引言
當(dāng)前我國(guó)正面臨著一場(chǎng)能源危機(jī)，需要大量的可再生能源作為常規(guī)能源的補(bǔ)充。相比其他可再生能源，光伏發(fā)電的利用最為方便。目前國(guó)際上有許多國(guó)家都在對(duì)光伏發(fā)電進(jìn)行研究，包括光伏屋頂、光伏電站等，近年來(lái)，國(guó)家和地方政府出臺(tái)大量政策扶持光伏產(chǎn)業(yè)，特別是居民光伏屋頂?shù)捻?xiàng)目，光伏發(fā)電正在飛速發(fā)展?？梢灶A(yù)見(jiàn)，在不久的未來(lái)，光伏發(fā)電將作為一種分散的電源輸入電網(wǎng)，取代部分常規(guī)能源。
1.光伏發(fā)電原理及特性
1.1太陽(yáng)能光伏發(fā)電原理
目前，太陽(yáng)能光伏面板主要分為多晶硅、單晶硅和薄膜三種類型。光伏面板表面有一層金屬薄膜似的半導(dǎo)體薄片，當(dāng)太陽(yáng)光照射時(shí)，薄片的另一側(cè)和金屬薄膜之間將產(chǎn)生一定的電壓，這一現(xiàn)象稱為光伏效應(yīng)。
以硅半導(dǎo)體為例，對(duì)太陽(yáng)能光伏電池的工作原理加以說(shuō)明。 當(dāng)N型硅和P型硅結(jié)合時(shí)，N型區(qū)的電子擴(kuò)散到P型區(qū)，P型區(qū)的空穴擴(kuò)散到N型區(qū)，此時(shí)，P型帶正電，N型帶負(fù)電，在硅半導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生電場(chǎng)。 當(dāng)太陽(yáng)光照在半導(dǎo)體P-N結(jié)上時(shí)，形成新的空穴-電子對(duì)，在P-N結(jié)電場(chǎng)的作用下，空穴由N型區(qū)流向P型區(qū)，電子由P型區(qū)流向N型區(qū)，當(dāng)接通電路后就形成電流。
1.2光伏電池的特性
(1)波長(zhǎng)0.45μm的藍(lán)光擁有高吸收率，為105cm-1，也因此它在非?？拷敹吮砻嫣幈晃铡?nbsp; (2) 波長(zhǎng)0.8μm的紅光的吸收率103cm-1，因此其吸收長(zhǎng)度更深一些。 (3) 1.1μm紅外光的吸收率為103cm-1，但是它幾乎不被吸收因?yàn)樗哪芰拷咏诠璨牧系慕麕挾取?br>2.光伏屋頂系統(tǒng)的應(yīng)用
2.1光伏與建筑的結(jié)合有如下兩種方式
一種是建筑與光伏系統(tǒng)相結(jié)合，把封裝好的的光伏組件（平板或曲面板）安裝在居民住宅或建筑物的屋頂上，組成光伏發(fā)電系統(tǒng)。 另外一種是建筑與光伏器件相結(jié)合，是將光伏器件與建筑材料集成化，即光伏建筑一體化，如將太陽(yáng)能光伏電池制作成光伏玻璃幕墻、太陽(yáng)能電池瓦、太陽(yáng)能防水卷材等。
3.5KW屋頂光伏電站年發(fā)電量計(jì)算（以肇慶為例）：
3.1 5KW屋頂光伏電站所需電池板面積
一塊235W的多晶電池板面積1.65×0.992=1.6368㎡ 5KW需要5000/235=21.27塊電池，電池板總面積1.6368×21.27=35㎡
3.2年平均太陽(yáng)輻射總量計(jì)算（表1）
表1 肇慶傾角等于當(dāng)?shù)鼐暥刃泵嫔系奶?yáng)總輻射月平均日輻照量H
由于太陽(yáng)能電池組件鋪設(shè)斜度正好與當(dāng)?shù)鼐暥认嗤栽谟?jì)算輻照量時(shí)可以直接采用表中所列數(shù)據(jù)(2月份以28天記)。 結(jié)算結(jié)果為55555.339 MJ/(m2·a)
3.3理論年發(fā)電量計(jì)算
理論年發(fā)電量=年平均太陽(yáng)輻射總量×電池總面積×光電轉(zhuǎn)換效率=5555.339×35×17.5% =34026.5MJ=34026.5×0.28KWH=9527.41KWH
=9527度 注：主流光伏面板的光電轉(zhuǎn)換效率平均為17.5%；
1MJ=0.28KWH。
3.4實(shí)際年發(fā)電量計(jì)算
