光伏

光伏，即光伏發電系統，是利用半導體材料的光伏效應，將太陽輻射能轉化為電能的一種發電系統。光伏發電系統的能量來源於取之不盡、用之不竭的太陽能，是一種清潔、安全和可再生的能源。光伏發電過程不污染環境，不破壞生態。 ^[11] 

光伏發電系統分為獨立光伏系統和併網光伏系統。光伏發電系統是由太陽能電池方陣、蓄電池組、充放電控制器、逆變器、交流配電櫃、太陽跟蹤控制系統等設備組成。 ^[11] 

海因裏希・赫茲於1887年首次發現光電效應，阿爾伯特・愛因斯坦在1905年解釋了這一現象。光伏(PV)系統正是利用半導體材料的光電效應，直接將光轉換為電能。半導體的成分和光伏設備接收的有效太陽輻射的強度和波長都會影響光伏設備的發電量(赫茲，1887；愛因斯坦，1905)。1954年，貝爾實驗室的3位研究人員研製出首個實用的“太陽能電池”。該電池可將6％的入射太陽能轉換為電能(Pedin，2004)。隨着研發不斷取得進展，光伏裝置的轉換效率也隨之提高。 ^[1] 

太陽能光伏發電系統按與電力系統的關係可分為兩大類：獨立光伏發電系統(Stand-alone PV System)和併網光伏發電系統(Grid-connected PV System)。 ^[2] 

獨立光伏發電系統由太陽能光伏陣列、蓄電池組、充電控制器、電力電子變換器(逆變器)、負載等組成。其工作原理是，太陽輻射能量經過光伏陣列首先被轉換成電能，然後由電力電子變換器變換後給負載供電。同時將多餘的電能經過充電控制器後以化學能的形式儲存在儲能裝置中。這樣在日照不足時，儲存在電池中的能量就可經過電力電子逆變器、濾波和工頻變壓器升壓後變成交流220V、50 Hz的電能供交流負載使用。太陽能發電的特點是白天發電，而負載往往卻是全天候用電，因此在獨立光伏發電系統中儲能元件必不可少，工程上使用的儲能元件主要是蓄電池。 ^[2] 

併網光伏發電系統由光伏陣列、高頻DC/DC升壓電路、電力電子變換器(逆變器)和系統監控部分組成。其工作原理是，太陽輻射能量經過光伏陣列轉換後，再經高頻直流變換後變成高壓直流電，然後經過電力電子逆變器逆變後向電網輸出與電網電壓相頻一致的正弦交流電流。 ^[2] 

以上兩種光伏發電系統的最大區別就在於，併網光伏發電系統直接與電網相連接，因而光伏陣列的電量盈餘與並聯電網可以實行互補，省去了獨立光伏發電系統中必需的蓄電池等儲能元件，不僅降低了系統成本，而且保證了系統的可靠性。同時，夏天太陽輻射強度大，光伏系統發電量多，可以對夏天電網的峯荷起到調節作用。隨着近年來太陽能光伏發電的大規模應用以及太陽能電池組件價格的迅速下降，併網系統無疑將得到更為廣泛的應用。 ^[2] 

典型的太陽能光伏發電系統由太陽能電池陣列(組件)、電纜、電力電子變換器(逆變器)、儲能裝置(蓄電池)、負載即用户等構成，如圖1所示。其中，太陽能電池陣列和儲能裝置為電源系統，控制器和電力電子變換器為控制保護系統，負載為系統終端。 ^[2] 

用於光電轉換的最小單元是太陽能電池單體。它的尺寸為4~100cm²，工作電壓為0.45~0.50V，工作電流為20~25mA/cm²，因而不能單獨作為電源使用。在光伏發電系統中，需要將太陽能電池單體進行串聯、並聯和封裝，形成太陽能電池組件。它的功率可以從幾瓦到幾百瓦，可以單獨作為電源使用。太陽能電池陣列則是將太陽能電池組件經過串聯、並聯後並裝在支架上，它可以輸出幾百瓦、幾千瓦甚至更大的功率，是光伏發電系統的電能產生器。 ^[2] 

