近年來，在技術(shù)進步的推動下，我國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)取得快速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)規(guī)模和技術(shù)水平均達到世界領先水平。放眼“十四五”時期，精心謀劃、提前布局，加強光伏技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)升級，是提升核心源動力，推動光伏發(fā)電高質(zhì)量、低成本、大規(guī)模發(fā)展的重要保障。

 

 

　?。ㄒ唬┦澜绻夥l(fā)電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

 

　　大力發(fā)展可再生能源已成為全球能源革命和應對氣候變化的主導方向和一致行動。近年來，光伏發(fā)電作為重要的可再生能源發(fā)電技術(shù)取得了快速發(fā)展，在很多國家已成為清潔、低碳并具有價格競爭力的能源形式。2020年全球新增光伏發(fā)電裝機1.27億千瓦，累計裝機規(guī)模達到7.07億千瓦。

 

　　晶體硅電池仍是光伏電池產(chǎn)業(yè)化主流技術(shù)，新型電池發(fā)展迅速。光伏電池作為光伏行業(yè)的核心部件，根據(jù)工藝和原材料不同主要可分為晶體硅電池、薄膜電池、鈣鈦礦電池、有機電池等。其中，晶體硅電池由于其轉(zhuǎn)換效率高、原材料來源豐富、無毒無害等優(yōu)點，占據(jù)了光伏電池規(guī)模化生產(chǎn)與應用的主體。近年來，PERC（發(fā)射極鈍化和背面接觸）技術(shù)的廣泛應用，進一步推動晶體硅電池轉(zhuǎn)換效率的提高。另一方面，以鈣鈦礦電池為代表的新型電池成為世界范圍內(nèi)的研究熱點，轉(zhuǎn)換效率快速提升，實驗室最高轉(zhuǎn)換效率已接近晶體硅電池，產(chǎn)業(yè)化進程逐步推進，但其在大面積應用、器件穩(wěn)定性等方面仍面臨挑戰(zhàn)。

 

　　光伏系統(tǒng)精細化水平不斷提升，應用模式多樣化。光伏系統(tǒng)子陣容量不斷增大，1500伏光伏系統(tǒng)應用比例已經(jīng)逐步超過1000伏系統(tǒng)，并網(wǎng)安全性、可靠性標準不斷提高，光伏電站發(fā)電能力與電能質(zhì)量不斷提升。“光伏+農(nóng)業(yè)”“光伏+畜牧業(yè)”“光伏+建筑”“光伏+漁業(yè)”等復合應用形式規(guī)模不斷擴大，微電網(wǎng)、智能電網(wǎng)等光伏發(fā)電與電網(wǎng)的深入融合逐步成為電力行業(yè)新業(yè)態(tài)。

 

　?。ǘ┦澜绻夥l(fā)電技術(shù)發(fā)展趨勢

 

　　世界各國持續(xù)深化布局光伏發(fā)電全產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新，作為推進新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要戰(zhàn)略舉措，通過全覆蓋布局先進材料、制造和系統(tǒng)應用各環(huán)節(jié)研發(fā)實現(xiàn)成本降低與競爭力提升。

 

　　光伏核心器件朝高效率、低能耗、低成本方向發(fā)展。晶體硅電池已構(gòu)建了完備的全產(chǎn)業(yè)鏈，將繼續(xù)占據(jù)光伏電池生產(chǎn)量的主要份額，未來將進一步向著更高的轉(zhuǎn)換效率、更少的原材料消耗、更低的能源消耗、更低的制造成本的方向發(fā)展。鈣鈦礦電池、疊層電池作為未來光伏電池技術(shù)重要的發(fā)展方向，世界各國均在此方面重點投入，著力提升器件性能與穩(wěn)定性，推動產(chǎn)業(yè)化布局，在解決大面積、穩(wěn)定性等方面的問題后，鈣鈦礦電池將有望改變光伏應用市場的產(chǎn)業(yè)格局。

 

