光伏发电哪个环节碳足迹最高？硅料如何降低碳排放

摘要：硅料和硅片制造环节的较高能耗，不仅制约光伏发电的成本降低，也影响我国“碳达峰、碳中和”目标的实现。随着贸易壁垒和政策变化，全球光伏产业发展增加了不确定性，作为高排放的硅料如何助力光伏行业的碳减排？

硅料（多晶硅），是光伏产业链上游最基础的原材料。

因供应链上下游产能错配与硅料厂新产能建设周期长等因素，2021年和2022年硅料供不应求、价格居高不下。

但2022年12月初，随着新增产能爬坡以及囤积的硅料开始流通等因素变化，市场供给紧张缓解，产业链的多个环节陡然发生变化，硅料、硅片等价格开始下滑。

继去年12月光伏产业链上游原材料硅料价格的大幅下跌之后，光伏行业下游产业链企业的日子就好过了起来。

硅料价格的大幅下跌被认为对光伏下游形成重大利好。“一直以来，上游硅料价格高企是限制光伏装机增长的最大瓶颈。硅料价格下行会带动整个光伏组件价格中枢下行，供应短缺问题将逐步缓解，产业链中下游利润或将重新分配，下游电池组件或将受益。”光伏行业研究人员表示。

事实上，尽管光伏发电是被公认为降低碳排放的途径，但硅料、硅片的生产耗能很高，能占到光伏生命周期碳排放的40%以上。随着更多的以碳足迹为基础的贸易壁垒袭来，光伏企业如何应对，作为高排放的硅料又如何助力光伏行业的碳减排？

01 硅料的价格和质量对光伏发电至关重要

光伏产业可以分别为硅料、硅片、电池片、组件、应用系统等5大环节。其中硅料与硅片环节为产业上游，电池片与光伏组件为行业中游，下游为发电系统。

在硅料环节，工业硅被提纯成为光伏级多晶硅料；在硅片环节，多晶硅料被加工成为单晶硅棒或多晶硅锭，再经过截断、开方、切片等工艺，得到单晶硅片或多晶硅片。硅料环节不仅制造及研发门槛高，而且资金投入极大。同时，硅料的价格和质量对光伏发电的成本和效率也起着至关重要的作用。

光伏产业需要的多晶硅纯度达99.9999％以上。目前，世界上绝大部分厂家生产的硅料，均采用传统的改良西门子法，这是最为成熟、应用最广泛的工艺技术。其原理是在多晶硅还原炉中，用纯氢气还原纯三氯氢硅，生成单质硅；单质硅在高纯硅芯上沉积，生成棒状多晶硅。

根据中国光伏行业协会的数据，2020年我国采用改良西门子法生产的多晶硅约占全国总产量的97.2％。

单晶硅和多晶硅电池作为光伏发电产业的中游核心组件，是决定太阳能转换效率的关键产品，也是决定清洁电力产出效益的关键指标。

近年来，光伏行业发展势头越来越猛。根据国家能源局发布的2022年全国电力工业统计数据，我国去年新增光伏装机87.41GW，同比增长60.3％。

在终端市场带动和国家法规的倒逼下，各家原料企业都在研发硅料新工艺。在光伏产业链上，清洁化是能源供给的关键，而硅料革命将会带动光伏的低价上网。

02

碳中和对光伏产业链提出更高要求

根据中国光伏协会研究报告，目前光伏度电碳排放量仅有33-50g，相较于煤炭发电量减少约420g。

尽管光伏发电是被公认为降低碳排放的途径，但早在多年前光伏产业链登陆国内之时，就有声音质疑光伏产业链能耗高，造成的污染和温室气体排放高于发电收益。

根据中国资源综合利用协会可再生能源专委会与国际环保组织绿色和平发布的《中国光伏产业清洁生产研究报告》，光伏发电的能量回收周期仅为1.3年，而其使用寿命为25年，也就是说在约24年里光伏发电都是零碳排放。

