2025年后的太阳能：成本、存储和电网影响

展望太阳时代

过去十年，太阳能一直是可再生和低碳能源领域最显著的趋势。由于太阳能电池板价格暴跌，太阳能正迅速成为最廉价的能源，尤其是在气候条件优越、太阳辐射水平高的国家。

因此，一个新的“太阳能时代——人类的光明未来”在我们 2024 年的相应文章中已经讨论过。

英国萨里大学的研究人员 Ehsan Rezaee 和 S. Ravi P. Silva 开展的一项新研究向我们展示了太阳能领域已经取得的巨大进展，并讨论了储能将如何成为未来太阳能讨论中同样重要的组成部分。

他们在科学期刊《能源与环境材料》上发表了他们的研究成果，标题为“2025 年太阳能：全球部署、成本趋势以及储能在构建弹性智能能源基础设施中的作用“。

太阳能成功案例

平准化电力成本（LCOE）下降

可再生能源行业通常使用平准化电力成本 (LCOE)，即发电厂生命周期内生产一单位电力的平均净现值成本。该指标不仅考虑了运营成本，还考虑了系统的耐用性及其资本成本，从而能够更准确地反映总成本。

2010 年至 2023 年间，公用事业规模太阳能光伏项目的 LCOE 下降了 80% 以上，在阳光充足的地区，LCOE 可低至每千瓦时 0.03 美元，其他地区平均每千瓦时 0.05-0.08 美元。

太阳能光伏系统的总安装成本已从 2010 年的 5,310 美元/千瓦下降到 2025 年预计的 620 美元/千瓦，降幅接近 90%。

成本下降是多种因素共同作用的结果：

• 技术进步使得新型太阳能电池板更加高效、便宜、耐用。
• 产量的增加可以扩大生产规模，而且单位成本正在下降，尤其是中国的太阳能电池板。
• 改变政策以支持低碳能源项目，例如竞争性采购机制、提高市场透明度和提高开发商的效率。

因此，太阳能光伏目前已成为全球大部分地区最便宜的新型电力来源，在某些市场上甚至超越了煤炭、天然气甚至风能。

这种经济优势已经将人们的讨论重点从“为什么选择可再生能源？”转变为“我们能多快部署它们？”

作者还指出，太阳能成本的下降对撒哈拉以南非洲和南亚等欠发达地区尤其有利。由于这些地区的电网基础设施总体不足，分散式太阳能发电可以发挥最大的作用，目前它已经为全球超过100亿人提供了电力。

爆炸性的太阳体积

根据国际可再生​​能源机构 (IRENA) 的数据，全球太阳能装机容量到 2024 年将超过 1.5 太瓦 (TW)，比 2020 年的 760 吉瓦 (GW) 增长一倍以上。

这不仅令人印象深刻，而且代表了能源史上最快的技术采用之一。

虽然风能等其他可再生能源可以在补充太阳能方面发挥重要作用，尤其是在冬季，但它们总体上比最近的太阳能装置更昂贵。

来源: 能源与环境材料

目前，几乎所有能源都是如此：

• 海上风电价格高达每千瓦时 0.13 美元，煤炭价格高达每千瓦时 0.12 美元。
• 天然气处于中等水平，LCOE 值在每千瓦时 0.05 美元至 0.11 美元之间。
• 核能的成本范围更广，约为每千瓦时 0.07 美元至 0.14 美元。

因此，除了可用性和可靠性问题，或者难以用化石燃料发电的任务外，目前所有能源最好都来自光伏太阳能电池板。

高太阳能渗透率下的电网挑战（限电、稳定性、灵活性）

间歇生产

如果太阳能在推动发达经济体转向可再生能源和解决发展中国家电网不足方面发挥了重要作用，那么将太阳能全面整合为主要能源供应可能会对维持稳定的电网构成挑战。

关键问题是，太阳能发电高度依赖于天气条件，不仅是一般条件（冬季和夏季、晴朗与否、白天和夜晚），而且根据云量，特定位置的天气状况每分钟都会有很大变化。

在加利福尼亚、德国和澳大利亚等高渗透率市场，这些动态导致了削减和电网稳定性的担忧。

到目前为止，已经实施了几种策略来解决这个问题，例如战略性地使用水力发电，实施需求侧管理以使消费与太阳能供应保持一致，以及利用数字基础设施和智能逆变器实现电网现代化。

不过，当太阳能占总能源供应的 10-15% 时，例如加利福尼亚州（17%）、澳大利亚（15%）或西班牙和意大利（10%），电网问题似乎比太阳能的 LCOE 更为重要。