太陽能電池方陣的框架應該儘量堅固，要有足夠的硬度。同時重量要輕。安裝太陽能電池方陣時要使用具有一定強度且有利於固定和支撐的金屬支架，在沙漠、沿海、極地、高山、風口等一些地理環境比較惡劣或氣候條件比較複雜的地區，太陽能電池方陣的支架要採用一些附加措施使其能夠承受大風和冰雪堆積物的附加重量，避免因為自然的、人為的和一些大動物的破壞而坍塌。 ^[2] 

一般來説，太陽能電池方陣的安裝形式有以下三種：安裝在地面上、安裝在柱上、安裝在屋頂上。具體採用哪一種安裝形式又要受到一些具體因素影響，渚如可利用空間大小、方陣尺寸、採光條件、風負載、視覺效果及安裝難度、破壞和盜竊問題等。在上述幾種安裝形式中，首選的是安裝在地面上，因為它具有簡單易行的特點。而安裝在柱子上面的難度受電池板離地面高度的影響。而安裝在屋頂上的難度則由屋頂是否陡峭而定，在比較陡的屋頂上工作不僅耗時費力，而且非常危險。在安裝過程中，尤其要避免對電池板電氣性能造成損傷，為此太陽能電池板的表面應該覆蓋，減小損傷的概率。還可以在光伏電站周圍修建圍牆，使動物無法靠近設備．以此保證系統安全。同時，安裝的太陽能電池板應該面向中午的太陽，而不要對着指南針的方向，這一點在相關資料中都有説明。另外太陽電池板與水平面的傾角要大於10°。這樣可使落在太陽能電池板上的雨水很快地滑落到地面上，從而保持電池板表面的清潔。 ^[2] 

太陽電池組件種類繁多，根據太陽能電池片的類型可分為：單晶硅組件、多晶硅組件、砷化鎵組件、非晶硅薄膜電池組件等，其中晶體硅(包括單晶硅和多品硅)太陽能電池組件約佔市場的80%~90%。晶體硅的封裝材料與工藝也有所不同，主要分為環氧樹脂膠封、層壓封裝硅膠封裝等。目前用得最多的是真空層壓封裝方式，這種封裝方式適宜於大面積電池片的工業化封裝。 ^[3] 

獨立光伏發電系統是依靠蓄電池來儲存多餘的電能，因此蓄電池在獨立光伏發電系統中佔有重要地位。隨着太陽能電池組件售價的下降，蓄電池的費用在系統總投資中所佔比重將會逐漸增加。另外，在獨立光伏發電系統的運行中，由於蓄電池故障而影響系統正常工作的情況更會佔有很大比例。所以，在系統設計時，選擇適當的蓄電池類型，確定合適的蓄電池容量，精確地實施安裝、操作，精心維護, 對於獨立太陽能光伏發電系統的正常運行十分重要。 ^[2] 

目前光伏系統中常用的蓄電池種類很多，其中應用廣泛的主要有普通鉛酸蓄電池、鹼性鎳鉻蓄電池和鉛酸免維護蓄電池三種。普通鉛酸蓄電池因對環境污染較大且要求有一定的維護，主要用在一些有維護能力的低檔場合使用。鹼性鎳鉻蓄電池的待點是有較好的低温、過充及過放性能，但缺點是價格較髙，一般用於較為特殊的場合。國內現階段使用最多的蓄電池為鉛酸免維護蓄電池，它的免維護特性使得其維護保養簡單方便、性能可靠，同時對環境污染較少，很適合用於對性能可靠性要求很高的太陽能發電系統，如無人值守的工作站等場合。 ^[2] 

太陽能電池陣列在陽光照射下產生的是直流電，然而日常生活中的常用負載 大多需要以交流電源供電，如日光燈、電視機、電冰箱、電風扇、空調等，絕大多數動力機械也是如此。因此需要一種把直流轉換為交流的裝置，這就是逆變器。光伏發電系統中的逆變器是一種變流電路，其作用是把太陽能電池陣列所發出的直流電轉換為各種不同要求頻率和電壓值的交流電。逆變具體又可分為無源和有源兩種，無源逆變是指直流電經過逆變將能量直接供給負載使用，有源逆變則是指直流電經過逆變向交流電源供電。直流變交流的必要性還體現在當供電系統需要升高或降低電壓時，交流系統只需加一個變壓器即可，而在直流系統中技術與裝置就要複雜得多。因此，除特殊用户外，在光伏發電系統中都需要配備逆變器。此外，逆變器還具有自動調壓或手動調壓功能，可改善光伏發電系統的供電質量。顯而易 見，逆變器是光伏發電系統中不可缺少的重要配套設備。 ^[2] 

