光伏收益五要素：1MW分布式光伏投資概算

國(guó)家近期出臺(tái)了一系列支持中國(guó)光伏市場(chǎng)發(fā)展的政策措施，2014 年的裝機(jī)目標(biāo)也調(diào)整至14吉瓦?，F(xiàn)行政策收益率偏低，如何在現(xiàn)有的政策框架下開(kāi)發(fā)光伏項(xiàng)目并實(shí)現(xiàn)盈利，如何在低電價(jià)狀態(tài)上開(kāi)發(fā)分布式光伏并實(shí)現(xiàn)盈利，是對(duì)所有光伏開(kāi)發(fā)商的挑戰(zhàn)。

2014 年想必是中國(guó)光伏市場(chǎng)大發(fā)展之年，也是考驗(yàn)光伏開(kāi)發(fā)商生存能力之年。筆者認(rèn)為，只要牢牢把握住光伏項(xiàng)目5 要素：政策、質(zhì)量、安全、成本和能效，就能夠立于不敗之地。享受和執(zhí)行政策以及投融資方面的風(fēng)險(xiǎn)和對(duì)策已經(jīng)廣泛討論過(guò)，本文重點(diǎn)從質(zhì)量、安全、成本和能效四個(gè)方面來(lái)討論如何有效控制光伏發(fā)電系統(tǒng)，使光伏發(fā)電系統(tǒng)收益最大化。據(jù)悉，相關(guān)培訓(xùn)也已展開(kāi)，光伏企業(yè)應(yīng)給予關(guān)注。

從 2014 年開(kāi)始，國(guó)家對(duì)大型光伏電站將實(shí)行分資源區(qū)的不同上網(wǎng)標(biāo)桿電價(jià)，將此前實(shí)行的全國(guó)統(tǒng)一上網(wǎng)標(biāo)桿電價(jià)1 元/kWh 分別調(diào)整到0.9 元/kWh(Ⅰ類區(qū))、0.95 元/kWh(Ⅱ類區(qū))和1.0 元/kWh(Ⅲ類區(qū))，同時(shí)對(duì)于分布式光伏發(fā)電的激勵(lì)政策從初投資補(bǔ)貼轉(zhuǎn)為度電補(bǔ)貼(0.42 元/kWh)，這就更加要求光伏系統(tǒng)不但要有低成本，還必須注重質(zhì)量和發(fā)電效率，使光伏發(fā)電系統(tǒng)的效益最大化。為達(dá)此目的，以下5 點(diǎn)非常重要：1)研究并用好現(xiàn)行國(guó)家政策，規(guī)避建設(shè)、并網(wǎng)、運(yùn)營(yíng)等操作層面的風(fēng)險(xiǎn);2)嚴(yán)格控制光伏系統(tǒng)部件和工程質(zhì)量;3)重視光伏系統(tǒng)的安全，避免發(fā)生災(zāi)難性事故;4)在保證質(zhì)量前提下降低光伏系統(tǒng)的建設(shè)成本、運(yùn)營(yíng)成本和發(fā)電成本;5)通過(guò)精細(xì)化設(shè)計(jì)，提高光伏系統(tǒng)性能指數(shù)(PR)。

嚴(yán)格控制光伏系統(tǒng)質(zhì)量

光伏系統(tǒng)質(zhì)量的好壞主要取決于部件質(zhì)量和工程建設(shè)質(zhì)量，判斷部件質(zhì)量和工程建設(shè)質(zhì)量的依據(jù)則是看其是否符合或滿足相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求。當(dāng)前已經(jīng)發(fā)布的與光伏系統(tǒng)和部件有關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)包括光伏組件、平衡部件(逆變器、控制器、蓄電池等)、獨(dú)立光伏系統(tǒng)、并網(wǎng)光伏系統(tǒng)、大型光伏電站、建筑光伏、太陽(yáng)跟蹤器、光伏水泵等40幾個(gè)。有了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或某產(chǎn)品已經(jīng)通過(guò)了第三方檢測(cè)，并不能代表所有產(chǎn)品都能夠符合質(zhì)量要求。為了保證所有該型號(hào)的產(chǎn)品都能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的質(zhì)量，則還需要對(duì)該產(chǎn)品的生產(chǎn)全過(guò)程以及制造商的生產(chǎn)管理進(jìn)行認(rèn)證。