来源: 能源与环境材料

仅在 2024 年，由于存储和传输基础设施有限，加利福尼亚州就削减了超过 2.5 太瓦时的太阳能。

浪费潜在的发电量（弃电）只是问题的一部分。夜间和冬季，当太阳能发电量最低甚至为零时，电力需求更高，这又是另一个问题。

必须实施新的解决方案，以保持太阳能在总产量中不断上升的百分比，并防止关键时刻的减产或产量不足阻碍太阳能的进一步增长。
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实用规模电池

电池成本：从 350 美元/千瓦时（2015 年）到 115 美元/千瓦时（2024 年）

这些创新有助于将太阳能从间歇性能源转变为可调度能源，能够确保电网稳定和应急电源。

这里的关键部分是大型电池能够处理电网特定部分至少几个小时的消耗。

这一转变的有力支持是锂离子电池组成本在 2015 年至 2024 年间从 350 美元/千瓦时下降到 115 美元/千瓦时。

由于太阳能是间歇性的，只有通过电池容量才能真正利用太阳能，因此太阳能的“真实”成本应该是太阳能+电池的成本，而不是单独的太阳能的 LCOE。

幸运的是，由于两者的成本都在下降，这可能不会显著改变太阳能大规模应用的潜力。随着更多经验和模块化解决方案的出现，随着部署规模的扩大，安装成本预计也会下降。

来源: 能源与环境材料

锂离子是公用事业规模存储的正确选择吗？

需要考虑的另一个因素是锂离子电池可能不是适合公用事业规模电池的技术。

在“储能的未来——公用事业规模的电池技术“我们讨论了许多可能的候选方案，包括“奇特”的选择，例如使用氧化还原流、铁空气、海盐、熔融金属、钠硫、聚合物、二氧化碳、沙子或熔盐热电池等。

当需要支持电网时，这些替代电池化学材料是替代锂电池的良好选择，因为它们的要求与电动汽车完全不同：

• 没有重量限制，因为公用事业规模的电池预计在大型变压器旁边无法移动。
• 没有明显的空间限制，每个发电厂附近都有集装箱或大型建筑物。
• 超耐用电池将获得额外补贴，这更符合公用事业公司在数十年内摊销投资的商业模式。
  • （我们之前在文章“超耐用电池：为什么下一代技术将持续数十年，而不仅仅是几年“。）

V2G 和电动汽车车队作为灵活存储

2015年至2025年间，全球电动汽车和混合动力汽车销量将从0.5万辆飙升至17万辆，而汽油和柴油汽车销量将从70万辆下降至60万辆。

电池成本下降与太阳能电池板价格下降相呼应，推动了向电动汽车的转变，并受到电动汽车普及的推动，这刺激了技术创新和生产规模，导致价格也出现类似的下降。

如果开始大规模安装公用事业规模的电池园区，电池制造商的现金流和生产量可能会与从小型电子产品到电动汽车的转变规模相似，从而进一步降低电池价格。

甚至电动汽车也正在慢慢转向密度更高的固态电池或更便宜、对关键材料需求更少的钠离子电池。

因此，即使电动汽车不是基于锂离子技术，它也可能会有助于降低公用事业规模电池的成本。

电动汽车可以发挥的另一个作用是作为一种额外的可选电池存储，特别是如果它们的电池比汽车的其他部分更耐用的话，电动汽车可以在某个时期吸收多余的电力，并在晚上为房屋和电网供电。

在这里，使用人工智能来优化电动汽车电池的作用对于无缝平衡移动性与电网要求非常重要。

政策利好与贸易逆风

全球绿色政策虽然经常受到政治局势变化的干扰，例如特朗普政府破坏了拜登的《通胀削减法案》（IRA），但预计将继续推动更多可再生能源和低碳能源的发展。

例如：

• 欧盟的绿色协议和可再生能源倡议。
• 印度的 PLI 计划旨在支持国内太阳能制造，而 PM-KUSUM (Pradhan Mantri Kisan Urja Suraksha evam Utthaan Mahabhiyan) 计划旨在促进农业和农村电气化的分散式太阳能。
• 巴西、越南和南非也通过上网电价、竞争性拍卖和优惠融资扩大太阳能应用。

其他绿色政策也可能促进太阳能的发展。

欧洲氢能骨干 (点击链接查看关于这个大型项目的详细说明) 希望吸收过剩的可再生能源并将其转化为氢气，这可以帮助吸收过剩的太阳能并将其转化为航运和工业燃料，从而间接帮助太阳能取代天然气。

