基于复杂网络的全球太阳能光伏贸易格局演化研究-凯发娱乐官网

1. 引言

当前，全球正在积极开展节能减排工作[1]，因此为了实现减少碳排放和实现可持续能源转型的全球目标，全球对于太阳能光伏发电(pv)的产量和需求都在不断地快速增长。太阳能光伏(pv)系统是将太阳光转化为电能，提供了一种清洁的可再生能源，减少了对传统能源的依赖，减轻了对环境的影响。自19世纪发现光伏效应以来，光伏技术取得了显著的进步，从理论研究向商业应用过渡。今天，光伏电站是全球能源供应的重要组成部分，特别是在电网覆盖不足的偏远地区。此外，光伏技术被广泛应用于农业、交通、建筑等各个领域，极大地提高了人们日常生活的便利性。

随着全球对可再生能源的需求持续上升，太阳能光伏产业呈指数级增长。光伏产品尤其是组件出口量呈现明显上升趋势。作为一个主要的光伏生产国，中国在全球太阳能光伏贸易中占有至关重要的地位，其光伏产品出口持续增长，为全球市场提供了大量高质量的产品。2009年以来，中国已成为世界上最大的能源消费国，能源危机已成为制约中国经济社会发展的重要因素。促进中国太阳能光伏产业的稳定、可持续发展，增强中国太阳能光伏产业在国际贸易中的竞争力，促进中国经济转型和增长至关重要。推动中国太阳能光伏产业发展，可以提高中国光伏产业在国际贸易中的竞争力，对实现经济转型发展、调整能源结构、促进经济增长具有不可忽视的意义。在追求碳中和的过程中，中国的光伏增长潜力仍然很大[2]。基于此，本文采用复杂网络分析方法，构建2002~2022年全球太阳能光伏贸易无向加权网络，结合贸易网络的相关指标，分析全球太阳能光伏贸易网络贸易格局演化特征，为保障全球能源安全和进步提供政策建议。

2. 文献综述

社交结构是个体之间相互联系和互通的模式，复杂网络是形式化社交结构的有力工具：节点代表个体，连边则代表相应个体之间的作用，结构影响个体间的相互作用，进而影响合作行为的涌现[3]。现实网络和虚拟关系图都可以通过复杂网络分析来研究。这些网络包括交通网络、电话网络、互联网和万维网、电影数据库中的演员协作网络、科学合著者和科学引文索引中的引文网络，以及生物和医学领域感兴趣的系统，如神经网络或遗传、代谢和蛋白质网络[4]。网络模型的发展经历了从规则网络到随机网络，再到小世界网络，最后到无标度网络。大多数学者从全球或局部区域的角度来审视全球太阳能光伏政策研究和产业发展趋势。然而，目前还没有学者专门对全球太阳能光伏产业的贸易格局进行探讨。除了战略研究外，尚无学者对全球太阳能光伏产业的贸易格局进行研究[5]。

太阳能光伏技术经历了180多年的逐步发展过程。自2005年以来，基于晶体硅技术的光伏组件和系统取得了显著的市场成功。在全球对太阳能光伏系统的强劲需求和降低建设成本的巨大压力的推动下，整个光伏产业链正迅速从发达国家转移到中国。与此同时，光伏系统的应用已经从发达国家扩展到世界各国。这种产业转变，加上技术创新，导致光伏组件的销售价格大幅下降。太阳能光伏技术在许多国家已经成为清洁、低碳和具有价格竞争力的能源，光伏项目与减贫的讨论是当前的热点话题之一[6]。

3. 研究方法与数据来源

3.1. 研究方法

3.1.1. 太阳能光伏贸易网络构建

以太阳能光伏贸易国家(地区)为各网络节点，以国家(地区)之间的太阳能光伏贸易关系为边缘，构建全球太阳能光伏贸易复杂网络模型。全球太阳能光伏贸易网络g定义如下：

g=( v,e,w, w ′ ,t ) (1)

v代表所有节点的集合(国家)，e是所有边的集合(两国之间的贸易关系)；w和w'分别是一组函数描述节点的所有属性(国家)持有的贸易联系的数量和所有边缘属性(两国贸易总额)；t是全球太阳能光伏的贸易网络，使用网络结构的整体网络特征解析测量量表，利用社区发现方法识别网络中的群体结构特征。