光伏組件、逆變器以及蓄電池都不是一般消費(fèi)型產(chǎn)品，使用壽命長(zhǎng)達(dá)幾年，甚至幾十年，但從外觀和即時(shí)檢測(cè)都無(wú)法判斷其長(zhǎng)期的可靠性。開(kāi)發(fā)商為了確保光伏產(chǎn)品和部件的質(zhì)量和長(zhǎng)期可靠性，可以通過(guò)如下幾項(xiàng)措施：1) 最基本的是要求廠家提供具有權(quán)威性的檢測(cè)和認(rèn)證報(bào)告，以保證送檢產(chǎn)品的技術(shù)性能符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)且通過(guò)了第三方的檢測(cè)，并且批量生產(chǎn)的產(chǎn)品與送檢產(chǎn)品按照同一標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn);2) 為了保證光伏部件的長(zhǎng)期可靠性和質(zhì)量的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，可以要求廠家提供產(chǎn)品質(zhì)量保險(xiǎn)，這是一種降低開(kāi)發(fā)商風(fēng)險(xiǎn)的趨勢(shì)(目前一些保險(xiǎn)公司，如英大泰和，已經(jīng)推出了出口光伏組件25年功率擔(dān)保的險(xiǎn)種);3) 如果產(chǎn)品不能提供質(zhì)量保險(xiǎn)，則可以聘請(qǐng)有經(jīng)驗(yàn)的第三方實(shí)施產(chǎn)品監(jiān)造，且在產(chǎn)品交貨前，對(duì)該批次產(chǎn)品進(jìn)行抽檢;4) 鑒于光伏組件和逆變器都不是短期消費(fèi)品，在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行一年后需要再次抽檢，“嬰兒期”失效率應(yīng)在合同約定范圍內(nèi)。

除了產(chǎn)品和部件質(zhì)量，光伏工程的設(shè)計(jì)和建設(shè)也非常重要。項(xiàng)目開(kāi)發(fā)商為了確保工程質(zhì)量也可以委托有資質(zhì)、有經(jīng)驗(yàn)的第三方對(duì)工程設(shè)計(jì)、施工安裝、項(xiàng)目驗(yàn)收等進(jìn)行全過(guò)程審查和監(jiān)管。目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)有這樣的服務(wù)，且收取的服務(wù)費(fèi)相當(dāng)?shù)土?，相信這樣的服務(wù)能夠?qū)ΡＷC光伏系統(tǒng)的質(zhì)量起到關(guān)鍵作用，對(duì)于開(kāi)發(fā)商來(lái)講堪稱是一項(xiàng)增值服務(wù)。光伏工程的驗(yàn)收除了需要進(jìn)行投運(yùn)驗(yàn)收外，也需要在光伏系統(tǒng)運(yùn)行一年后進(jìn)行后評(píng)估，電站的評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)當(dāng)以“性能指數(shù)”(PR)為準(zhǔn)。

保證光伏系統(tǒng)的安全性

安全性是光伏系統(tǒng)質(zhì)量最重要的組成部分。光伏系統(tǒng)的安全包括：建筑安全、電網(wǎng)安全、防電擊、系統(tǒng)抗風(fēng)、防雷擊、防火和防電弧、防盜、防沙暴等。建筑安全包括建筑載荷、防滲漏、不破壞保溫層和建筑消防，建筑安全性評(píng)估需要專業(yè)部門進(jìn)行，與建筑結(jié)合的分布式光伏在建設(shè)前應(yīng)當(dāng)首先通過(guò)建筑安全性評(píng)估。極絕緣破損就會(huì)產(chǎn)生并聯(lián)回路電弧，而對(duì)地絕緣的破壞則會(huì)產(chǎn)生對(duì)地電弧，因此如果電纜、連接器件、接觸器、斷路器的質(zhì)量有問(wèn)題或者工程安裝不認(rèn)真都有可能發(fā)生電弧并引起火災(zāi)。

