户用屋顶分布式光伏发电成本效益分析

张伊美 刘欣明



户用屋顶分布式光伏发电成本效益分析

张伊美 刘欣明

（国网北京昌平供电公司，北京 102200）

我国对分布式光伏发电大力扶持，但补贴正在逐年下降。本文介绍了分布式光伏发电的政策环境，在此基础上建立了居民用户的发用电成本和效益模型。选取北京市2017年居民用户发用电数据，对分布式光伏投资回收年限进行测算，结果表明在现行补贴政策和投资成本下，平均回收成本时间为7.5年左右。在此基础上分析了用户实际用电量、上网占比、投资成本及补贴力度对投资回报率的影响，计算得到相同回报率下不同度电补贴对应的单位容量光伏组件造价，为居民用户投资分布式光伏提供了指导和依据。

分布式光伏；度电补贴；成本效益模型

光伏发电具有清洁环保、不受资源分布地域限制、易于被消纳等优点[1]。分布式光伏发电一直被国家大力支持，并在近几年内发展迅速。光伏电站2015年总装机为15GW，2016年总装机为34.54GW，仅2017年新增装机便达53.06GW[2-3]。在2016年上调过一次可再生能源基金附加后，未来可再生能源基金附加难以上调，补贴来源方面便再未有加大力度的政策[2]。目前光伏组件成本逐渐下降，2018年国家推行的分布式光伏度电补贴也出现了首次下调，分布式光伏前景依然看好，但投资将逐渐趋于理性。

分布式光伏发电的形式有3种，即自发自用余电上网、全部自用和全额上网。本文仅讨论自发自用余电上网和全部自用形式下的分布式光伏并网。居民报装分布式光伏一般采用这两种形式。

目前国内关于分布式光伏发电的研究已有不 少[4-8]，但针对现有补贴政策和当前投资成本下的效益分析居多，对未来补贴下调和光伏组件成本下降的趋势考虑不足，本文基于现有数据进行测算分析，并考虑补贴力度和投资成本等因素变化的影响，向用户投资提供合理性化建议。

1 分布式光伏发展现状

1.1 政策环境

国家发改委、国家能源局等对分布式光伏并网工作出台一系列相关政策[9-13]。针对分布式光伏发电，国家层面实行全电量补贴的政策，自并网之时起对分布式发电项目实行每千瓦时0.42元（含税）的电价补贴，期限为20年。2017年12月19日，国家发改委下调了分布式光伏电价，2018年以后投运的分布式光伏发电项目，度电补贴标准降低至0.37元（含税）。各地市也出台了相关分布式光伏发电奖励办法。以北京市为例，北京市发改委为鼓励分布式光伏发电，对2015年至2019年期间并网的分布式光伏发电项目，按每千瓦时0.3元（含税）进行补贴，每个项目补贴持续5年。

1.2 分布式光伏发电投资成本

居民用户投资分布式光伏发电项目，需购买光伏组件，逆变器，开关等辅助元件，以及安装费等等，用户需要维护光伏发电设备材料，维护成本大概1%～3%投资成本。光伏发电成本中，光伏组件约占50%～60%。总体建设费用已经降至每千瓦时万元以下[2]。

1.3 太阳能量环境和分布式光伏发电项目报装趋势

以北京市为例，太阳辐射量全年平均为4600～5700MJ/m2。年平均日照时数在2000～2800h之间，主要为2600h左右。辐射主要集中在4—8月，占全年55.1%。通过测算，按照最佳倾角31°敷设光伏电池板，年最大负荷发电小时数为1087h，平均每天2.98h[14]。

而从目前政策趋势来看，补贴的拖欠将成为常态，光伏补贴是不可持续的。图1为某区域居民分布式光伏2015—2017年业务受理和并网数据的增长情况。从图1可以看出，2015—2017年，每年新增受理和并网用户都在不断增长，受理容量年增长率逐年降低。鉴于建设周期的存在，平均受理-并网周期约为135天，并网增长率一定程度上滞后于受理增长率，最大增长率出现在2016年。未来，分布式光伏发展需要从数量向质量转型。

