光伏电站系统设计评价指标的研究

牟娟 范忠瑶 汪明雪

0 引言

传统设计软件以发电量最大为设计目标。然而，投资收益最大化方是运营商最关注的。多算例显示，发电量最大时投资收益并非最大。以甘肃某项目为例，发电量甘肃某项目倾角35°时发电量最大、对应资本金税后收益26.59%，而倾角25°时资本金税后收益27.29%^[1]。

本文通过全面对比分析反映光伏电站系统性参数的各个指标，包括系统评价指标和财务评价指标，具体为系统效率、度电成本、系统可利用率、发电设备平均利用小时数、内部收益率、净现值、投资回收期、投入/产出比共8项指标，对比各指标的定义、计算方法、计算所涉及的参数内容，分析得出可以全面反映运营商关注参数的系统性指标。为后续光伏系统优化设计提供参考。

1 光伏电站系统评价指标

1.1 系统效率（Performance Ratio）

系统效率（简称PR）是综合反应电站设计水平、施工质量、部件性能和维护水平高低的指标，是综合评判光伏电站价值的客观依据。PR定义如式（1）所示。

式（1）

其中，E是并网点流量发电量（kWh），是光伏組件额定功率之和（kW），H是光伏阵面上辐射量（kWh/m2），G是额定功率的光照条件（1000W/m²）。

PR并不是系统的优化指标，也不是项目的经济指标，但是一个光伏系统评价质量的关键指标。PR达到90%是现代光伏技术追求的一个标准。

1.2 度电成本（Levelized Cost of Electricity）

光伏发电的度电成本（简称LCOE）是指光伏项目单位上网电量所发生的综合成本，主要包括光伏项目的投资成本、运维成本和财务费用。度电成本是光伏电站经济性的考核指标，降低度电成本是我们提高效益追求的目标。

目前对光伏电站度电成本的主要分析方法有静态和动态两种：

（1）静态成本法

式（2）

其中C是度电成本（元/kWh），N是年均发电量（kWh），M是年均维修费（元），O是年均经营成本（元，包括材料费、管理费、工资及福利费），T是年均折旧费（元），S是年均财务费用（元）。

（2）动态成本法

式（3）

其中I是项目的初始总投资（元），n是项目的寿命期（年），i是折现率，CRF是等额资金回收系数，（O+M）是年均运维费用（元）。

动态成本又叫做全寿命期成本，是把光伏电站生命周期内所有的费用在寿命期间进行平摊。

1.3 系统可利用率

光伏系统利用率是指统计周期内除去光伏系统因定期维修和故障时数后剩余时数和除去非设备自身责任停机时数后剩余时数的比值，用百分比表示。

式（4）

其中，A是停机小时数（小时，不包括待机时间），B是非设备自身责任的停机小时数（小时），T是统计期内的公立小时数（小时）。非设备自身责任的停机小时数包括以下情况：电网故障（电网参数在技术规范范围之外）、气象条件（包括天气状况和环境温度）超出技术规范规定的运行范围、不可抗力、合理的理性维护时间、合理的例行维护时间。

1.4 发电设备平均利用小时数

发电设备平均利用小时数是指统计周期内的发电量与发电设备平均容量的比值，式（5）所示，其是反映发电设备生产能力利用程度及其水平的指标。利用小时数越高，说明设备的使用越充分，每度电中摊销的固定资产投资越低，或者说在电价相同的情况下固定资产投资回收得越快。

式（5）

其中，E是统计周期内的光伏电站发电量（kWh），是统计周期内的光伏电站发电设备平均容量（kW）。

2 光伏电站财务评价指标

2.1 内部收益率（IRR）

内部收益率（简称IRR）是相对指标，指使得项目各年现金流折现到项目建设期初的现值之和等于零时的折现率，其含义可以理解为项目投资可以获得的年率化的投资回报水平。IRR的计算公式如式（6）所示^[2]。

式（6）

其中，n为项目现金流总期数，CI_t为t期的现金流入量，CO_t为t期的现金流出量，R值即为对应现金流量的内部收益率。

内部收益率指标优点是直观、易理解，但对于净现金流序列符号正负变化多次的非常规项目，R的取值不唯一，失去了IRR指标的使用价值，所以只能适用符号正负变化仅一次的常规项目，一般情况下，电力项目投资的现金流分部比较正常，IRR指标还是比较使用的。

内部收益分全投资财务内部收益率和资本金财务内部收益率，对于一个既定项目来说，全投资内部收益率完全由项目的净现金流所决定，衡量项目本身的投资盈利能力，与融资结构无关。而资本金内部收益率则完全取决于贷款比例和贷款利率，在全投资内部收益率大于贷款利率的情况下，贷款比例越大，则资本金内部收益率越高，反之，则越低。

