分布式光伏发电成本收益分析及风险防范

王 玮，田育江，张家玮

（1.国网洪洞县供电公司，山西 洪洞 041600；2.国网山西省电力公司电力调度控制中心，山西 太原 030001）

分布式光伏发电成本收益分析及风险防范

王 玮1，田育江1，张家玮2

（1.国网洪洞县供电公司，山西 洪洞 041600；2.国网山西省电力公司电力调度控制中心，山西 太原 030001）

首先描述了发展分布式光伏发电的战略意义，介绍了分布式光伏发电的并网模式以及光伏电池类型，构建了分布式光伏发电项目的成本收益数学模型，以居民架设屋顶分布式光伏发电项目为例，计算并比较了不同并网模式、不同光伏电池材质的成本收益。最后，分析并提出了分布式光伏发电项目的各风险因素和应对措施，对广大客户投资分布式光伏发电项目具有现实的指导意义。

分布式光伏发电；成本；收益；风险防范

为了促进分布式光伏可再生能源发展，我国自2013年以来加大了对分布式光伏发电的政策补贴。2013年11月26日，国家能源局发布《关于分布式光伏发电项目管理暂行办法的通知》，其中明确制定了分布式光伏发电项目电量补贴办法，分布式光伏发电项目得以迅速发展。截至2015年底，我国分布式光伏装机606万kW，2015年全年发电量64亿kW·h。

分布式光伏发电项目具有建设地点分散、选址条件苛刻、并网模式和设备类型较多、资金回报周期长的特点。如何通过科学的计算、分析，对不同模式和类型的分布式光伏发电项目进行成本、收益的比较，帮助客户合理选择并网模式、光伏设备并提供风险应对措施，具有直接的经济和现实意义。

1 分布式光伏发电并网模式

分布式光伏发电主要有如下几种并网模式：自发自用模式、自发自用余电上网和全额上网三种模式。

1.1 自发自用模式

该模式一般应用于用电负荷较大、用电负荷持续、1年中停产或半停产情况较少发生的用户，或者是最低用电维持负荷也足以消纳分布式光伏电站发出的绝大部分电力的用户。此类系统，由于低压侧并网，如果用户用电无法消纳，会通过变压器反送到上一级电网，而配电变压器设计是不允许用于反送电能的（可以短时倒送电，比如调试时，而长期不允许），其最初潮流方向设计是固定的。所以需要安装防逆流装置来避免电力的反送。

单体500 kW以下，并且用户侧有配电变压器的分布式光伏电站，建议采用这种模式，因为其升压所需增加的设备投资比例较大。

1.2 自发自用余电上网模式

对于大多数网供电价较高的分布式发电用户来说，选择自发自用余电上网是最理想的模式，这样既可以享受到发电量的国家补贴，还可以抵消掉自用电的高电价，又可以将余电卖给电网。

这种模式最大的缺点，是其自发自用比例和余电上网比例始终在变化，收益模型不能固定，实际收益无法做出合理预估。

1.3 全额上网模式

在分布式光伏发电发展过程中，全额上网模式一直是分布式光伏发电应用的主流。同时，由于国家扶持政策的大力补贴，全额上网更成为了居民投资理财的一种方式，因其财务模型简单，并且相对可靠，而被客户所青睐。

2 光伏电池类型

分布式光伏发电最基本的装置就是光伏电池，它是直接将光伏转换为电能的光电元件。目前，世界上最常用的光伏电池主要有以下几种类型。

2.1 单晶硅光伏电池

单晶硅光伏电池是开发较早、转换率最高和产量较大的一种光伏电池。单晶硅光伏电池转换效率最高，技术也最为成熟。在实验室里最高的转换效率为24.7%，规模生产时的效率为15%。在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于单晶硅成本价格高，大幅度降低其成本很困难，为了节省硅材料，研制出了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜作为单晶硅光伏电池的替代产品。

2.2 多晶硅光伏电池

多晶硅光伏电池是以多晶硅材料为基体的光伏电池。多晶硅薄膜光伏电池与单晶硅比较，成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜电池，其实验室最高转换效率为18%，工业规模生产的转换效率为10%。因此，多晶硅薄膜电池将逐步在光伏电池市场上占据主导地位。

