超越静态横截面：揭示中国主流光伏系统碳足迹的时空演变

《Environmental Impact Assessment Review》：Beyond static cross-sectional views: unraveling the spatiotemporal evolution of the carbon footprints of China's mainstream photovoltaic systems

　　

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  一项光伏碳足迹研究涵盖了时间、空间和技术层面的变化。
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  年新增光伏装机量的碳足迹从1481–1837 kg CO₂-eq/kWp降至1061–1271 kg CO₂-eq/kWp。
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  早期安装的光伏装机量使存量机队的平均碳强度高于新装光伏。
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  中国光伏产业在2017年实现净减排拐点。
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  光伏发电的碳强度在各省之间存在显著差异。

引言

为应对全球气候变化，中国承诺力争在2030年前实现CO₂排放达峰，在2060年前实现碳中和。实现这些目标需要对能源系统进行深刻变革，可再生能源电力将成为未来供电的核心（Wang等，2025；Zhao等，2022）。在此背景下，光伏发电凭借丰富的资源潜力和急剧下降的成本而快速发展。自2020年以来，中国风电和太阳能装机年新增量连续四年超过100 GW，占所有新增电力装机的一半以上。截至2023年，光伏累计装机量达到609 GW（IEA，2024），首次超过水电，成为中国第二大电源。尽管光伏系统在运行阶段几乎不产生排放，但在组件制造、安装和退役过程中仍存在大量碳排放（An和Sun，2024；Li等，2025；Wang等，2024a）。随着光伏部署加速，准确量化其碳足迹对于评估其对电力系统脱碳的实际贡献至关重要。

光伏系统的环境绩效已被广泛研究，生命周期评价（LCA）是量化生命周期影响的主要框架（Frischknecht等，2020；Gerbinet等，2014；Muteri等，2020）。Kabakian等（2015）运用LCA研究了黎巴嫩一个1.8 kWp单晶硅（mono-Si）光伏系统的环境影响。Chen等（2016）和Hong等（2016）分别利用浙江省2010年的生产数据作为主要前台数据，评估了单晶硅和多晶硅（multi-Si）电池制造的生命周期环境影响。Hou等（2016）基于中国光伏产业2013年的技术水平，考察了并网 crystalline silicon（晶硅）光伏系统的生命周期环境绩效。Fu等（2015）利用典型企业数据分析了中国多晶硅光伏系统从石英矿开采到组件封装的能源消耗和环境影响；虽然未明确具体研究年份，但其清单数据是静态的。Yu等（2017）基于中国宁夏的一个光伏项目，对冶金路线多晶硅光伏系统进行了LCA研究。Guo等（2019）考察了中国2017年光伏供应链的碳足迹。近年来，中国光伏领域的LCA研究不断增多并深化。一些研究聚焦于更具体的光伏技术类型；例如，Jia等（2020b）和Sheng等（2025）分别评估了P型多晶硅BSF组件和N型TOPCon单晶硅组件的生命周期环境影响。另一些研究则强调此前缺乏深入分析的环节；例如，Oteng等（2023）运用LCA对南澳大利亚光伏退役阶段的环境影响进行了深入研究。

总体而言，上述文献提供的仅是特定年份、区域或技术类型的静态截面视角，类似于快照。然而，正如已有研究所示，光伏系统的生命周期环境影响，特别是碳排放，受到技术进步和区域电力结构的共同影响（Li等，2025；Müller等，2021；Wang等，2024b；Yao等，2014），因而随时间、空间和技术类型而变化（Chaosukho等，2024；de Wild-Scholten，2013；Fthenakis和Kim，2011）。

一些学者尝试突破单一年份、单一区域或单一技术类型的研究局限。例如，Wang等（2024a）和Li等（2025）探讨了多年间中国光伏系统碳足迹随技术进步而演变的情况，从而引入了时间维度。然而，两项研究均局限于全国平均水平，未能捕捉省际异质性。此外，Wang等（2024a）主要关注2008年和2018年两个基准年份，中间年份数值通过插值估算。Su等（2023）通过比较中国各省份三种太阳能利用系统的生命周期环境影响，引入了空间维度。尽管该研究考虑了光伏组件和光热系统等三种技术，但未涉及时间动态。Chong等（2025）进一步扩展了技术类型并评估了其在中国30个省份的碳减排效益；即便如此，其分析在时间上仍是静态的。