1)運行可靠：即使在惡劣的環境和氣候條件下也可正常供電。 ^[4] 

2)壽命長：晶體硅組件壽命通常在25年以上，非晶硅組件壽命通常在20年以上。 ^[4] 

3)維護費用低：建成後只需少量工作人員，對系統進行定期檢查和維護，相比較而言，常規發電站維護費用很大。 ^[4] 

4)天然能源：能源是取之不盡、用之不竭的太陽能，無需能源費用。 ^[4] 

5)無噪聲污染：整個系統無機械運動部件，不產生噪聲。 ^[4] 

6)模塊化：根據需要選擇系統容量，安裝靈活、方便，擴容很簡便。 ^[4] 

7)安全：系統內無易燃物品，安全性能高。 ^[4] 

8)自主供電：可離網運行，獨立供電，可不受公用電網的影響。 ^[4] 

9)分佈式發電：可建設分散的光伏電站，減少對公用電網的影響及危害。 ^[4] 

10)高海拔性：在海拔高、日照強的地區，更能增加系統的輸出功率。（相比光伏發電高海拔地區，由於氣壓低，柴油發電機效率降低，輸出功率減少。） ^[4] 

1)初投資費用高：由於初投資高，需進行單個系統的經濟性評估及多種方案比較。如果初投資減少，常規燃料成本上升，則光伏系統將更具有競爭力。 ^[4] 

2)日照不穩定：天氣對任何太陽能系統的功率輸出都有很大影響。氣候或場地條件變化時，系統設計也要隨之改變。 ^[4] 

3)需儲能裝置（獨立系統）：光伏發電系統當夜晚時，沒有陽光不能發電，需增加蓄電池儲能設備，從而增加了系統規模、成本及維護工作量。 ^[4] 

4)效率有待改進：從投資的有效性出發，要求高效率的使用光伏系統資源。用户須使用高效率的負載設備。 ^[4] 

5)需技術培訓：光伏系統使用了很多人們不熟悉的新技術，因此，用户在運行光伏系統前，都需要經過技術培訓。 ^[4] 

除了傳統思維中的太陽能電廠和分佈式屋頂光伏，光伏還可以應用於多種多樣的場景，比如建築、農業、漁業、公共設施、景觀建設等。這些複合和跨界模式一方面使得光伏建設項目在清潔發電的同時能夠兼顧經濟發展和生態保護；另一方面，這種對空間高效集約利用的模式有助於新能源開發項目獲得建設所需的土地資源。 ^[9] 

據《聯合國防治荒漠化公約》統計，全球處於超乾旱以及乾旱的土地面積約為25500平方千米，佔全球陸地表面的17.2%。而且，每年沙漠的面積還在不斷擴大。土地退化中和（Land Degradation Neutrality, LDN）和退化土地生態修復一直以來都是地球面臨的重要課題。荒漠化土地雖然有待修復，但也提供了大量的土地資源，因此，將荒漠化土地生態修復與光伏建設相結合將帶來多方面的收益。荒漠上的太陽能面板不僅可以供電，還可以減少地面受到的日照輻射和水分蒸發量。清洗電池板時噴灑的水分，提高了土壤表層的含水量，促進了植被的生長和恢復。在荒漠上的太陽能電站能促進土壤的碳固定、植物的定植，提高生物多樣性並恢復土壤活性，進而利於蓄水保土、阻風固沙、調節氣候、改善生態環境等。對於土地所有者來説，在25年的光伏電站運營週期後，將獲得植被覆蓋率更高、土壤更健康、土地生產力更高的優質土地以及使用期間的土地租賃收益。 ^[9] 

