农村分布式光伏发电投资风险分析——基于蒙特卡洛模拟

孙岩松，苏尤丽

(新疆财经大学 信息管理学院，新疆 乌鲁木齐 830012)

0 引 言

近年来，随着技术的进步以及上游产业产能的扩张，光伏发电系统成本持续下降，吸引了不少企业和个人用户进行光伏发电投资。风险分析是进行项目投资前必要的一环，只有预先对投资项目可能产生的风险进行识别，合理分析其收益，才能最终确定是否进行投资以及合理规避投资风险，使投资收益最大化。

国外学者在项目投资风险领域进行的研究较早，技术也相对成熟。H.Zaroni等人通过将净现值纳入蒙特卡洛模拟(Monte Carlo simulation)来分析投资紧急能源发电系统的财务风险[1],C.Jeony以光伏技术为案例，采用系统动力学和蒙特卡洛模拟对长期可再生能源技术进行估值[2]；国内学者方面，吴先勇利用模糊层次分析法对海外电力工程项目HIRGIGO电厂进行风险评价分析，得出了该项目的总风险度及风险损失程度[3],余涛认为光伏发电企业应减少对政府补贴电价的依赖，通过加强对可控指标的掌控和提高自身管理水平来获得理想的投资回报[4]。

综上所述，国内外学者围绕发电项目投资风险主要进行了定性分析。由于分布式光伏发电投资风险因素众多，且各因素在较长的投资回收期内具有很强的不确定性，因此传统的净现值法无法达到良好的风险评估效果。本研究通过将投资分布式光伏发电可能出现的风险因素进行细化，筛选出具有概括性的几个风险指标构建发电收益净现值预测模型，最后对净现值进行蒙特卡洛模拟，能较好地反应出未来时期内的发电收益概率分布情况以及各因素对投资收益的影响程度。

1 研究对象

分布式光伏发电指在用户侧安装太阳能电板等光伏组件，将太阳能直接转换为电能，是一种新型的新能源利用方式。大型地面光伏电站占地面积大、门槛高、投资大、建设期长，而小型分布式光伏系统相对灵活，可直接在用户侧的屋顶进行安装。此外，将光伏发电与蔬菜大棚、渔场等相结合，还可实现农光、渔光互补[5]。

目前市场上销售的光伏组件尺寸一般为1 650 mm2×992 mm2，功率为250 W，算上组件之间的间隔，安装1 kW的光伏系统大概需要10 m2的面积。农村居民住房屋顶面积普遍较大，在农村地区安装分布式光伏发电系统，可以使居民闲置的屋顶得到合理利用，为居民带来收益。光伏发电还可以成为国家电网很好的补充，通过在高峰时期提供电力来减少电网的能源需求。当停电时用户可以利用自家光伏系统提供电力，而当光伏系统出现问题或光照条件不足导致发电量不够时，则继续使用国家电网的电，这样就减少了断电的可能性，方便了居民生活。

但是，对一般农村家庭用户而言，光伏发电系统的初始投资额较大、回收期长、发电收益影响因素众多且复杂，因此有必要对其进行投资风险分析。

本文以河北省邢台市为研究对象。邢台市位于河北省南部，地处东经114.48°、北纬37.07°，是中国太阳能资源三类地区。

分布式光伏发电项目在备案时可以选择“自发自用，余电上网”或“全额上网”。“自发自用、余电上网”是指所发电量一部分用户自己使用，多余电量接入电网卖给电网公司，“全额上网”是指所发电量全部并网卖给电网公司。本文研究“全额上网”模式下光伏系统投资收益。

2 分布式光伏发电项目主要投资风险因素

通过实地调研、问卷调查、文献查阅、咨询专业人士等方法，大致将分布式光伏发电项目的投资风险因素分为5类：技术风险、管理风险、经济风险、政策风险及环境风险[6]。

2.1 技术风险

2.1.1 勘察设计风险

包括太阳能电池板摆放角度、房屋质量等。光伏系统安装设计过程中要考虑光照条件、房屋朝向等问题。要观察装机屋顶周围有没有大面积的遮挡，比如高层建筑等。若有，则需要结合当地太阳倾角和一天中太阳的运动轨迹进行合理规避。