　　光伏應用向多利用場景方向發(fā)展。世界各國結(jié)合自身實際情況，積極推動光伏建筑一體化、漂浮式光伏、光伏+農(nóng)業(yè)、光伏車棚等多種新型應用形式發(fā)展，與之相關的特異性產(chǎn)品技術(shù)、聯(lián)合運行控制技術(shù)等成為研究重點。

 

　?。ㄈ┪覈夥l(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀

 

　　“十三五”期間，在產(chǎn)業(yè)規(guī)?？焖贁U大的帶動下，我國光伏發(fā)電技術(shù)取得快速發(fā)展，光伏電池、組件等關鍵部件產(chǎn)業(yè)化量產(chǎn)技術(shù)達到世界領先水平；生產(chǎn)設備技術(shù)不斷升級，基本實現(xiàn)國產(chǎn)化；光伏發(fā)電系統(tǒng)成套技術(shù)不斷優(yōu)化完善，智能化水平顯著提升。

 

　　光伏電池組件技術(shù)快速迭代，產(chǎn)業(yè)化制造水平世界領先。到“十三五”末，我國光伏電池制造環(huán)節(jié)基本實現(xiàn)了從傳統(tǒng)“多晶鋁背場”技術(shù)到“單晶PERC”技術(shù)的更新?lián)Q代，主流規(guī)模化量產(chǎn)晶體硅電池平均轉(zhuǎn)換效率從“十三五”初期的18.5%提升至22.8%，實現(xiàn)跨越式發(fā)展。TOPCon（隧穿氧化層鈍化接觸）、HJT（異質(zhì)結(jié)）、IBC（背電極接觸）等新型晶體硅高效電池與組件技術(shù)產(chǎn)業(yè)化水平不斷提高，頭部企業(yè)多次刷新產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率世界紀錄，已具備規(guī)?；a(chǎn)能力與較強的國際競爭力。鈣鈦礦等新一代高效電池技術(shù)保持與世界齊頭并進，研究機構(gòu)多次創(chuàng)造鈣鈦礦電池實驗室轉(zhuǎn)換效率世界紀錄，部分企業(yè)已開展產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)研究，并多次刷新產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)組件轉(zhuǎn)換效率紀錄。

 

　　光伏發(fā)電制造設備水平明顯提升，基本實現(xiàn)國產(chǎn)化。我國光伏設備實現(xiàn)了從低端向高端發(fā)展，產(chǎn)品定制化程度不斷提高，高產(chǎn)能與高效自動化能力不斷提升，自動化、數(shù)字化、網(wǎng)絡化程度的提升推動光伏制造向光伏智造轉(zhuǎn)變。多晶硅硅片、電池片、組件各環(huán)節(jié)生產(chǎn)裝備已基本實現(xiàn)國產(chǎn)化。

 

　　光伏發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)不斷優(yōu)化，智能化運維助力發(fā)電能力提升。大量新技術(shù)被應用于光伏電站整體設計以及系統(tǒng)級優(yōu)化。光伏支架跟蹤系統(tǒng)、1500伏電壓的采用有效提高了光伏發(fā)電系統(tǒng)的實際發(fā)電能力；智能機器人、無人機、大數(shù)據(jù)、遠程監(jiān)控、先進通信技術(shù)等已在電站運行中使用。

 

　?。ㄋ模┪覈夥l(fā)電技術(shù)發(fā)展趨勢

 

　　作為全球最大的光伏發(fā)電應用市場，我國已成為各類新型光伏電池技術(shù)產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化與應用的孵化地。未來我國將繼續(xù)聚焦國際光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展重點方向，引領全球光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)化技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展。

 

　　光伏電池效率進一步提升。晶體硅電池仍將在一段時間內(nèi)保持主導地位，并以PERC技術(shù)為主。采用TOPCon或HJT技術(shù)的N型晶體硅電池在綜合考慮效率、成本、規(guī)模，具備較好市場競爭力后，有望成為下一個主流光伏電池技術(shù)。鈣鈦礦電池等基于新材料體系的高效光伏電池以及疊層電池作為研究熱點，待產(chǎn)業(yè)化技術(shù)逐步成熟后有望帶來下一個光伏電池轉(zhuǎn)換效率的階躍式提升。