目前，巴基斯坦、埃及等國，中國內蒙古、山西、青海、寧夏等地都有這樣的“光伏＋土地生態修復”的項目。以青海共和盆地的生態修復項目為例，這個850兆瓦的項目佔地54平方千米，建設光伏電站後，光伏板下和板間土地植被覆蓋率顯著提升，植被覆蓋度增加15%；光伏水泵灌溉地區的植被覆蓋率也顯著提升。光伏板下10釐米、20釐米、40釐米處，土壤含水量分別增加78%、43%、40%。夏季土壤有機質含量比上年增加11.6倍，氮含量比上年增加11.3倍，土壤微生物增加，進而提高了土地生產力。光伏發電降低了約120萬噸碳排放，植被和土壤有機碳也形成了一定程度的碳沉積。電站場區對局地氣候有明顯調節作用：光伏園區內風速比園區外降低了40.3%；空氣相對濕度比園區外高2.8%。對土壤温度也有調節作用。 ^[9] 

歐洲最大的能源消費來自建築行業，消耗了約40%的能源，並排放了約36%的温室氣體。目前，歐盟幾乎75%的建築物是低能效建築，如對現有建築物進行能源改造可以節省大量能源，有望使歐盟的總能耗降低5%～6%，並將二氧化碳排放降低5%。歐洲目前大範圍推廣光伏建築一體化項目。結合建築進行光伏建設可以減少對土地資源的消耗。歐洲各國在進行“光伏＋建築”項目建設時會首先對可用建築面積進行估算，以便最大限度地利用建築面積。從巴黎都會區大規模實際部署光伏的結果來看，由於遮蓋了屋頂，太陽能電池板會使家庭冬季取暖的需求增加3%，但是在夏季，這種遮蓋可減少12%的空調用能。 ^[9] 

列支敦士登是一個非常典型的受益於建築光伏的國家。這個國家位於瑞士與奧地利兩國之間，面積僅為160.5平方千米，只有38244人。列支敦士登土地狹小並且人口稀少，人均能耗高、人均用電量高、能源自給率低，但是它卻是世界上第一個被允許稱為“能源大國”的國家。從人均光伏的角度來看，2015年列支敦士登超過了原排名第一（人均裝機容量為473瓦）的德國，以532瓦的人均裝機容量被Solar Super State協會授予“人均光伏冠軍”的稱號。值得注意的是，這個國家所有光伏項目都在建築上。在列支敦士登光照資源條件下，面積為40～50平方米的現代光伏系統可大致滿足四口之家的用電量，可以持續發電約25年，幫助列支敦士登居民用電實現自給自足，並能夠向工業提供一部分電力。2020年5月10日，列支敦士登的本國發電功率超過了該國用電負荷，這是該國曆史上首次不需要任何外部能源，完全自給自足地完成了整個國家的電力運行。雖然這是一個特殊時期的偶發事件，但是也表現出國家依靠建築光伏實現能源獨立的可能。目前該國公開的能源規劃是在2030年達成人均光伏2.2千瓦，2050年至少到4.5千瓦。這些光伏依然全部規劃在建築上，建築光伏在該國的地位進一步得到鞏固。 ^[9] 

“光伏＋農業”即在同一片土地同時開展支架型光伏發電與農業生產活動。全球農業用地面積約為5億平方千米，佔全球陸地面積的38%。其中約1/3為耕地，其餘2/3為草地和牧場。農業用地佔有大量的土地資源，這些土地是否可以作為光伏建設的可用面積，一直以來飽受爭議。為此，歐洲最大的太陽能研究機構——德國弗勞恩霍夫太陽能系統研究所（Fraunhofer ISE）於2015年啓動農光一體研究項目APV—RESOLA，測試光伏板對冬小麥、芹菜、土豆等不同作物產量的影響。對照實驗表明，將光伏與土豆種植相結合，每公頃土豆增產3%，農用土地通過光伏額外產出83%的綠色電力，土地綜合利用率提升86%。該成果已於2020年10月在由德國弗勞恩霍夫太陽能系統研究所主辦的國際農業光伏大會AgriVoltaics上發佈。“光伏＋農業”這一模式，將光伏板清潔與農田灌溉相結合，能夠提高水資源利用效率，光伏板也能起到減弱正午過強光照對農作物的不利影響和減少水分蒸發的作用。基於農光一體設施，可以選育適宜作物，進行合理灌溉。光伏供電的智能系統還可以保障農業生產工藝流程，實現“光伏大棚＋智慧種植”，提高農業經濟和質量。“光伏＋農業”模式解決了光伏建設與農業生產爭地的問題，並通過光伏建設中的一些干預措施在儘量確保光伏發電量的同時增加農作物的產量，實現土地複合利用。 ^[9] 