3.1.2. 网络结构指标

1) 节点度

节点度是指在贸易网络中与某个特定节点有直接联系的节点数目，在世界太阳能光伏贸易网络中节点度越大表明这个国家(地区)所拥有的贸易伙伴越多。有向网络的节点度可分为出度(out-degree) k i out 和入度(in-degree) k i in ，其公式为：

k i out = ∑ j=1 n a ij (2)

k i in = ∑ j=1 n a ji (3)

k i = k i out k i in (4)

式中：k i out 为节点i的输出度，为节点i流向其他节点j的流量。k i in 为节点i的输入度，为节点i流向其他节点j的流量。k_i为节点度，包括输出度和输入度。

2) 网络密度

网络密度(d)是网络中实际贸易连接数与最大可能贸易连接数之比，是衡量节点之间连通性程度的指标。其表达式为：

d= l n( n−1 ) (5)

3) 节点强度

节点强度是指与某节点相连所有边的权重之和，即某个国家(地区)与其所有贸易伙伴的贸易总量。在世界太阳能光伏贸易网络中，节点强度分为出强度和入强度[7]，其表达式为：

w i out = ∑ j=1 n a ij w ij (6)

w i in = ∑ j=1 n a ij w ij (7)

式中：w i out 表示出强度，即某个国家的出口贸易总量；w i in 表示入强度，即某个国家的进口贸易总量。

4) 平均聚类系数。

平均聚类系数是指一个国家的伙伴之间存在贸易关系的可能性，反映了贸易伙伴之间的连通性，是贸易组团内部各节点间连接程度的指标，其取值范围为[0, 1]。所有节点聚类系数平均值称为平均聚类系数c，反映整个网络节点周围的平均聚集程度，其表达式为：

c= 1 n ∑ i=1 n e i k i ( k i −1 ) (8)

5) 在国际贸易中，各个国家受地理位置相近、文化相似、贸易政策等因素的影响趋向于形成一个社团，社团内部各国之间的贸易联系较为紧密，而两个社团之间的联系则相对稀疏。本文采用blondel等人(2008) [8]提出的模块化q的检测方法来识别全球太阳能光伏产品贸易网络的社团分布特征。其计算公式如下：

q= 1 w ∑ ij ( w ij − s i s j w )δ( c i , c j ) (9)

其中，q表示模块化程度，表示节点i和节点j之间的连接性，1表示存在连接，0表示不存在连接。s_i和s_j分别表示节点i和节点j的度数[9]。δ( c i , c j ) 是一个用来判断节点i和节点j是否属于同一社区的函数，如果属于同一社区，则为1，否则为0。

6) 互惠系数

互惠系数是反映2个国家之间双向贸易关系程度的重要指标，互惠系数越高[10]，贸易互补性越强，太阳能光伏贸易网络结构越稳定。其公式如下：

ρ= ∑ i≠j ( a ij − a ¯ )( a ji − a ¯ ) ∑ i≠j ( a ij − a ¯ ) 2 (10)

若节点i对j存在贸易联系，则a ij =1 ，反之为0。

3.2. 数据来源

根据《协调商品名称和编码制度》(hs编码)太阳光伏系统，也称为光生伏特，简称光伏，是指利用光伏半导体材料的光生伏打效应而将太阳能转化为直流电能的设施。光伏设施的核心是太阳能电池板。来源于联合国数据库中详细贸易矩阵数据集统计数据[6]。使用所有参与贸易的国家地区2002~2022年太阳能光伏的进口贸易量关系数据，构建21年度的太阳能光伏贸易网络，在进行组团格局分析时选取2002年、2007年、2019年及2022年作为主要时间节点进行分析。自2004年起，德国率先推出光伏补贴政策，推动了光伏技术的商业化应用。2007年中国成为生产太阳能电池最多的国家，自2007年中国成为世界光伏电池第一大生产国。

