王 瑋，田育江，張家瑋

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

分布式光伏發(fā)電成本收益分析及風險防范

王 瑋1，田育江1，張家瑋2

（1.國網(wǎng)洪洞縣供電公司，山西 洪洞 041600；2.國網(wǎng)山西省電力公司電力調度控制中心，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，構建了分布式光伏發(fā)電項目的成本收益數(shù)學模型，以居民架設屋頂分布式光伏發(fā)電項目為例，計算并比較了不同并網(wǎng)模式、不同光伏電池材質的成本收益。最后，分析并提出了分布式光伏發(fā)電項目的各風險因素和應對措施，對廣大客戶投資分布式光伏發(fā)電項目具有現(xiàn)實的指導意義。

分布式光伏發(fā)電；成本；收益；風險防范

為了促進分布式光伏可再生能源發(fā)展，我國自2013年以來加大了對分布式光伏發(fā)電的政策補貼。2013年11月26日，國家能源局發(fā)布《關于分布式光伏發(fā)電項目管理暫行辦法的通知》，其中明確制定了分布式光伏發(fā)電項目電量補貼辦法，分布式光伏發(fā)電項目得以迅速發(fā)展。截至2015年底，我國分布式光伏裝機606萬kW，2015年全年發(fā)電量64億kW·h。

分布式光伏發(fā)電項目具有建設地點分散、選址條件苛刻、并網(wǎng)模式和設備類型較多、資金回報周期長的特點。如何通過科學的計算、分析，對不同模式和類型的分布式光伏發(fā)電項目進行成本、收益的比較，幫助客戶合理選擇并網(wǎng)模式、光伏設備并提供風險應對措施，具有直接的經(jīng)濟和現(xiàn)實意義。

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

該模式一般應用于用電負荷較大、用電負荷持續(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)，由于低壓側并網(wǎng)，如果用戶用電無法消納，會通過變壓器反送到上一級電網(wǎng)，而配電變壓器設計是不允許用于反送電能的（可以短時倒送電，比如調試時，而長期不允許），其最初潮流方向設計是固定的。所以需要安裝防逆流裝置來避免電力的反送。

單體500 kW以下，并且用戶側有配電變壓器的分布式光伏電站，建議采用這種模式，因為其升壓所需增加的設備投資比例較大。

1.2 自發(fā)自用余電上網(wǎng)模式

對于大多數(shù)網(wǎng)供電價較高的分布式發(fā)電用戶來說，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)電量的國家補貼，還可以抵消掉自用電的高電價，又可以將余電賣給電網(wǎng)。

這種模式最大的缺點，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，實際收益無法做出合理預估。

1.3 全額上網(wǎng)模式

在分布式光伏發(fā)電發(fā)展過程中，全額上網(wǎng)模式一直是分布式光伏發(fā)電應用的主流。同時，由于國家扶持政策的大力補貼，全額上網(wǎng)更成為了居民投資理財?shù)囊环N方式，因其財務模型簡單，并且相對可靠，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發(fā)較早、轉換率最高和產(chǎn)量較大的一種光伏電池。單晶硅光伏電池轉換效率最高，技術也最為成熟。在實驗室里最高的轉換效率為24.7%，規(guī)模生產(chǎn)時的效率為15%。在大規(guī)模應用和工業(yè)生產(chǎn)中仍占據(jù)主導地位，但由于單晶硅成本價格高，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，其實驗室最高轉換效率為18%，工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的轉換效率為10%。因此，多晶硅薄膜電池將逐步在光伏電池市場上占據(jù)主導地位。

2.3 非晶硅光伏電池 （薄膜式太陽電池）

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，穩(wěn)定性不高，直接影響了它的實際應用。如果能進一步解決穩(wěn)定性問題及提高轉換率問題，非晶硅大陽能電池無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化效率如表1所示。

表1 光伏材料光電轉化效率

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(聚氟乙烯復合膜)等的材質決定，電池板使用壽命最高可以達到25年左右。但隨著環(huán)境的影響，光伏電池板的材料會隨著時間的變化而老化，一般情況下用到20年轉換功率會衰減30%，用到25年轉換功率會衰減70%。

3 成本收益數(shù)學模型

分布式光伏發(fā)電項目的收益為發(fā)電收入與投資成本之差。

3.1 成本數(shù)學模型

分布式光伏發(fā)電項目的發(fā)電成本由裝機成本Civs、運營管理成本Cop和財務成本Cfn三部分組成。

裝機成本Civs：是指分布式光伏電站的初始建設費用，為一次性投資費用，屬于其固定資產(chǎn)。主要由項目前期費用Cqq、系統(tǒng)設計費用Csj、設備購置費Csb、材料費Ccl、安裝施工費Csg以及外線接入費Cjr等組成。

運營管理成本Cop：是指光伏電站的日常維護和管理費用。由于光伏電站在運營過程中，不需要原材料，也沒有運動磨損部件，因此維護費用很低，也完全可以預見。通常，維護費用除了人員工資外，主要是備件費用。光伏電站可以按照總體固定投資提取某一比例進行估算。根據(jù)現(xiàn)有光伏電站經(jīng)驗，年運營費率通常在1%～3%之間。裝機容量越大的電站，年運營費率越低，針對居民分布式光伏發(fā)電項目，由于其規(guī)模小，易操作，易管理，年運營費用可以忽略不計。