以位於寧夏黃河東岸的農光互補光伏電站為例，寧夏黃河東岸曾是荒漠化最為嚴重的土地之一，平均海拔為1200米，年最大降水量為273毫米，年蒸發量為2722毫米，漫天黃沙，塵土飛揚。開發公司對16萬畝（約10666公頃）荒漠化的土地進行生態治理，建設農光互補電站，規劃建設3GWp光伏發電，已建成併網1GWp光伏。同時開展優質有機枸杞的“種植—研發—加工—銷售”綠色產業鏈，為當地3萬貧困人口提供了就業機會。光伏組件減少了輻射強度，“光伏＋農業”使得枸杞的開花季比當地同類枸杞長了5個星期，產量增加了29%。 ^[9] 

“光伏＋漁業”是指建設基台在水面的光伏電站，發電的同時在光伏板下發展漁業，是一種空間資源複合利用的多重發展模式。對水產品來説：第一，光伏組件的冷卻作用和遮光作用可以降低水產品睡眠温度，減少水分蒸發，提高魚蝦蟹存活率，減少藻類侵入；第二，光伏供能的智能系統能有效控制養殖水體條件，例如水温和pH；也能實現節水循環，池底排污、殺菌增氧和遠程檢測，創造了更好的生態環境，持續提升水產品的產量和質量。對於發電運營和節能減排來説：光伏驅動漁業零污染，減少粉塵、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物排放；水面光伏電站還能避免火災、動物啃咬電纜等情況對電站造成的破壞。漁業增產和節能減排同時實現，能極大提高單位面積土地的經濟價值。 ^[9] 

以江蘇漁光一體項目的數據來看，漁光一體草魚池塘畝產量達到35550～39705千克/公頃，遠高於當地常規池塘平均水平（18750千克/公頃）。339畝養殖水面安裝50%～75%光伏組件，建立10兆瓦漁光一體池塘，一年共發電1300萬千瓦時，年畝發電3.83萬千瓦時，平均月畝發電3196千瓦時。魚菜（稻）共生，採用水稻、空心菜進行生物處理，累計產出水稻總量為194.48千克，空心菜總量為3529千克，共計吸收氮元素161.99千克、磷元素27.63千克、鉀元素202.44千克，並實現產值附加近4000元，利潤3000餘元。利用物理、生物淨化和養殖技術的有機結合，做到“以魚養水、以草淨水”，有效控制了水產養殖內外源性污染問題，對SS降解率達80%以上，對COD、TN、TP降解率90%以上，淨化後水質符合《淡水池塘養殖水排放要求》（SC/T9101—2007）一級標準。 ^[9] 

路側光伏是利用高速公路及鐵路兩側土地建設光伏電站的一種光伏建設形式。鐵路和高速公路沿線的土地常年受到噪聲和尾氣的污染，這類地帶農業經濟性較差，如果建造地面光伏系統反而可以減少其他地方的土地消耗和對景觀的干預。 ^[9] 

德國公路兩側有非常多的窄條狀光伏電站。德國地面光伏電站中12%是位於公路和鐵路兩側110米內的地帶。圖林根州500千米高速公路110米沿線上的太陽能安裝潛力總計可達1.8吉瓦。以德國巴伐利亞州代根多夫市B8聯邦公路以南Photovoltaik Kainzenstadelfeld項目為例，它的總面積約為2萬平方米，光伏設施佔地面積為13992平方米，光伏板數量為2829塊，預計年度發電量為1121.4千瓦時，景觀補償係數為0.2（景觀補償：聯邦自然保護法和建築法規指出“對自然和景觀的干預活動，即對自然平衡或景觀的性能和功能造成影響的行為”），景觀補償面積為2298平方米。 ^[9] 

