钙钛矿光伏技术演进下的中国发展路径与环境效益动态评估

本研究通过耦合综合评估模型（GCAM）与前瞻性生命周期评价（PLCA），动态解析了中国光伏技术演进路径及环境效益。结果表明，钙钛矿光伏在碳中和目标下将逐步替代硅基技术，2060年新增装机占比达55.2%，其环境影响强度最高可降低97.1%，为清洁能源战略提供科学依据。

Highlight

通过耦合综合评估模型（GCAM）与前瞻性生命周期评价（PLCA），本研究首次动态量化了中国不同社会经济情景下新兴光伏技术的市场渗透率及其全生命周期环境影响。研究发现钙钛矿光伏技术（Perovskite PV）在碳中和目标下将逐步替代传统硅基技术，2060年新增装机占比最高达55.2%。其中钙钛矿/TiO₂技术环境影响最低，而钙钛矿/单晶硅（Mono-Si）技术若无技术创新则环境影响最高。通过提升转化效率、降低材料能耗、提高回收率及电网脱碳等技术进步，可减少62.8%–97.1%的环境影响强度。到2050年，光伏系统总环境影响较2020年下降81.7%–87.8%，淡水生态毒性（freshwater ecotoxicity）显著改善。

Projections on installed capacity and market share of different PV technologies

GCAM模型预测显示，在所有情景下中国光伏部署量均显著增长，气候目标越严格、成本下降越快则增速越显著（图2）。在快速成本下降情景下，2060年累计装机容量在BAU、1.5°C和碳中和情景下将分别达到1492.3GW、2423.8GW和2960.5GW（图2a），较2020年水平（253.6 GW）分别增长488.5%、855.9%和1067.3%。市场结构分析表明，硅基光伏（Silicon PV）虽仍占主导地位，但其市场份额将从2020年的95.9%逐渐下降至2060年的44.8%（碳中和加速成本下降情景）。相反，钙钛矿光伏技术市场份额将从2030年的0.2%快速增长至2060年的55.2%，成为最主要的新增装机技术。薄膜光伏（Thin-film PV）市场份额始终低于5%。

Discussion

光伏部署是中国实现碳中和的关键路径。2060年中国光伏装机容量在碳中和目标下预计达2552.7–2960.5 GW，较BAU情景（1160.0–1492.3 GW）翻倍，较2020年水平增长五倍。本研究通过扩展GCAM模型纳入新一代光伏技术发现，虽然硅基技术仍将主导市场，但钙钛矿光伏凭借其成本效益和效率优势将逐步成为主流。环境评估表明，技术进步（如转化效率提升、材料创新、回收机制完善和电网脱碳）可显著降低单位发电量的环境影响强度，其中淡水生态毒性、全球变暖潜势（GWP）和颗粒物形成（PMF）等关键指标降幅最为显著。政策制定需重点关注全生命周期技术创新，以最大化光伏技术的环境效益。

Conclusion

本研究揭示了新兴光伏技术对未来市场动态及相关环境影响的潜在作用，探讨了光伏技术发展（包括钙钛矿等新一代技术及全生命周期技术进步）如何随时间动态影响部署规模、市场结构和相关生命周期环境影响。结果表明，通过协同推进技术创新和政策引导，可显著提升光伏技术的环境可持续性，为中国乃至全球的清洁能源转型提供科学支撑。