低碳趨勢下，光伏等新能源產業正在加速能源結構變革

1996年，一位生物學家發現原來生活在中國南方的斑蝶出現在了北方；去年8月，類似的現象同樣出現在了北京。由此可見，北半球的溫度正在變高，而氣候變化帶來了生態的影響，未來50年，能源環境問題將成為人類面臨的十大難題之一。

眾所周知，2021年的諾貝爾物理學獎頒給了三位科學家，真鍋淑郎 (Syukuro Manabe)、克勞斯·哈塞爾曼 (Klaus Hasselmann)以及喬治·帕里西 (Giorgio Parisi)，以表彰他們

「對世人理解複雜物理系統的開創性貢獻」。而他們發現了大氣裡二氧化碳怎麼增加，怎麼使地球表面溫度升高，人類又怎麼影響它等問題的關聯性。
 

圖 | 各國碳中和目標達成時間表

那麼，我們該如何發展低碳技術，實現「雙碳」目標，解決能源環境問題呢？事實上，低碳技術包括三個方面：減碳技術、零碳技術、去碳技術。其中，核能、太陽能、風能、水能、生物質能等零碳技術受到了廣泛的社會關注，因為這些能源只有在製造的時候有些二氧化碳排放，在用的時候是沒有排放的，所以又被稱為清潔能源。

太陽能將成為“雙碳”目標的核心驅動力

化石能源是不可再生能源，總有枯竭的一天，而太陽能資源非常豐富。有人統計過，如果我們將中國新疆境內塔克拉瑪干沙漠上方全部覆蓋上太陽能板，那麼我們每年就可以接收到6.6*10^14度（kW·h）左右的太陽能量。而根據中國用電資料顯示，2020年中國全社會用電7.5萬億度（kW·h），這意味著僅僅一個塔克拉瑪干沙漠的太陽能接受量，就足以支撐我們中國各行各業的用電需求。

一方面是太陽能資源利用的潛力大，另一方面是中國面臨的減排壓力大。據悉，2018年中國能源供應結構中原煤佔比61.9%，原油佔比19.1%，天然氣佔比7.2%，而可實現碳零排放的清潔能源，如水能、核能、太陽能、風能等，占比僅為 11.8%。在此基礎上，2020年中國的碳排放量達到100億噸左右，高居世界第一。

圖 | 2018年各國一次能源需求結構對比情況

為此，圍繞太陽能的發展，中國科學院制定了一個太陽能行動計畫：一是發展光熱、光化學、光生物學等太陽能技術；二是發展智慧化分散式能源系統和能源互聯網技術；三是因地制宜推廣太陽能技術的廣泛應用。

根據陽光電源總監翁捷在IIC 2022研討會上分享的資料顯示，風電和儲能成本正在快速下降，過去十年光伏成本下降了90%，風電成本下降了25-40%，儲能成本下降超過80%。當前光伏和風電LCOE（度電成本）已經低於煤電。

圖 | 中國光伏、風電及其配置儲能系統後的LCOE趨勢

就光伏而言，2021年中國光伏累計裝機量超過300GW，預計2050年將超過5000GW，2050年光伏發電量將會占到全國總發電量的39%，成為中國電力供應的主要手段，這表明太陽能將成為“雙碳”目標的核心驅動力。

光伏產業的發展離不開半導體的加持

光伏發電的本質是利用半導體介面的光生伏特效應而將光能直接轉換為電能的一個過程。從產業鏈的角度來看，光伏產業的上游為高純度的多晶矽，中游為光伏電池片、光伏組件、整流器、逆變器和變壓器等，下游主要為光伏發電站，所有的環節都與半導體息息相關。

我們以中游的逆變器為例，事實上，光伏逆變器的種類非常多，大致可以分為：戶用逆變器、組串逆變器和集中式逆變器，而最近又出現了優化器+組串逆變器、微型逆變器、關斷器+組串逆變器等新型逆變器。

光伏逆變器的核心組成部分是功率元件，從單管的角度來看，主要有IGBT單管、SiC二極體、CoolMOS和SiC MOSFET；從模組的角度來看，主要有PrimePack系列、Econodual系列和白模組等。除此之外，光伏逆變器還需要用到MCU、MPU、PMIC等其他半導體積體電路。

根據華潤微副總裁馬衛清在2022年世界半導體大會上分享的資料顯示，一款500kW的集中式逆變器需要用到12個1200V/600A的IGBT，一款25kW的三相組串式逆變器需要用到12-16個IGBT單管、2個SiC二極體。

另根據中國某光伏逆變器頭部企業的公開資料顯示，其2019年總採購金額為5.67億元。其中，原材料半導體器件主要為IGBT、MOSFET、SiC二極體等，以IGBT為主的功率器件採購金額為6000萬，占總採購金額的比例達到10.6%。由此可見，光伏產業的發展離不開半導體的加持。

寫在最後

“雙碳”目標的直接指向是改變能源結構，也就是從主要依靠化石能源的能源體系，向零碳的風力、光伏和水電轉換，大力發展光伏等新能源是實現“碳達峰、碳中和”目標的必然選擇。

而雙碳目標正在加速中國的光伏行業進入高速擴張期。而光伏的發展必將為環境的持續改進做出巨大貢獻。