光伏发电的清洁维护费用分析
光伏发电的清洁维护费用分析
光伏发电对于目前正以前所未有的速度广泛普及，世界各地的大型光伏发电站建设的速度也明显加快，在大家都在为光伏发电成本价格快速下降而欣喜的时候，却很少有人提及光伏发电的后期清洁维护费用问题。
1、大型光伏发电的环境影响
我国的光伏发电大都选在光照条件好、土地使用费用低的西北部，以求得最大的发电效益。但是西部地区却也大都存在着风沙大、尘土多的问题。这些沙尘积聚在光伏电池板上，严重地影响了发电效率。而如何解决这个问题，现在却没有很好的办法。日前，作者看到了这样一篇文章：
“土办法”刷出“新电量”。
青铜峡光伏电站通过科学管理、规范运作，用“老办法”刷出“新电量”，生产经营取得显著成绩。近三个月，每月均打破历史同期最好记录，累计完成发电量9645137千瓦时，完成全年任务62.3%，月最高负荷8790千瓦，再创同期发电量历史新高。
由于光伏电站地处荒漠戈壁滩上，沙尘袭来尘埃落在太阳能电池板上，经过测试将会严重影响电池板的发电效率，为此该电站的负责人召开专门会议，让大家集思广益，研究清污措施，有人提出水冲洗，但是经过试验此方法行不通，原因是水冲洗过后还会留下污迹，也影响发电效率，而且水用量很大，成本高；就在大家一筹莫展时，一位运行女职工提出了一个“土办法”引起了大家的注意，那就是用家里擦玻璃的工具进行清洗工作，这办法虽然老土，但是经过试验效率很高，而且成本较低，简单易操作，进而得到了普遍应用。经统计，通过这样的举措，电池板的发电效率明显提高，这种积极探索的工作思路为光伏发电的后期维护工作积累了宝贵的经验。
这就是目前我们对大型光伏发电站维护的最好办法。
&2、屋顶光伏发电带来的尴尬
屋顶光伏发电具有节约建筑成本、即发即用、没有送电消耗的特点。但是屋顶的光伏发电板也会受到灰尘影响，大大降低发电效率。尤其是在北方城市，虽然光照条件较南方城市好很多，但大都在年降雨量500毫米以下的环境里，有的甚至不足300毫米，屋顶积聚的灰尘较多，长时间得不到雨水清洗，发电效率也大大降低。如果人工清洗，因为是高空作业，难度极高，若是不清洗，又会大大降低发电效率，使之处于两难的尴尬境地。
3、清洁费用的大概估计
以西部光伏发电的清洁维护要求，每月清理三次，10天是一个清理周期。若每人每天清理100平方米光伏板，每人每10天可清理1000平方米，这还不包括休息日的时间，一个50MW的光伏发电站大约是50万平米的光伏板，0=500，也就是说至少需要500人的清洁队伍。而每人的工资每月1500元，每年是18000元，每年仅500人工资支出就是900万元。加上工具、材料消耗，管理费用等，总支出在1000万元以上。
4、清洁费用与发电量的比较
目前西部地区光伏发电50WM的年发电量约1亿千瓦时左右。目前国家制定的的入网标杆电价为1元/千瓦时，如此算来，每年发电收入为1亿元左右。如果不清洁，以西部沙尘的影响程度分析，每年发电量要降低30%以上，也就是3000万元的经济损失，使用人工清洁可以增加3000万元发电收入，减去人工工资，还有2000万的盈余。
5、使用自清洁系统的成本效益分析
根据以上数据计算，使用人工清洁，每平方米每年的清洁费用是20元，光伏发电设施的设计使用年限是25年，即使按照25年人均工资不增加的情况算（当然这是不可能的），25年每平方米的清洁费用是20*25=500元。使用自清洁玻璃，每平方米需要增加15元的成本，使用喷水清洁系统每平方米需要增加35元，总计每平方米增加成本50元。也就是说，按照人工清洁的成本，两年半可以回收投资。按照年增加的发电量，一年可以收回投资。
