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屋顶并网光伏发电系统投资效益分析1. 引言世界能源消耗基本分布在三大领域，一是工业能耗，二是交通能耗，三是建筑能耗建筑节能是节能减排的重要领域之一，因此各个国家都在制定建筑零能耗的发展目标长期以来，我国建筑节能的观念较为淡薄，据统计，我国现有建筑的 99%以上都属于高能耗建筑[1]，因此减少建筑能耗显得尤为迫切我国太阳能资源丰富，将光伏发电巧妙地融入到建筑中，不仅为光伏技术开辟了新的应用领域，而且可以真正地减少建筑能耗，达到建筑节能的目的光伏建筑的经济效益是决定其发展状况的重要因素在有关光伏建筑的经济性方面，国内学者张鸣、蔡亮、虞维平以南京浦口区一栋商用楼楼顶为研究对象，计算出动态平直供电成本为 3.49 元/千瓦时，已经远远超过南京市居民用电价格，认为光伏发电成本过高是制约发展 BIPV (Building Integrated PV)系统的主要原因，建议通过完善光伏产业链和发展光伏技术来降低成本[2]；吕双辉，蔡声霞，王守相研究天津市不同负荷类型用户所适合的光伏应用方式，以及不同的电价模式对用户经济性的影响，通过计算净收益和成本利润率，得出储能成本对用户经济性影响较大，建议政府制定适当的储能补贴政策[3]；邵汉桥，张籍，张维选取全国 6 个地区的居民和工商业光伏发电进行经济性分析，通过对不同地区的太阳能资源、内部收益率、年发电量等进行对比分析和敏感性分析，发现不同地区太阳能年辐射量和年日照时间影响光伏系统的内部收益率和静态投资回收期，已经出台地方补贴政策的地区，光伏系统经济性要更好，建议各省市政府尽快完善地方补贴政策[4]。

国外学者 Lim Yun Seng，G.Lalchand，Gladys Mak Sow Lin 对马来西亚光伏建筑进行经济、技术和环境分析，认为在现有商业模式和监管制度下，政府的高补贴政策对于光伏系统的经济性影响很小另外， 硅原料的缺失和空气污染物导致太阳辐射的减少也是马来西亚光伏行业面临的挑战[5]；Jose L. Ber- nal-Agustin，Rodolfo Dufo-Lopez 以西班牙并网型光伏系统为研究对象，利用净现值和投资回收期评价其经济性，资源可再生的时间成本、污染物的减排量和外部成本评价其环境效益，认为光伏建筑虽然有利可图，但是投资效益并不明显，建议利用光伏产生的环境效益奖励光伏系统的所有者[6]；Hongbo Ren， Weijun Gao，Yingjun Ruan 针对住宅并网型光伏系统进行经济优化和敏感性分析，利用线性规划模型， 规划如何使得客户的年度能源成本最低，并对不同条件的典型住宅进行平均成本和投资回收期敏感性分析，得出资本成本对光伏容量和投资回收期影响较大，平均成本主要受资本成本、光伏系统效率和利率影响的结论[7]别墅建筑具有可安装光伏系统面积大、产权明确等优点，同时也具有建筑能耗大等缺点，因此本文将针对别墅用户的特点，分析不同因素对其并网屋顶光伏发电系统投资效益的影响，为推广我国别墅用户光伏系统的发展提出建议。

2. 别墅用户光伏建筑投资效益分析模型2.1. 成本分析由于 BIPV 光伏建筑设计、施工情况比较复杂，BIPV 成本与工程总承包商、关键设备供应商以及装机容量等有直接关系，因此只有确定了具体的项目之后，才能够根据实际情况对 BIPV 项目的发电成本进行核算而 BAPV (Building Attached PV)安装方式简单，影响成本的不确定因素较少，投资效益分析的结果更具有借鉴价值，因此本文主要考虑别墅在 BAPV 系统时的情况，其成本主要考虑以下三部分：1) 初始投资成本，即太阳能电池组件、支架、逆变器、电缆以及系统安装成本等的总和；2) 经常性运营成本，即光伏发电系统的定期清洁维护成本，与系统的装机规模有关，一般为 50 元/(KW·年) [4]；3) 财务费用，主要是借款的利息费用，采取分期偿还、等额本息的方式还款，可以用下式表示：Cn = C0 X1R式中， Ci ：第 i 年的财务费用； C0 ：初始投资成本； X1 ：贷款比例； R ：贷款利率； i ：还款年限，取1, 2,L, M (M 为还款期限)2.2. 收益分析别墅的业主一般有经济实力自建光伏发电系统，在这种情况下，业主是屋顶的使用者和光伏初始投资者，拥有光伏发电系统所有权和所发电量收益权，可以选择不同售电方式：1) 全额上网I = E Pn nd d C1式中， I n ：光伏发电系统第 n 年第 d 日收益； En ：光伏发电系统第 n 年第 d 日发电量； P ：国家规定d d C1的光伏电站上网标杆电价； n ：系统运行年限，取1, 2,L, N (N 为系统运行年限，一般为 25 年)。