太阳能本质上是环境可持续的，但这并不代表光伏产品都是低碳的。

目前许多商用光伏组件都可能带有沉重的环境价格标签。生产过程中相对较高的碳足迹是硅料制造、硅锭长晶、硅片切割，电池片生产等高能耗工艺。尤其是硅料和硅片制造环节，高耗能不仅制约光伏发电的成本降低，也影响我国“碳达峰、碳中和”目标的实现。

法国能源监管机构CRE在2021年启动的500KW以上地面光伏电站项目的第十次招标中，就对光伏组件碳足迹提出了明确要求，优先考虑使用低碳排放光伏组件的项目。

除此之外，韩国要求光伏组件根据产品整个生命周期内的每千瓦碳排放量评价能否获取补贴；意大利、瑞典等国家的环境产品认证（EPD）体系严苛跟踪检测某一产品在其整个生命周期内对环境造成的影响；欧盟以光伏碳排放为基础对进口组件提出更多的要求；包括挪威、荷兰、西班牙等地区也在酝酿产品碳足迹要求。

贸易壁垒和政策变化增加了全球光伏产业发展的不确定性，也导致了国际市场竞争更加激烈。

为淘汰落后光伏产能，工信部规范已明确提出“光伏制造企业应采用工艺先进、节能环保、产品质量好、生产成本低的生产技术和设备”。

据业内人士介绍，目前光伏产业链中能耗最高的是硅料制造环节，能耗占比达45%。2020年5月，工信部发布《光伏制造行业规范条件（2020年本》（征求意见稿），该规范规定，新扩建多晶硅综合电耗不大于70千瓦时/千克。

03 如何降低光伏碳足迹？

因为各地区排放因子差异与材料碳足迹差异，导致组件碳足迹差异较大。要降低光伏碳足迹，就要从耗能最高的硅料生产环节入手。

在2022年10月27日，四川永祥股份宣布经中国船级社质量认证有限公司核查，其生产1千克太阳能级多晶硅，从原料生产到包装出厂（从摇篮到大门）碳足迹量分别为24.64 kgCO2e/kg、23.81 kgCO2e/kg。“行业有关专家表示，此碳足迹为行业新刻度”。

而早在2020年3月，永祥新能源就已经经过中国船级社质量认证公司认证，其碳足迹为72.1 kgCO2e/kg。

两次差距这么大，业内人士表示不可能是技术进步带来的，因为改良西门子法早已成熟，改进空间很小。导致差距原因就是计算标准：前次是火电，这次是用100%绿电计算。

四川永祥股份表示，在四川省主管部门、四川电力交易中心支持下，获得了四川电力交易中心经省级政府部门授权出具的、有公信力的全省首张清洁能源消纳凭证。该凭证以电力市场化交易合同数据和结算数据为依据，精确溯源了企业使用电量来源、类型及占比，凭证表明永祥清洁能源用电比例为100%。

此前，协鑫科技也拿到了由法国环境与能源控制署颁发的首份颗粒硅碳足迹认证证书，采用的是中国电网的度电含碳量，主要是火电，也有说法是100%火电，因为法国机构难以确认各类电的比例。

可见，用电能耗部分对于整个光伏生命周期碳足迹的影响巨大。

光伏生产企业利用的绿色电力来源可以分为自行生产和外部购买两种途径。自行生产为在工厂内安装光伏、小型风电等可再生能源发电项目，自发自用，消纳绿色电力，以减少从电网购买的电力。外部购买则是参与绿色电力交易，通过双边撮合方式，购买市场上其他项目的绿色电力，并承担一定的输配电成本。

相关专家建议，光伏企业应进一步提升能效水平，增加绿电消费，力争在 2030 年形成近零碳产业链。一方面能够推动产业生产环节节能降碳，提升能效，降低生产成本，助力光伏产业打造成为工业领域近零碳产业链的标杆，另一方面能够避免欧美国家利用碳关税等有关贸易手段，有效降低贸易摩擦风险。

来源：环球零碳