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系统规模很小，一般也就大概十几二十几块光伏板，不超过100平方（约10平方装1kW）。后期维护主要是清洗组件和设备维护。
1、清洗组件：平时雨水冲刷就足够了，实在灰尘大或垃圾覆盖组件的，可人工清洗，自来水冲洗即可，也可人工擦拭，并不需要特殊的维护。
2、设备维护：设备有故障或损坏的，需检修故障、维修设备；损坏的设备需更换。最好能购买正规厂家的组件，选择专门的光伏公司更好，大多有产品保修保换的服务。
3、另外，光伏公司还可以提供平台供自己查询发电及用电数据，便于自己计算收益。
总体而言，系统的后期运维成本是很小的，如果与光伏公司合作，有保修保换服务的，其成本几乎为零。
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全面解析光伏发电降本增效之路
08:29:33&&发布：中国分布式能源网&&来源：王淑娟
摘要：光伏如何实现平价上网？本文主要如何降低度电成本、度电成本的下降速度角度进行阐述。我们首先要确定，平价上网中的“价”是多少。不同的电，价是不一样的。
&　　光伏如何实现平价上网？本文主要如何降低度电成本、度电成本的下降速度角度进行阐述。
　　0 前言
　　我们首先要确定，平价上网中的&价&是多少。不同的电，价是不一样的。
　　图1：电价的分类
　　目前光伏的标杆电价在0.8~0.98元/kWh之间，上表中，
　　工商业电价：一般在1元/kWh左右，如果在工商业侧并网，则光伏已经实现了平价上网；
　　大工业电价：一般在0.6~0.9元/kWh之间，如果在大工业侧并网，则光伏已经接近实现了平价上网；
　　居民和农业售电电价：由于享受国家的交叉补贴，价格较低，距离光伏电价还比较远。
　　光伏实现平价上网的终极目标，是能在发电侧跟火电的上网电价PK。目前，火电的脱硫标杆电价在0.25~0.5元/kWh之间，光伏标杆电价距离其还有很远的距离。
　　光伏要实现&平价上网&，最快的途径就是以分布式的形式在用户侧并网，这是煤电、水电、核电等形式所不具备的特长。因此，扫清分布式光伏发展的障碍，是光伏实现平价上网最有效的途径。
　　一、度电成本的定义
　　如前言中所述，光伏电力的价格与火电相去甚远，只有降低度电成本才能实现&平价上网&的终极目标。那什么是&度电成本&。我查阅了资料，找到两种&度电成本&的定义。
　　定义一：国内财务软件常用的测算公式（公式1）
　　上述公式中，将总投资（初始投资扣除残值后和25年运营成本加和）除以总发电量，非常简单明了、易于理解。因此，在国内的财务评价中被广泛使用。但其缺点是没有考虑资金的时间成本。
　　定义二：国际上的测算公式（公式2）
　　陈荣荣、孙韵琳等人在《并网光伏发电项目的LCOE分析》中，介绍了国际上的测算度电成本的计算公式。
　　注：公式2中字母的定义与公式1相同。
　　在公式2中，充分考虑了资金的时间价值，用折现率i将不同时间的成本都折成现值；同时，也考虑不同时间的发电量会带来不同的现金流，因此也对发电量进行折现。这种计算方法的缺点是讲解、计算都比较复杂。
　　个人认为，由于所有的资金都有使用成本，公式2更能体现电量真正的成本。由于国内的财务分析均以公式1为基础，为便于理解，本文也以公式1进行计算和分析。
　　然而，必须强调的是：由于未考虑资金的时间价值，
　　度电成本&光伏电力成本&合理利润下的售电电价
　　因此，度电成本达到0.3元/kWh时，并不意味着可以实现平价上网。
　　虽然度电成本不能等同于光伏电力成本，但其变化的趋势可以反映光伏电力成本的变化趋势。因为，下文通过对度电成本影响因素、程度的分析，来找出实现平价上网的途径。