4. 全球太阳能光伏贸易网络特征演变

4.1. 网络整体特征分析

在进行网络分析之前，我们首先考察了全球太阳能光伏贸易额和贸易额的变化情况，以把握太阳能光伏贸易的总体发展趋势[11]。从全球总体贸易量来看，近年来全球太阳能贸易量呈现出明显的增长趋势(图1) [12]。早期阶段(2001~2010年)：在这一时期，全球太阳能光伏贸易量呈现出稳步上升的趋势，但整体规模相对较小。技术进步和政府对可再生能源的支持推动了光伏行业的发展。中国光伏产业开始崭露头角，但主要依赖出口到欧洲等成熟市场。快速下降阶段(2011~2013年)：2011年至2013年，全球太阳能光伏贸易量经历了快速下降。虽然中国光伏产业迅速崛起，成为全球最大的光伏组件生产国和出口国。欧洲、美国和日本等传统市场继续保持对光伏产品的需求，同时新兴市场如印度、巴西等也开始崭露头角。但是2008年经济危机对全球太阳能光伏贸易造成的冲击仍然持续了许多时间，许多国家在短时间内难以恢复到原来的经济状态。调整与稳定阶段(2013~2021年)：2013年至2021年，全球太阳能光伏贸易量在经历了一段时间的高速增长后，逐渐进入调整与稳定阶段。贸易保护主义和地缘政治因素对全球光伏贸易造成了一定的冲击。例如，欧洲对中国光伏产品采取了贸易限制措施，导致中国光伏企业面临出口压力。然而，随着技术的不断进步和成本的降低，光伏产品的竞争力不断增强，全球对可再生能源的需求也持续增加。在这一阶段，中国光伏企业积极调整市场策略，加强技术创新和品牌建设，同时开拓多元化市场，减少对单一市场的依赖。

从整体网络特征看，节点数与边数在2019年新冠疫情爆发之前均呈显著上升趋势。2002年到2019年，节点数量由210个上升到229个，贸易边数从1954条增加至3503条；从2019年疫情爆发以后，由于各国对于病毒的强制管控，使得全球太阳能光伏贸易呈现收缩的趋势，从2019年到2022年节点虽然有所增加，但是贸易边数从3503减少到2324，可见全球太阳能光伏贸易网络呈现出显著的复杂性与密集化特征(表1)。

平均聚类系数反映了贸易伙伴之间的连通性，2002~2022年间，全球电子贸易网络的平均聚类系数从0.597增加到0.665 [13]，整体呈现出先急速上升后平稳浮动的态势(表1)。这表明在太阳能光伏贸易网络中，各个社区内部贸易联系有所加强，凝聚程度有所上升，贸易方式由外部分散转向内部聚集。

figure 1. total global trade in solar pv, 2002~2022

图1. 2002~2022年全球太阳能光伏贸易总贸易量

figure 2. evolution characteristics of network node average degree and average weight degree

图2. 网络节点平均度和平均加权度演化特征

table 1. solar pv trade network topology indicators

表1. 太阳能光伏贸易网络拓扑指标

在全球太阳能光伏贸易网络中，节点平均度可以理解为每个国家或地区与其他国家或地区在太阳能光伏贸易中的连接程度或互动频率。从全球范围来看(图2)，全球太阳能光伏贸易节点平均度先升后降，总体具有不稳定的特征。需要注意的是，随着全球能源转型的加速和技术的不断进步，全球太阳能光伏贸易的格局也在不断变化。一些新兴市场和新兴企业正在崛起，并逐渐在全球太阳能光伏贸易中占据一席之地。因此，在未来的发展中，各国和地区需要加强合作与交流，共同推动全球太阳能光伏产业的持续健康发展。

从互惠系数看，2002年到2022年互惠系数先升后降。2002年平均路径长度为0.23，2019年达到峰值0.932，2021年回落至0.653，表明太阳能光伏贸易网络传输稳定性先升后降，这表明太阳能光伏贸易网络的局部群簇性有所上升，网络整体向“小世界”化转变。