另外，美國的研究顯示太陽能組件周圍是適合授粉類植物種植的理想場所，種植效果更好，還可以為授粉媒介（如蜜蜂）提供食物和庇護所。授粉類昆蟲新棲息地的建立會對光伏電站附近的收成產生積極影響，因為定居在光伏電站中的蜜蜂（昆蟲）會飛向周圍耕地，促進農田授粉，使農民從中受益。將授粉友好型植物與靠近農業地點的路側光伏項目結合起來，可以形成清潔能源，農業以及生物多樣性的“三贏”局面。 ^[9] 

在20世紀80年代，光伏地面系統除大量用於偏僻無電地區、遊牧家庭、航海燈塔、孤島居民供電以及某些特殊領域外，已開始進入一般單獨用户、聯網用户和商業建築。進入90年代後，隨着常規能源的日益枯竭而引起的發電成本上升和人們環境意識的日益增強，一些國家紛紛開始實施、推廣光伏建築一體化(BIPV)系統。中國人口眾多，人口密度大，BIPV系統將建築與光伏系統或光伏組件相結合，不僅可以節省光伏發電系統的佔地面積，而且可以降低其成本，符合中國的國情，因此在中國有很廣闊的發展空間。 ^[5] 

2021年6月，國家能源局綜合司下發《關於報送整縣（市、區）屋頂分佈式光伏開發試點方案的通知》（以下簡稱《通知》）指出，中國建築屋頂資源豐富、分佈廣泛，開發建設屋頂分佈式光伏潛力巨大。開展整縣（市、區）推進屋頂分佈式光伏建設，有利於整合資源實現集約開發，有利於削減電力尖峯負荷，有利於節約優化配電網投資，有利於引導居民綠色能源消費，是實現“碳達峯、碳中和”與鄉村振興兩大國家重大戰略的重要措施。其中，項目申報試點縣（市、區）的黨政機關建築屋頂總面積可安裝光伏發電比例不低於 50%。 ^[10] 

以光伏建築一體化為核心的光伏併網發電應用佔據了目前大部分的光伏市場份額。光伏建築一體化有以下一些優點：建築物能為光伏系統提供足夠的面積，不需要另佔土地；能省去光伏系統的支撐結構、省去輸電費用；光伏陣列可代替常規建築材料，節省材料費用；安裝與建築施工結合，節省安裝成本；分散發電，避免傳輸和分電損失(5％～10％)，降低輸電、分電投資和維修成本；使建築物的外觀更有魅力。此外，在經常為斷電而煩惱的地方，建築物的光電系統可以成為一個可靠的電源。把太陽能同建築結合起來，將房屋發展成具有獨立電源，自我循環式的新型建築，是人類進步和社會、科學技術發展的必然。聯合國能源機構的調查報告顯示，BIPV將成為21世紀最重要的新興產業之一。 ^[5] 

1．光伏建築一體化的主要形式 ^[5] 

光伏與建築的結合目前主要有如下兩種形式： ^[5] 

(1)建築與光伏系統相結合。建築與光伏系統相結合，是把封裝好的光伏組件(平板或曲面板)安裝在居民住宅或建築物的屋頂上，再與逆變器、蓄電池、控制器、負載等裝置相聯，並可與外界電網相連，由光伏系統和電網並聯向住宅(用户)供電，多餘電力向電網反饋，不足電力從電網取用。 ^[5] 

(2)建築與光伏組件相結合。建築與光伏的進一步結合是將光伏器件與建築材料集成化。一般的建築物外圍護表面採用塗料、裝飾瓷磚或幕牆玻璃，目的是為了保護和裝飾建築物。如果用光伏器件代替部分建材，即用光伏組件來做建築物的屋頂、外牆和窗户，這樣既可用做建材也可用以發電，可謂物盡其美。把光伏器件用做建材，必須具備建材所要求的幾項條件：堅固耐用、保温隔熱、防水防潮、適當的強度和剛度等性能。若是用於窗户、天窗等，則必須能夠透光，就是説既可發電又可採光。除此之外，還要考慮安全性能、外觀和施工簡便等因素。 ^[5] 