类似形式的能源储存，例如氢、合成燃料或氨，也可以通过利用白天和夏季的剩余能源来帮助提高太阳能的盈利能力。

未来技术

串联钙钛矿：效率创纪录达34.85%

虽然过去单晶硅和多晶硅太阳能电池板的进步导致了当前价格的下降和太阳能产量的上升，但不同时代的光伏技术正在兴起。

这可能会从根本上改变太阳能的生产方式，而对过度使用土地的担忧可能会因太阳能发电效率的提高而得到弥补。

串联钙钛矿-硅太阳能电池目前已实现高达 34.85% 的创纪录效率，大大超过了单结电池的理论极限。

到 2030 年，太阳能电池组件的效率可能从约 22% 的功率转换效率提高至约 34%，这将为减少 50% 的地面土地需求迈出重要一步。

 回收利用

由于太阳能电池板正在成为人类的主要能源之一，或者可能是主要的能源，因此在太阳能电池板使用寿命结束时对其进行适当的管理将至关重要。

这一点尤其重要，因为光伏太阳能电池板含有许多重要的矿物质， 包括银 (点击链接查看该金属的投资报告) 以及可能造成污染的重金属。

目前，新的回收工艺已成功回收超过90%的废旧太阳能电池板材料。回收技术的进一步发展和严格的监管措施，应该能够避免资源枯竭，并促进真正的太阳能循环经济。

新的部署方法

双面太阳能电池板允许太阳能电池板从两侧产生能量并可垂直安装，从而实现早晨和晚上（面向东方和西方）最大限度提高产量的可能性。

农用电 以及其他将农业活动融入太阳能田地的活动也可以减少太阳能发电的土地占用。

太阳能的未来

限电现象的出现、老化太阳能电池板数量激增的回收需求以及有关在中国集中生产太阳能电池板的持久性的讨论日益增多，这些只是过去几年太阳能行业出现的一些问题。

我们不应忘记，这些问题大多是由于行业的爆炸式增长而产生的，例如，导致太阳能生产速度超过了电网的处理能力。

太阳能增长速度超预期的背后是平准化电力成本的下降，这导致太阳能成为地球上最便宜的能源形式，而这还是在 钙钛矿太阳能电池等技术的进一步进步.

随着电池价格日益便宜，通过在电网中增加更多存储，可以解决间歇性和生产与需求不匹配的问题。

同样，回收或建立本地供应链大多是政策问题，一旦问题被发现，就可以解决。

结语

太阳能现在比所有其他替代能源都便宜，但要通过进一步扩大规模和创新进一步降低成本，还有很长的路要走。

因此，即使电池没有变得更便宜（这种可能性很小），存储的额外成本也应该会成为太阳能占据主导地位的障碍，而不是真正的限制。

这意味着从长远来看，它可能会成为主要的能源生产形式，同样低碳的水电、风能和核能可能会发挥辅助作用，特别是在弥补冬季太阳能产量下降方面。

其他未来选择，例如 轨道太阳能发电厂全天候提供稳定的太阳能，还可以帮助缓解太阳能发电的一些与天气有关的限制。

最终，这让我们得出这样的结论：关于太阳能的真正问题不是“多少”，而是“何时”，最终目标是建立一个主要由太阳能驱动的社会，电网平衡，并由其他低碳应用驱动利基应用。

投资太阳能创新

第一太阳能

First Solar 是美国乃至整个西半球最大的太阳能电池板制造商，在美国、马来西亚和越南设有生产基地。

该公司没有使用经典的晶体硅技术，而是使用 其专有的薄膜光伏发电.

它们以碲化镉为基础，效率更高，生产成本更低，并且易于大规模生产。

来源: 能源部

碲化镉薄膜太阳能电池板也更加耐用，30年后仍能保持原始性能的89%。

来源: 第一太阳能

该公司专注于薄膜半导体技术，使其能够完全垂直整合，这与基于硅的太阳能电池板行业截然不同。

传统工厂中每个参与者只专注于单一环节，例如多晶硅净化，而太阳能电池的生产需要很多天的时间，而 First Solar 可以在 4 小时内将原材料转化为成品。

来源: 第一太阳能

自成立以来，First Solar 已累计投入 2 亿美元用于研发。First Solar 的研发团队预测，薄膜 CdTe 电池效率将达到 25%，到 2030 年有望达到 28%。

从长远来看，First Solar 希望将其在碲化镉薄膜方面的经验融入钙钛矿技术，从而使太阳能电池板更加高效。

来源: 第一太阳能

总体而言，First Solar 是一家技术领先企业，将受益于中国进口产品的关税，这可能会弥补特朗普连任对太阳能行业造成的负面影响。

虽然目前该公司主要专注于使用碲化镉的薄膜太阳能，但其在非硅太阳能电池板制造方面的专业知识可能使其在钙钛矿领域占据显著领先地位。

（您还可以阅读 有关 First Solar 的更多信息，请参阅该公司的投资报告)

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