2014-02-10中国能源报：关注光伏五要素

第 1 页 共 4 页 中国能源报 /2014 年 /2 月 /10 日 /第 024 版 太阳能 关注光伏五要素 实现收益最大化 偏低收益率考验企业生存能力 王斯成 国家发改委能源研究所研究员 编者按 国家近期出台了一系列支持中国光伏市场发展的政策措施， 2014 年的装机目标也调整至 14 吉瓦。现行政策收益率偏低，如何在现有的政策框架下开发光伏项目并实现盈利，如何在低电价 状态上开发分布式光伏并实现盈利，是对所有光伏开发商的挑战。 2014 年想必是中国光伏市场大发展之年，也是考验光伏开发商生存能力之年。笔者认为，只 要牢牢把握住光伏项目 5 要素政策、质量、安全、成本和能效，就能够立于不败之地。享受和 执行政策以及投融资方面的风险和对策已经广泛讨论过，本文重点从质量、安全、成本和能效四 个方面来讨论如何有效控制光伏发电系统，使光伏发电系统收益最大化。据悉，相关培训也已展 开，光伏企业应给予关注。 从 2014 年开始，国家对大型光伏电站将实行分资源区的不同上网标杆电价，将此前实行的 全国统一上网标杆电价 1 元 /kWh 分别调整到 0.9 元 /kWh（Ⅰ类区） 、 0.95 元 /kWh（Ⅱ类区）和 1.0 元 /kWh（Ⅲ类区） ，同时对于分布式光伏发电的激励政策从初投资补贴转为度电补贴（ 0.42 元 /kWh） ，这就更加要求光伏系统不但要有低成本，还必须注重质量和发电效率，使光伏发电系统 的效益最大化。为达此目的，以下 5 点非常重要 1）研究并用好现行国家政策，规避建设、并 网、运营等操作层面的风险； 2）严格控制光伏系统部件和工程质量； 3）重视光伏系统的安全， 避免发生灾难性事故； 4）在保证质量前提下降低光伏系统的建设成本、运营成本和发电成本； 5） 通过精细化设计，提高光伏系统性能指数（ PR） 。 严格控制光伏系统质量 光伏系统质量的好坏主要取决于部件质量和工程建设质量，判断部件质量和工程建设质量的 依据则是看其是否符合或满足相关技术标准的要求。当前已经发布的与光伏系统和部件有关的技 术标准包括光伏组件、平衡部件（逆变器、控制器、蓄电池等） 、独立光伏系统、并网光伏系统、 大型光伏电站、建筑光伏、太阳跟踪器、光伏水泵等 40 几个。有了技术标准或某产品已经通过 了第三方检测，并不能代表所有产品都能够符合质量要求。为了保证所有该型号的产品都能达到 标准要求的质量，则还需要对该产品的生产全过程以及制造商的生产管理进行认证。 光伏组件、逆变器以及蓄电池都不是一般消费型产品，使用寿命长达几年，甚至几十年，但 从外观和即时检测都无法判断其长期的可靠性。开发商为了确保光伏产品和部件的质量和长期可 靠性，可以通过如下几项措施 1）最基本的是要求厂家提供具有权威性的检测和认证报告，以 保证送检产品的技术性能符合技术标准且通过了第三方的检测，并且批量生产的产品与送检产品 按照同一标准生产； 2）为了保证光伏部件的长期可靠性和质量的长期稳定性，可以要求厂家提 供产品质量保险，这是一种降低开发商风险的趋势（目前一些保险公司，如英大泰和，已经推出 了出口光伏组件 25 年功率担保的险种） ； 3）如果产品不能提供质量保险，则可以聘请有经验的 第三方实施产品监造，且在产品交货前，对该批次产品进行抽检； 4）鉴于光伏组件和逆变器都 不是短期消费品，在现场运行一年后需要再次抽检， “婴儿期”失效率应在合同约定范围内。 除了产品和部件质量，光伏工程的设计和建设也非常重要。项目开发商为了确保工程质量也 可以委托有资质、有经验的第三方对工程设计、施工安装、项目验收等进行全过程审查和监管。 第 2 页 共 4 页 目前国内已经有这样的服务，且收取的服务费相当低廉，相信这样的服务能够对保证光伏系统的 质量起到关键作用，对于开发商来讲堪称是一项增值服务。光伏工程的验收除了需要进行投运验 收外，也需要在光伏系统运行一年后进行后评估，电站的评价指标应当以“性能指数” （ PR）为 准。 保证光伏系统的安全性 安全性是光伏系统质量最重要的组成部分。光伏系统的安全包括建筑安全、电网安全、防 电击、系统抗风、防雷击、防火和防电弧、防盗、防沙暴等。建筑安全包括建筑载荷、防渗漏、 不破坏保温层和建筑消防，建筑安全性评估需要专业部门进行，与建筑结合的分布式光伏在建设 前应当首先通过建筑安全性评估。