（1）太陽(yáng)電池板輸出的直流功率是太陽(yáng)電池板的標(biāo)稱功率。在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的太陽(yáng)電池板往往達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件，輸出的允許偏差是5％，因此，在分析太陽(yáng)電池板輸出功率時(shí)要考慮到0.95的影響系數(shù)。 （2）隨著光伏組件溫度的升高，組f：l二輸出的功率就會(huì)下降。對(duì)于晶體硅組件，當(dāng)光伏組件內(nèi)部的溫度達(dá)到50-75℃時(shí)，它的輸出功率降為額定時(shí)的8 9％，在分析太陽(yáng)電池板輸出功率時(shí)要考慮到0.89的影響系數(shù)。
（3）光伏組件表面灰塵的累積，會(huì)影響輻射到電池板表面的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度，同樣會(huì)影響太陽(yáng)電池板的輸出功率。據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，此因素會(huì)對(duì)光伏組件的輸出產(chǎn)生7％的影響，在分析太陽(yáng)電池板輸出功率時(shí)要考慮到0.93的影響系數(shù)。隨著另外，還有光伏組件的不匹配性和面板間連線損失等，這些因素影響太陽(yáng)電池板輸出功率的系數(shù)按0.95計(jì)算。并網(wǎng)光伏電站考慮安裝角度因素折算后的效率為0.88。 所以實(shí)際發(fā)電效率為：0.95×0.89×0.93×0.95 ×0.88=65.7％
3.5 5KW系統(tǒng)實(shí)際年發(fā)電量
實(shí)際年發(fā)電量=理論年發(fā)電量×實(shí)際發(fā)電效率
=9527×65.7% =6259度 4.投資收益分析：
目前，每千瓦的電池組件占地面積在10m2 左右，電站設(shè)備投資成本約為8至12元/kW，假設(shè)一個(gè)5kW規(guī)模的家庭式光伏電站，總投資6萬(wàn)元左右，占地面積約40至50 m2 ，一年發(fā)電量6259KWH。每年自發(fā)自用電量10KWH/天×365天=3650KWH
投資收益如下：
（1）政府補(bǔ)貼：0.42元/KWH×6259KWH=2628.78元 ；
（2）節(jié)省電費(fèi)：0.7元/KWH × 3650KWH = 2555元（肇慶地區(qū)居民第一階梯電價(jià)為0.7元/KWH）；
（3）售電收益：0.4505元/KWH × （6259-3650）KWH = 1175.35元（廣東地區(qū)燃燒標(biāo)桿電價(jià)為0.4505元/KWH）；
（4）收益合計(jì)：6359.13元。
回本時(shí)間：60000 元÷6359.13元＝9.4年，即收回成本時(shí)間約9年半。如考慮設(shè)備檢修維護(hù)成本，回收時(shí)間約10年。
從以上成本分析看出，政府補(bǔ)貼占總收益的41%，如果缺少補(bǔ)貼，回收周期長(zhǎng)達(dá)16年，將極大的打擊投資積極性。另外，售電收益也受到政策制約，近年來(lái)，由于受燃煤價(jià)格的影響，標(biāo)桿電價(jià)呈下降趨勢(shì)，也將影響光伏發(fā)電的收益。同時(shí)，選購(gòu)光伏設(shè)備時(shí)也應(yīng)注意產(chǎn)品質(zhì)量，避免后期發(fā)生大額維護(hù)費(fèi)用。
5. 結(jié)束語(yǔ)
太陽(yáng)能屋頂光伏發(fā)電工程對(duì)于優(yōu)化能源戰(zhàn)略、改善電源結(jié)構(gòu)、提高電源保障、節(jié)能減排、提高環(huán)境質(zhì)量是非常有利的。本文對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電原理及特性進(jìn)行探討，為今后開(kāi)展屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考。此外通過(guò)肇慶實(shí)例對(duì)投資經(jīng)濟(jì)效益的分析可以看出，雖然屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)的一次投資比較大，但是能享受政府投資補(bǔ)貼的優(yōu)惠政策，同時(shí)，光伏發(fā)電可以減輕礦物能源燃燒給環(huán)境造成的污染，帶來(lái)巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
