科进柏诚工程技术（北京）有限公司上海分公司 上海市 200052
摘要：本文结合南京某大型综合体工程实例，主要阐述了现代建筑项目中光伏发电系统电池板选择方案分析及对比，以供日后类似工程参考。
关键词：光伏发电原理；光伏电池板类型；优缺点及成本分析
1项目概况
该工程是位于江苏省南京市秦淮区的某综合体项目，总建筑面积约34.3万平方米，总用地面积25381平方米。该项目包括A地块和B地块：A地块业态为办公楼、商业和酒店式公寓；B地块业态为办公楼、地下车库。根据江苏当地节能要求，该项目拟设置太阳能光伏发电系统供部分负载用电。
1.1设计依据
国家和地方标准
《绿色建筑评价标准》（GB50378-2019）
《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2015）
《江苏省公共建筑节能设计标准》（DGJ32/J96-2010）
1.2当地气象资料
经纬度：南京市（北纬32°00′，东经118°48′）。
太阳辐照量：根据在国家建筑标准设计图集《太阳能集中热水系统选用与安装》（06SS128）中附录一《主要城市各月设计用气象参数》查取结果，南京市（北纬32°00′，东经118°48′）年辐照量资料如下：
年平均气温：15.4℃；
全年日照时数：2049.3h；
全年辐照量：4714.471MJ/（m2•a）；
年日均辐照量：12.898MJ/（m2•d）。
2太阳能光伏发电系统简介
2.1太阳能光伏发电的原理
光伏发电系统主要由光伏单元、汇流排、逆变控制器、直流及交流配电设备、数据采集监控系统以及计量显示系统组成。
通常光伏组件、汇流箱设于屋顶屋面，直流配电柜、逆变控制柜设于屋顶光伏发电机房内。
光伏发电的工作原理如下：光伏太阳能组件把接收的太阳能转化为直流电，然后经汇流排进入逆变控制器，依靠逆变控制器把直流电变为交流电，最后输出的交流电就可以为建筑物内相关负载供电。当光伏太阳能组件由于天气等原因无法产生电能，或者产生的电能不满足所接负载的供电需求时，负载可切换至市电供电。
2.2太阳能电池的类型
太阳能转化为电能的过程中，最重要的是太阳能光伏组件，而光伏组件中最核心的部分即为太阳能电池。因此太阳能光伏发电系统的发展与太阳能电池息息相关，选用何种太阳能电池主要取决于光电转换效率和制造成本。
目前太阳能电池均由硅材料制造而成。下表就市场主流的太阳能电池种类作比较分析：
2.3太阳能电池的成本分析
根据目前市场价格，单晶硅电池和非晶硅电池已经相差无几。但由上表光电转换效率的对比可知，单位面积的单晶硅电池功率是非晶硅电池的1.5-3倍。若光伏发电总输出功率相同的情况下，非晶硅电池所需的面积是单晶硅电池所需面积的1.5-3倍。在实际项目应用中，非晶硅电池将占用更多的建筑物屋顶面积，不利于提高屋面的使用效率。
3结合项目确定光伏发电系统方案
3.1光伏电池板的材料及安装面积选择
本项目的变压器总装机容量为35800kVA，根据江苏省当地节能要求（DGJ32/J 96-2010）设置的太阳能光伏发电系统，由此暂估：
光伏系统装机容量为35800kVA×0.002=71.6kVA=64.4kW（功率因素按0.9）
光伏系统预期年发电量=纬度倾角平面年总辐照量×光伏发电板面积×光电转换效率×综合发电效率
南京当地纬度倾角平面年总辐照量=1100kWh/m2
综合发电效率=80%
综合发电效率取值依据：
综合发电效率=光伏阵列效率×逆变器转换效率×交流并网效率
光伏阵列效率：光伏阵列在1000W/m2太阳辐射强度下实际的直流输出功率与标称功率之比，按86%取值；
逆变器转换效率：逆变器输出的交流电功率与直流输入功率之比，按97%取值；
交流并网效率：指太阳能转化为电能过程中，升压变压器以及交流线缆的损失，按96%取值。