极绝缘破损就会产生并联回路电弧，而对地绝缘的破坏则会产 生对地电弧，因此如果电缆、连接器件、接触器、断路器的质量有问题或者工程安装不认真都有 可能发生电弧并引起火灾。 目前还没有国际统一的电弧检测标准，也不能用常规电流和电压的检测来判断是否发生了电 弧，电弧发生时会产生弧光和辐射，国内外正在根据这一特点研究检测办法。为了避免发生串联 回路电弧，最重要的是安装质量，每个连结点必须牢固连结。 系统抗风需要根据当地 30 年内最大风速进行设计，但需要在方阵安装倾角、全年发电量、 建筑载荷、占地、阴影遮挡等多种因素间进行优化和平衡，例如方阵倾角与风载荷直接相关，为 了使全年发电量最大而设计的方阵倾角，有可能需要承受更大的风载荷，从而要求更大的配重， 而这样的配重恰恰超过了建筑能够承受的最大载荷，这就需要改变方针倾角，以适应建筑载荷； 再比如，高的倾角需要更大的占地，而占地增加了成本，有时屋面面积有限，不允许方阵间有更 大的间距，因此方阵抗风设计需要因地制宜。 合理降低光伏发电成本 光伏系统的成本直接影响最终收益，成本包括建设成本，运行维护成本和最终的发电成本。 目前光伏系统的合理建设成本大约为 9 元 /Wp，大型光伏电站虽然具有规模效应，但土建工程和 站内升压站的成本都相对较高；而分布式光伏的规模虽小，设备成本要相对高一些，但在土建施 工和接网系统的费用相对较低，因此大型光伏电站和建筑光伏的初投资实际上相差无几。 目前光伏系统的合理建设成本大约为 9 元 /Wp，大型光伏电站虽然具有规模效应，但土建工 程和站内升压站的成本都相对较高；而分布式光伏的规模虽小，设备成本要相对高一些，但在土 建施工和接网系统的费用相对较低，因此大型光伏电站和建筑光伏的初投资实际上相差无几。 10MW 大型光伏电站和 1MW 分布式建筑光伏的典型概算如下 从概算分项比例可以看出，光伏组件大约占总投资的 49，逆变器及其它电气设备大约占 10，电缆和支架各占大约 10，这几个分项所占比例较高，还有一定降价空间，光伏建设投资 有可能做到 8 元 /Wp。按照正常设计，目前光伏系统的建设投资几乎不可能降到 8 元 /Wp 以下， 但对于一些特殊应用，则还有降价的空间。例如，对于 3-5kW 户用并网光伏，一般需要 10-20 块光伏组件，如果采用直接并网型的交流光伏组件（ AC Module，或微型逆变器） ，则不再需要汇 流箱、交直流配电和单独的逆变器，也不需要直流电缆，安装工程也变得非常简单，因此建设投 资可以下降到 7 元 /Wp。 光伏发电属于固态发电，无论是光伏组件还是逆变器工作时都处于静态，没有转动部件，也 不需要补充燃料，如果部件质量过关，维修非常简单，可以做到无人值守。对于大型光伏电站， 年运行维护费用一般在 1左右，对于分布式建筑光伏，一般不超过 2。国外很多光伏系统都属 于无人值守运行，光伏方阵的清洁主要靠风、雨自洁。中国的大气条件和环境不同于国外，无论 是西部荒漠地带还是东部城市，都不能依靠风、雨自洁。有报道称尘土和污渍的遮挡损失依据严 重程度大约在 2-10，严重的甚至超过 20。清洁 10MW 光伏电站，只要能够提高 2的发电 量，即可多发约 30 万 kWh，净收益大约 30 万元。 在资源条件相同的同一地点要想降低发电成本（元 /kWh） ，最有效的办法是采用太阳跟踪器， 第 3 页 共 4 页 从而在不显著提高建设成本的情况下大大提高发电量，达到降低发电成本的目的。根据美国亚利 桑那州凤凰城 23183 气象站 1961-1990（ 30 年）的测试数据，太阳跟踪器所接收到的辐射量远大 于固定平面的接收值辐射资料是气象站根据 1961-1990 年的实测太阳辐射量得到的，包括了各 种平板收集器不同运行方式下所收集到的太阳辐射量的对比。 从当地条件和实测辐射数据可得同固定倾纬度角安装相比，水平轴东西向跟踪的辐射量增 益提高 23.1，主轴倾纬度角的斜单轴跟踪可以增加到 32.3，双轴全跟踪系统与固定倾角相比， 辐射量增益达到 36.9。太阳跟踪器能够有效提高发电量，降低发电成本，是一个不争的事实， 但为什么不能更广泛的推广使用呢自动跟踪所增加的成本不是问题，大多数的斜单轴跟踪器的 售价都在 1.5 元 /Wp 左右，甚至更低，比固定支架大约高 0.5-0.7 元 /Wp，这与每年提高 20以上 的发电量相比，最多 2 年即可回收增加的成本。