图1 某区域居民分布式光伏2015至2017年业务受理和并网增长率

2 户用分布式光伏投资成本效益分析

2.1 户用光伏投资成本效益模型

对于北京地区居民用户来说，为满足产权的合法性，安装分布式光伏发电的有效位置主要为农村宅基地和别墅的屋顶，为低压单相或三相，用户报装容量在1～20kW。户用光伏并网系统结构简单，均为一个光伏并网点和一个公共连接点，分别计量发电量和上网电量。其中并网点计量发电量，公共连接点为双向计量表，同时计收用电量和光伏上网电量，户用光伏并网系统如图2所示。

图2 户用分布式光伏发用电计量关系

对图中拓扑结构做一个负荷平衡点，流入功率=流出功率，因此某时刻

光伏发电功率+电网供电功率=用户负荷+上网功率

分布式光伏并网对用户的用电情况不会造成影响，第年的实际用电量亦满足此规律：

式中，c为实际用电量；Pg为光伏电源发出的发电量；Pm公共连接点处电表的计收用电量；Pog为用户光伏发电产生的上网电量。

为简化问题，认为上网电量逐年减少量与发电量衰减率一致，故有

对于用户的投资回报，如式（4）所示。

故有

用户每年通过电网企业光伏购电和国家补贴金额，以及自用电量带来的用电费的节约，产生创收。以用户投资回收年限来衡量光伏发电的效益，由于光伏发电的效率逐年递减，且不同的政府补贴年限不同，因此每年光伏回报将不相同，呈逐年阶梯性减少趋势。

此外，对于居民用户光伏效益，不考虑北京煤改电电价政策带来的影响。这是因为电采暖电价时段为非光照时间，光伏发电并不会抵消此部分用电，仅需考虑并网前后的居民阶梯电费差。

2.2 投资效益测算案例

图3为北京市某地区典型居民用户报装光伏发电15kW的发电量、上网电量、计收用电量和实际用电量随月份变化的趋势图。从图3中可以看出，光伏发电呈现季节性，发电量较高的月份为5—9月。居民用户的夏季实际用电量较大，已经远远超出三档阶梯电价电量值。用户光伏发电上网电量差值为用户自发自用电量部分，抵扣了一部分计收用电量，使得用户节省了一部分高额电费。

图3 典型个人用户逐月光伏发电情况（15kW）

表1 居民用户年发用电和回收年限情况

注：日均最大发电小时=年发电量/(365×装机容量)。

从样本用户测算结果还可以看出，居民用户平均日最大发电小时数3h。同时，不同的发电效率，上网电量，实际用电情况均对回收年限产生影响。

3 投资回报影响因素相关性分析

用户的实际用电量、上网电量比重、光伏投资成本以及光伏补贴力度均会对投资的回收年限产生影响，下面分别予以分析。

3.1 实际用电量和上网占比

以单相居民用户安装5kW分布式光伏并网为例，上网电量占发电量比重不应超过50%[13]。分析不同上网电量占比时，用户自身用电量与投资光伏回收年限的关系如图4所示。

图4 分布式光伏投资回收年限随实际用电量变化趋势

从图4可以看出，上网电量占比越高，用户投资成本的回收年限越长，这是因为光伏发电上网电价低于居民电价（两者差值为居民输配电价），用户自用的电量越多，不经电网而于本地消纳的电量就越多，节省了更多的输配电成本。

我国现行居民电价大多为阶梯电价[15]，可按用电量区间划分为三档。上网电量占比不变的情况下，随着用户实际用电量增加，回收年限逐渐缩短。当实际用电量在一档阶梯电量区间内时，实际用电量对回收年限的影响很小；在二档和三档阶梯电量区间范围时，回收年限缩短的速度相应增加。当用户实际用电量超过一定值时，自发自用电量全部替代三档阶梯电量，光伏发电已经产生了最大效益，收益年限不再减少。

3.2 实际用电量和上网占比

以北京市政策为例，考虑3种补贴政策下的光伏投资成本与回收年限的关系：①2018年国家分布式光伏每千瓦时0.37元电补贴20年和市级补贴每千瓦时0.3元5年；②2020年后北京市取消市级补贴后的情况；③远景时期光伏发电取消补贴之后的情况。

不同补贴政策下光伏投资回收年限与成本关系如图5所示。从图中可以看出，随着补贴力度降低，光伏发电的回收年限逐渐变长；同时，在没有补贴的情况下，通过降低光伏组件造价，也能大大缩短回收年限。

