光伏如何改变全球能源体系

　　近年来，全球光伏的成本降低和产能扩大开辟了全新的可能性。正如德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所（Fraunhofer ISE）的科学家们所说，他们使这项技术成为“改变全球能源体系现状的力量”。但根据全球太阳能研究机构联盟（GA-SERI）发表在《科学》杂志上的一份最新文章，这一发展在带来更多机会的同时，也让行业面对着更多的挑战。

　　行业专家表示，光伏产业向多太瓦级市场的增长速度超过预期。截至去年年底，全球已安装了500吉瓦的太阳能装置。研究人员预计，全球规模将在2030年和2050年分别达到10太瓦和30-70太瓦。

　　“光伏组件的成本在过去40年中下降了两个数量级，到2018年底时已经低于每瓦0.25美元，”Fraunhofer ISE负责人Andreas Bett说。这样的成本让太阳能在世界许多地方“具有绝对的竞争力”。与此同时，随着电力组合中光伏所占份额的增加，发电和输电系统将发生变化。Bett认为，“我们能源体系的根本变化，促使我们发展储能和驱动器互连等配套技术。”

　　在文章中，研究人员共提出了五个行动领域。第一个是“电网和电力电子”。这个领域的重点是协调消耗和生产，即使是在更长的输电距离范围中。光伏系统将越来越多地采用电网相关服务，比如电压调节和频率控制。新一代逆变器也针对此目的应运而生。但研究人员表示，虚拟振动控制器等新技术也带来了强大可靠的光伏系统。

　　第二个行动领域是储能。在过去八年中，锂离子电池价格下降了八成。鉴于产能扩张和技术开发，预计价格在未来将进一步降低。此外，科学家们正在研究采用更便宜的材料、具有更高的能量密度的替代方案。科学家将抽水蓄能电站视为另一种具有巨大技术潜力的选择。

　　国际研究人员所确立的第三个行动领域是产业耦合。为了给运输部门和建筑物供暖系统通电，可再生能源的使用在将来一定会大大增加。除了热泵和能源效率提高外，氢和氨也将发挥重要作用。后者有助于减少钢铁及化肥生产过程中的排放量。

　　第四个行动领域是电转X和电转气。低成本的太阳能和风能可用于产生氢气、甲烷和其他碳氢化合物，然后被用作化学工业的原料。借助电转X技术，我们可以长时间捕获并储存以太瓦计的风力和光伏电能。与此同时，电转X领域的科学家们仍在瞄准提高效率和降低成本的巨大潜力。

　　第五个行动领域涉及“研究和生产”。在过去的40年中，装机容量每增加一倍，组件成本就降低23%。研究人员表示，这种趋势将持续下去。对于晶体硅光伏行业而言，采用钝化接触的低成本太阳能电池风头正劲，这使得提高效率成为了可能。即使在薄膜电池领域，近年来的技术进步也使现在的效率提高了20%以上。科学家们预测，基于硅的多结太阳能电池的效率潜力将超过35%。对于发电领域而言，这样的增加幅度可能催生新的研发任务。因此关于材料供应、可持续性和回收的问题越来越受到关注。

　　除Fraunhofer ISE外，GA-SERI的成员还包括来自日本国家先进工业科学与技术研究所（AIST）和美国国家可再生能源实验室（NREL）的研究人员。自2016年以来，这一国际专家组织定期探讨光伏技术面临的挑战。