屋顶为王下:光伏降低度电成本的设计新思路

根据国家能源局统计,2017年1季度,分布式光伏装机达到2.43GW,相对于2016年同比增长了148%;有机构预测,2017年全年的分布式装机在9GW以上,相对于2016年增长100%以上。分布式光伏项目迎来快速发展期。
摩尔光伏     2017-7-18 9:51:10

根据国家能源局统计,2017年1季度,分布式光伏装机达到2.43GW,相对于2016年同比增长了148%;有机构预测,2017年全年的分布式装机在9GW以上,相对于2016年增长100%以上。分布式光伏项目迎来快速发展期。

地面电站的租金,一般在300~500元/亩之间,折合0.45~0.75元/ m2。而分布式光伏项目的屋顶租金要远高于这一标准。随着分布式光伏项目受市场热捧,优质屋顶越来越难得,屋顶租金越来越贵。部分企业在投标中甚至给出10元/m2的屋顶租金。在此情况下,设计是更多的会追求更高的“单位面积发电量”,或者更低的“度电成本”。本项目将从这两个角度进行讨论。


前提条件


1、项目场址

假设项目位于山东烟台,水平面年总辐射量为1460kWh/m2;

2、项目规模与屋顶租金

项目规模为3MWp,10kV并网,工业混凝土屋顶,年租金为6元/m2;采用60片型号为270Wp的光伏组件

3、项目电价

如果全额上网,则电价为0.85元/kWh(含税,下同);

如果自发自用、余电上网,则自用部分按照山东10kV的工商业电价0.7489元/kWh九折考虑,为0.674元/kWh;上网部分按照0.3729元/kWh;全部电量考虑0.42元/kWh的国家补贴。


提高单位面积的发电量


1、优化倾角设计

根据当地太阳能源的分布情况,当固定倾角为32°时,倾斜面接受的辐射量最大;此时,


3MW项目理论占地面积为(仅考虑通道,前后不遮挡)0.0451km2;

若项目系统效率按82%考虑,则项目的年发电量为395.88万kWh;

单位面积的年发电量为87.84kWh/m2。


如果倾角降低,将导致发电量降低;然而同时,占地面积将减少。对倾角为5°~32°时,项目单位面积的发电量进行计算,结果如下表。

表1:不同倾角时的单位面积年发电量

从上表可以看出,当方阵倾角降低,前后间距变少,装机密度增加,虽然总发电量减少,但单位面积的发电量越来越大。

相对于最佳倾角32°,倾角为5°时,总发电量降低了7.4%,但单位面积的发电量增加了66.2%。


2、使用高转化效率组件

使用高转化效率组件是提升单位面积发电量最有效的方法。表1中数据时采用270Wp组件为基础进行计算,若采用300Wp的高效组件,则5°~32°时单位面积的发电量如表2所示。

表2:采用高效组件的单位面积发电量

采用270Wp组件和300Wp组件时,单位面积发电量的对比如下表所示。

表3:不同型号组件单位面积发电量对比(单位:kWh/m2)

从上图可以看出,高效组件的单位面积产出量高出普通组件高出13.9%。

当倾角为5°时,每平米的年发电量高出20kWh,更加集约的利用了屋顶资源。

降低度电成本分析

单位面积的产出量提高,体现了对有限屋顶的集约化利用;然而,其中一个重要原因是安装量增加,投资密度加大。因此,单位投资产出比更能体现投资的经济性。

无论是倾角降低还是使用高效组件,都会使项目占地面积减少,因此


1)线缆、桥架等长度会减少,相应投资减少;

2)线损会降低,系统效率提高,发电量升高。


然而,由于两项影响较少,下文暂不考虑。

项目投资分初始投资和年运营成本两部分,改变倾角和使用高效组件,会带来两部分的变化,从而改变资金的投入产出比。

1、改变倾角对产出比的影响

由于项目规模不变,因此初始投资不变。

倾角变化的主要影响为非最佳倾角带来发电量降低、减少占到从而节约租金。将两项对比如下表。

表4:改变倾角对年租金的影响

从上表可以看出,在屋顶租金为6元/m2的情况下,与最佳倾角32°相比,

倾角为5°~20°时,提高单位面积发电量节省的租金,不足以弥补年电费收入的减少,

而25°~30°时,提高单位面积发电量节省的租金,高于年电费收入的减少。


为了寻找技术经济的最佳倾角,对25°~32°时的情况进行详细分析,如下表所示。

表5:倾角为25°~32°时技术经济分析

从上表可以看出,由于电价不相同,当采用“自发自用、余电上网”模式,电价较高,倾角为27°时项目的度电成本最低;与32°相比,相当于度电成本下降了0.25分。

当采用“全额上网”模式,电价相对较低,倾角为26°时项目的度电成本最低。与32°相比,相当于度电成本下降了0.28分。


可见,在如今屋顶租金高昂的情况下,适当降低安装倾角,减少发电收入,但增加装机容量从而减少屋顶租金,会提高项目的投入产出比,降低度电成本。


2、高效组件对产出比的影响

使用高效组件可以带来两方面的影响:


1)组件价格提高、BOS成本降低,导致初始投资变化;

2)发电量不变但租金降低。


3MW的项目采用270Wp组件和300Wp组件的初始投资不相同的部分进行简单对比,如下表所示。

表6:采用不同型号组件初始投资差异

说明:按照目前情况,高效比普通贵0.2元/W考虑。

从上表可以看出,高效组件的初始投资仍比普通组件贵19.65万元,折合6.55分/Wp;然而,使用高效组件后,未来的年屋顶租金会大大降低,不同倾角时的年租金差异如下表所示。

表7:采用不同组件的年租金变化

从上表可以看出,当倾角为5°~32°时,使用高效组件,3MWp项目的年租金大约降低2.987~3.306万元,角度越大,租金节省越明显。

按照行业基准收益率8%为折现率考虑,20年租金降低折合初始投资降低29.32~32.46万元。


通过对比可以发现:

3MWp项目使用高效组件虽然初始投资增加了19.65万元,但年屋顶租金可以节省2.987~3.306万元左右,折合初始投资29.32~32.46万元。因此,使用高效组件可以实现20年内减少10~13万的总投资,折合20年平均的度电成本降低了0.11~0.15分。


结论

由于分布式光伏项目投资快速增加,优质屋顶受热捧,租金连年看涨。在此情况下,屋顶租金对项目收益产生较大影响。通过研究发现,在设计上的改进,可以提高项目的经济性。

在本文假设的项目条件下:


倾角为32°时发电量最大,但将倾角降低到26°、27°时度电成本最低,比32°可降低约0.25分。

使用300Wp的高效组件相对于270Wp的普通组件,20年的度电成本可以降低0.11~0.15分。


可见,在目前的屋顶租金水平下,降低方阵倾角,使用高效组件都可以有效提高单位面积的发电量,并能提高资金的投入产出比,降低度电成本。来源: 智汇光伏  王淑娟


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