2.3 非晶硅光伏电池 （薄膜式太阳电池）

非晶硅光伏电池是用非晶态硅为原料制成的一种新型薄膜电池。非晶硅薄膜光伏电池成本低重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，有极大的潜力，但由于其受制于其材料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高，直接影响了它的实际应用。如果能进一步解决稳定性问题及提高转换率问题，非晶硅大阳能电池无疑将是光伏电池的主要产品之一。3种光伏材料的光电转化效率如表1所示。

表1 光伏材料光电转化效率

2.4 电池寿命

光伏电池板的使用寿命由电池片、钢化玻璃、EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)、TPT(聚氟乙烯复合膜)等的材质决定，电池板使用寿命最高可以达到25年左右。但随着环境的影响，光伏电池板的材料会随着时间的变化而老化，一般情况下用到20年转换功率会衰减30%，用到25年转换功率会衰减70%。

3 成本收益数学模型

分布式光伏发电项目的收益为发电收入与投资成本之差。

3.1 成本数学模型

分布式光伏发电项目的发电成本由装机成本Civs、运营管理成本Cop和财务成本Cfn三部分组成。

装机成本Civs：是指分布式光伏电站的初始建设费用，为一次性投资费用，属于其固定资产。主要由项目前期费用Cqq、系统设计费用Csj、设备购置费Csb、材料费Ccl、安装施工费Csg以及外线接入费Cjr等组成。

运营管理成本Cop：是指光伏电站的日常维护和管理费用。由于光伏电站在运营过程中，不需要原材料，也没有运动磨损部件，因此维护费用很低，也完全可以预见。通常，维护费用除了人员工资外，主要是备件费用。光伏电站可以按照总体固定投资提取某一比例进行估算。根据现有光伏电站经验，年运营费率通常在1%～3%之间。装机容量越大的电站，年运营费率越低，针对居民分布式光伏发电项目，由于其规模小，易操作，易管理，年运营费用可以忽略不计。

式中，kop为年运营费率；财务成本Cfn是指贷款年利息，如果项目资金全部为自有资金，则财务成本为零。

分布式光伏发电项目总的发电成本为

其中，n为项目全寿命周期。考虑到光伏组件的使用寿命大约是25年，因此设定n为25年。

3.2 发电收入数学模型

分布式光伏发电项目的发电收入F由售电收入Fp和财政补贴Fb两部分组成。

式中，n为项目全寿命周期；售电收入Fp= Q×P1。

财政补贴 Fb=Q×P2

式中，Q为发电量，P1为上网电价，P2为补贴电价。

式中：Sarea——方阵总面积，m2；

Rβ——倾斜方阵面上的太阳总辐射量，kW·h/m2；

ηsystem—— 并网光伏系统发电效率；

各分项系数建议值如下。

K1——光电电池长期运行性能修正系数，K1= 0.86；

K2——灰尘引起光电板透明度的性能修正系数，K2=0.9；

K3——光电电池升温导致功率下降修正系数，K3=0.9；

K4——导电损耗修正系数，K4=0.95；

K5——逆变器效率，K5=0.95；

ηmodule——太阳电池组件转化效率。

按照国际光伏产业通用标准的要求，光伏组件每年的衰减不得高于1%，或者25年不得小于20%（递进衰减）。目前大多数厂家实际给出的数据是每年的衰减不超过0.5%。

4 实例分析

本文以临汾地区家庭架设屋顶 5 kW分布式光伏发电成套系统为例，在不考虑衰减因素的情况下，对不同并网模式和设备类型的分布式光伏电站成本回收时间进行计算、分析和比较。

5 kW分布式光伏发电系统主要由光伏组件、逆变器、控制器、光伏支架、电缆、配电箱等设备组成。根据不同的材料组成，该项目占用屋顶面积在50 m2至100 m2之间。临汾地区属于光伏Ⅲ类资源区，即光伏资源可利用区。全年日照时数为2200～3000h，年辐射量在1390～1630kW·h/m2，为了方便计算按1 500 kW·h/m2来计算。

