华北地区户用屋顶光伏商业模式研究

华北地区户用屋顶光伏商业模式研究

发表时间：2019-09-02T08:40:43.353Z 来源：《基层建设》2019年第24期作者：王家甫

[导读]

中燃燃气实业（深圳）有限公司广东深圳 518000

1.项目研究背景

光伏发电系统分为两种类型，一是集中式光伏发电系统，主要是在广阔地面上安装十几兆瓦以上的大型地面电站；二是分布式光伏发电系统，主要是在各种屋顶上安装的兆瓦级以下的光伏发电系统。分布式光伏发电系统与集中光伏发电系统相比，其特点是“自发自用、余量上网”，发出的电有相当部分可被用户自身消纳，由此具有靠近用户、输电成本低、对电网影响小等优势，是我国目前着力推广的电力生产方式之一。根据电力发展“十三五”规划，到2020年分布式光伏发电将达到60GW，而截至2015年，这一数字仅为6.06GW，还有高达50多GW的缺口。目前应用最为广泛的分布式光伏发电系统，是指建在建筑物屋顶的屋顶光伏发电项目。

2.屋顶光伏发电系统简介

屋顶光伏发电是人们对太阳能利用的一种方式，是一种环保、清洁的可再生能源。它对于优化能源战略、提高电源保障、节能减排、提高环境质量是非常有利的。首先，屋顶光伏电站是利用闲置的屋顶资源开发光伏电站，节省了土地资源。其次，电站紧邻用电单位，不存在电力输送问题，而且能够削峰填谷，提高电网供电能力。第三，电站拥有“自发自用、余电上网”与“全额上网”两种商业模式，业主可以根据自己的用电价格以及用电量自主选择。

2.1光伏发电原理介绍

光伏电池发电的原理简单来说就是光生伏特效应。当光线照射到太阳能电池板表面的时候，有一部分光子会被电池板中的硅材料吸收，从而使其电子发生跃迁成为按规律移动的自由电子，该自由电子在 PN 结两侧聚集形成一个电位差。此时将外部电路和电池板接通，在该电位差也即是电压的作用下，会形成电流，从而对外部电路产生一定值的功率输出，完成了光能到电能的转变过程。

2.2 屋顶光伏发电的系统构成

屋顶光伏发电系统的组成结构比较简单，主要有以下组成部分：太阳能光伏电池、并网逆变器及并网接入测控系统。一般屋顶光伏发电系统的组成模式如下图所示。

图1 屋顶光伏发电系统组成模式示意图

光伏电池是利用半导体光伏效应制成的一种能将太阳能转换成电能的器件。光伏电池主要包括晶体硅电池、薄膜电池和聚光太阳能电池。晶体硅电池因为资源丰富、转化率高，是市场中使用最多的电池，约占光伏市场的90%。晶体硅电池分为单晶硅电池和多晶硅电池，单晶硅电池的光电转换效率最高可达24.7%，高于多晶硅电池。单晶硅电池的寿命一般在25年至30年，也高于多晶硅电池，但是多晶硅电池的成本比单晶硅要低。

单体太阳能电池不能直接做电源使用。作电源必须将若干单体电池串、并联连接和严密封装成组件。光伏组件（也叫太阳能电池板）是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中最重要的部分。其作用是将太阳能转化为电能，并送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。

表1 2016年光伏组件企业出货量排行

逆变器也是光伏发电系统的主要组成部分，它是连接电网的关键部件，其功能主要是将光伏组件产生的直流电转换成交流电，转换之后的交流电与外部电网的电力具有相同的电压和频率。逆变器对电网的安全运行起到一定保护作用，具有最大限度地发挥光伏组件性能的功能和异常或故障时的保护功能。逆变器的转换效率一般为92%~95%。2016年全球光伏逆变器企业出货量排名前两位的企业是中国的华为和阳光电源。

光伏发电系统组成结构。为保证系统安全可靠运行，需综合考虑防雷系统、保护系统、通信系统的设计。光伏发电系统组成结构示意如下图。

图2 光伏发电系统组成结构示意图

2.3光伏发电系统发电量

屋顶光伏发电系统的发电量与系统所处地区的太阳能资源有密切关系。太阳能资源越充足，可以开发利用的空间就越大；系统的装机容量越大、可利用的太阳能资源越多，那么光伏系统的发电量就越充足。