2.1.2 光伏系统衰减程度风险

随着使用时间的增长，光伏系统不可避免的会存在衰减，造成发电效率减少。

2.1.3 施工质量风险

光伏发电是一个长达25～30年的项目，项目时间长，对施工质量要求较高，需要保证光伏系统的稳定性。

2.1.4 光伏系统及其组件质量风险

随着光伏发电的兴起，一些低质量的冒牌杂牌光伏产品也流入市场，通过较为低廉的价格吸引消费者，普通用户难以鉴别。

2.2 管理风险

2.2.1 合同管理风险

一些农民缺乏基本的法律知识，一些不良商家瞄准这一点，往往会在合同上动手脚。因此出现了不少所谓的“农村光伏骗局”，用户得不到收益，还会对光伏发电项目产生抵触心理。

2.2.2 人员素质风险和售后服务缺失风险

包括业主素质和售后服务人员素质，光伏系统在运行过程中需要进行维护。如果人员不具备基本的知识，无法有效地管理光伏系统，会造成系统发电效率的下降，减少发电量。

2.2.3 运维质量风险

包括故障发生率和故障排除时间等。光伏系统产生的所有电能是通过汇控箱传输到逆变器，如果过程中出现接头损坏或者连接不良等问题而没有及时发现，则会导致发电量大幅下降。

2.3 经济风险

2.3.1 电价下降风险

光伏发电上网电价是由国家政策和市场行为决定的，电价下降会导致投资收益产生波动。

2.3.2 通货膨胀风险

通货膨胀是在进行经济分析时不可避谈的因素，如果在项目投资过程中出现了物价上涨、货币贬值等情况，很可能会使发电收益的实际效用减少，给投资者带来损失。

2.3.3 光伏系统售价上升风险

光伏系统售价是由当期市场行为决定的，如果光伏系统或者组件的价格上升，就会提高投资成本。

2.4 政策风险

2.4.1 补贴不到位风险

财政补贴的压力会造成补贴无法及时到位，影响用户收益。此外，光伏发电补贴资格需要审批并且有一定的数量限制，并非只要安装了光伏系统就能获得国家补贴。

2.4.2 补贴价格下降风险

国家和地方政府的补贴是许多企业投资光伏发电的重要原因。发电收益受国家补贴政策影响较大，如果政府调整补贴政策，减少补贴价格，会对发电收益造成影响。

2.4.3 政策持续性风险

光伏发电与国家的政策紧密相关，政策是否具有持续性将会影响投资收益的稳定性。

2.4.4 屋顶可利用年限风险

新农村改造以及城镇化建设等政策可能要求房屋整改或是拆迁，会减少发电时间，并产生光伏系统移机成本。

2.5 环境风险

2.5.1 地质灾害、洪涝风险

地震、洪涝灾害等属于不可抗力因素，虽然发生概率较小，但一旦发生，就会对投资产生较大的影响。

2.5.2 雨雪灰尘、鸟粪、树叶等遮蔽物

灰尘、雪花附着在太阳能电板表面，会阻挡太阳光的照射，减少发电量，需要人工进行定期清灰、清雪，由此带来了时间成本和机会成本等。

3 蒙特卡洛模拟

净现值(net present value,NPV)是经济影响评估中决定是否进行项目投资的关键。在本文中，影响分布式光伏发电收益的因素众多，其中发电量、总投资额等指标没有一个准确固定的值可供参考，单纯的使用净现值进行判断无法合理有效的对投资风险进行评估，因此本文引入了蒙特卡洛模拟方法。

蒙特卡洛模拟目前在风险分析、战略规划、市场研究等方面应用广泛，它是一种基于概率与统计学知识的随机模拟方法。对于一些只有估计区间而无法确定准确值的输入变量，该模拟通过在估计区间内生成大量的随机数来产生大量与输入变量相关联的随机样本，以此对结果进行成千上万次的模拟，最终形成一个概率分布图，获得所求问题的近似解[7]。

分布式光伏发电项目的投资风险因素众多，将其中具有相关性的多个因素进行综合，得到以下几个总体指标。

表1 总体指标

其中，年发电量由最佳倾角下峰值日照时数、装机容量、系统效率等构成。

3.1 模型构建

净现值的计算公式如下[8]

NPV=∑(CI-CO)/(1+i)t

(1)

CI=(F1+F3)×SD×IN×SE×365

(2)

式中CI代表第t年的发电收益，CO为第t年的资本投资，i为折现率，折现率是按企业的最低的投资收益率来确定的，是企业投资可以接受的最低界限[9]。普通居民投资途径比较单一，鉴于银行5年定期存款利率为2.75%,折现率i设置为3%。F1表示光伏发电上网电价，F3表示每度电补贴价格，SD表示最佳倾角下峰值日照时数，IN表示装机容量，SE表示系统效率。

因为计算的是年度发电量，所以最佳倾角下峰值日照时数取年平均值4.28 h，装机容量IN取固定值10 kW·h。

1)系统效率

光伏发电系统组件在25年内的发电性能还能保持80%以上，将系统故障、遮蔽物等风险考虑进来，假设25年内系统的效率服从80%～100%均匀分布。

2)年度资本投资

正规厂家生产的光伏系统及组件都会有25～30年的质保及终身售后服务，而由人工清灰清雪等运营管理活动所造成的时间成本和机会成本又因人而异难以计算，因此本研究中不对年度运营成本进行计算，即令CO=0。

3)上网电价

2019年III类资源区，全额上网分布式项目平均电价0.481 7元/(kW·h)，最低电价0.411 0元/(kW·h)，采用上网电价服从最小值0.411 0元，最大值0.552 4元，最可能值0.481 7元的三角分布。