可得出该5 kW分布式光伏发电系统年发电量为

平均每天的发电量为12.91～23.25 kW·h。

由表2可以看出，在成本相同的情况下选择单晶硅的光伏电池，可以实现利益的最大化；在成本不相同的情况下，非晶硅回收成本是最快的，但是它存在光伏板规格较小、相同的面积下安装的电池板容量较少的缺点；多晶硅是具有投资成本低、但收益回报较慢的特点。客户可以根据自己实际的投资能力和需求选择相应的光伏电池类型。

表2 不同并网模式和设备类型下的收益分析

分布式光伏发电项目想要收回成本，在不考虑光伏电池衰减因素的情况下，一般可以到6～8年左右。其中，全额上网模式回收成本最快，适合居民用户投资；自发自用余电上网模式回收成本相对较慢，方式转换灵活，适用于网供电价较高的用户；自发自用由于模式单一、余电无法上网而造成资源浪费，不建议采用。

5 面临的风险及应对

由于分布式光伏发电项目具有建设地点分散、选址条件苛刻、资金回报周期长的特点，在对分布式光伏发电的成本收益进行系统分析的同时，也不能忽略其在建设和运营过程中的各种风险因素，否则会给客户和承包商造成极大的财务损失和信誉损害。因此，在进行分布式光伏发电投资之前，就必须对项目的各风险因素进行科学和细致的分析，并采取必要的应对措施。

5.1 自然风险

分布式光伏发电项目开发建设和运营过程中可能面临自然灾害风险，这种风险可能贯穿项目的始终，对此要高度地重视和防备，尽可能地减少或避免损失。这是因为分布式光伏发电设备安装在建筑屋顶，充分暴露在露天环境中，而光伏电池抗击能力较低，极容易受到自然因素的影响。冰雹、雷电、沙尘暴、雾霾、大风天气等自然灾害都可能对该项目或设备产生较大的影响。

针对自然风险的特点，应对方法是以风险自留为主。这是因为自然灾害的出现是无法控制的，但是全球气候变化是可预测的，做好足够的防备措施，能够尽可能地避免或降低损失。在项目筹建期，针对分布式光伏发电设备设计要求，应增加抗低温、防雷击、防雾霾、抗沙尘等性能的建设投入，用来抵御不同程度的自然灾害破坏。在项目运营期，要加强对天气的预测，及时了解气象信息，争取在自然灾害到来之前，采取防范措施，将风险降到最低。

5.2 市场风险

分布式光伏发电项目投产后产生的经济效益，是关系发电企业能否顺利运行的重要因素，同时也关系到该产品是否能够得到进一步的发展，其市场风险包括电价和成本风险两部分。

5.2.1 电价风险

在上网电价方面，分布式光伏发电执行的是燃煤机组标杆上网电价为0.320 5元/（kW·h），含脱硫0.015元、脱硝0.01元、除尘0.002元。该电价本身不具备价格优势，其收益受到国家补贴政策的影响较大，存在一定风险。作为分布式光伏发电项目客户，应随时关注相关国家电价补贴政策，根据自身需求，合理选择或调整并网模式，将自身的利益最大化。

5.2.2 成本风险

分布式光伏发电投资成本包括了建设成本、资金成本和运营成本。由于目前正规光伏电池厂家生产成本较高，光伏市场还未完全打开，分布式光伏发电运营方面也缺少经验，因此，在建设、运营各个阶段都面临很大的成本控制压力，存在成本风险。这就要求客户随时关注市场动态，加强市场研究，严格控制建设期间的成本投入，同时也要注意在投资前认真对比分析光伏电池市场，选择具有质量保证和信誉的光伏电池产品，切实落实好相应的设备采购协议。

5.3 运营风险

分布式光伏发电设备在实际运行中，存在建筑、环境、运行安全等诸多因素构成的设备运营风险。分布式光伏发电设备如果要安全可靠运行20年以上，客户必须选择具有售后服务保障的供货厂商，同时自身也要加强光伏项目的设备维护和运营管理。

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 玮（1985），男，山西洪洞人，2008年毕业于太原科技大学自动化专业，助理工程师，从事电力营销业扩报装工作；

田育江（1966），男，山西朔州人，1992年毕业于太原工业学院计算机应用专业，工程师，从事电力营销管理工作；张家玮（1982），男，山西忻州人，2009年毕业于太原理工大学电力系统及其自动化专业，硕士，工程师，从事电力系统继电保护和调度设备监控管理工作。