2) 自发自用，余电上网这种模式下，业主的收益包括政府补贴、卖电所得以及电费的减少其中，由于现在实行居民阶梯电价，所以下式的 PC 3 可能不一定都相同1) 日发电量大于白天用电量时，业主收益：d d p1I n = En (G+ Gp 2) + (En - Qn X) PC 2+ Q Pnd C 3- Qn (1 - X) PC 3d dd33式中， G ：国家补贴； G ：地方补贴； Qn ：别墅用户第 n 年第 d 日用电量； X ：典型别墅白天用电p1 p 2 d 3量占全天用电量的比例； PC 2 ：当地燃煤机组标杆上网电价； PC 3 ：用户目录电价2) 日发电量小于白天用电量时，业主收益：I n = En (G + G ) + Qn P - (Qn - En ) Pd d P1 P 22.3. 光伏建筑投资效益评估模型2.3.1. 平准化度电成本d C 3d d C 3平准化度电成本(简称 LCOE)，是对项目生命周期内的成本和发电量进行平准化后计算得到的发电成本，能够使人清晰地看到光伏项目单位发电量的成本水平，可以用下式表示：N0C + å In0 LCOE =n=1 (1 + i )nNå En0n=1 (1 + i )n式中， LCOE ：平准化度电成本； In ：第 n 年的运营总支出； i0 ：基准折现率。

2.3.2. 净现值净现值指标是按一定的折现率将各年净现金流量折现到同一时点(通常是期初)的现值累加值，可以用 下式表示：NPV = åN (CI - CO) (1 + i )-nn 0n=0式中， NPV ：净现值； CIn ：第 n 年的现金流入额； COn ：第 n 年的现金流出额判别标准：1) 若 NPV ³ 0 ，则项目应予接受；2) 若 NPV < 0 ，则项目应拒绝2.3.3. 内部收益率内部收益率是净现值为零时的折现率，是反映资金利用效率的效率型指标，可以用下式表示：nNPV ( IRR) = åN (CI - CO) (1 + IRR)-n = 0n=0式中， IRR ：内部收益率判别标准：1) 若 IRR ³ i0 ，则项目在经济效果上可以接受；2) 若 IRR < i0 ，则项目在经济效果上不可接受2.3.4. 投资回收期投资回收期是从项目投建之日起，用项目各年的净收入将全部投资收回所需的期限，可以用下式表示：式中， TP ：投资回收期； K ：投资总额2.3.5. 净现值指数å(CIn - COn ) = KTPn=0净现值指数作为净现值的辅助指标，反映了资金的利用效率，即单位投资现值所能带来的净利润现值，可以用下式表示：åN (CI - CO) (1 + i )-nn 0N0NPVI = n=0 å Kn n=0(1 + i )-n式中， NPVI ：净现值指标； Kn ：第 n 年的投资总额。

对于投资成本相同，但是收益不同的项目，NPVI 越大，资金的利用效率越高3. 别墅案例分析3.1. 案例项目简介上海闵行区的一栋别墅，位于北纬 31.12˚，东经 121.24˚，屋顶上安装了装机容量为 2992 Wp 的光伏发电系统，由 22 块多晶硅光伏组件制成，总面积 22 平方米，朝南倾斜 25˚，周围没有建筑物遮挡本项目以 25 年为经济分析周期3.2. 项目的成本分析1) 初始投资成本 12748.92 元/KW，即总初始投资成本为 38144.76 元；2) 经常性运营成本为 149.6 元/年3.3. 项目的发电量分析上海闵行区的太阳能全年辐射量为 1283.47 kWh/m2，系统效率取 78%，则别墅 25 年的发电量见表13.4. 项目的用电量分析建筑面积为 350 m2，居住人口 4~6 人的别墅，在考虑电器使用时间以及上海的气温等具体情况下， 得出上海别墅的年逐时耗电量总和为 36502.7 KWh [8]，则每日用电量为 100.01 KWh3.5. 项目的投资效益分析国家补贴和上网电价均需缴纳增值税，一般取 17%；基准折现率取 6.8%1) “全额上网”模式上海属于第Ⅲ类资源区，光伏上网标杆电价为 0.85 元/千瓦时(含税)，则案例项目的投资效益见表 2。

全额上网”方式下，项目的净现值小于 0，资金的利用率比较低，因此项目不可行，本项目的平准化度电成本为 1.16 元/KWh，而光伏上网标杆电价为 0.85 元/KWh，小于成本，所以“全额上网”的经济效益并不理想2) “自发自用，余电上网”模式由于日发电量远小于日用电量，故“自发自用，余电上网”模式下所发电量全部自用上海市对个人投资的光伏项目，给予 0.4 元/千瓦时的奖励，奖励时间为 5 年，且单个项目年度奖励金额不超过 5000 万元，则案例项目的投资效益见表 3自发自用，余电上网”模式下净现值大于 0，项目可行，资金的利用效率比较高，投资回收期也比较合理① 不同地方补贴目前我国大部分地区没有地方补贴，而不同地区地方补贴的金额和期限也不尽相同，例如同样为省级补贴，北京市为 0.3 元/千瓦时(含税)，补贴 5 年；江西省为 0.2 元/千瓦时(含税)，补贴 20 年；河北省为 0.2 元/千瓦时(含税)，补贴 3 年；吉林省为 0.15 元/千瓦时(含税)；浙江省为 0.1 元/千瓦时(含税)为探究地方补贴的变化对案例项目经济性的影响，本文以净现值为敏感性分析的指标，以现有地方补贴为基点，比较不同变动幅度对项目的投资效益的影响，结果见表 4。

从表可以看出，地方补贴对于项目净现值的影响不大，即使全部取消，项目仍具有可行性这是由于别墅用电量比较大，即使减去光伏发电量，购电量仍处于阶梯电价的第三档，相当于电力公司按照 0.917 元/KWh 购买光伏电量，因此节省的电费收益更明显② 不同用电量Table 1. 25 years power generation of villa, KWh表 1. 别墅 25 年发电量，KWh年份年发电量13151.1123119.6033088.0943056.5853025.0762993.5672962.0582930.5392899.02102867.51112836.00。