 

　　光伏組件高效率與高可靠性并進。半片技術(shù)、疊瓦技術(shù)、多主柵等組件技術(shù)將進一步廣泛應用，雙面組件將逐步成為市場主流，提升組件效率與發(fā)電能力。新型封裝技術(shù)與封裝材料進一步提升組件可靠性。

 

　　光伏發(fā)電系統(tǒng)智能化、多元化發(fā)展。逆變器將向大功率單體機、高電壓接入、智能化方向發(fā)展，不斷深化與儲能技術(shù)的融合，智能運行與維護技術(shù)水平不斷提高。光伏建筑一體化等新場景應用技術(shù)不斷完善，拓展應用光伏發(fā)電開發(fā)空間。

 

 

　　據(jù)預測，為實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標，到2030年，我國光伏發(fā)電裝機需要達到9~10億千瓦；到2060年，則需要達到30~35億千瓦。光伏發(fā)電在迎來空前發(fā)展機遇與發(fā)展空間的同時，也面臨諸多挑戰(zhàn)，光伏發(fā)電技術(shù)創(chuàng)新將成為應對這些挑戰(zhàn)的關鍵因素。

 

　　加強技術(shù)創(chuàng)新，提高土地綜合利用價值，促進光伏大規(guī)模發(fā)展。據(jù)測算，我國太陽能可開發(fā)潛力可達千億千瓦量級，但考慮生態(tài)紅線與基本農(nóng)田因素，約44%的國土面積不能用作光伏等新能源項目開發(fā)，國家林業(yè)和草原局等部門對新能源開發(fā)要求日趨規(guī)范。在新形勢下，迫切需要進一步提高光伏發(fā)電單位面積發(fā)電能力，減少光伏發(fā)電項目建設用地需求，同時加強土地綜合利用，提高土地利用效率。一方面，通過新材料、新技術(shù)的應用，提高光伏電池組件轉(zhuǎn)換效率，提升光伏組件單位面積的發(fā)電能力；另一方面，不斷優(yōu)化光伏發(fā)電系統(tǒng)設計與建設水平，開展應用模式創(chuàng)新，加強光伏電站全生命周期的智能化管理和運維，提高光伏電站的發(fā)電效率。

 

　　光伏發(fā)電并網(wǎng)性能進一步提升，滿足高滲透率應用要求。隨著光伏發(fā)電在電網(wǎng)中滲透率的不斷提高，電力系統(tǒng)將迎來安全、穩(wěn)定、電能質(zhì)量、經(jīng)濟性等多方面的挑戰(zhàn)。作為構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的重要組成部分，提升光伏發(fā)電功率預測精度、提高光伏系統(tǒng)主動支撐與抵御電力系統(tǒng)擾動等涉網(wǎng)性能將成為重要研究方向。

 

　　分布式光伏與其他領域的融合發(fā)展將成為未來光伏發(fā)電重要的組成部分。在穩(wěn)步推進規(guī)模化光伏基地建設的同時，光伏建筑一體化、光伏與交通、新基建設施融合發(fā)展等新型應用形式對光伏產(chǎn)品性能、光伏發(fā)電系統(tǒng)提出了新的要求，需要結(jié)合特異性場景應用條件，持續(xù)推動光伏發(fā)電相關技術(shù)的發(fā)展。

 

　　健全光伏發(fā)電全生命周期綠色產(chǎn)業(yè)鏈。伴隨著近年我國光伏發(fā)電裝機規(guī)模的快速增長，生命期滿光伏組件回收問題也日益受到關注。結(jié)合我國光伏發(fā)電規(guī)模增速，預計我國將在2040年左右集中迎來光伏組件回收處理的第一個需求高峰期。放眼長遠，在碳達峰、碳中和目標的要求下，亟須完善到期光伏組件的無害化回收處理技術(shù)，并推向產(chǎn)業(yè)化，補全光伏發(fā)電全生命周期綠色產(chǎn)業(yè)鏈的最后一環(huán)。