　　二、度电成本的影响因素
　　1前期条件
　　从公式1中可以看出，计算度电成本主要涉及的因素有6个。其中，固定资产残值VR、第n年的折旧Dn基本是按比例取，第n年的运营成本An变化也相对较少。因此，式中变化最大的是三个量：I0、Pn、Yn。
　　为了探讨上述三个变量对度电成本的影响，建立一个典型电站模型，主要前提条件为：
　　规模：50MWp 初始投资：8000元/kW
　　贷款比例：80% 利 率：5%
　　峰值小时数：1700h 系统效率：80%
　　组件衰减：10年10%、25年20%
　　2峰值小时数范围
　　根据中国气象局发布的《2015年中国风能太阳能资源年景公报》，我国2015年，全国平均的固定式最佳倾角峰值小时数概况：
　　1）全国平均值为1710.2h。
　　2）东北、华北、西北及西南大部地区超过1400h，首年年利用小时数在1100h以上，其中新疆大部、青藏高原、甘肃西部、内蒙古、四川西部及云南部分地区，超过1800h，首年的年利用小时数在1500h以上，局部超过 1800h；
　　3）四川东部、重庆、贵州中东部、湖南中西部及湖北西部地区，小于1000h，年利用小时数不足800h；
　　4）陕西南部、河南、安徽、江苏、四川东部、湖北大部、江西、湖南东部、浙江、福建、台湾、广州、关系中南、贵州西南部的在h之间，年利用小时数在800～1100h之间。
　　可见，我国不同地区的峰值小时数跨度大，本文在计算时采用h区间。
　　3各变量对度电成本的影响
　　1）发电量的影响
　　下图为初始全投资为8000元/kW时，不同峰值小时数对度电成本的影响。
　　图2：不同峰值小时数下的度电成本
　　从上图中可以看出，由于我国不同地区的峰值小时数跨度大，度电成本差异也非常大，1100h时为2300h时的2.4倍！
　　经计算，当发电量
　　减少10%，度电成本增加11.2%；
　　减少20%，度电成本增加25.4%；
　　减少30%，度电成本增加49.9%。
　　2）初始投资的影响
　　下图为不同初始投资时，不同峰值小时数的度电成本。
　　图3：不同初始投资对度电成本的影响
　　从上图可以看出：
　　资源越差地区，度电成本对初始投资的变化越敏感。
　　以峰值小时数1700h为例，初始投资
　　下降10%，度电成本下降8%；
　　下降20%，度电成本下降17%；
　　下降30%，度电成本下降25%。
　　3）贷款利率的影响
　　下图为初始全投资为8000元/kW时，不同资源条件下，贷款利率对度电成本的影响。
　　图4：不同贷款利率对度电成本的影响
　　从上图可以看出：
　　1）资源越差地区，度电成本对利率变化越敏感。
　　2）贷款利率增加1个百分点，度电成本将升高3.6~10%。
　　贷款利率成本从5%~10%，
　　格尔木（2300h，资源最好）：度电成本增加了20.5%；
　　吴忠（2000h，一类区）：度电成本增加了20.5%；
　　辽阳（1700h，二类区）：度电成本增加了21.4%；
　　淮北（1400h，三类区）：度电成本增加了40.9%；
　　长沙（1100h，资源最差）：度电成本增加了52.2%。
　　4）系统效率的影响（影响发电量）
　　随着技术的进步，光伏电站的系统效率一直在增加，如下图所示。
　　表1：不同年代项目的PR值
　　2011年检测德国100个电站，平均PR=84%，技术进步有望达到90%。国内电站PR约在75~85%左右，虽然有气象因素的影响，但仍有较大的提升空间。
　　下图为不同系统效率时的度电成本如下图所示。
