分布式光伏發(fā)電成本收益分析及風(fēng)險(xiǎn)防范

王 瑋，田育江，張家瑋

（1.國(guó)網(wǎng)洪洞縣供電公司，山西 洪洞 041600；2.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力調(diào)度控制中心，山西 太原 030001）

分布式光伏發(fā)電成本收益分析及風(fēng)險(xiǎn)防范

王 瑋1，田育江1，張家瑋2

（1.國(guó)網(wǎng)洪洞縣供電公司，山西 洪洞 041600；2.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力調(diào)度控制中心，山西 太原 030001）

首先描述了發(fā)展分布式光伏發(fā)電的戰(zhàn)略意義，介紹了分布式光伏發(fā)電的并網(wǎng)模式以及光伏電池類型，構(gòu)建了分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目的成本收益數(shù)學(xué)模型，以居民架設(shè)屋頂分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目為例，計(jì)算并比較了不同并網(wǎng)模式、不同光伏電池材質(zhì)的成本收益。最后，分析并提出了分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目的各風(fēng)險(xiǎn)因素和應(yīng)對(duì)措施，對(duì)廣大客戶投資分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。

分布式光伏發(fā)電；成本；收益；風(fēng)險(xiǎn)防范

為了促進(jìn)分布式光伏可再生能源發(fā)展，我國(guó)自2013年以來(lái)加大了對(duì)分布式光伏發(fā)電的政策補(bǔ)貼。2013年11月26日，國(guó)家能源局發(fā)布《關(guān)于分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目管理暫行辦法的通知》，其中明確制定了分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目電量補(bǔ)貼辦法，分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目得以迅速發(fā)展。截至2015年底，我國(guó)分布式光伏裝機(jī)606萬(wàn)kW，2015年全年發(fā)電量64億kW·h。

分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目具有建設(shè)地點(diǎn)分散、選址條件苛刻、并網(wǎng)模式和設(shè)備類型較多、資金回報(bào)周期長(zhǎng)的特點(diǎn)。如何通過(guò)科學(xué)的計(jì)算、分析，對(duì)不同模式和類型的分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目進(jìn)行成本、收益的比較，幫助客戶合理選擇并網(wǎng)模式、光伏設(shè)備并提供風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施，具有直接的經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)實(shí)意義。

1 分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)模式

分布式光伏發(fā)電主要有如下幾種并網(wǎng)模式：自發(fā)自用模式、自發(fā)自用余電上網(wǎng)和全額上網(wǎng)三種模式。

1.1 自發(fā)自用模式

該模式一般應(yīng)用于用電負(fù)荷較大、用電負(fù)荷持續(xù)、1年中停產(chǎn)或半停產(chǎn)情況較少發(fā)生的用戶，或者是最低用電維持負(fù)荷也足以消納分布式光伏電站發(fā)出的絕大部分電力的用戶。此類系統(tǒng)，由于低壓側(cè)并網(wǎng)，如果用戶用電無(wú)法消納，會(huì)通過(guò)變壓器反送到上一級(jí)電網(wǎng)，而配電變壓器設(shè)計(jì)是不允許用于反送電能的（可以短時(shí)倒送電，比如調(diào)試時(shí)，而長(zhǎng)期不允許），其最初潮流方向設(shè)計(jì)是固定的。所以需要安裝防逆流裝置來(lái)避免電力的反送。

單體500 kW以下，并且用戶側(cè)有配電變壓器的分布式光伏電站，建議采用這種模式，因?yàn)槠渖龎核柙黾拥脑O(shè)備投資比例較大。

1.2 自發(fā)自用余電上網(wǎng)模式

對(duì)于大多數(shù)網(wǎng)供電價(jià)較高的分布式發(fā)電用戶來(lái)說(shuō)，選擇自發(fā)自用余電上網(wǎng)是最理想的模式，這樣既可以享受到發(fā)電量的國(guó)家補(bǔ)貼，還可以抵消掉自用電的高電價(jià)，又可以將余電賣給電網(wǎng)。