 

　　強產(chǎn)能保障光伏發(fā)展目標落實。2020年，我國光伏組件產(chǎn)能2.443億千瓦，實際產(chǎn)量1.246億千瓦，約六成組件銷往海外，“十四五”期間仍需進一步提高光伏產(chǎn)品的產(chǎn)能保障。一方面，需要進一步發(fā)展光伏電池、組件、逆變器等核心部件的智能化制造技術(shù)，提升智能化生產(chǎn)水平，提高生產(chǎn)效率與生產(chǎn)能力；另一方面，需要進一步開展技術(shù)攻關，盡快突破少部分關鍵制造設備零部件的國產(chǎn)化技術(shù)，消除發(fā)展?jié)撛谄款i。

 

 

　　綜合對碳達峰、碳中和形勢下光伏發(fā)電行業(yè)技術(shù)發(fā)展的需求分析，“十四五”期間，我國光伏發(fā)電技術(shù)有望延續(xù)“十三五”快速發(fā)展的勢頭，在國家整體發(fā)展目標的指引下，重點針對產(chǎn)業(yè)鏈中存在的關鍵問題開展研究和突破，“補短板、鍛長板”，不斷提升我國光伏發(fā)電行業(yè)技術(shù)水平，助力碳達峰、碳中和目標的實現(xiàn)。

 

　?。ㄒ唬┌l(fā)展高效低成本光伏電池技術(shù)

 

　　構(gòu)建高效低成本晶硅電池新業(yè)態(tài)，進一步提高晶硅電池轉(zhuǎn)換效率，推動高效新技術(shù)廣泛應用，提升光伏發(fā)電系統(tǒng)單位面積發(fā)電能力。一是重點針對TOPCon、HJT、IBC等新型晶體硅電池的低成本高質(zhì)量產(chǎn)業(yè)化制造技術(shù)開展研究，發(fā)展高質(zhì)量產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)關鍵材料、工藝與裝備制造技術(shù)，進一步提高電池產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)效率與電池轉(zhuǎn)換效率，降低生產(chǎn)成本，推動高效晶體硅電池規(guī)?；瘧茫唧w包括低成本高效清洗技術(shù)、高質(zhì)量鈍化技術(shù)、低成本金屬化技術(shù)等方面的研究。二是針對低成本高質(zhì)量硅片的生產(chǎn)制造技術(shù)開展研究。重點突破低成本高效硅顆粒料制備、連續(xù)拉晶、N型與摻鎵P型硅棒制備技術(shù)，從產(chǎn)業(yè)鏈源頭加強對規(guī)?；l(fā)展的支撐。同時，發(fā)展大尺寸超薄硅片切割技術(shù)，掌握超薄硅片切割工藝，完成配套設備、相關主輔材開發(fā)及配套技術(shù)研究，實現(xiàn)大尺寸超薄硅片穩(wěn)定切割和產(chǎn)出，支持低硅成本光伏電池發(fā)展。

 

　?。ǘ┘訌姼咝р}鈦礦電池制備與產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)研究

 

　　緊扣世界光伏技術(shù)發(fā)展熱點，開展新型鈣鈦礦電池制備與產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)的集中攻關，推動單結(jié)鈣鈦礦電池的規(guī)?；慨a(chǎn)。同時，開發(fā)高效疊層電池工藝，突破單結(jié)電池效率極限，實現(xiàn)光伏電池轉(zhuǎn)換效率的階躍式提升。一是研究大面積高效率、高穩(wěn)定性環(huán)境友好型鈣鈦礦電池成套制備技術(shù)，開發(fā)高可靠性組件級聯(lián)與封裝技術(shù)，研制基于溶液法與物理法的量產(chǎn)工藝制程設備，實現(xiàn)高效單結(jié)鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)化量產(chǎn)。二是開展晶體硅/鈣鈦礦、鈣鈦礦/鈣鈦礦等高效疊層電池制備技術(shù)研究，優(yōu)化疊層結(jié)構(gòu)設計與制備工藝，大幅提高光伏電池發(fā)電效率，逐步實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化量產(chǎn)能力。