4.2. 网络节点特征分析

由于难以从供求结构上反映各国贸易地位的来源，我们进一步计算了2001年、2007年、2019年和2021年各国出口的中心地位，并绘制了前10个国家出口贸易对贸易的贡献(表2) [14]。

从度数中心度来看，各国在全球太阳能光伏贸易中的地位稳中有变，以德国等为重要节点的多极化格局得到强化。欧美仍是太阳能光伏贸易的主要地区，但随着制度和创新，近几年亚洲等地区的发展中国家在太阳能光伏贸易方面也有了显著的提升。近年来中国以其太阳能光伏的价格、技术优势，叠加俄乌战争影响，逐渐成为太阳能光伏进口国的主要供应来源，突显了中国在全球太阳能光伏贸易中的中心地位。同时中国的度数中心度，2019年和2021年分别位居全球第二位、第一位，说明中国处于全球贸易的“中心”地位。

table 2. the top 10 countries or regions in terms of global solar pv trade centrality from 2002 to 2022

表2. 2002~2022年全球太阳能光伏贸易中心性排名前10位的国家或地区

4.3. 网络社团特征分析

根据gephi软件对2002和2022年世界太阳能光伏贸易网络结构进行可视化分析(图3)。

2002年，全球太阳能光伏产品贸易网络主要形成了三大协会，但只有两个具有显著意义。社团一是以德国为核心进出口国，西班牙、法国为次核心出口国的多核心网络协会。该协会主要出口到北美、大洋洲、中亚、东亚、东南亚等71个国家，占全球太阳能光伏贸易网络的三分之一。在此期间，澳大利亚、新西兰以及东亚、东南亚和中东国家都是美国的重要盟友，使得太阳能光伏产品贸易联系更加紧密。第二社团是以美国和新加坡为核心出口国的多核心网络协会。该协会还占全球太阳能光伏产品贸易网络的三分之一左右。它包括西欧的荷兰和比利时、中欧的德国、南欧的意大利和西班牙、北非和西非等国家。以中国和巴西为首的发展中国家在全球atn中的集体崛起，促进了各自社会的稳定[15]。最小的共同体由所有南部非洲国家和一些东部非洲国家组成[16]。

到2022年，中国作为重要的太阳能光伏贸易关键国，贸易实力和贸易中的影响力都比较强[17]。中国巩固了其在全球太阳能光伏市场的领先地位。凭借卓越的产品质量、成本控制和高效的生产能力，中国成为世界上最大的光伏产品生产国和出口国，在国际市场上受到高度重视和赞誉。同时，欧洲作为光伏产品的重要进口国，对高品质光伏产品的需求保持强劲。德国、荷兰和西班牙是主要进口国，为欧洲市场的光伏产业提供了巨大的推动力。在亚洲，印度的光伏产业近年来崭露头角。印度政府出台了一系列扶持政策，促进光伏产业的快速发展和扩大。随着技术的不断创新和成本的逐步降低，印度市场的巨大潜力日益显现，前景一片光明。在北美市场，美国对光伏产品的需求持续增长，使其成为全球光伏市场的重要组成部分。然而，贸易政策等外部因素对美国光伏产品进口施加了一定的限制，在一定程度上阻碍了市场的正常发展。尽管如此，美国市场的巨大需求仍然为全球光伏产业提供了重要的商机。

figure 3. structure of the world solar photovoltaic trade network, 2002~2022

图3. 2002~2022年世界太阳能光伏贸易加权网络结构

5. 结论与建议

5.1. 结论

“碳峰值、碳中和”为可再生能源的长期快速发展提供了机遇[18]。全球太阳能光伏贸易正经历着深刻而复杂的变化，呈现出几个显著的特点和趋势。这些特征和趋势不仅说明了全球光伏市场的动态演变，也为光伏行业的未来轨迹提供了重要的见解。

1) 从规模上看，全球光伏贸易持续增长，积极参与的国家越来越多。这反映了全球对可再生能源，特别是太阳能的强劲需求，以及光伏技术的日益成熟和广泛采用。中国、德国和美国作为世界上最大的光伏贸易商，发挥着重要的作用和影响。与此同时，一些亚洲国家，如越南，正在逐步提高其市场份额，凸显了全球光伏贸易的多样性和包容性。