這種模式最大的缺點(diǎn)，是其自發(fā)自用比例和余電上網(wǎng)比例始終在變化，收益模型不能固定，實(shí)際收益無(wú)法做出合理預(yù)估。

1.3 全額上網(wǎng)模式

在分布式光伏發(fā)電發(fā)展過(guò)程中，全額上網(wǎng)模式一直是分布式光伏發(fā)電應(yīng)用的主流。同時(shí)，由于國(guó)家扶持政策的大力補(bǔ)貼，全額上網(wǎng)更成為了居民投資理財(cái)?shù)囊环N方式，因其財(cái)務(wù)模型簡(jiǎn)單，并且相對(duì)可靠，而被客戶所青睞。

2 光伏電池類型

分布式光伏發(fā)電最基本的裝置就是光伏電池，它是直接將光伏轉(zhuǎn)換為電能的光電元件。目前，世界上最常用的光伏電池主要有以下幾種類型。

2.1 單晶硅光伏電池

單晶硅光伏電池是開(kāi)發(fā)較早、轉(zhuǎn)換率最高和產(chǎn)量較大的一種光伏電池。單晶硅光伏電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟。在實(shí)驗(yàn)室里最高的轉(zhuǎn)換效率為24.7%，規(guī)模生產(chǎn)時(shí)的效率為15%。在大規(guī)模應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)中仍占據(jù)主導(dǎo)地位，但由于單晶硅成本價(jià)格高，大幅度降低其成本很困難，為了節(jié)省硅材料，研制出了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜作為單晶硅光伏電池的替代產(chǎn)品。

2.2 多晶硅光伏電池

多晶硅光伏電池是以多晶硅材料為基體的光伏電池。多晶硅薄膜光伏電池與單晶硅比較，成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜電池，其實(shí)驗(yàn)室最高轉(zhuǎn)換效率為18%，工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換效率為10%。因此，多晶硅薄膜電池將逐步在光伏電池市場(chǎng)上占據(jù)主導(dǎo)地位。

2.3 非晶硅光伏電池 （薄膜式太陽(yáng)電池）

非晶硅光伏電池是用非晶態(tài)硅為原料制成的一種新型薄膜電池。非晶硅薄膜光伏電池成本低重量輕，轉(zhuǎn)換效率較高，便于大規(guī)模生產(chǎn)，有極大的潛力，但由于其受制于其材料引發(fā)的光電效率衰退效應(yīng)，穩(wěn)定性不高，直接影響了它的實(shí)際應(yīng)用。如果能進(jìn)一步解決穩(wěn)定性問(wèn)題及提高轉(zhuǎn)換率問(wèn)題，非晶硅大陽(yáng)能電池?zé)o疑將是光伏電池的主要產(chǎn)品之一。3種光伏材料的光電轉(zhuǎn)化效率如表1所示。

表1 光伏材料光電轉(zhuǎn)化效率

2.4 電池壽命

光伏電池板的使用壽命由電池片、鋼化玻璃、EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)、TPT(聚氟乙烯復(fù)合膜)等的材質(zhì)決定，電池板使用壽命最高可以達(dá)到25年左右。但隨著環(huán)境的影響，光伏電池板的材料會(huì)隨著時(shí)間的變化而老化，一般情況下用到20年轉(zhuǎn)換功率會(huì)衰減30%，用到25年轉(zhuǎn)換功率會(huì)衰減70%。

3 成本收益數(shù)學(xué)模型

分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目的收益為發(fā)電收入與投資成本之差。

3.1 成本數(shù)學(xué)模型

分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目的發(fā)電成本由裝機(jī)成本Civs、運(yùn)營(yíng)管理成本Cop和財(cái)務(wù)成本Cfn三部分組成。

裝機(jī)成本Civs：是指分布式光伏電站的初始建設(shè)費(fèi)用，為一次性投資費(fèi)用，屬于其固定資產(chǎn)。主要由項(xiàng)目前期費(fèi)用Cqq、系統(tǒng)設(shè)計(jì)費(fèi)用Csj、設(shè)備購(gòu)置費(fèi)Csb、材料費(fèi)Ccl、安裝施工費(fèi)Csg以及外線接入費(fèi)Cjr等組成。