 

　　（三）推動光伏發(fā)電并網(wǎng)性能提升

 

　　開展新型高效大容量光伏并網(wǎng)技術(shù)研究與示范試驗，突破中壓并網(wǎng)逆變器關鍵技術(shù)，開展弱電網(wǎng)條件下耦合諧振機理及抑制策略、有功備用和儲能單元相結(jié)合的最優(yōu)自適應虛擬同步技術(shù)、高功率密度中壓發(fā)電模塊優(yōu)化設計與系統(tǒng)集成實證測試技術(shù)等研究，研制交流直掛式中壓并網(wǎng)逆變器。突破大型光伏高效穩(wěn)定直流匯集技術(shù)瓶頸，開展大功率高效率直流升壓變換器拓撲、自律控制技術(shù)、多臺直流變換器智能串/并聯(lián)控制以及多場景智能運行控制技術(shù)等研究，研制大功率直流變換器。開展光伏發(fā)電與電力系統(tǒng)間暫穩(wěn)態(tài)特性和仿真等關鍵技術(shù)研究，提升光伏發(fā)電并網(wǎng)性能。

 

　　（四）推進光伏建筑一體化等分布式技術(shù)應用

 

　　推動“光伏+”等分布式光伏應用技術(shù)創(chuàng)新，拓展分布式光伏應用領域，助推光伏發(fā)電高比例發(fā)展。重點開展光伏屋頂、玻璃幕墻等多種形式光伏建筑一體化產(chǎn)品相關技術(shù)研究，綜合考慮建筑結(jié)構(gòu)、強度、防火、安全性能等因素，滿足規(guī)?；瘧眯枨?。同時開展產(chǎn)品模塊化、輕量化技術(shù)研究，完善相關技術(shù)標準與規(guī)范，推動光伏建筑一體化以及光伏發(fā)電與其他領域綜合利用的規(guī)?；瘡V泛應用。

 

　　（五）加強光伏智慧制造與設備國產(chǎn)化

 

　　構(gòu)建智慧光伏生產(chǎn)制造體系，提高生產(chǎn)制造能力，開展關鍵集中攻關，突破關鍵設備與零部件國產(chǎn)化技術(shù)，解決潛在的生產(chǎn)技術(shù)瓶頸，保障未來光伏核心產(chǎn)品產(chǎn)能供應。一是提高多晶硅等基礎材料生產(chǎn)、光伏電池及部件制造智能化水平，提升智能光伏終端產(chǎn)品供給能力；二是自主研發(fā)高質(zhì)量異質(zhì)結(jié)電池用核心裝備、突破高質(zhì)量制造設備用分子泵、真空閥門、電源、真空計等真空設備標準件、性能檢測設備等制造技術(shù)；三是突破光伏逆變器用國產(chǎn)功率模塊、控制器芯片、數(shù)字信號處理器等關鍵零部件規(guī)?；瘧眉夹g(shù)；四是掌握異質(zhì)結(jié)光伏電池用低溫銀漿、濺射靶材等關鍵材料制造技術(shù)。

 

　?。┌l(fā)展光伏組件回收處理與再利用技術(shù)

 

　　針對晶硅光伏組件壽命期后大規(guī)模退役問題，開展光伏組件環(huán)保處理和回收的關鍵技術(shù)及裝備研究與示范試驗，實現(xiàn)主要高價值組成材料的可再利用。針對目前行業(yè)各主流產(chǎn)品類型，開發(fā)基于物理法和化學法的低成本綠色拆解技術(shù)，掌握高價值組分高效環(huán)保分離的技術(shù)與裝備；開發(fā)新型材料及新結(jié)構(gòu)組件的環(huán)保處理技術(shù)和實驗平臺；研究組件低損拆解及高價值組分材料高效分離等關鍵設備，實現(xiàn)退役光伏組件中銀、銅等高價值組分的高效回收和再利用。