方面发挥重要作用。
另一个假设是，光伏组件的寿命将会大幅增加，可能从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，光伏系统退役和人口增长将成为全球实现脱碳目标之后需求相对温和的驱动因素。
美国国家可再生能源实验室(NREL)的内部实验室指导研究和开发计划资助了这项研究。