2) 全球光伏贸易网络具有小世界现象和相关产品流通效率高的特点。这表明，光伏产品在全球范围内的流通更加便捷、高效，促进了光伏市场的快速扩大和发展。也体现了全球光伏产业链上下游环节的紧密联系和高效协作，共同推动光伏技术的进步和应用。

3) 全球光伏贸易网络呈现出核心–外围结构，少数几个国家推动了大部分贸易。这种结构反映了光伏产业的高度集中和专业化，少数核心国家在光伏技术研发、制造和市场应用方面具有显著优势。这些国家已成为全球光伏贸易的重要推动力。然而，这种结构也可能使周边国家处于更被动的地位，突出表明它们需要加强本国光伏产业的发展，提高竞争力。

根据2002年到2022年的全球太阳能光伏贸易网络结构来看关于2023年和2024年全球太阳能光伏贸易的评述。2023年全球能源结构继续向多元化、清洁化、低碳化方向转型，各国政府积极推动可再生能源使用，光伏市场因此蓬勃发展。中国光伏产业链产量持续扩大，光伏产品价格下滑，出口呈现出“量增价减”的形势。中国在全球光伏市场中占据重要地位，光伏产品制造端各环节产量均实现显著增长。全球新能源市场需求增长，特别是中国、欧洲、美国、印度等市场光伏装机需求高涨。光伏产品贸易面临传统贸易壁垒及新型贸易壁垒威胁，行业内部竞争加剧。

2024年光伏行业产业转移成为趋势，中国光伏制造商正面临国内外双重压力，加速向国外市场扩展以寻找新的增长机遇。出口量显著增加，但销售额有所下降，贸易壁垒和光伏产品价格下滑继续影响出口利润。全球需求持续增长，预计2024年全球光伏装机规模同比增长25~30%，增量主要来自新兴国家，如巴西、印度、巴基斯坦、沙特等。光伏行业正经历技术革新期，技术升级成为降本增效的重要推动力，n型电池等新技术受到关注。

5.2. 建议

目前，虽然我国太阳能光伏企业的出口贸易持续增长，但由于各国的贸易壁垒和地缘政治冲突，保障太阳能光伏贸易的未来至关重要[19]。我们认为，应该进一步开发特定商品的多年动态模型，以深入了解全球太阳能光伏贸易网络的可能未来[20]。根据上述分析，我们提出以下政策影响：

1) 加强技术创新，提高核心竞争力：持续加大研发投入，提高光伏产品的技术含量和附加值，推动光伏产业向高端制造业转型升级。聚焦光伏新材料、新技术、新工艺的研发，提高光伏发电效率和降低成本，增强产品的市场竞争力。

2) 拓展多元化市场，减少对单一市场的依赖：“一带一路”区域的可持续发展日益受到关注[21]。在巩固欧美传统市场的同时，积极开拓东南亚、非洲、拉美等新兴市场，缓解市场奇点风险。关注“一带一路”沿线国家的光伏市场需求，因为这些国家之间的太阳能光伏贸易已经形成了一个紧密联系而复杂的贸易网络[22]。加强与这些国家的经贸合作，促进光伏产品出口。

3) 加强品牌建设，提高产品附加值：加大品牌推广和营销力度，提高光伏产品的知名度和美誉度，从而增强光伏产品的竞争力。鼓励企业参与光伏国际标准和认证流程的制定，提高企业产品的国际认可度和市场竞争力[23]。

4) 加强国际合作，促进产业绿色发展：加强与国际光伏企业和研究机构的合作，引进先进的生产技术和管理实践[24]，提升光伏产业的国际竞争力。积极参与国际光伏绿色贸易标准的制定，促进行业绿色发展，提高光伏产品的环保性能和可持续性。

5) 关注政策变化并加强行业自律：政策制定者应在推动研发努力的同时，重点鼓励对太阳能基础设施和技术的投资。密切关注国内外光伏政策变化趋势，及时调整出口策略和市场布局[25]。加强行业自律监管，规范市场秩序，避免无序竞争和价格战对企业和行业的不利影响。

参考文献