　　图5：不同系统效率对度电成本的影响
　　从上图可以看出：
　　资源越差地区，度电成本对系统效率变化越敏感。
　　系统效率由90%变到75 % 时，
　　峰值小时为1700h，度电成本增加了22%；
　　峰值小时为1100h，度电成本增加了38%！
　　5）组件衰减率的影响（影响发电量）
　　根据组件衰减率的统计数据，计算了平均年衰减0.4%~0.8%时（线性衰减），对度电成本的影响。
　　图6：不同组件衰减率对度电成本的影响
　　从上图可以看出，衰减率的变化对度电成本影响较少。
　　组件效率年衰减由0.4%变到0.8% 时，
　　峰值小时为1700h，度电成本增加了5.4%；
　　峰值小时为1100h，度电成本增加了8.2%。
　　三、小结
　　不同因素对度电成本的影响如下图所示。
　　通过对比发现：
　　发电量的变化对度电成本影响最大，之后以此为初始投资、贷款利率、系统效率，组件衰减效率影响最小。
　　采用提高发电量的技术，如跟踪技术等，是降低度电成本的最有效措施；
　　获得较低的贷款利率，是降低度电成本最直接的措施；
　　降低初始投资、提高系统效率、降低组件衰减相对比较困难，但是会带来根本性的变化。
　　四、初始投资降低分析
　　1规模效应
　　光伏组件的造价占了初始投资50%以上，直接影响项目的造价。根据Bob Swanson的光伏Swanson定律：光伏电池的成本在产量每上升3倍的时候会下降20%。
　　由于未找到光伏电池的产量、成本数据，本文选用的中国的装机量、销售价格来进行分析。
　　表2：规模效应带来的价格下降分析
　　虽然由产量到装机量受出口因素影响，又成本到价格受市场因素影响，但从上表可以看出，光伏组件、逆变器的价格下降随装机容量的变化，基本符合Swanson定律。
　　根据国家的相关规划，中国2016年的装机量可达到20~25GW，为2015年增加1.3~1.6倍，估计光伏组件、逆变器的价格会有10%~15%的下降。即光伏组件价格在3.2~3.6元/W之间，逆变器在0.2元/W左右。未来的装机量应该是一个稳中有升的状态，但很难出现倍数增长。因此，未来的光伏电池等成本肯定是稳中有降，但不会大比例下降。
　　2高效组件的应用
　　如上文所述，未来的主要设备成本不会出现大幅的下降，但这并不意味着&初始投资&不会出现大幅下降。除了设备的成本之外，高转换效率是降低成本的另一有效手段。
　　下图为主流多晶硅组件的光伏转换效率变化曲线。
　　图7：历年主流光伏组件的光电转化效率
　　主流光伏组件转换效率由14.1%（230Wp）提高到16.2% （265Wp），1MW发电单元的并联支路数量由218个变成172个，下降21.1%；即使在相同造价水平家，BOS成本（汇流箱、直流电缆、支架、基础等配套设备）、土地成本下降约16% ，系统成本将下降约6~9%。
　　2016年，很多地方对光伏组件提出达到&领跑者计划&标准：单晶17%、多晶16.5%，预计由此带来的光伏系统成本降低1~3%。未来，整个行业由于光伏组件效率提升带来的光伏电站成本降低可以期待。
　　3技术的进步
　　光伏系统电压从1000V上升到1500V，预计可以使BOS成本下降约30%，光伏系统成本下降约10%。
　　光伏组件相对于后端电气系统超配20%，可以使系统成本下降10%。
　　总之，随着技术的不断创新，光伏系统成本还有较大的下降空间。
　　综上所述，2016年由于规模效应、高效组件的采用，预计光伏的初始投资可以下降10%以上；技术进步由于还需时间考证，未大规模推广，暂不考虑。
　　根据上一节的分析，初始投资下降10%，度电成本可以下降8%左右。
　　五、发电量提高分析
