钢铁工业以碳为主要还原介质和能源载体，将其用于氧化物的还原和提供热能两个方面：前者主要是化学消耗，后者主要是物理热的转化，而所消耗的碳元素，最终大部分都以CO?的形式排放出来。从更广泛的意义而言，现行的钢铁冶金生产工艺中使用碳素还原剂和燃料，实际上是使用数千万年前光合作用“固化”的太阳能的载体，其根本也是在使用“太阳能”，只不过其中以碳素为载体。冶金过程中将这些积累的能量快速释放，这种快速释碳过程必然会对整个碳循环的平衡造成剧烈冲击，从而带来环境污染、全球变暖等一系列平衡失调的问题。

　　太阳能光伏非碳冶金借助于材料的光伏效应由阳光获得电能继而用于冶金，一方面由电能得到炼钢所必须的1600℃高温；另一方面，任何一种氧化还原过程其实质是电子的得失，由光伏效应获得的电子可以以多种形式参与铁氧化物的还原反应。非碳冶金与传统钢铁生产的碳循环对照见图1。以碳为介质的冶金过程，具有数以千万公里计、数以千万年计的极长极大的时空尺度；以电子为介质的“非碳冶金”过程，具有很小、极快速的时空尺度，其冶金学特征是钢的生产过程不涉及化石能源，以求碳的消耗和CO?的排放最低；其技术特征在于太阳能光伏发电与炼钢过程的能量的集成匹配。

　　太阳能光伏非碳冶金实验系统为炼钢工艺过程，电热转换技术，反应器，蓄能方式四个方面的集成，由四个单元技术构成：光电转换单元、蓄能单元、配电控电单元和电热转换单元。蓄能系统主要包括112kW容量太阳能电池板的光-电转换和2V，1000A·h的蓄电池组的电能-化学能转换两个过程；释能系统包括蓄电装置的化学能-电能转换和1kg公称容量反应器的电-热转换两个过程；控制器控制两个系统协调工作。

　　太阳光辐射能资源的不连续性与炼钢高温过程的持续能量集中供给之间的匹配与协调是冶炼过程成功实现的核心难点。初步探索实验以此为基础，借鉴成熟的直流电弧炉生产经验，充分考虑经济性和可行性，经能量匹配，电压、电流、功率整合，自主设计了1kg容量的直流电弧炉，并以其为反应器进行了炼钢实验。实验结果表明太阳能光伏高温冶炼在技术上可行，系统可满足持续高温冶炼需求。

　　以系统工程的方法，将各个领域的成熟技术有机结合，形成接口技术可有效达到节能减排的效果。钢铁工业可持续发展一面追求碳的消耗和CO?的排放最低，一面摸索可行的循环经济模式。现阶段，太阳能光伏非碳冶金处于探索研究阶段，过程中出现的问题及解决都将对冶金工业产生深远的影响，其大规模利用将基于化石能源发电与太阳能光伏发电在成本上出现交叉。