目前還沒(méi)有國(guó)際統(tǒng)一的電弧檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，也不能用常規(guī)電流和電壓的檢測(cè)來(lái)判斷是否發(fā)生了電弧，電弧發(fā)生時(shí)會(huì)產(chǎn)生弧光和輻射，國(guó)內(nèi)外正在根據(jù)這一特點(diǎn)研究檢測(cè)辦法。為了避免發(fā)生串聯(lián)回路電弧，最重要的是安裝質(zhì)量，每個(gè)連結(jié)點(diǎn)必須牢固連結(jié)。

系統(tǒng)抗風(fēng)需要根據(jù)當(dāng)?shù)?0年內(nèi)最大風(fēng)速進(jìn)行設(shè)計(jì)，但需要在方陣安裝傾角、全年發(fā)電量、建筑載荷、占地、陰影遮擋等多種因素間進(jìn)行優(yōu)化和平衡，例如方陣傾角與風(fēng)載荷直接相關(guān)，為了使全年發(fā)電量最大而設(shè)計(jì)的方陣傾角，有可能需要承受更大的風(fēng)載荷，從而要求更大的配重，而這樣的配重恰恰超過(guò)了建筑能夠承受的最大載荷，這就需要改變方針傾角，以適應(yīng)建筑載荷;再比如，高的傾角需要更大的占地，而占地增加了成本，有時(shí)屋面面積有限，不允許方陣間有更大的間距，因此方陣抗風(fēng)設(shè)計(jì)需要因地制宜。

合理降低光伏發(fā)電成本

光伏系統(tǒng)的成本直接影響最終收益，成本包括建設(shè)成本，運(yùn)行維護(hù)成本和最終的發(fā)電成本。目前光伏系統(tǒng)的合理建設(shè)成本大約為 9 元/Wp，大型光伏電站雖然具有規(guī)模效應(yīng)，但土建工程和站內(nèi)升壓站的成本都相對(duì)較高;而分布式光伏的規(guī)模雖小，設(shè)備成本要相對(duì)高一些，但在土建施工和接網(wǎng)系統(tǒng)的費(fèi)用相對(duì)較低，因此大型光伏電站和建筑光伏的初投資實(shí)際上相差無(wú)幾。

10MW 大型光伏電站和1MW 分布式建筑光伏的典型概算如下：

從概算分項(xiàng)比例可以看出，光伏組件大約占總投資的 49%，逆變器及其它電氣設(shè)備大約占10%，電纜和支架各占大約10%，這幾個(gè)分項(xiàng)所占比例較高，還有一定降價(jià)空間，光伏建設(shè)投資有可能做到8 元/Wp。按照正常設(shè)計(jì)，目前光伏系統(tǒng)的建設(shè)投資幾乎不可能降到8 元/Wp 以下，但對(duì)于一些特殊應(yīng)用，則還有降價(jià)的空間。例如，對(duì)于3-5kW 戶用并網(wǎng)光伏，一般需要10-20 塊光伏組件，如果采用直接并網(wǎng)型的交流光伏組件(AC Module，或微型逆變器)，則不再需要匯流箱、交直流配電和單獨(dú)的逆變器，也不需要直流電纜，安裝工程也變得非常簡(jiǎn)單，因此建設(shè)投資可以下降到7 元/Wp。

光伏發(fā)電屬于固態(tài)發(fā)電，無(wú)論是光伏組件還是逆變器工作時(shí)都處于靜態(tài)，沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)部件，也不需要補(bǔ)充燃料，如果部件質(zhì)量過(guò)關(guān)，維修非常簡(jiǎn)單，可以做到無(wú)人值守。對(duì)于大型光伏電站，年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用一般在1%左右，對(duì)于分布式建筑光伏，一般不超過(guò)2%。國(guó)外很多光伏系統(tǒng)都屬于無(wú)人值守運(yùn)行，光伏方陣的清潔主要靠風(fēng)、雨自潔。中國(guó)的大氣條件和環(huán)境不同于國(guó)外，無(wú)論是西部荒漠地帶還是東部城市，都不能依靠風(fēng)、雨自潔。有報(bào)道稱塵土和污漬的遮擋損失依據(jù)嚴(yán)重程度大約在2%-10%，嚴(yán)重的甚至超過(guò)20%。清潔10MW 光伏電站，只要能夠提高2%的發(fā)電量，即可多發(fā)約30 萬(wàn)kWh，凈收益大約30 萬(wàn)元。