　　1跟踪式支架的采用
　　目前，光伏支架广泛采用的为固定式。除此之外，还有平单轴跟踪、斜单轴跟踪、双轴跟踪、固定可调式等多种安装形式。从2015年底，跟踪式支架越来越受到投资者的重视。
　　下图为不同地点、资源条件，相对于固定式支架，跟踪式对发电量提高的实测数据。
　　图8：不同经纬度、海拔、资源条件下安装方式对发电量的影响对比
　　根据上图中的实测数据，
　　与最佳倾角的固定式安装相比，
　　水平单轴跟踪的发电量提升了17%~30%，
　　倾斜5&单轴跟踪的发电量提升了21%~35%，
　　双轴跟踪的发电量提升了35%~43%。
　　虽然上述发电量的增加对比例子属于个案，但可以说明不同安装方式对于发电量的影响。
　　从上图也可以看出：
　　在低纬度地区，通过对方位角的跟踪，提高早晚的发电量会有较好的效果；而在高纬度地区，通过对高度角的跟踪，提高不同季节的发电量，会有较好的效果。这从固定可调式的数据也可以看出。
　　固定可调式也在从2013年开始有较多的应用。下图为在不同纬度的地点，采用不同倾角时，月发电量的模拟情况。
　　图9：高纬度、低纬度采用不同倾角时发电效果模拟
　　从上图两个纬度不同的地点，在高纬度地区，如果对支架倾角进行调节，则发电量增加如下表。
　　表3：某地支架采用不同倾角时发电量的变化
　　而如果在低纬度地区，倾角变化对发电量无影响。
　　因此，固定可调在高纬度地区有较好的发电量提升效果，在低纬度地区发电量几乎无变化。
　　2逆变器、组件技术水平的提高
　　组串式逆变器、集散式逆变器，MPPT的跟踪路数，提升输出电压等新概念，近几年被逆变器厂家广泛宣传。
　　华为在他们的宣传册中称，相对于集中式，他们的组串式逆变器强光下可以多发电10%以上！同时，很多场合也都宣传，全年可以多发电4%以上。
　　禾望在他们的集散式逆变器宣传册上，也提出：集散式逆变器相对于集中式逆变器，系统效率提高3%；相对于组串式逆变器，成本下降15%以上。
　　双面组件近期开始进入人们的视线。相同的BOS成本，由于双面发电，如果地表反射率较好，可以提高10%以上的发电量。
　　3运维水平提升系统效率
　　1）智能监控带来的精细化管理
　　光伏电站面积大、人工管理无法精细化，一直是制约系电站统效率提高的因素。而智能监控技术，包括智能设备、智能平台，可以克服这一难题。
　　目前，智能汇流箱已经被广泛采用，从而可以时间将对电站的智能监控水平提升至组串级别，实现随时监控每个支路的电流、电压，有利于问题的及时发现、维修，从而提高系统PR值。
　　目前，国内远景、木联能、MC、淘科等企业都依托云平台开展大数据管理业务，帮助客户实现对项目的远程智能监控，节约运维成本、提高运维效率。
　　2）清洗水平的提高
　　关于灰尘对发电量的影响，由于大家的气候条件不同，得出的结论也相差很大。图4为不同文献对于灰尘遮挡造成发电量损失的报道；表3为内蒙某光伏电站清洗前后的发电量对比。
　　图10：不同文献对于灰尘遮挡造成发电量损失的报道
　　表4：内蒙某电站清洗前后发电量对比
　　从图10和表4可以看出，虽然大家不同地点、气象条件下，灰尘遮挡造成的发电损失差异较大，但其数值均在3%以上。因此，根据光伏组件的污染程度进行定期清洗，大约可以提高3%以上的发电量。
　　综上所述，由于跟踪式支架、高效的逆变器和组件、智能监控系统的采用，运维水平的提高，在不考虑限电的影响，预计光伏电站的发电量可以提高5%~15%。
　　根据上一节的分析，初始投资下降10%，度电成本可以下降11%左右。
　　六、结论
