目  录

1  绪论.............................................................................................. 2

1.1 研究背景及意义...................................................................... 4

1.1.1 研究背景........................................................................... 4

1.1.2 研究意义.......................................................................... 5

1.2 研究框架和内容...................................................................... 6

1.3 研究方法.................................................................................. 7

1.4 难点与创新点.......................................................................... 8

1.4.1 论文难点........................................................................... 8

1.4.2 论文创新点....................................................................... 9

2 国内外研究综述........................................................................... 10

2.1 光伏技术进展........................................................................ 10

2.1.1 第一代硅基太阳电池技术............................................... 10

2.1.2 第二代薄膜太阳电池技术............................................... 11

2.1.3 第三代新型太阳电池技术............................................... 12

2.2 光伏发电成本影响因素的理论研究...................................... 13

2.3 光伏发电成本预测的方法研究.............................................. 16

2.3.1 生命周期评估法.............................................................. 16

2.3.2 学习曲线模型.................................................................. 19

2.4 本章小结................................................................................ 21

3 太阳电池全生命周期评估............................................................ 23

3.1 评估对象选择........................................................................ 23

3.1.1 第一代太阳电池.............................................................. 23

3.1.2 第二代太阳电池.............................................................. 26

3.1.3 第三代太阳电池.............................................................. 27

3.2 生命周期评估框架................................................................. 28

3.3 目标定义与系统边界界定..................................................... 29

3.3.1 分析目标定义.................................................................. 29

3.3.2 系统边界界定.................................................................. 30

3.4 清单分析................................................................................ 32

3.4.1 原材料获取阶段.............................................................. 33

3.4.2 制造阶段......................................................................... 49

3.4.3 部署阶段......................................................................... 52

3.4.4 运行阶段......................................................................... 54

3.4.5 终止阶段......................................................................... 55

3.5 生命周期评估........................................................................ 64

3.5.1 评估方法及工具.............................................................. 64

3.5.2 评估结果分析.................................................................. 65

3.6 本章小结................................................................................ 74

4 光伏发电成本预测....................................................................... 76

4.1 模型构建................................................................................ 76

4.1.1 双因素学习曲线模型构建............................................... 76

4.1.2 度电成本模型构建.......................................................... 78

4.2 参数预测................................................................................ 84

4.2.1 双因素学习曲线模型参数预测....................................... 84

4.2.2 度电成本模型参数预测.................................................. 89

4.3 模型测算................................................................................ 92

4.3.1 双因素学习曲线模型的测算........................................... 92

4.3.2 度电成本模型的测算...................................................... 95

4.4 结果分析................................................................................ 97

4.4.1 双因素学习曲线模型结果分析....................................... 97

4.4.2 度电成本模型的敏感性分析........................................... 98

4.5 本章小结.............................................................................. 102

5 基于双碳目标的光伏发电贡献情景分析................................... 104

5.1 情景假设.............................................................................. 104

5.2 参数设定.............................................................................. 107

5.2.1 基本情景设定................................................................ 107

5.2.2 预测情景设定................................................................ 109

5.2.3 双碳情景设定................................................................ 110

5.3 情景实现.............................................................................. 111

5.3.1 基本情景实现................................................................ 111

5.3.2 预测情景实现................................................................ 113

5.4 本章小结.............................................................................. 119

6 结论与展望................................................................................. 120

6.1 研究结论.............................................................................. 120

6.2 不足与展望.......................................................................... 122

参考文献........................................................................................ 124

 

插 图 清 单

图1 .1 论文主要研究框架.......................................................................................... 7

图2 .1 LCA基本结构............................................................................................... 17

图3 .1 全球年度太阳电池出货量统计图................................................................... 24

图3 .2 mono-Si与multi-Si太阳电池光致衰减效应比较............................................. 26

图3 .3 2021年NREL发布的太阳能效率图................................................................ 28

图3 .4 LCA实施流程图............................................................................................ 29

图3 .5 LCA系统边界............................................................................................... 30

图3.7  CIGS太阳电池制作工艺（未包含减反层）.................................................. 45

图3.8  全固态PSC结构.......................................................................................... 47

图3.9  CIGS组件回收流程..................................................................................... 61

图3.10  三种光伏组件制造阶段的环境影响比较...................................................... 67

图3.11  mono-Si光伏系统生命周期各阶段环境影响评估结果.................................. 69

图3.12  不同技术生命周期各阶段排放当量比较...................................................... 70

图4.1  2017-2021年拉棒电耗统计图....................................................................... 86