在資源條件相同的同一地點(diǎn)要想降低發(fā)電成本(元/kWh)，最有效的辦法是采用太陽(yáng)跟蹤器，從而在不顯著提高建設(shè)成本的情況下大大提高發(fā)電量，達(dá)到降低發(fā)電成本的目的。根據(jù)美國(guó)亞利桑那州鳳凰城23183 氣象站1961-1990(30年)的測(cè)試數(shù)據(jù)，太陽(yáng)跟蹤器所接收到的輻射量遠(yuǎn)大于固定平面的接收值：輻射資料是氣象站根據(jù)1961-1990 年的實(shí)測(cè)太陽(yáng)輻射量得到的，包括了各種平板收集器不同運(yùn)行方式下所收集到的太陽(yáng)輻射量的對(duì)比。

從當(dāng)?shù)貤l件和實(shí)測(cè)輻射數(shù)據(jù)可得：同固定傾緯度角安裝相比，水平軸東西向跟蹤的輻射量增益提高23.1%，主軸傾緯度角的斜單軸跟蹤可以增加到32.3%，雙軸全跟蹤系統(tǒng)與固定傾角相比，輻射量增益達(dá)到36.9%。太陽(yáng)跟蹤器能夠有效提高發(fā)電量，降低發(fā)電成本，是一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)，但為什么不能更廣泛的推廣使用呢?自動(dòng)跟蹤所增加的成本不是問(wèn)題，大多數(shù)的斜單軸跟蹤器的售價(jià)都在1.5 元/Wp 左右，甚至更低，比固定支架大約高0.5-0.7元/Wp，這與每年提高20%以上的發(fā)電量相比，最多2 年即可回收增加的成本。主要問(wèn)題是可靠性，只要解決了可靠性問(wèn)題，太陽(yáng)跟蹤器無(wú)疑將會(huì)得到大規(guī)模推廣。

提高光伏系統(tǒng)性能指數(shù)

國(guó)際上對(duì)于光伏系統(tǒng)的性能指數(shù)已經(jīng)有過(guò)很多年的研究，從數(shù)據(jù)看出，早年光伏系統(tǒng)的PR 平均值只有65%，近年的PR平均值提升到了74%，但很少有系統(tǒng)達(dá)到80%以上。

目前還沒(méi)有“中國(guó)效率”。北京鑒衡認(rèn)證中心等單位正在根據(jù)中國(guó)的光照條件研究制定符合實(shí)際工作情況下逆變器的“中國(guó)效率”。

IEC61724(光伏系統(tǒng)性能監(jiān)測(cè) - 測(cè)量、數(shù)據(jù)交換和分析導(dǎo)則)中提出了評(píng)價(jià)光伏發(fā)電系統(tǒng)性能的參數(shù)-性能指數(shù)(Performance Ratio，簡(jiǎn)稱PR)。需要說(shuō)明的是：1)光伏系統(tǒng)性能指數(shù)(PR)已經(jīng)排除了太陽(yáng)能資源的差異，真正反映了光伏系統(tǒng)的質(zhì)量和效率，比如在西藏的一個(gè)光伏電站，年等效利用小時(shí)數(shù)高達(dá)1600 小時(shí)，而方陣面峰值日照時(shí)數(shù)為2000 小時(shí)，該系統(tǒng)的PR 等于80%;北京一套光伏系統(tǒng)年滿發(fā)1200 小時(shí)，方陣面輻射量1400kWh/m2，則PR=86%，北京的光伏系統(tǒng)雖然總的發(fā)電小時(shí)數(shù)不如西藏的系統(tǒng)，但質(zhì)量和能效顯然高于西藏的系統(tǒng)。2)自動(dòng)太陽(yáng)跟蹤器雖然可以提高發(fā)電量，降低發(fā)電成本，但并不能提高PR，因?yàn)榉帜傅妮椛淞恳蔡岣吡恕?)PR 值并沒(méi)有排除溫度差異，不同的使用地點(diǎn)或不同的安裝方式都會(huì)影響到光伏電池的工作溫度，在熱帶地區(qū)和在寒冷地區(qū)工作的光伏系統(tǒng)，即使質(zhì)量一致，熱帶地區(qū)光伏系統(tǒng)的PR 值也會(huì)偏低，為了客觀比較電站性能，還需要做溫度校正。PR 的影響因素很多，包括：系統(tǒng)的電器效率(組件串并聯(lián)損失、逆變器效率、變壓器效率、其它設(shè)備效率、溫升損失、線路損失等)、組件衰降、遮擋情況、光反射損失、MPPT 誤差、故障情況和運(yùn)行維護(hù)水平等，暫不考慮測(cè)量誤差和電網(wǎng)棄光的影響。