運(yùn)營(yíng)管理成本Cop：是指光伏電站的日常維護(hù)和管理費(fèi)用。由于光伏電站在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，不需要原材料，也沒(méi)有運(yùn)動(dòng)磨損部件，因此維護(hù)費(fèi)用很低，也完全可以預(yù)見(jiàn)。通常，維護(hù)費(fèi)用除了人員工資外，主要是備件費(fèi)用。光伏電站可以按照總體固定投資提取某一比例進(jìn)行估算。根據(jù)現(xiàn)有光伏電站經(jīng)驗(yàn)，年運(yùn)營(yíng)費(fèi)率通常在1%～3%之間。裝機(jī)容量越大的電站，年運(yùn)營(yíng)費(fèi)率越低，針對(duì)居民分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目，由于其規(guī)模小，易操作，易管理，年運(yùn)營(yíng)費(fèi)用可以忽略不計(jì)。

式中，kop為年運(yùn)營(yíng)費(fèi)率；財(cái)務(wù)成本Cfn是指貸款年利息，如果項(xiàng)目資金全部為自有資金，則財(cái)務(wù)成本為零。

分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目總的發(fā)電成本為

其中，n為項(xiàng)目全壽命周期?？紤]到光伏組件的使用壽命大約是25年，因此設(shè)定n為25年。

3.2 發(fā)電收入數(shù)學(xué)模型

分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目的發(fā)電收入F由售電收入Fp和財(cái)政補(bǔ)貼Fb兩部分組成。

式中，n為項(xiàng)目全壽命周期；售電收入Fp= Q×P1。

財(cái)政補(bǔ)貼 Fb=Q×P2

式中，Q為發(fā)電量，P1為上網(wǎng)電價(jià)，P2為補(bǔ)貼電價(jià)。

式中：Sarea——方陣總面積，m2；

Rβ——傾斜方陣面上的太陽(yáng)總輻射量，kW·h/m2；

ηsystem—— 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)發(fā)電效率；

各分項(xiàng)系數(shù)建議值如下。

K1——光電電池長(zhǎng)期運(yùn)行性能修正系數(shù)，K1= 0.86；

K2——灰塵引起光電板透明度的性能修正系數(shù)，K2=0.9；

K3——光電電池升溫導(dǎo)致功率下降修正系數(shù)，K3=0.9；

K4——導(dǎo)電損耗修正系數(shù)，K4=0.95；

K5——逆變器效率，K5=0.95；

ηmodule——太陽(yáng)電池組件轉(zhuǎn)化效率。

按照國(guó)際光伏產(chǎn)業(yè)通用標(biāo)準(zhǔn)的要求，光伏組件每年的衰減不得高于1%，或者25年不得小于20%（遞進(jìn)衰減）。目前大多數(shù)廠家實(shí)際給出的數(shù)據(jù)是每年的衰減不超過(guò)0.5%。

4 實(shí)例分析

本文以臨汾地區(qū)家庭架設(shè)屋頂 5 kW分布式光伏發(fā)電成套系統(tǒng)為例，在不考慮衰減因素的情況下，對(duì)不同并網(wǎng)模式和設(shè)備類型的分布式光伏電站成本回收時(shí)間進(jìn)行計(jì)算、分析和比較。

5 kW分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏組件、逆變器、控制器、光伏支架、電纜、配電箱等設(shè)備組成。根據(jù)不同的材料組成，該項(xiàng)目占用屋頂面積在50 m2至100 m2之間。臨汾地區(qū)屬于光伏Ⅲ類資源區(qū)，即光伏資源可利用區(qū)。全年日照時(shí)數(shù)為2200～3000h，年輻射量在1390～1630kW·h/m2，為了方便計(jì)算按1 500 kW·h/m2來(lái)計(jì)算。