影响财务内部收益率的主要指标有：项目发电量（发电小时数）、电价、投资成本、贷款利率、年经营成本，另外还有补贴资金回收期、税收优惠、资本金出资比例等次要影响指标。

2..2 净现值（NPV）

净现值（简称NPV）定义为项目寿命期内各年的净现金流量按照应达到的基准收益率贴现到项目初始时点上的现值之和。NPV反映了项目所占用的尚未收回的资金及已收回的资金进行再投资，获得以基准收益率的递增幅度获利之外，在整个项目寿命期内所获收益现值的大小。计算公式如式（7）所示。

式（7）

其中k为基准收益率或资本成本。

净现值是一个绝对数指标，反映了项目的盈利总额。

NPV的大小，在项目其他条件（如投资、收入、年经营费用等）不变的前提下，完全取决于基准收益率k的大小。

2..3 投资回收期

投资回报周期是计算项目投产后在正常生产经营条件下的收益额和计提的折旧额、无形资产摊销额用来回收项目总投资多需的时间，与行业基准投资回收期对比分析项目投资财务效益的一种静态分析法。投资回收期指标所衡量的是收回初始投资的速度快慢。

投资回报周期的计算方法通常使用列表法。通过列表计算累计净现金流量，来确定项目的投资回报周期。

（1）静态投资回收期

静态投资回报周期是指不考虑资金的时间价值时，收回投资所需要的时间。静态投资回收期可以在一定程度上反映出项目方案的资金回收能力，其计算方便，有助于对技术上更新较快的项目进行评价。但它不能考虑资金的时间价值，也没有对投资回收期以后的收益进行分析，从中无法确定项目在整个寿命期的总收益和获利能力。

建设期的投资回收期（PP）=最后一项为负值的累计净现金流量对应的年数+最后一项为负值的累计净现金流量绝对值÷下年净现金流量 或：=累计净现金流量第一次出现正值的年份-1+该年初尚未回收的投资÷该年净现金流量。

（2）动态投资回收期

动态投资回收期是把投资项目各年的净现金流量按基准收益率折成现值之后，再来推算投资回收期，这就是它与静态投资回收期的根本区别。动态投资回收期就是净现金流量累计现值等于零时的年份。

动态投资回收期要比静态投资回收期长，原因是動态投资回收期的计算考虑了资金的时间价值，这正是动态投资回收期的优点。但考虑时间价值后计算比较复杂。

投资回报周期P't =（累计净现金流量现值出现正值的年数-1）+上一年累计净现金流量现值的绝对值/出现正值年份净现金流量的现值。

2.4 投入/产出比

投入/产出比（简称C/I Ratio）是指项目寿命期内的总成本与总收益的比值，其计算公式为：

R_C/I = 寿命期总成本/寿命期总收益^[3]

总成本包括系统初始投资、运行期总运维费用、总的财务费用及固定资产残值，总收益包括系统运行期的总发电收益，同时考虑折现率、弃光率及组件功率衰减的影响。投入产出比在计算过程中几乎考虑了光伏电站整个寿命期的所有投入与产出，并考虑了资金的时间价值。投入产出比适用于科技项目、技术改造项目和设备更新项目的技术经济评价指标，其值越小，表明经济效果越好。

投入/产出比与内部收益率IRR的关系如式（8）所示^[4]。

式（8）

式中，n_c—项目建设期;n_g—项目运行期，在光伏项目中，n_c=0.6，n_g=25。则上式可简化为：

式（9）

由投入/产出比定义可知，当项目的建设期和运行期确定后，R_C/I与IRR存在一一对应的关系，图1所示。

与IRR相比，投入产出比更能直观表现项目的经济性和可行性，且在项目建设期和运行期确定后和IRR值具有一一对应的关系。

3 小结

综上所述，在光伏电站各项评价指标中，系统效率（PR）是评价电站质量好坏的关键指标;LCOE是电站经济性的考核指标，其不涉及电价和收益的计算，PR、LCOE和设备小时数都是光伏电站系统性能指标，即在一个项目满足可行性的前提下，业主需要从设计、运维等方面尽可能去提高PR和小时数、降低LCOE，即所谓的降本增效，提高电站经济效益。而从投资商角度出发，投资光伏项目必须考虑电价、收益、贷款和利息等，因此光伏项目财务评价时使用的指标应以财务内部收益率为主，财务净现值和投资回收期为辅。由此，建议光伏系统优化设计首先关注的指标为内部收益率IRR。

参考文献：

[1] 乔伟. 光伏电站建设投资和设计优化分析[C]. 第二届中国国际能源峰会， 2015， 北京

[2] 发改委建设部. 方法与参数[M]，北京：中国计划出版社， 2006，22.

[3] 王斯成. 如何提高光伏电站的效益[A]. 光伏精细化设计论坛[C]. 呼和浩特，2016-07.

[4] 刘朋杰，一种新的項目评价指标[J]，东北电力大学学报，2002，22（3）：53-55.