加州效率(CEC 效率)：美國(guó)加州效率不但考慮了加州的光照條件，還考慮了光伏電池受溫度的影響。光伏電池溫度的影響主要表現(xiàn)在逆變器光伏陣列的輸入電壓，溫度高時(shí)輸入電壓低，溫度低時(shí)輸入電壓高。CEC 效率的測(cè)試條件如下：分別在“額定輸入直流電壓”、“最大輸入直流電壓”和“最小輸入直流電壓”三種條件下，個(gè)別記錄其在額定最大輸入功率的10%, 20%, 30%, 50%, 75%, 和100%六種條件下的18 個(gè)轉(zhuǎn)換效率。其中轉(zhuǎn)換效率= 輸出功率/ 輸入功率X100% 。加州效率有“最高效率”、“平均效率”和“加權(quán)效率”，加權(quán)效率不考慮溫度影響，只考慮了光照條件，可以與“歐洲效率”對(duì)比;最高效率即是常規(guī)逆變器標(biāo)注的最高效率;平均效率即考慮了光照條件，也考慮了環(huán)境溫度的影響。

三種加州效率的定義如下：峰值效率 (Peak Efficiency): 指上述18 個(gè)轉(zhuǎn)換效率中最高的效率;標(biāo)稱平均效率 (Nominal Average Efficiency): 指三種輸入直流電在50%, 75%, 和100% 的輸入功率下所記錄下共9 個(gè)轉(zhuǎn)換效率的平均值;

CEC 加權(quán)效率(Weighted Efficiency):考慮了一天當(dāng)中光照條件的變化。依據(jù)直流輸入最大功率的10%, 20%, 30%, 50%, 75% 和100%六種條件下，以權(quán)重值分別為4%, 5%, 12%, 21%, 53% 和5% 的分配所計(jì)算出的加權(quán)效率值。

如果光伏部件或工程的質(zhì)量控制不力，則故障檢修損失將會(huì)明顯提高，甚至超過(guò)10%，因此嚴(yán)格質(zhì)量控制是降低故障檢修損失的重要前提。棄光(包括延遲接入和限發(fā))現(xiàn)象目前已經(jīng)在西部大型光伏電站出現(xiàn)，隨著光伏與電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)同步，這一問(wèn)題將會(huì)得到解決。

為了得到光伏系統(tǒng)的性能指數(shù)(PR)，從而準(zhǔn)確評(píng)估光伏電站或分布式光伏的質(zhì)量和能效，高質(zhì)量的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是必要的。本文所采用的數(shù)據(jù)，包括太陽(yáng)跟蹤器的增益，光伏系統(tǒng)不同安裝方式的溫度損失，以及光伏電站PR值等，均采用國(guó)外數(shù)據(jù)。之所以如此也是迫于無(wú)奈，很難找到國(guó)內(nèi)的完整數(shù)據(jù)。

因此，數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測(cè)對(duì)于電站評(píng)估和技術(shù)改進(jìn)是非常重要的，也代表了光伏電站建設(shè)的成熟程度。光伏項(xiàng)目所安裝的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所監(jiān)測(cè)和采集的數(shù)據(jù)、采樣精度、采樣周期和監(jiān)測(cè)時(shí)段均應(yīng)符合GB/T20513(IEC61724)“光伏系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、測(cè)量、數(shù)據(jù)交換和分析導(dǎo)則”標(biāo)準(zhǔn)的要求。(作者為國(guó)家發(fā)改委能源研究所研究員)