综上所述，综合发电效率=86%×97%×96%=80%。
3.2方案一.单晶硅电池
取晶硅电池平均290W/1.65m2，光电转换效率：21%，造价：6.5元/W，计算：
64.4kW实际需要面积：64.4kW/（0.29kW×1.65m2）=367m2，留出20%的维护通道的条件共需440m2；
光伏系统预期年发电量：67755kWh；
造价估算约：6.5元/Wx64.4kW=41.9万元（光伏发电市场价格波动较大，此造价供参考）
成本回收期=41.9/（67755x0.8216）=7.5年
3.3方案二.多晶硅电池
取晶硅电池平均270W/1.65m2，光电转换效率：17%，造价：5.5元/W，计算：
64.4kW实际需要面积：64.4kW/（0.27kWx1.65m2）=394m2，留出20%的维护通道的条件共473m2；
光伏系统预期年发电为：58912kWh；
造价估算约5.5元/W×64.4kW=35.4万元（光伏发电市场价格波动较大，此造价供参考）
成本回收期=34.5/（58912×0.8216）=7.3年
3.4方案三.非晶硅薄膜电池
薄膜电池分为传统铜、银、锡等非晶硅薄膜电池和多元化合物薄膜电池。本方案多元化合物以碑化镉材料为例进行比较。
1）传统非晶硅薄膜电池
取晶硅电池平均150W/1.65m2，光电转换效率：13%，造价：10元/W计算：
64.4kW实际需要面积64.4kW/（0.15kWx1.65m2）=709m2，留出20%的维护通道的条件共851m2；
光伏系统预期年发电量：81091kWh；
造价估算约10元/W×64.4kW=64.4万元（光伏发电市场价格波动较大，此造价供参考）
成本回收期=64.4/（81091×0.8216）=9.7年
2）碲化镉薄膜电池
取晶硅电池平均85W/0.72m2，光电转换效率：13%，造价：10元/W计算：
64.4kW实际需要面积64.4kW/（0.085kW×0.72m2）=546m2，留出20%的维护通道的条件共655m2；
光伏系统预期年发电量：81091kWh；
造价估算约10元/W×64.4kW=64.4万元（光伏发电市场价格波动较大，此造价供参考）
成本回收期=64.4/（81091×0.8216）=9.7年
可见，两者成本回收期差别不大，但多元化合物产品所需面积小。
3.5三种方案对比表
3.6对比结论
基于以上陈述，光伏发电电量为64.4kW并且可完全用于A地块公区照明。
单晶硅与多晶硅光伏板在面积、造价及成本回收期上差异不大，但多晶硅损耗率高，维修次数多。因此在今后设计太阳能光伏发电系统时，建议将单晶硅光伏电池板作为首选方案。若建筑条件有限，可采用薄膜电池作为备用方案。
在今后的项目设计中，若需要设置太阳能光伏发电系统的话，我们应充分考虑并且合理选择太阳能电池的类型。这样将降低光伏发电系统的投资成本，并提高光伏发电系统的效率及屋面使用率。
4结语
在现今社会发展过程中，煤炭、石油等传统能源已面临枯竭危险，且不可再生。同时，传统能源的使用也为地球造成了不可避免的污染和环境问题。太阳能作为世界上最清洁的能源之一，有着无污染、无噪音、无枯竭危险等许许多多优势。利用好太阳能这个新能源，势必是我们可持续发展过程中必不可少的一环。愿我们在今后设计太阳能光伏发电系统时也能以此为初心，为地球的绿色环保事业献上自己的一份力量！
参考文献：
[1]《民用建筑光伏系统应用技术规范》JGJ203-2010
[2]《江苏省公共建筑节能设计标准》DGJ32/96-2010
[3]沈辉，曾祖勤. 太阳能光伏发电技术[M]．北京：化学工业出版社，2009
[4]冯垛生. 太阳能发电原理与应用[M]．北京：人民邮电出版社，2009
[5]刘寄声，太阳电池技术问答[M]．北京：化学工业出版社，2009