4)补贴价格

根据国家发展改革委关于完善光伏发电上网电价机制有关问题的通知，纳入2019年财政补贴规模，采用“自发自用、余量上网”模式和“全额上网”模式的用户分布式光伏全发电量补贴标准调整为每千瓦时0.18元。结合近来颁布的一系列政策可以看出，财政对新能源发电的度电补贴正在一步步减少，以此来缓解财政补贴压力，并促进新能源行业的健康发展。未来光伏发电的补贴仍将会持续减少甚至取消补贴，而光伏发电又是一项长期投资，在考虑投资风险时必须具有前瞻性，将未来可能发生的问题考虑在内，因此本研究将补贴价格定为服从0～0.18元的均匀分布。

5)光伏系统售价

光伏系统售价是由当期市场行为决定的，根据具体的安装环境及施工难度的不同，当前行业内光伏发电系统的成本大约在4 000～4 800元/kW，也就是说居民安装一套10 kW的光伏发电系统需要花费40 000～48 000元，10 kW光伏系统售价服从40 000～48 000元的均匀分布。

3.2 使用Crystal Ball进行蒙特卡洛模拟

表2总净现值统计数据

统计指标统计值试验次数3 000基本情况0.00平均值(元)95 917.88中间值(元)95 709.63模式'---标准偏差(元)17 253.03方差297 667 206.00偏斜度0.106 7峰度2.56变异系数0.179 9最小值(元)47 149.91最大值(元)145 677.93平均标准误差315.00

图1 总净现值频率视图

以系统效率、上网电价、补贴价格、光伏系统售价为输入变量对光伏系统25年的发电收益净现值进行蒙特卡洛模拟，模拟次数选择3 000次[10]。

3.3 模拟结果分析

由表2统计值数据可以看出，10 kW分布式光伏发电系统25年的发电收益净现值平均值为95 917元，最小值为47 150元，最大值为145 678元，NPV<0的概率为0，说明该项目可以进行投资。

图1为净现值频率视图，图2为累计频率视图，可以看出累计频率曲线在70 000左右开始呈现一个较快的上升，曲线斜率较大，到了120 000以后上升速度减慢，说明数据在70 000～120 000分布较广。模拟值在模拟结果两端出现的概率较小，也就是说最小值和最大值出现的可能性很小。

图3为净现值在70 000～120 000元的频率，可能性为84.84%，此外，有60%的概率使得收益净现值在9万元以上，投资收益较好。

对4个输入变量进行敏感度分析[11]，结果如图4所示。

图2 累计频率视图

图3 净现值预测模型

图4 敏感度视图

由图4可以看出，光伏发电投资净现值对政府度电补贴价格最为敏感，这是由于政府补贴电价在发电收益中占比较大，且未来时期内不确定性较高，可能存在取消补贴的风险。此外，系统效率对投资收益的影响也较大，因为系统效率的高低直接影响发电量的多少。上网电价和光伏系统售价对投资收益影响较小。

近年来可再生能源补贴缺口不断扩大，财政补贴的压力以及出于对光伏行业整体健康发展的考虑，国家发改委、能源局在2019年1月发布了《关于积极推进风电、光伏发电无补贴平价上网有关工作的通知》，旨在通过减少补贴来使企业提高技术水平，合理控制成本，获得足够的利润，摆脱对政策补贴的依赖，促进整个光伏行业的健康发展。

考虑到政府度电补贴价格对光伏发电收益影响最大，且未来不确定性也最高，因此最坏的情况也就是在政府取消光伏发电补贴的情况下再对净现值进行模拟，其他变量保持不变。模拟结果如图5所示，无补贴情况下的总净现值主要分布在60 000～90 000元。

图5 无补贴情况下总净现值预测

表3 无补贴情况下总净现值统计数据

表3为无补贴情况下统计数据。经过对无补贴情况下的25年发电收益净现值进行3 000次模拟后得到预测平均值为74 142元，最小值为46 300元，最大值为104 065元，NPV<0的概率为0。

通过对取消补贴前后的模拟结果进行对比可以发现，取消补贴对发电收益净现值的最小值影响较小，对最大值影响较大，降低了4万元，平均值减少了21 000元。但是，由于NPV<0的可能性仍然为0，所以虽然取消补贴会降低投资收益，但仍然可以进行投资。

4 结论及建议

河北省邢台市农村居民投资屋顶分布式光伏发电具有比较可观的经济收益。在未来可能出现的取消光伏发电政府补贴的情况下，光伏发电仍具备投资的基础。光伏企业应加大创新力度，提高产品质量和发电效率，降低生产成本以获得足够的利润。还要提高自己的售后服务质量，增强在同类产品中的竞争力。政府应该颁布相应的法律法规来规范光伏市场的发展，可以通过税收优惠、碳排放交易等措施来代替度电补贴，弥补不断下降的度电补贴价格对光伏企业和用户的影响，促进光伏行业的发展。用户在安装光伏系统时，首先，要了解本地光伏发电的基本情况及相关政策，例如并网可行性、补贴价格、上网电价等。其次，购买光伏系统时要选择正规的公司，考察企业的规模、产品及售后服务的质量。再次，在光伏系统运作过程中，应定期观察发电量，以便及时发现问题并进行维护，减少损失。最后，用户还可通过购买商业保险的方式来应对可能出现的投资风险[12]。