此外，光伏組件在與建築相結合應用時，還應考慮兩個重要因素：1)為保證光伏組件有較高的光電轉化效率，必須儘量保持光伏組件周圍的環境温度處於較低的水平，這就要求光伏組件周圍有較好的通風條件，因此在光伏組件的設計和安裝時，可考慮採用架空形式、雙層通風屋面或雙層玻璃幕牆形式等；2)光伏組件的壽命通常是15～25年，而建築圍護結構的壽命通常是50年，在設計時，必須考慮光伏組件失效後的拆卸和更換要求。 ^[5] 

2．光伏建築一體化設計的幾個影響因素 ^[5] 

光伏建築一體化併網發電設計需考慮以下幾個方面的因素： ^[5] 

(1)考慮建築物的周邊環境，儘量避開或遠離遮蔭物。 ^[5] 

(2)建築物的朝向應儘量為東西向或南北向。 ^[5] 

(3)根據當地的經緯度，確定屋面的傾斜角度。一般情況，由於地球是在不停的圍繞太陽轉動，所以屋面傾斜角度對整體太陽能發電量的影響並不大，一般不超過5％。相同角度，相同功率的太陽電池，東、西屋面的發電量幾乎相等。 ^[5] 

(4)根據組件的大小，計算每一個屋面可以安裝的組件總數及排列方式。 ^[5] 

(5)根據逆變器輸入直流電壓，確定每組可串聯的總數，由於每一個屋面的朝向不同，光照量和光照時間都不同，一般一個屋面對應一個逆變器，以提高逆變器的效率。 ^[5] 

3．對環境的影響 ^[5] 

一般的地面太陽能光伏發電系統和光伏建築一體化系統利用太陽能這種可再生的清潔能源進行發電，對促進能源和環境的可持續發展有着重要的意義；與此同時，如果對 ^[5]  光伏發電系統的光伏器件使用或回收不當，也會造成對環境的一些負面的影響。其對環境影響的有利因素和不利因素分別列舉如下： ^[5] 

(1)有利因素： ^[5] 

①尖端的科技設計和工藝能夠彌補傳統建材的成本； ^[5] 

②運行過程無噪聲； ^[5] 

③發電過程中，不再需要額外的運輸費用； ^[5] 

④沒有任何運動部件，在其20年的工作壽命裏，需要最少的維護費用； ^[5] 

⑤不會造成空氣污染。太陽能電池產生lkWp的電能，可以避免1000kg二氧化碳的產生； ^[5] 

⑥可獨立供電，從而減少了輸電和配電的成本； ^[5] 

⑦已形成了一套標準化的設計和調試方法，因此可以分批進行安裝和使用，從而避免了一次性投資過大帶來的資金壓力。 ^[5] 

(2)不利因素： ^[5] 

①光伏電池在生產過程中需要消耗較高的能量，如使用不合理，有可能導致壽命週期內發電量低於生產耗能的現象； ^[5] 

②酸性鉛蓄電池利用或回收不當，容易造成環境問題； ^[5] 

③光伏電池中含有的重金屬(如鎘)如果回收不當，容易造成嚴重的環境問題； ^[5] 

④廢棄的光伏電池及其電池組件有可能滲漏汞、鉛、鎘，對環境造成危害。 ^[5] 