图4.2  2017-2020年拉棒单炉投料量统计图............................................................. 86

图4.3  2017-2021年AE指标变化情况.................................................................... 87

图4.4  CIGS与PSC组件成本预测折线图................................................................ 90

图4.5  CIGS太阳电池与PSC效率预测折线图......................................................... 91

图4.6  CIGS太阳电池与PSC寿命预测折线图......................................................... 91

图4.7  CIGS太阳电池与PSC衰减预测折线图......................................................... 92

图4.8  2010-2021年我国光伏LCOE统计图............................................................. 94

图4.9  Matlab拟合界面........................................................................................... 95

图4.10  三种特定情境下LCOE变化情况................................................................ 98

图4.11  WACC敏感性分析..................................................................................... 99

图4.12  不同寿命条件下光伏系统LCOE变化情况................................................. 101

图5.1  2021-2060年光伏发电量占比预测值........................................................... 105

图5.2  2022-2060年我国用电量预测..................................................................... 106

图5.3  预测情景下CIGS、PSC总安装成本变化情况............................................. 109

图5.4  mono-Si光伏发电LCOE预测..................................................................... 112

图5.5  2020-2060年不同光伏技术的LCOE变化情况............................................. 113

图5.6  2021-2060年预测情景下三种光伏技术的发电量变化.................................. 115

图5.7  2021-2060年双碳情景下三种光伏技术的发电量变化.................................. 117

 

 

 

插 表 清 单

表2 .1 三代太阳电池特征表................................................................................... 12

表2.2  主要光伏政策类型及代表国家.................................................................... 15

表2.3  国内外LCA方法研究及使用案例............................................................... 18

表3.1  开采1kg硅石的物料清单........................................................................... 34

表3.2  生产1kg工业硅的物料清单........................................................................ 34

表3.3  制取1kg高纯多晶硅的物料清单................................................................. 35

表3.4  生产1kg单晶硅的物料清单........................................................................ 37

表3.5  生产1m2单晶硅片的物料清单.................................................................... 38

表3.6  生产1m2单晶硅电池片的物料清单............................................................. 39

表3.7  生产1m2单晶硅电池组件的物料清单.......................................................... 41

表3.8  硅片及其制造相关参数............................................................................... 42

表3.9  生产1m2CIGS太阳电池的物料清单............................................................ 45

表3.10  生产1m2PSC的物料清单.......................................................................... 48

表3.11  制造1m2mono-Si太阳电池各生产阶段一般资源消耗量统计...................... 49

表3.12  CIGS太阳电池各生产阶段一般资源消耗量统计........................................ 50

表3.13  PSC电池各生产阶段一般资源消耗量统计................................................. 51

表3.14  3kW逆变器制造物料清单......................................................................... 52

表3.15  部署阶段的能量消耗................................................................................ 53

表3.16  1000kg废弃光伏组件成分表..................................................................... 57

表3.17  1m2单晶硅光伏组件回收输入输出清单..................................................... 57

表3.18  回收1m2CIGS组件的物料清单................................................................. 62

表3.19  从飞灰中回收铅....................................................................................... 63

表3.20  从底灰中回收铅....................................................................................... 63

表3.21  PEF方法中点影响类别............................................................................. 64

表3.22  1m2mono-Si太阳电池的全生产流程环境影响评估结果.............................. 66

表3.23  三类光伏系统EPBT比较.......................................................................... 72

表3.24  三类光伏系统GHG指标比较.................................................................... 73

表4.1  2020年安装1kW光伏发电系统的总安装成本明细表................................... 79

表4.2  LCOE计算的财务指标............................................................................... 81

表4.3  LCOE计算的技术指标............................................................................... 81

表4.4  公共规模光伏电站LCOE对照表................................................................. 83

表4.5  规模因素子指标参数.................................................................................. 89

表4.6  PCA结果检验............................................................................................ 92

表4.7  技术因素主成分提取.................................................................................. 93

表4.8  主成分分析结果......................................................................................... 93

表4.9  拟合评价指标表......................................................................................... 95

表4.10  其他成本不变情况下LCOE测算表（含税）.......................................... 95

表4.11  其他成本变化情况下LCOE测算表（含税）........................................... 96

表5.1  单晶硅技术指标假设................................................................................ 108

表5.2  单晶硅规模指标假设................................................................................ 108

表5.3  双碳情景下三种光伏系统二氧化碳排放情况（单位：kg）................ 111

表5.4  预测情景下三种技术的GHG指数情况...................................................... 116

表5.5  预测情景下三种技术的GHG指数情况...................................................... 118