《Journal of Environmental Management》：Differences in global multi-regional photovoltaic expansion from 1980 to 2050: A focus on demand, recycling, and local-supply exposure for critical minerals
编辑推荐：
•在9个区域中，光伏组件、电网和储能系统被共同纳入分析。•未来的部署需求、关键矿物储量和关键矿物产量被共同评估。•全球光伏扩张到2050年推动累计关键矿物需求达1.6927–2.2202亿吨。•超过88%的光伏废弃物在2040年后产生，累计关键矿物回收量仅为986–2320万
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在9个区域中，光伏组件、电网和储能系统被共同纳入分析。
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未来的部署需求、关键矿物储量和关键矿物产量被共同评估。
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全球光伏扩张到2050年推动累计关键矿物需求达1.6927–2.2202亿吨。
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超过88%的光伏废弃物在2040年后产生，累计关键矿物回收量仅为986–2320万吨。
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尽管其需求份额很小，但供应风险集中在铟、碲、硒、镉和镓。
引言
全球脱碳正以前所未有的速度推动光伏扩张，使光伏从一种快速增长的清洁技术转变为核心基础设施，重塑未来的电力系统。截至2023年，全球累计光伏装机已超过1.6太瓦，年度新增装机达到约446–456吉瓦，再次创下新纪录（Ga?tan Masson等，2024；Masson等，2024）。继COP28之后，全球社区进一步推进了集体目标，即到2030年将可再生能源装机容量增加至至少110,000吉瓦，其中光伏和风电预计贡献约90%的增量（Change UNC，2024；Hou等，2026a）。这意味着未来二三十年间的光伏扩张不再仅仅是能源替代问题，还将产生前所未有的退役基础设施浪潮（Li等，2025a；Leung等，2025；Ihoume等，2026）。大约在2010年前后快速部署期间安装的光伏组件正逐步接近其25–30年的使用寿命终点，一旦退役潮开始出现，很可能在随后的几十年内迅速累积，并与新一轮部署高峰重叠，从而形成材料压力窗口（Li等，2025b；Ren等，2021；Hou，2026）。先前的研究表明，到2050年全球累计光伏废弃物可能达到1.5–5.29亿吨（Li等，2025a；Yuan等，2025），这使得光伏扩张不仅是一个部署问题，越来越成为退役和资源再配置的问题（Wang等，2026）。
这些变化之所以重要，是因为与光伏相关的关键矿物压力并非均匀分布，而是呈现出显著的区域差异。各区域在部署速度、资源禀赋、工业基础、技术路径、退役成熟度和回收能力方面存在系统性差异。中国、欧洲和北美等先发地区不仅是当今全球制造和部署的主要中心，也极有可能更早进入退役高峰。相比之下，非洲、中东以及中南美洲起步较晚，但在更具雄心的气候路径下其需求增长更快，同时往往面临初级供应基础薄弱、加工和制造能力不足以及回收体系欠发达等问题（Yuan等，2025；IEA，2023；Kalair等，2021；Zhu等，2026a）。
人们对光伏废弃物兴趣的快速上升反映了其被广泛假定为缓解关键矿物约束、减少对初级资源依赖以及推进能源系统循环化的关键路径这一角色（Li等，2025b；Ren等，2021；Yuan等，2025）。对于银、铜、锡、碲、铟和硒等材料，这种预期尤为强烈，因为它们的供应风险一直是持续担忧（Li等，2025b；Yuan等，2024；Ren等，2025）。因此，寿命终结的光伏组件往往被框定为重要的"城市矿山"。然而，这一预期引发了一个更具挑战性的问题：通过回收释放的未来次级供应能否及时、以足够的规模且具备充分的矿物匹配度，实质性地缓解光伏扩张中的关键矿物约束？如果退役高峰大幅滞后于部署高峰，如果可回收的高价值矿物数量仍然有限，或者如果回收潜力主要集中在少数先发区域，那么认为回收可以实质性缓解区域本地供应暴露的观点就需要更严格的审视（Yuan等，2025；Zhu等，2026b；Wang等，2024）。
