光伏收益五要素：1MW分布式光伏投資概算

國家近期出臺了一系列支持中國光伏市場發(fā)展的政策措施，2014年的裝機(jī)目標(biāo)也調(diào)整至14吉瓦。現(xiàn)行政策收益率偏低，如何在現(xiàn)有的政策框架下開發(fā)光伏項目并實現(xiàn)盈利，如何在低電價狀態(tài)上開發(fā)分布式光伏并實現(xiàn)盈利，是對所有光伏開發(fā)商的挑戰(zhàn)。 　　2014年想必是中國光伏市場大發(fā)展之年，也是考驗光伏開發(fā)商生存能力之年。筆者認(rèn)為，只要牢牢把握住光伏項目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)險和對策已經(jīng)廣泛討論過，本文重點從質(zhì)量、安全、成本和能效四個方面來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，光伏企業(yè)應(yīng)給予關(guān)注。 　　從2014年開始，國家對大型光伏電站將實行分資源區(qū)的不同上網(wǎng)標(biāo)桿電價，將此前實行的全國統(tǒng)一上網(wǎng)標(biāo)桿電價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))，同時對于分布式光伏發(fā)電的激勵政策從初投資補(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點非常重要：1)研究并用好現(xiàn)行國家政策，規(guī)避建設(shè)、并網(wǎng)、運營等操作層面的風(fēng)險;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、運營成本和發(fā)電成本;5)通過精細(xì)化設(shè)計，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、太陽跟蹤器、光伏水泵等40幾個。有了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或某產(chǎn)品已經(jīng)通過了第三方檢測，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的產(chǎn)品都能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的質(zhì)量，則還需要對該產(chǎn)品的生產(chǎn)全過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型產(chǎn)品，使用壽命長達(dá)幾年，甚至幾十年，但從外觀和即時檢測都無法判斷其長期的可靠性。開發(fā)商為了確保光伏產(chǎn)品和部件的質(zhì)量和長期可靠性，可以通過如下幾項措施：1)最基本的是要求廠家提供具有權(quán)威性的檢測和認(rèn)證報告，以保證送檢產(chǎn)品的技術(shù)性能符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)且通過了第三方的檢測，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期可靠性和質(zhì)量的長期穩(wěn)定性，可以要求廠家提供產(chǎn)品質(zhì)量保險，這是一種降低開發(fā)商風(fēng)險的趨勢(目前一些保險公司，如英大泰和，已經(jīng)推出了出口光伏組件25年功率擔(dān)保的險種);3)如果產(chǎn)品不能提供質(zhì)量保險，則可以聘請有經(jīng)驗的第三方實施產(chǎn)品監(jiān)造，且在產(chǎn)品交貨前，對該批次產(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品，在現(xiàn)場運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)計和建設(shè)也非常重要。項目開發(fā)商為了確保工程質(zhì)量也可以委托有資質(zhì)、有經(jīng)驗的第三方對工程設(shè)計、施工安裝、項目驗收等進(jìn)行全過程審查和監(jiān)管。目前國內(nèi)已經(jīng)有這樣的服務(wù)，且收取的服務(wù)費相當(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，對于開發(fā)商來講堪稱是一項增值服務(wù)。光伏工程的驗收除了需要進(jìn)行投運驗收外，也需要在光伏系統(tǒng)運行一年后進(jìn)行后評估，電站的評價指標(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)首先通過建筑安全性評估。極絕緣破損就會產(chǎn)生并聯(lián)回路電弧，而對地絕緣的破壞則會產(chǎn)生對地電弧，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)。 　　目前還沒有國際統(tǒng)一的電弧檢測標(biāo)準(zhǔn)，也不能用常規(guī)電流和電壓的檢測來判斷是否發(fā)生了電弧，電弧發(fā)生時會產(chǎn)生弧光和輻射，國內(nèi)外正在根據(jù)這一特點研究檢測辦法。為了避免發(fā)生串聯(lián)回路電弧，最重要的是安裝質(zhì)量，每個連結(jié)點必須牢固連結(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，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較高;而分布式光伏的規(guī)模雖小，設(shè)備成本要相對高一些，但在土建施工和接網(wǎng)系統(tǒng)的費用相對較低，因此大型光伏電站和建筑光伏的初投資實際上相差無幾。 　　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%，這幾個分項所占比例較高，還有一定降價空間，光伏建設(shè)投資有可能做到8元/Wp。