低碳趋势下，光伏等新能源产业正在助力能源结构变革

1996年，一位生物学家发现原来生活在南方的斑蝶出现在了北方；去年8月，类似的现象同样出现在了北京。由此可见北半球的温度正在变高，而气候变化带来了生态性的影响，未来50年，能源环境问题将成为人类面类的十大难题之一。

众所周知，2021年的诺贝尔物理学奖颁给了三位科学家，真锅淑郎 (Syukuro Manabe)、克劳斯·哈塞尔曼 (Klaus Hasselmann)以及乔治·帕里西 (Giorgio Parisi)，以表彰他们“对我们理解复杂物理系统的开创性贡献”。而他们发现了大气里二氧化碳怎么增加，怎么使地球表面温度升高，人类又怎么影响它等问题的关联性。

图 | 各国碳中和目标达成时间表

那么，我们该如何发展低碳技术，实现“双碳”目标，解决能源环境问题呢？事实上，低碳技术包括三个方面：减碳技术、零碳技术、去碳技术。其中，核能、太阳能、风能、水能、生物质能等零碳技术受到了广泛的社会关注，因为这些能源只有在制造的时候有些二氧化碳排放，在用的时候是没有排放的，所以又被称为清洁能源。

太阳能将成为“双碳”目标的核心驱动力

化石能源是不可再生能源，总有枯竭的一天，而太阳能资源非常丰富。有人计算过，如果我们将塔克拉玛干沙漠上方全部覆盖上太阳能板，那么我们每年就可以接收到6.6*10^14度（kW·h）左右的太阳能量。而根据中国用电数据显示，2020年中国全社会用电7.5万亿度（kW·h），这意味着仅仅一个塔克拉玛干沙漠的太阳能接受量，就足以支撑我们中国千行百业的用电需求。

一方面是太阳能资源利用的潜力大，另一方面是中国面临的减排压力大。据悉，2018年中国能源供应结构中原煤占比61.9%，原油占比19.1%，天然气占比7.2%，而可实现碳零排放的清洁能源，如水能、核能、太阳能、风能等，占比仅为 11.8%。在此基础上，2020年中国的碳排放量达到100亿吨左右，高居世界第一。

图 | 2018年各国一次能源需求结构对比情况

为此，围绕太阳能的发展，中国科学院制定了一个太阳能行动计划：一是发展光热、光化学、光生物学等太阳能技术；二是发展智能化分布式能源系统和能源互联网技术；三是因地制宜推广太阳能技术的广泛应用。

根据阳光电源总监翁捷在IIC 2022研讨会上分享的数据显示，风电和储能成本正在快速下降，过去十年光伏成本下降了90%，风电成本下降了25-40%，储能成本下降超过80%。当前光伏和风电LCOE（度电成本）已经低于煤电。

图 | 中国光伏、风电及其配置储能系统后的LCOE趋势

就光伏而言，2021年中国光伏累计装机量超过300GW，预计2050年将超过5000GW，2050年光伏发电量将会占到全国总发电量的39%，成为中国电力供应的主要手段，这表明太阳能将成为“双碳”目标的核心驱动力。

光伏产业的发展离不开半导体的加持

光伏发电的本质是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转换为电能的一个过程。从产业链的角度来看，光伏产业的上游为高纯度的多晶硅，中游为光伏电池片、光伏组件、整流器、逆变器和变压器等，下游主要为光伏发电站，所有的环节都与半导体息息相关。
我们以中游的逆变器为例，事实上，光伏逆变器的种类非常多，大致可以分为：户用逆变器、组串逆变器和集中式逆变器，而最近又出现了优化器+组串逆变器、微型逆变器、关断器+组串逆变器等新型逆变器。

光伏逆变器的核心组成部分是功率器件，从单管的角度来看，主要有IGBT单管、SiC二极管、CoolMOS和SiC MOSFET；从模块的角度来看，主要有PrimePack系列、Econodual系列和白模块等。除此之外，光伏逆变器还需要用到MCU、MPU、PMIC等其他半导体集成电路。

根据华润微副总裁马卫清在2022年世界半导体大会上分享的数据显示，一款500kW的集中式逆变器需要用到12个1200V/600A的IGBT，一款25kW的三相组串式逆变器需要用到12-16个IGBT单管、2个SiC二极管。

另根据国内某光伏逆变器头部企业的公开资料显示，其2019年总采购金额为5.67亿元。其中，原材料半导体器件主要为IGBT、MOSFET、SiC二极管等，以IGBT为主的功率器件采购金额为6000万，占总采购金额的比例达到10.6%。由此可见，光伏产业的发展离不开半导体的加持。

写在最后

“双碳”目标的直接指向是改变能源结构，也就是从主要依靠化石能源的能源体系，向零碳的风力、光伏和水电转换，大力发展光伏等新能源是实现“碳达峰、碳中和”目标的必然选择。

而双碳目标正在助力中国的光伏行业进入高速扩张期。而光伏的发展必将为环境的持续改进做出巨大贡献。