可得出該5 kW分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)年發(fā)電量為

平均每天的發(fā)電量為12.91～23.25 kW·h。

由表2可以看出，在成本相同的情況下選擇單晶硅的光伏電池，可以實(shí)現(xiàn)利益的最大化；在成本不相同的情況下，非晶硅回收成本是最快的，但是它存在光伏板規(guī)格較小、相同的面積下安裝的電池板容量較少的缺點(diǎn)；多晶硅是具有投資成本低、但收益回報(bào)較慢的特點(diǎn)?？蛻艨梢愿鶕?jù)自己實(shí)際的投資能力和需求選擇相應(yīng)的光伏電池類型。

表2 不同并網(wǎng)模式和設(shè)備類型下的收益分析

分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目想要收回成本，在不考慮光伏電池衰減因素的情況下，一般可以到6～8年左右。其中，全額上網(wǎng)模式回收成本最快，適合居民用戶投資；自發(fā)自用余電上網(wǎng)模式回收成本相對(duì)較慢，方式轉(zhuǎn)換靈活，適用于網(wǎng)供電價(jià)較高的用戶；自發(fā)自用由于模式單一、余電無(wú)法上網(wǎng)而造成資源浪費(fèi)，不建議采用。

5 面臨的風(fēng)險(xiǎn)及應(yīng)對(duì)

由于分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目具有建設(shè)地點(diǎn)分散、選址條件苛刻、資金回報(bào)周期長(zhǎng)的特點(diǎn)，在對(duì)分布式光伏發(fā)電的成本收益進(jìn)行系統(tǒng)分析的同時(shí)，也不能忽略其在建設(shè)和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的各種風(fēng)險(xiǎn)因素，否則會(huì)給客戶和承包商造成極大的財(cái)務(wù)損失和信譽(yù)損害。因此，在進(jìn)行分布式光伏發(fā)電投資之前，就必須對(duì)項(xiàng)目的各風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行科學(xué)和細(xì)致的分析，并采取必要的應(yīng)對(duì)措施。

5.1 自然風(fēng)險(xiǎn)

分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目開(kāi)發(fā)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中可能面臨自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，這種風(fēng)險(xiǎn)可能貫穿項(xiàng)目的始終，對(duì)此要高度地重視和防備，盡可能地減少或避免損失。這是因?yàn)榉植际焦夥l(fā)電設(shè)備安裝在建筑屋頂，充分暴露在露天環(huán)境中，而光伏電池抗擊能力較低，極容易受到自然因素的影響。冰雹、雷電、沙塵暴、霧霾、大風(fēng)天氣等自然災(zāi)害都可能對(duì)該項(xiàng)目或設(shè)備產(chǎn)生較大的影響。

針對(duì)自然風(fēng)險(xiǎn)的特點(diǎn)，應(yīng)對(duì)方法是以風(fēng)險(xiǎn)自留為主。這是因?yàn)樽匀粸?zāi)害的出現(xiàn)是無(wú)法控制的，但是全球氣候變化是可預(yù)測(cè)的，做好足夠的防備措施，能夠盡可能地避免或降低損失。在項(xiàng)目籌建期，針對(duì)分布式光伏發(fā)電設(shè)備設(shè)計(jì)要求，應(yīng)增加抗低溫、防雷擊、防霧霾、抗沙塵等性能的建設(shè)投入，用來(lái)抵御不同程度的自然災(zāi)害破壞。在項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)期，要加強(qiáng)對(duì)天氣的預(yù)測(cè)，及時(shí)了解氣象信息，爭(zhēng)取在自然災(zāi)害到來(lái)之前，采取防范措施，將風(fēng)險(xiǎn)降到最低。

5.2 市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)

分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目投產(chǎn)后產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益，是關(guān)系發(fā)電企業(yè)能否順利運(yùn)行的重要因素，同時(shí)也關(guān)系到該產(chǎn)品是否能夠得到進(jìn)一步的發(fā)展，其市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)包括電價(jià)和成本風(fēng)險(xiǎn)兩部分。

5.2.1 電價(jià)風(fēng)險(xiǎn)