按照正常設(shè)計，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，但對于一些特殊應(yīng)用，則還有降價的空間。例如，對于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(ACModule，或微型逆變器)，則不再需要匯流箱、交直流配電和單獨的逆變器，也不需要直流電纜，安裝工程也變得非常簡單，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，無論是光伏組件還是逆變器工作時都處于靜態(tài)，沒有轉(zhuǎn)動部件，也不需要補(bǔ)充燃料，如果部件質(zhì)量過關(guān)，維修非常簡單，可以做到無人值守。對于大型光伏電站，年運行維護(hù)費用一般在1%左右，對于分布式建筑光伏，一般不超過2%。國外很多光伏系統(tǒng)都屬于無人值守運行，光伏方陣的清潔主要靠風(fēng)、雨自潔。中國的大氣條件和環(huán)境不同于國外，無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kWh，凈收益大約30萬元。 　　在資源條件相同的同一地點要想降低發(fā)電成本(元/kWh)，最有效的辦法是采用太陽跟蹤器，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)美國亞利桑那州鳳凰城23183氣象站1961-1990(30年)的測試數(shù)據(jù)，太陽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年的實測太陽輻射量得到的，包括了各種平板收集器不同運行方式下所收集到的太陽輻射量的對比。 　　從當(dāng)?shù)貤l件和實測輻射數(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%。太陽跟蹤器能夠有效提高發(fā)電量，降低發(fā)電成本，是一個不爭的事實，但為什么不能更廣泛的推廣使用呢?自動跟蹤所增加的成本不是問題，大多數(shù)的斜單軸跟蹤器的售價都在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。主要問題是可靠性，只要解決了可靠性問題，太陽跟蹤器無疑將會得到大規(guī)模推廣。 　　提高光伏系統(tǒng)性能指數(shù) 　　國際上對于光伏系統(tǒng)的性能指數(shù)已經(jīng)有過很多年的研究，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。 　　目前還沒有“中國效率”。北京鑒衡認(rèn)證中心等單位正在根據(jù)中國的光照條件研究制定符合實際工作情況下逆變器的“中國效率”。 　　IEC61724(光伏系統(tǒng)性能監(jiān)測-測量、數(shù)據(jù)交換和分析導(dǎo)則)中提出了評價光伏發(fā)電系統(tǒng)性能的參數(shù)-性能指數(shù)(PerformanceRatio，簡稱PR)。需要說明的是：1)光伏系統(tǒng)性能指數(shù)(PR)已經(jīng)排除了太陽能資源的差異，真正反映了光伏系統(tǒng)的質(zhì)量和效率，比如在西藏的一個光伏電站，年等效利用小時數(shù)高達(dá)1600小時，而方陣面峰值日照時數(shù)為2000小時，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，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)自動太陽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，因為分母的輻射量也提高了。3)PR值并沒有排除溫度差異，不同的使用地點或不同的安裝方式都會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、故障情況和運行維護(hù)水平等，暫不考慮測量誤差和電網(wǎng)棄光的影響。 　　加州效率(CEC效率)：美國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，溫度高時輸入電壓低，溫度低時輸入電壓高。CEC效率的測試條件如下：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(PeakEfficiency):指上述18個轉(zhuǎn)換效率中最高的效率;標(biāo)稱平均效率(NominalAverageEfficiency):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個轉(zhuǎn)換效率的平均值; 　　CEC加權(quán)效率(WeightedEfficiency):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明顯提高，甚至超過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，這一問題將會得到解決。 　　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，均采用國外數(shù)據(jù)。之所以如此也是迫于無奈，很難找到國內(nèi)的完整數(shù)據(jù)。 因此，數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測對于電站評估和技術(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。光伏項目所安裝的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測系統(tǒng)所監(jiān)測和采集的數(shù)據(jù)、采樣精度、采樣周期和監(jiān)測時段均應(yīng)符合GB/T20513(IEC61724)“光伏系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)測、測量、數(shù)據(jù)交換和分析導(dǎo)則”標(biāo)準(zhǔn)的要求。