主要问题是可靠性，只要解决了可靠性问题，太 阳跟踪器无疑将会得到大规模推广。 提高光伏系统性能指数 国际上对于光伏系统的性能指数已经有过很多年的研究， 从数据看出， 早年光伏系统的 PR 平 均值只有 65，近年的 PR 平均值提升到了 74，但很少有系统达到 80以上。 目前还没有“中国效率” 。北京鉴衡认证中心等单位正在根据中国的光照条件研究制定符合 实际工作情况下逆变器的“中国效率” 。 IEC61724（光伏系统性能监测 -测量、数据交换和分析导则）中提出了评价光伏发电系统性 能的参数 -性能指数（ Performance Ratio，简称 PR） 。需要说明的是 1）光伏系统性能指数（ PR） 已经排除了太阳能资源的差异， 真正反映了光伏系统的质量和效率， 比如在西藏的一个光伏电站， 年等效利用小时数高达 1600 小时， 而方阵面峰值日照时数为 2000 小时， 该系统的 PR 等于 80； 北京一套光伏系统年满发 1200 小时，方阵面辐射量 1400kWh/m2，则 PR86，北京的光伏系统 虽然总的发电小时数不如西藏的系统，但质量和能效显然高于西藏的系统。 2）自动太阳跟踪器 虽然可以提高发电量，降低发电成本，但并不能提高 PR，因为分母的辐射量也提高了。 3） PR 值 并没有排除温度差异，不同的使用地点或不同的安装方式都会影响到光伏电池的工作温度，在热 带地区和在寒冷地区工作的光伏系统，即使质量一致，热带地区光伏系统的 PR 值也会偏低，为 了客观比较电站性能，还需要做温度校正。 PR 的影响因素很多，包括系统的电器效率（组件 串并联损失、逆变器效率、变压器效率、其它设备效率、温升损失、线路损失等） 、组件衰降、 遮挡情况、光反射损失、 MPPT 误差、故障情况和运行维护水平等，暂不考虑测量误差和电网弃 光的影响。 加州效率（ CEC 效率） 美国加州效率不但考虑了加州的光照条件，还考虑了光伏电池受温 度的影响。光伏电池温度的影响主要表现在逆变器光伏阵列的输入电压，温度高时输入电压低， 温度低时输入电压高。 CEC 效率的测试条件如下分別在“额定输入直流电压” 、 “最大输入直 流电压”和“最小输入直流电压”三种条件下，个別记录其在额定最大输入功率的 10,20,30,50,75,和 100六种条件下的 18 个转换效率。 其中转换效率 输出功率 /输入功率 X100。加州效率有“最高效率” 、 “平均效率”和“加权效率” ，加权效率不考虑温度影响，只 考虑了光照条件，可以与“欧洲效率”对比；最高效率即是常规逆变器标注的最高效率；平均效 率即考虑了光照条件，也考虑了环境温度的影响。 三种加州效率的定义如下峰值效率 Peak Efficiency指上述 18 个转换效率中最高的效率； 标称平均效率 Nominal Average Efficiency指三种输入直流电在 50,75,和 100的输入功率下 所记录下共 9 个转换效率的平均值； CEC 加权效率 Weighted Efficiency考虑了一天当中光照条件的变化。依据直流输入最大功 率的 10,20,30,50,75和 100六种条件下，以权重值分別为 4,5,12,21,53和 5的 分配所计算出的加权效率值。 如果光伏部件或工程的质量控制不力，则故障检修损失将会明显提高，甚至超过 10，因此 第 4 页 共 4 页 严格质量控制是降低故障检修损失的重要前提。弃光（包括延迟接入和限发）现象目前已经在西 部大型光伏电站出现，随着光伏与电网规划建设同步，这一问题将会得到解决。 为了得到光伏系统的性能指数（ PR） ，从而准确评估光伏电站或分布式光伏的质量和能效， 高质量的数据监测和数据采集系统是必要的。本文所采用的数据，包括太阳跟踪器的增益，光伏 系统不同安装方式的温度损失，以及光伏电站 PR 值等，均采用国外数据。之所以如此也是迫于 无奈，很难找到国内的完整数据。 因此，数据采集和监测对于电站评估和技术改进是非常重要的，也代表了光伏电站建设的成 熟程度。光伏项目所安装的数据采集和监测系统所监测和采集的数据、采样精度、采样周期和监 测时段均应符合 GB/T20513（ IEC61724） “光伏系统数据监测、测量、数据交换和分析导则”标 准的要求。