1概述

目前，全國各地已有不少太陽能光伏發電項目在建或已建成，有影響的項目包括：奧運會、世博會場館和中新天津生態城等。太陽能光伏發電是一種優質的可再生能源。在一些電力輸送比較困難而太陽能又相對較為充足的區域，設置太陽能光伏發電系統是非常必要的。本文主要論述的是民用建筑太陽能光伏發電系統的相關內容，不涉及大型光伏電站。近年來，在公共建筑上設立太陽能光伏發電系統似乎已成為綠色建筑的標志，并可作為示范工程獲得政府的財政補貼。盡管太陽能光伏發電是一種很好的可再生能源，但在目前的技術和經濟條件下，許多城市在建筑物上設太陽能光伏發電系統，是否真正發揮了其效能，推動了建筑節能的發展，還有待進一步驗證，更沒有一個明確的判定方法。在《民用建筑太陽能光伏系統應用技術規范》JGJ203-2010中，也未給出選取的標準和方法。在具體工程中，更多的是依據甲方的需求和綠色建筑的需要設置太陽能光伏發電系統。本文試圖對民用建筑應用太陽能光伏發電系統所遇到的一些問題給予簡要說明，以使太陽能光伏發電系統的選擇和使用更具科學性和合理性。

2光伏電池

光伏電池是太陽能光伏發電系統最重要、也是最基本的器件。目前已經商業化批量生產和規模化應用的光伏電池有：晶體硅光伏電池、薄膜光伏電池和硅異質結光伏電池（HIT）等。

2.1晶體硅光伏電池

晶體硅光伏電池是使用晶硅制造的光伏電池，包括單晶硅和多晶硅等。多晶硅光伏電池的轉換效率可達15%左右，其單位面積上發電功率高且發電性能穩定，少有光衰效應。但其生產能耗較大，其能耗的75.8%來自多晶硅生產（包括原料工業硅的生產能耗）。如果按照等效電法對生產過程各種能耗進行分析，我國生產1kg多晶硅需要316391kWh等效電，1kWp（峰值功率）的光伏電池板需要1213kg多晶硅，生產1kWp光伏板需要41005100kWh等效電，生產1kWp光伏發電系統平均需要54006700kWh等效電[1]。國內現有的多晶硅廠絕大部分采用改良西門子法——閉環式三氯氫硅氫還原法生產多晶硅，它是當前成熟的多晶硅生產工藝。但最核心的硅提純等工藝技術（電子級多晶硅純度要求11個9，太陽能電池級要求6個9）卻掌握在美、日、德等發達國家手中。從石英石中提取工業硅需要消耗大量的能源，不僅提煉成本高，而且環境污染嚴重。我國光伏產業很可能會成為世界太陽能產業的“制造工廠”、發達國家污染和能耗的轉移地。2011年1月，工信部、發改委和環保部聯合下發了《多晶硅行業準入條件》工聯電子[2010]137號文，對多晶硅生產規模和能耗提出要求。到2011年底前，淘汰綜合電耗大于200kWh/kg的太陽能級多晶硅生產線。

2.2薄膜電池(Thinfilm)

薄膜電池用硅量少（可降低97%的硅原料使用），但薄膜電池生產設備相對昂貴，主要是從國外引進。與國外合作研發的設備，成本相對會低許多，但技術上有待進一步提高，以確保薄膜電池在長時間使用過程中的穩定性。薄膜電池是將光伏發電與建筑相結合的應用形式。它既是具有建筑功能的發電裝置，又是具有發電功能的建筑構件。因此，有利于實現太陽能光伏建筑一體化（BIPV-BuildingIntegratedPhotovoltaics）。薄膜電池透光性和弱光發電性能好，在早晚、陰天等弱光條件下仍可發電，前期生產對環境的污染要比晶體硅小。在同樣地理和氣象條件下，全年發電量比晶體硅電池高，但占用的安裝面積會成倍增加。另外，薄膜電池的轉換效率較低（約7%）。在2010年國家能源局280MW光伏電站特許權項目招標中，13個項目僅有一項薄膜電池中標，原因是項目方認為薄膜電池在效率和可靠性方面還有待市場和時間的檢驗[2]。2.3硅異質結光伏電池（HIT）硅異質結光伏電池是采用晶體硅和薄膜硅（或者叫晶體基片和PN型非晶硅）為原料制造的光伏電池，其兼有二者的優點，轉換效率高。像三洋HIT電池板轉換效率為18.9%，組件轉換效率為16.7%，但價格較貴。

3全生命周期的經濟分析

太陽能光伏發電系統在應用時，首先要考慮在全生命周期內的投資、運營及成本回收等問題。通常1kWp光伏發電系統年發電量平均在1000kWh左右，而太陽能光伏電池的壽命為20多年。據有關數據分析：一般太陽能光伏發電系統的總體投資約50元/Wp（在一定條件下政府可以補貼1720元/Wp），目前，總體價格趨于下降。一般系統越大，單位成本價格相對越低。對于不同時間建造的建筑物，由于其功能、定位和重要性不同，最終會導致投資造價的不同。如于2008年7月建成的中新天津生態城服務中心，安裝了60kWp太陽能光伏發電系統并投入使用。而正在建設的中新天津生態城的零能耗展示中心，設計安裝的一套300kWp太陽能光伏發電系統，二者的單位造價顯然是不同的。天津市建筑設計院機電樓（國家二星級綠色建筑）于2010年初建成，安裝了一套3kWp太陽能光伏發電系統，主要用于研究目的。其數據可實時傳輸到樓內的數據采集及展示系統中，而且由于該系統不涉及任何政策補貼和電網因素，因此便于進行分析和比較。系統采用的多晶硅光伏電池組件為KD135GH-2P，三相全數字控制的功率調節器為日本的GS-YUASA，設計壽命>25年，輸出效率不低于94%。預計年發電量為3699度，合計2959元/年（電價按0.8元/kWh），成本回收期為70年左右，遠超設計壽命（未考慮衰減和維護成本）。如果是大容量且有政府補貼等，投資可降至20元/Wp，成本回收期約20年，再有并網和電價補貼，回收期可降為10年左右。太陽能光伏發電系統的成本回收期大約在十年到幾十年不等，主要取決于光伏發電系統的類型和容量、太陽輻射總量、電池材料、運營維護費用以及政府補貼等。太陽能光伏發電系統主要包括：（1）系統設備：光伏電池、逆變器柜、并網柜、并網應急配電柜（如果考慮儲能，還有儲能電池）及相關管理平臺等；（2）系統運營：維護管理、器件更換（含儲能電池）、光伏電池衰減等；（3）其他：政策支持（政府補貼）、并網可行性及上網電價等。總之，如果沒有政府補貼，又不能并網，再加上銀行貸款利息、運營維護費用以及光伏發電系統的正常衰減等因素，那么，全生命周期內的成本回收幾乎不可能。如果再考慮采用晶體硅時的前期生產的能耗和環境污染，意義就更有限了。當然，并非光伏發電系統不可用。從國家層面還是鼓勵使用包括太陽能光伏發電在內的可再生能源的。在國家《可再生能源法》第十七條明確指出：“國家鼓勵單位和個人安裝太陽能熱水系統、太陽能供熱采暖和制冷系統、太陽能光伏發電系統等太陽能利用系統。”因此，在選用時要做好方案比對和技術經濟比較。目前，光伏發電系統的整體價位處于走低趨勢。特別是薄膜電池，隨著相關技術的不斷成熟，生產成本不斷降低，轉換效率的提高，應用前景應該是不錯的。