光伏系统通常运行20–30年。因此，任何一年的光伏发电生命周期碳强度不仅受新装光伏系统的影响，还受早期部署、隐含碳强度较高的运行中系统的影响（Lu等，2023）。然而，这一动态在很大程度上被文献忽视，现有研究主要聚焦于新装系统，对现有存量影响关注不足，从而对光伏发电的碳绩效和产业的净减排效益给出了过于乐观的评估。此外，据我们所知，现有对累计碳排放和减排效益的估计最多仅延伸至2018年（Pu等，2021；Wang等，2024a；Xu等，2018），未涵盖近期发展动态。

总体而言，尽管中国乃至全球光伏系统碳足迹方面的文献日益增多，但仍有几个关键空白：第一，很少有研究同时跨越多年份和多个省份，限制了追踪光伏碳足迹时空演变以及解耦关键驱动因素——尤其是快速技术进步和电力脱碳——的时空异质性贡献的能力。第二，现有分析很少系统覆盖当代主要光伏技术类型，难以对其相似性和差异性进行定量比较。第三，当前关于每单位光伏发电生命周期碳排放的估计往往未能区分新装系统与运行中机队，因而忽视了遗留高碳存量装机量的影响。此外，对产业净减排效益的评估仍显过时，多数研究截止于2018年或之前，且未来光伏生命周期碳强度的多情景预测仍然缺乏。

为填补上述空白，本研究开展了一项综合时间动态、空间异质性和技术多样性的研究，对中国主要光伏系统的生命周期碳排放进行评估。具体目标包括：（1）揭示过去12年间中国整体及30个省份光伏系统碳足迹的时空演变，量化技术进步和电网脱碳各自的减排贡献及其省际差异；（2）捕捉四种主流光伏技术——按硅类型（单晶硅与多晶硅）和安装模式（地面安装与屋顶安装）两个维度分类——碳足迹轨迹的相似性与差异性；（3）区分新装光伏系统与运行中机队平均碳足迹，揭示遗留装机的影响；（4）更新中国光伏部署的累计净减排效益，并在多种情景下预测未来光伏发电生命周期碳强度的变化。通过上述研究，本研究可以为更稳健地理解光伏系统在中国低碳转型中的角色及其时空异质性提供重要的数据和方法支持，有助于识别光伏产业的有效减排路径。

各章节摘要

系统边界与功能单位

本研究采用从摇篮到坟墓的方法，系统边界涵盖所有主要生命周期阶段，如图1所示。可以看出，研究纳入了光伏系统的四个阶段：（1）光伏组件制造，（2）系统安装，（3）运行与维护，（4）末端管理（Vellini等，2017）。其中，组件制造是能耗和碳排放最密集的环节，包括若干关键工序：石英矿开采，

中国光伏系统的碳足迹

2011年至2022年间，中国四种常见光伏系统的碳足迹（生命周期碳排放）显著下降（图2(a)）。对于一个1 kWp并网光伏系统，排放量从2011年的1481.34–1837.15 kg CO₂-eq降至2022年的1060.98–1271.45 kg CO₂-eq。这些估计值落在Hou等（2016）和Wang等（2024a）报告的范围内，佐证了本研究结果的稳健性。四种系统类型的碳足迹大小顺序为

结论与建议

本研究将时间动态、空间异质性和技术多样性纳入碳足迹评估框架，揭示了过去十年间中国四种主流光伏系统类型及其30个省份碳足迹的时空演变。主要结论如下：

1）年新增1 kWp并网光伏系统的碳足迹从1481.34–1837.15 kg CO₂-eq降至1060.98–1271.45 kg CO₂-eq。空间上，

写作过程中生成式AI及AI辅助技术的使用声明

在准备本文过程中，作者使用了ChatGPT和DeepSeek对部分句子进行改写以提高可读性。使用相关工具后，作者对内容进行了审核和编辑，并对已发表文章的内容承担全部责任。

利益冲突声明

作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：共同作者、两位通讯作者之一He Xu，鉴于其担任联合主编的角色，未参与本文的同行评审工作，也未接触与其同行评审相关的信息。本文的编辑流程全权委托给另一位编辑负责。其他作者声明他们不存在已知的

致谢

本研究受南开大学亚洲研究中心（AS2113）、国家社会科学基金重点项目（25&ZD128）、天津市社会科学重大科技项目（25ZXSFSN00240）、国家自然科学基金（72374112）和国家重点研发计划（2023YFC3906100）资助。

吉义钧|翟钱|宋怡|吴新泽|何颖|徐和