1概述

目前，全國各地已有不少太陽能光伏發(fā)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(tài)城等。太陽能光伏發(fā)電是一種優(yōu)質(zhì)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(qū)域，設(shè)置太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是非常必要的。本文主要論述的是民用建筑太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容，不涉及大型光伏電站。近年來，在公共建筑上設(shè)立太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)似乎已成為綠色建筑的標(biāo)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(fā)電是一種很好的可再生能源，但在目前的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件下，許多城市在建筑物上設(shè)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，是否真正發(fā)揮了其效能，推動了建筑節(jié)能的發(fā)展，還有待進(jìn)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(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》JGJ203-2010中，也未給出選取的標(biāo)準(zhǔn)和方法。在具體工程中，更多的是依據(jù)甲方的需求和綠色建筑的需要設(shè)置太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。本文試圖對民用建筑應(yīng)用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)所遇到的一些問題給予簡要說明，以使太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的選擇和使用更具科學(xué)性和合理性。

2光伏電池

光伏電池是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)最重要、也是最基本的器件。目前已經(jīng)商業(yè)化批量生產(chǎn)和規(guī)模化應(yīng)用的光伏電池有：晶體硅光伏電池、薄膜光伏電池和硅異質(zhì)結(jié)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(zhuǎn)換效率可達(dá)15%左右，其單位面積上發(fā)電功率高且發(fā)電性能穩(wěn)定，少有光衰效應(yīng)。但其生產(chǎn)能耗較大，其能耗的75.8%來自多晶硅生產(chǎn)（包括原料工業(yè)硅的生產(chǎn)能耗）。如果按照等效電法對生產(chǎn)過程各種能耗進(jìn)行分析，我國生產(chǎn)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(chǎn)1kWp光伏板需要41005100kWh等效電，生產(chǎn)1kWp光伏發(fā)電系統(tǒng)平均需要54006700kWh等效電[1]。國內(nèi)現(xiàn)有的多晶硅廠絕大部分采用改良西門子法——閉環(huán)式三氯氫硅氫還原法生產(chǎn)多晶硅，它是當(dāng)前成熟的多晶硅生產(chǎn)工藝。但最核心的硅提純等工藝技術(shù)（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(fā)達(dá)國家手中。從石英石中提取工業(yè)硅需要消耗大量的能源，不僅提煉成本高，而且環(huán)境污染嚴(yán)重。我國光伏產(chǎn)業(yè)很可能會成為世界太陽能產(chǎn)業(yè)的“制造工廠”、發(fā)達(dá)國家污染和能耗的轉(zhuǎn)移地。2011年1月，工信部、發(fā)改委和環(huán)保部聯(lián)合下發(fā)了《多晶硅行業(yè)準(zhǔn)入條件》工聯(lián)電子[2010]137號文，對多晶硅生產(chǎn)規(guī)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(chǎn)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(chǎn)設(shè)備相對昂貴，主要是從國外引進(jìn)。與國外合作研發(fā)的設(shè)備，成本相對會低許多，但技術(shù)上有待進(jìn)一步提高，以確保薄膜電池在長時間使用過程中的穩(wěn)定性。薄膜電池是將光伏發(fā)電與建筑相結(jié)合的應(yīng)用形式。它既是具有建筑功能的發(fā)電裝置，又是具有發(fā)電功能的建筑構(gòu)件。因此，有利于實現(xiàn)太陽能光伏建筑一體化（BIPV-BuildingIntegratedPhotovoltaics）。薄膜電池透光性和弱光發(fā)電性能好，在早晚、陰天等弱光條件下仍可發(fā)電，前期生產(chǎn)對環(huán)境的污染要比晶體硅小。在同樣地理和氣象條件下，全年發(fā)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(zhuǎn)換效率較低（約7%）。在2010年國家能源局280MW光伏電站特許權(quán)項目招標(biāo)中，13個項目僅有一項薄膜電池中標(biāo)，原因是項目方認(rèn)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(zhì)結(jié)光伏電池（HIT）硅異質(zhì)結(jié)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(yōu)點，轉(zhuǎn)換效率高。像三洋HIT電池板轉(zhuǎn)換效率為18.9%，組件轉(zhuǎn)換效率為16.7%，但價格較貴。

3全生命周期的經(jīng)濟(jì)分析

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在應(yīng)用時，首先要考慮在全生命周期內(nèi)的投資、運營及成本回收等問題。通常1kWp光伏發(fā)電系統(tǒng)年發(fā)電量平均在1000kWh左右，而太陽能光伏電池的壽命為20多年。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)分析：一般太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)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(tǒng)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(dǎo)致投資造價的不同。如于2008年7月建成的中新天津生態(tài)城服務(wù)中心，安裝了60kWp太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)并投入使用。而正在建設(shè)的中新天津生態(tài)城的零能耗展示中心，設(shè)計安裝的一套300kWp太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，二者的單位造價顯然是不同的。天津市建筑設(shè)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(fā)電系統(tǒng)，主要用于研究目的。其數(shù)據(jù)可實時傳輸?shù)綐莾?nèi)的數(shù)據(jù)采集及展示系統(tǒng)中，而且由于該系統(tǒng)不涉及任何政策補貼和電網(wǎng)因素，因此便于進(jìn)行分析和比較。系統(tǒng)采用的多晶硅光伏電池組件為KD135GH-2P，三相全數(shù)字控制的功率調(diào)節(jié)器為日本的GS-YUASA，設(shè)計壽命>25年，輸出效率不低于94%。預(yù)計年發(fā)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(yuǎn)超設(shè)計壽命（未考慮衰減和維護(hù)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(wǎng)和電價補貼，回收期可降為10年左右。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)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(fā)電系統(tǒng)的類型和容量、太陽輻射總量、電池材料、運營維護(hù)費用以及政府補貼等。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要包括：（1）系統(tǒng)設(shè)備：光伏電池、逆變器柜、并網(wǎng)柜、并網(wǎng)應(yīng)急配電柜（如果考慮儲能，還有儲能電池）及相關(guān)管理平臺等；（2）系統(tǒng)運營：維護(hù)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(wǎng)可行性及上網(wǎng)電價等。總之，如果沒有政府補貼，又不能并網(wǎng)，再加上銀行貸款利息、運營維護(hù)費用以及光伏發(fā)電系統(tǒng)的正常衰減等因素，那么，全生命周期內(nèi)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(chǎn)的能耗和環(huán)境污染，意義就更有限了。當(dāng)然，并非光伏發(fā)電系統(tǒng)不可用。從國家層面還是鼓勵使用包括太陽能光伏發(fā)電在內(nèi)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(tǒng)、太陽能供熱采暖和制冷系統(tǒng)、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)等太陽能利用系統(tǒng)。”因此，在選用時要做好方案比對和技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。目前，光伏發(fā)電系統(tǒng)的整體價位處于走低趨勢。特別是薄膜電池，隨著相關(guān)技術(shù)的不斷成熟，生產(chǎn)成本不斷降低，轉(zhuǎn)換效率的提高，應(yīng)用前景應(yīng)該是不錯的。