1 我国太阳能资源分布

中国气象局根据近年来统计和研究的数据重新计算了中国太阳能资源分布，并制定了《太阳能资源评估方法》行业标准。根据太阳能年总辐射量的空间分布将我国划分为四个资源带，即I类地区：太阳辐射量在6700MJ/m2.a~8370MJ/m2.a的资源最丰富区；II类地区：太阳辐射量在5400MJ/m2.a~6700MJ/m2.a的资源很丰富区；III类地区：太阳辐射量在4200MJ/m2.a~5400MJ/m2.a的资源丰富区；IV类地区：太阳辐射量在小于4200MJ/m2.a的资源一般区。

表2 中国太阳能区划指标

我国太阳能资源分布的主要特点为：太阳能的高值中心和低值中心都处在北纬22°~35°这一带，青藏高原是高值中心，四川盆地是低值中心；太阳年辐射总量，西部地区高于东部地区，而且除西藏和新疆两个自治区外，基本上是南部低于北部。

2.发电量计算

关于发电量的计算有两种方法，一种是根据由发电系统的装机容量和光伏发电的年日照峰值小时数来计，另一种方法是根据该地区的太阳能年辐射量和光伏系统的光电转换率计算。通常依据第一种方法计算，屋顶太阳能光伏发电系统第i年的发电量Qi（单位为KW·h/y）可由下式计算：

Qi =P×TS×η×（1-γ）i-1 （1）

上式中，P为发电系统的装机容量（单位为KW），也就是光伏发电系统的峰值功率或者额定功率；TS为光伏系统年满负荷日照小时数，要结合当地的日照情况计算；η为光伏发电系统的综合效率，可以通过相关技术参数粗略估计，光伏发电系统的损耗率的影响因素比较多，包括：组件表面灰尘的损失、部件的倾斜损失、电池方阵组合的损失、最大功率点偏离损失、逆变器转换损耗、线路损耗等；γ为太阳能光伏发电系统的平均年衰减率。

2.4屋顶光伏发电系统收入与成本

1.光伏发电系统收入

光伏发电系统的收益主要是卖电收入及其他补贴收益。

在我国，对于分布式屋顶光伏发电系统的电能并网结算方式，主要有如下两种：一是全额上网；二是自发自用、余电上网。 “全额上网”的结算方式，相当于把屋顶光伏发电系统看成分布式的小型电站。这种并网方式下，屋顶光伏发电系统所发的电量依照当地的光伏标杆电价，卖给电网。用户通过收取电费，获得收益。用户的收益取决于光伏发电系统的发电量和电价水平。 “自发自用，余电上网”的文字意思是指屋顶光伏发电系统所发电量优先由用户使用，在用户用不完的情形下，再向电网输送电力。因此，用户的净收益除了与系统的发电量和上网电价有关之外，还要受用户的用电量的影响。

研究户用屋顶光伏发电系统的商业模式，需要结合光伏发电系统并网结算方式进行详细分类。

自发自用，余电上网模式下的电费：

电费=用户用电量×合同电价+上网电量×脱硫燃煤电价

+总发电量×度电补贴。

全额上网模式下的电费：

电费=总发电量×光伏标杆电价。

2.屋顶光伏发电系统成本

屋顶光伏发电系统成本由装机成本、运营成本和财务费用组成。

装机成本屋顶光伏发电系统主要包括光伏组件、支架、逆变器、电缆、变压器及其他设备等。装机成本指上述材料成本和安装成本的总和。

运营成本屋顶光伏发电系统的运营成本指日常的维护和管理费用，运营成本与系统的装机规模有关。运营成本一般由系统的总装机成本乘以系统运营费率来计算。运营费率一般取值为1%-3%。

财务费用屋顶光伏发电系统的财务费用与项目的贷款利息有关系。

3.户用屋顶光伏发电系统商业模式及运营模式研究