式中，kop為年運營費率；財務成本Cfn是指貸款年利息，如果項目資金全部為自有資金，則財務成本為零。

分布式光伏發(fā)電項目總的發(fā)電成本為

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

3.2 發(fā)電收入數(shù)學模型

分布式光伏發(fā)電項目的發(fā)電收入F由售電收入Fp和財政補貼Fb兩部分組成。

式中，n為項目全壽命周期；售電收入Fp= Q×P1。

財政補貼 Fb=Q×P2

式中，Q為發(fā)電量，P1為上網(wǎng)電價，P2為補貼電價。

式中：Sarea——方陣總面積，m2；

Rβ——傾斜方陣面上的太陽總輻射量，kW·h/m2；

ηsystem—— 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)發(fā)電效率；

各分項系數(shù)建議值如下。

K1——光電電池長期運行性能修正系數(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——光電電池升溫導致功率下降修正系數(shù)，K3=0.9；

K4——導電損耗修正系數(shù)，K4=0.95；

K5——逆變器效率，K5=0.95；

ηmodule——太陽電池組件轉化效率。

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

4 實例分析

本文以臨汾地區(qū)家庭架設屋頂 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，對不同并網(wǎng)模式和設備類型的分布式光伏電站成本回收時間進行計算、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、配電箱等設備組成。根據(jù)不同的材料組成，該項目占用屋頂面積在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)。全年日照時數(shù)為2200～3000h，年輻射量在1390～1630kW·h/m2，為了方便計算按1 500 kW·h/m2來計算。

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；多晶硅是具有投資成本低、但收益回報較慢的特點?？蛻艨梢愿鶕?jù)自己實際的投資能力和需求選擇相應的光伏電池類型。

表2 不同并網(wǎng)模式和設備類型下的收益分析

分布式光伏發(fā)電項目想要收回成本，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)模式回收成本相對較慢，方式轉換靈活，適用于網(wǎng)供電價較高的用戶；自發(fā)自用由于模式單一、余電無法上網(wǎng)而造成資源浪費，不建議采用。

5 面臨的風險及應對

由于分布式光伏發(fā)電項目具有建設地點分散、選址條件苛刻、資金回報周期長的特點，在對分布式光伏發(fā)電的成本收益進行系統(tǒng)分析的同時，也不能忽略其在建設和運營過程中的各種風險因素，否則會給客戶和承包商造成極大的財務損失和信譽損害。因此，在進行分布式光伏發(fā)電投資之前，就必須對項目的各風險因素進行科學和細致的分析，并采取必要的應對措施。

5.1 自然風險

分布式光伏發(fā)電項目開發(fā)建設和運營過程中可能面臨自然災害風險，這種風險可能貫穿項目的始終，對此要高度地重視和防備，盡可能地減少或避免損失。這是因為分布式光伏發(fā)電設備安裝在建筑屋頂，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、大風天氣等自然災害都可能對該項目或設備產(chǎn)生較大的影響。

針對自然風險的特點，應對方法是以風險自留為主。這是因為自然災害的出現(xiàn)是無法控制的，但是全球氣候變化是可預測的，做好足夠的防備措施，能夠盡可能地避免或降低損失。在項目籌建期，針對分布式光伏發(fā)電設備設計要求，應增加抗低溫、防雷擊、防霧霾、抗沙塵等性能的建設投入，用來抵御不同程度的自然災害破壞。在項目運營期，要加強對天氣的預測，及時了解氣象信息，爭取在自然災害到來之前，采取防范措施，將風險降到最低。

5.2 市場風險

分布式光伏發(fā)電項目投產(chǎn)后產(chǎn)生的經(jīng)濟效益，是關系發(fā)電企業(yè)能否順利運行的重要因素，同時也關系到該產(chǎn)品是否能夠得到進一步的發(fā)展，其市場風險包括電價和成本風險兩部分。

5.2.1 電價風險

在上網(wǎng)電價方面，分布式光伏發(fā)電執(zhí)行的是燃煤機組標桿上網(wǎng)電價為0.320 5元/（kW·h），含脫硫0.015元、脫硝0.01元、除塵0.002元。該電價本身不具備價格優(yōu)勢，其收益受到國家補貼政策的影響較大，存在一定風險。作為分布式光伏發(fā)電項目客戶，應隨時關注相關國家電價補貼政策，根據(jù)自身需求，合理選擇或調整并網(wǎng)模式，將自身的利益最大化。

5.2.2 成本風險

分布式光伏發(fā)電投資成本包括了建設成本、資金成本和運營成本。由于目前正規(guī)光伏電池廠家生產(chǎn)成本較高，光伏市場還未完全打開，分布式光伏發(fā)電運營方面也缺少經(jīng)驗，因此，在建設、運營各個階段都面臨很大的成本控制壓力，存在成本風險。這就要求客戶隨時關注市場動態(tài)，加強市場研究，嚴格控制建設期間的成本投入，同時也要注意在投資前認真對比分析光伏電池市場，選擇具有質量保證和信譽的光伏電池產(chǎn)品，切實落實好相應的設備采購協(xié)議。

5.3 運營風險

分布式光伏發(fā)電設備在實際運行中，存在建筑、環(huán)境、運行安全等諸多因素構成的設備運營風險。分布式光伏發(fā)電設備如果要安全可靠運行20年以上，客戶必須選擇具有售后服務保障的供貨廠商，同時自身也要加強光伏項目的設備維護和運營管理。

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)于太原科技大學自動化專業(yè)，助理工程師，從事電力營銷業(yè)擴報裝工作；

田育江（1966），男，山西朔州人，1992年畢業(yè)于太原工業(yè)學院計算機應用專業(yè)，工程師，從事電力營銷管理工作；張家瑋（1982），男，山西忻州人，2009年畢業(yè)于太原理工大學電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，碩士，工程師，從事電力系統(tǒng)繼電保護和調度設備監(jiān)控管理工作。