伴隨着可持續發展意識在世界各地深入人心，全世界光伏發電綜合利用經營規模快速擴張，技術不斷髮展，成本明顯降低，呈現出良好的發展前景，很多國家將光伏發電做為關鍵的新型產業，光伏發電獲得更為廣泛應用。在2001～2017年間，光伏產業以令人驚訝的速度發展。 全世界總裝機自1.250GW 升至 304.300GW，年複合增長率達到40.98%。 中國光伏產業也呈現史無前例的發展魅力，在全世界20個以上國家或地區辦廠，產品出口至近200個國家和地區，成為中具備國際核心競爭力的戰略新型產業。 英國是最早開始研究與應用光伏發電技術的國家，英國光伏產業在技術創新與政府部門鼓勵賠償現行政策的雙向刺激下，保持高速發展趨勢。 太陽能發電裝機在國外光伏產業中占主導地位，其發展速度和趨勢決定了整個光伏產業的發展趨勢。 日本是最早制訂光伏產業發展現行政策的國家，2011～2017年年均複合增長率達到 54%，2017年以 42.75GW的總裝機量穩居世界第二，現階段發展以居民用電站為主導。 作為東南亞地區最火爆的光伏市場之一，越南已達到每年10%的能源供應增長速度，再加其自身發展趨勢和光伏電力能源的優點，吸引着世界各國光伏企業前往投資。 光伏發電現階段已全方位進入產業化發展趨勢環節，中國、歐州、英國、日本等傳統光伏發電銷售市場保持持續增長，東南亞地區、南美洲、中東地區和非州等地區新興經濟體光伏發電也開始快速發展。 ^[6] 

受益於技術進步、規模經濟、開放的市場競爭和行業經驗的不斷積累，光伏發電的成本在最近十年急劇下降。光伏是所有可再生能源類型中成本下降速度最快的。自2010年以來，太陽能光伏發電（PV）和聚光太陽能熱發電（CSP）的成本分別下降了82%、47%。競拍和購電協議（PPA）的最新數據顯示，在2021年投產的項目中，太陽能光伏發電的平均價格能達到0.039美元/千瓦時，與2019年相比下降了42%，比燃煤發電的價格成本低1/5。2020年，中國光伏系統價格已降至0.5美元/峯瓦，光伏新增裝機發電成本到2025年將低於0.3元/千瓦時，到2035年和2050年將降至約0.2元/千瓦時和0.13元/千瓦時。 ^[9] 

目前，多個國家的光伏發電的最低價格已經低於煤電，平均價格已經非常接近於煤炭發電的平均價格。成本的下降為光伏的推廣清掃了重要阻礙，國際能源信息署（IEA）判斷，在未來十年裏，全球電能80%的新增長將來自可再生能源。到2050年，可再生能源電力將佔到全球總電力結構的85%，其中太陽能電力將佔1/3。 ^[9] 

對於中國，到2030年，電力行業可通過提高可再生能源佔比來節省10%的成本。如果各方面積極努力，到2030年，電力行業有望完成80%的碳減排目標。 ^[9] 

《中國2050年光伏發展展望》報告在聯合國馬德里氣候變化大會上發佈，報告預計2025年和2035年間，中國光伏發電總裝機規模將分別達到730吉瓦和3000吉瓦，而到2050年，該數據將達到5000吉瓦，光伏將成為中國第一大能源，約佔當年全國用電量的40%左右。 ^[7] 

中國光伏產業的發展也經過長期的技術積累，更離不開國家十多年來的政策扶持。據不完全統計，2000年以來，中國政府推出了100多項支持光伏產業的政策。上世紀90年代，中國的太陽能板製造業開始興起，1996年，中國政府啓動了“光明工程”。2005年，中國政府鼓勵光伏零部件出口，僅僅5年後，中國的太陽能光伏板總產量的95%出口到歐美國家。之後由於歐美國家的反傾銷制裁，光伏組件出口大幅度下降。2013年7月，國務院發佈《關於促進光伏產業健康發展的若干意見》。2014年9月，國家能源局發佈《進一步落實分佈式光伏發電有關政策的通知》。2015年，國家能源局推出“領跑者”光伏扶持專項計劃。2019年1月，國家發改委、國家能源局發佈《關於積極推進風電、光伏發電無補貼平價上網有關工作的通知》，開始在全國範圍推廣無補貼光伏項目。正是這一列的政策使這一產業實現了從快速起步、產業升級的井噴，到全球的絕對領先地位的轉變。從2013年中國第一個光伏發電站建成，僅僅7年時間就成為全球最大光伏發電國，並形成與發達國家全產業鏈競爭的優勢。至2020年，在全球光伏企業20強中，中國企業佔據着16個。 ^[7]