现有研究已考察了光伏部署的材料需求、废弃物的时空分布以及循环经济路径，但这些研究线索之间仍存在重要的空白。第一类研究聚焦于能源转型带来的需求扩张（Li等，2025a；Yang等，2019；Wei等，2022；Zhang等，2025；Watari等，2019；Yu等，2026a），但通常侧重于需求规模本身，而非将其与退役流、回收供应和区域本地供应暴露相结合。第二类研究以光伏废弃物管理为中心（Ren等，2021；Wang等，2022；Song等，2023；Pu等，2021；Tang等，2025；Yu等，2026b），强调了未来退役的规模、时间和资源环境含义，但往往将废弃物产生视为终点，而非探讨这些退役流在多大程度上可以回馈部署并实质性改变关键矿物供需关系。第三类研究针对特定国家（Ren等，2021；Joshi等，2025；Cui等，2025；Nieto-Morone等，2023；Xu等，2025）、技术或系统（Xu等，2024；Wang等，2021，2026；Hou等，2026b）中的关键矿物瓶颈，但很少以集成的方式考虑部署、退役、回收、生产和储量之间的耦合关系。
这些研究还往往忽略了光伏部署所需的支持性电网和储能系统，而仅在单一全球或区域尺度上进行的分析可能掩盖各区域在部署时机、退役成熟度和回收基础方面的巨大差异。此外，需要更明确地将光伏部署、退役、关键矿物回收、生产和储量耦合起来，以更好地捕捉区域异质性。
在此背景下，本研究构建了一个全球多区域动态物质流分析框架，在三种国际能源署气候情景下，从1980年到2050年系统地评估全球光伏扩张中的关键矿物需求、退役流、回收潜力和区域本地供应暴露，涵盖三个系统、九种技术和十六种关键矿物。本研究的贡献不在于提出新的物质流核算恒等式或基础理论，而是通过在一个一致的分析架构中整合部署、在用存量、退役、功能性次级供应、净部署需求和区域本地供应暴露，扩展了现有的动态物质流分析方法。
这种整合提供了三个额外的分析能力和创新。（1）对光伏组件、支持性电网和储能系统应用一致的存量—流量和生命周期核算边界，从而捕捉在仅评估组件时会遗漏的矿物流；（2）直接评估寿命终结的材料能否在时间、规模和矿物组成上满足后续部署的需求；（3）识别在九个全球区域中部署需求、退役流、回收潜力和本地供应基础之间同时存在的时间、材料和空间错配。因此，核心问题不仅仅是会产生多少矿物需求或光伏废弃物，而是次级供应何时、在哪里以及针对哪些矿物能够实质性地减少净部署需求，以及哪里仍存在巨大错配。
第2节介绍方法论，第3节呈现结果，第4节讨论发现，第5节得出结论。
章节摘要
研究框架
本研究对1980–2050年全球多区域光伏系统及其相关电网和储能基础设施的安装流入、退役、关键矿物需求、流出和回收进行了全面评估，同时共同考虑了未来需求、关键矿物产量和储量。总体分析框架如图1所示。首先，我们汇编了1980–2024年全球各国和各区域历史光伏安装的公开可用数据。未来
光伏装机容量与关键矿物需求
全球光伏部署在1980至2050年间增加了超过一个数量级，但情景分歧主要出现在近期加速阶段之后。如图2a所示，全球光伏装机容量在1980–2000年间处于早期阶段，到2010年仅达到约11吉瓦，随后在2020年升至约450吉瓦。此后，在三种气候情景下增长均显著加速。到2030年（2050年），在SPS情景下累计光伏装机容量达到约5800（约16,500）吉瓦，在
光伏扩张中关键矿物约束的形成机制
光伏相关关键矿物的本地供应暴露不仅由需求增长决定，而是由净部署需求、可回收次级供应和本地生产与储量基准之间持续存在的错配共同导致（Tian等，2021；Ovaitt等，2022；Wu等，2027）。
这一模式背后的主要机制是部署与回收在时间和材料组成方面的双重脱钩（Yuan等，2025；Liu等，2024）。图6显示部署
结论
本研究构建了一个全球多区域动态物质流分析框架，在三种国际能源署气候情景下，系统评估1980至2050年全球光伏扩张中的关键矿物需求、寿命终结流出、回收潜力以及相关区域本地供应暴露。得出三个主要结论。
- (1)
在1980–2050年间，全球累计光伏装机容量达到约16,500–21,000吉瓦，代表约36.67–46.67倍的扩张，而累计光伏相关关键矿物需求总量为
CRediT作者贡献声明
侯陵春：撰写—审阅与编辑，撰写—初稿，可视化，软件，资源，方法论，调查研究，形式分析，数据管理，概念化。朱成城：可视化，软件，数据管理，概念化。蔡卫光：撰写—审阅与编辑，撰写—初稿，项目管理，资金获取，概念化，方法论，监督指导。胡朗：形式分析，数据管理。吴志成：形式分析，数据
利益冲突声明
作者声明，他们没有已知可能影响本文所报告工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
在撰写本文初稿时未使用任何人工智能工具。在修订过程中，人工智能被用于语言润色。我们恳请审稿人不要使用人工智能进行同行评审。如采用人工智能进行评审，请提供建设性和积极的评论。本研究得到国家社会科学基金（23FJYB014）的支持。
侯陵春|朱成城|蔡卫光|胡朗|吴志成|左健