在上網(wǎng)電價(jià)方面，分布式光伏發(fā)電執(zhí)行的是燃煤機(jī)組標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)為0.320 5元/（kW·h），含脫硫0.015元、脫硝0.01元、除塵0.002元。該電價(jià)本身不具備價(jià)格優(yōu)勢(shì)，其收益受到國(guó)家補(bǔ)貼政策的影響較大，存在一定風(fēng)險(xiǎn)。作為分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目客戶，應(yīng)隨時(shí)關(guān)注相關(guān)國(guó)家電價(jià)補(bǔ)貼政策，根據(jù)自身需求，合理選擇或調(diào)整并網(wǎng)模式，將自身的利益最大化。

5.2.2 成本風(fēng)險(xiǎn)

分布式光伏發(fā)電投資成本包括了建設(shè)成本、資金成本和運(yùn)營(yíng)成本。由于目前正規(guī)光伏電池廠家生產(chǎn)成本較高，光伏市場(chǎng)還未完全打開(kāi)，分布式光伏發(fā)電運(yùn)營(yíng)方面也缺少經(jīng)驗(yàn)，因此，在建設(shè)、運(yùn)營(yíng)各個(gè)階段都面臨很大的成本控制壓力，存在成本風(fēng)險(xiǎn)。這就要求客戶隨時(shí)關(guān)注市場(chǎng)動(dòng)態(tài)，加強(qiáng)市場(chǎng)研究，嚴(yán)格控制建設(shè)期間的成本投入，同時(shí)也要注意在投資前認(rèn)真對(duì)比分析光伏電池市場(chǎng)，選擇具有質(zhì)量保證和信譽(yù)的光伏電池產(chǎn)品，切實(shí)落實(shí)好相應(yīng)的設(shè)備采購(gòu)協(xié)議。

5.3 運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)

分布式光伏發(fā)電設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行中，存在建筑、環(huán)境、運(yùn)行安全等諸多因素構(gòu)成的設(shè)備運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)。分布式光伏發(fā)電設(shè)備如果要安全可靠運(yùn)行20年以上，客戶必須選擇具有售后服務(wù)保障的供貨廠商，同時(shí)自身也要加強(qiáng)光伏項(xiàng)目的設(shè)備維護(hù)和運(yùn)營(yíng)管理。

Cost-benefit Analysis and Risk Prevention of Distributed Photovoltaic Power Generation

WAGN Wei1,TIAN Yujiang1,ZHAGN Jiawei2
（1.State Grid Hongtong Power Supply Company of SEPC,Hongtong,Shanxi030001,China; 2.State Grid Shanxi Electric Power Corporation Distribution and Control Center, Taiyuan,Shanxi030001,China）

Firstly,the strategic significance of developing distributed photovoltaic power generation is described.The grid-connected model of distributed photovoltaic power generation and the type of photovoltaic cells are introduced.The cost-benefit mathematical model of distributed photovoltaic power generation project is constructed.Taking the distributed photovoltaic power generation project of the residents as an example,the cost and benefit of different grid-connected models and different photovoltaic cells were calculated and compared.Finally,the paper analyzes and puts forward the risk factors and coping measures for the distributed photovoltaic power generation project,and it has a practical guiding significance for the customers to invest in the distributed photovoltaic power generation project.

distributed photovoltaic generation;cost;benefit;risk prevention

TM615

A

1671-0320（2017）02-0035-04

2017-01-04，

2017-01-09

王 瑋（1985），男，山西洪洞人，2008年畢業(yè)于太原科技大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)，助理工程師，從事電力營(yíng)銷業(yè)擴(kuò)報(bào)裝工作；

田育江（1966），男，山西朔州人，1992年畢業(yè)于太原工業(yè)學(xué)院計(jì)算機(jī)應(yīng)用專業(yè)，工程師，從事電力營(yíng)銷管理工作；張家瑋（1982），男，山西忻州人，2009年畢業(yè)于太原理工大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)，碩士，工程師，從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)和調(diào)度設(shè)備監(jiān)控管理工作。