图5 不同补贴政策下光伏投资成本与回收年限

参照北京当地光伏组件平均造价（约0.85万元/ kW），按每千瓦时0.37元电补贴政策计算，平均7.54年可以回收成本；取消市级补助后，平均9.86年可以回收成本。若取消全部补贴，则光伏投资成本至少需降至3408元/kW，才能保证可以在8年内回收成本。

4 结论

1）居民用户用电价格低，报装容量小，免征增值税，可以就地消纳。经测算现行补贴政策下，平均回收成本时间为7.5年左右。在目前国家补贴和市级奖励办法的扶持下，处于较高水平。但实际补贴发放滞后，拨款周期长，平均延后1～1.5年，故回收年限将略高于理论测算值。

2）对于用电量大、上网比例低的用户来说，回收年限短，更适合投资分布式光伏。

[1] 杨金焕, 于化丛, 葛亮. 太阳能光伏发电应用技术[M]. 北京: 电子工业出版社, 2009.

[2] 中国储能网新闻中心. 国家能源局邢翼腾: 对630后光伏市场的冷静思考[EB/OL][2018-05-28]. http:// www. escn.com.cn/news/show-443503.html.

[3] 国家能源局. 2017年光伏发电新增装机53.06GW居可再生能源之首[EB/OL] [2018-05-28]. http://www. china-epc.org/zixun/2018-01-24/32108.html.

[4] 张弼宏. 并网分布式光伏发电系统的选型及配置方案研究[J]. 电工技术, 2016, 17(8): 108-109.

[5] 杨建林, 黄一超, 费斐, 等. 不同商业运营模式下储能技术经济效益分析研究[J]. 电气技术, 2018, 19(3): 41-47.

[6] 邱寿丰, 王库. 省域居民分布式光伏发电系统投资回收期研究[J]. 闽江学院学报, 2016(4): 46-55.

[7] 乔虹桥, 冯相赛, 张海磊, 等. 民用光伏发电系统经济效益分析[J]. 能源与节能, 2016(2): 100-103.

[8] 章荣国. 典型光伏大棚投资效益比较分析研究[J]. 电气技术, 2018, 19(1): 58-60.

[9] 国务院. 国务院关于促进光伏产业健康发展的若干意见(国发[2013]24号)[Z]. 北京, 2013.

[10] 国家发展和改革委员会. 分布式发电管理暂行办法(发改能源[2013]1381号)[Z]. 北京, 2013.

[11] 国家能源局. 分布式光伏发电项目管理暂行办法[Z]. 北京, 2013.

[12] 北京市发展与改革委员会. 北京市分布式光伏发电项目管理暂行办法(京发改规[2014]4号)[Z]. 北京, 2014.

[13] 国家电网公司. 国家电网公司关于印发分布式电源并网相关意见和规范(修订版)的通知(国家电网办[2013]1781号)[Z]. 北京, 2013.

[14] 美国国家航空航天局(NASA)官网. https://www. nasa.gov/.

[15] 国家发展与改革委员会. 国家发展改革委印发关于居民生活用电试行阶梯电价的指导意见的通知(发改价格[2011]2617号)[Z]. 北京, 2010.

Cost-benefit analysis of distributed photovoltaic power generation for residential roofs

Zhang Yimei Liu Xinming

(Beijing Changping Electric Power Company, Beijing 102200)

Our country has made great efforts to support the distributed photovoltaic power generation, but the subsidy is declining year by year. This paper analyzes the policy of distributed photovoltaic (DPV) from the perspective of social development and establishes the cost and benefit model of the consumer's electricity. The data of Beijing residents' hair consumption in 2017 is selected to calculate the return years of distributed PV investment. On this basis, the effects of the actual electricity consumption, the on-grid electric ratio, the investment cost and the subsidy on the rate of return on investment are analyzed. The costs of unit capacity photovoltaic components corresponding to different electric subsidies under the same return rate are calculated providing guidance and basis for residential users who have intention to invest in distributed photovoltaic.

distributed photovoltaic(DPV); electricity subsidy; cost and benefit model

2018-05-14

张伊美（1991-），女，硕士研究生，主要从事分布式光伏发电管理和电力市场分析工作。