　　2016年，光伏项目的初始投资预期降低10%，度电成本可以下降8%左右；发电量预期提升5~15%，度电成本可以下降5~16%。考虑到部分发电量提高技术会带来初始投资的增加，综合考虑，预期度电成本能下降10%左右。
　　七、考虑火电的隐形补贴，光伏已经平价上网
　　1、火电排放的污染物
　　火力发电会排放&SO2、NOx、粉尘&等污染物，以及温室气体CO2。
　　根据环保部历年的环保公告，在国家的大力投入下，我国的污染状况逐年好转。摘取《2014年中国环境状况公报》中大气污染物的部分内容如下。
　　2014年，中央财政先后安排专项资金100亿元，支持各地开展大气污染防治。开展空气质量监测的161个地级及以上城市中，共16个城市空气质量达标（好于国家二级标准），占9.9%；145个城市空气质量超标，占90.1%。其中，SO2达标城市比例为89.2%， NO2达标城市比例为48.6%，PM10达标城市比例为21.6%， PM2.5达标城市比例为12.2%。
　　1）SO2和NOx
　　全国二氧化硫、氮氧化物排放总量同比分别下降3.40%、6.70%。2014年全国SO2排放总量为1974.4万吨，NOx排放总量为2078.0万吨，来源如下表。
　　表5：2014年SO2和NOx排放来源分析
　　470个开展酸雨监测的城市（区、县）中，出现酸雨的城市比例为44.3%，酸雨频率在25%以上的城市比例为26.6%，酸雨频率在75%以上的城市比例为9.1%。 酸雨、较重酸雨和重酸雨的城市比例分别为29.8%、14.9%和1.9%。
　　2）粉尘
　　PM10年平均浓度达标城市比例为21.7%，同比上升2.4个百分点；日均浓度平均超标率为19.0%。PM2.5年均浓度达标城市比例为11.2%；日均浓度平均超标率为26.6%。
　　3）温室气体排放（来源于BP能源统计年鉴）
　　2014年，中国CO2排放量为97.61亿吨，居世界第一，占世界CO2排放量的27.5%。这也给中国带来了巨大的国际压力。
　　可见，尽管我们国家投入很大，取得的成果也十分明显，但我们大气质量达标的城市仅仅有9.9%！
　　2、污染的危害
　　SO2和NOx造成的酸雨，可使儿童免疫功能下降，慢性咽炎、支气管哮喘发病率增加，同时可使老人眼部、呼吸道患病率增加；还可使农作物大幅度减产，小麦可减产 13% ~ 34%，大豆、蔬菜蛋白质含量和产量下降；可使森林和其他植物叶子枯黄、病虫害加重，最终造成大面积死亡。
　　粉尘的污染大家都感受深切，《苍穹之下》热播，就是受粉尘污染所害之人的共鸣；
　　CO2排放造成的温室效应，影响的是整个地球的生态，频发厄尔尼诺现象、极端天气都与之相关，所以全球190国家的元首才共同签订了《巴黎协定》。
　　因为粉尘污染，你需要买防雾霾口罩、去医院治疗呼吸道疾病；
　　因为酸雨污染，粮食减产、建筑物和森林受破坏；
　　因为温室气体，南极的冰川已经融化，海平面上升后有的人甚至会无家可归。
　　我们为污染所付出的花费之巨大，是难以衡量的！
　　3、火电的度电环境成本
　　从表1中可以看出，污染物并不都是火电排放造成的，但火电肯定占了非常重要的一部分。要计算火电的环境成本，有很多种方法。在此，引用了天津大学徐蔚莉等用&影子成本法&计算的火电污染物环境成本，如表2所示。
　　表6：火电的度电环境成本（单位：元/kWh）
　　火电的环境成本，需要权社会来承担，你支付的防霾口罩钱、医药费，都在为火电的环境成本买单。换个角度来说，火电享受着全社会提供的、隐形的环境补贴。
　　为了减少火电的污染，国家也给更加环保的火电一些补贴。
　　如果火力发电机组按规定安装脱硫、脱硝和除尘环保设施，排放标准达到排放要求，其上网电量在现行上网电价基础上执行脱硫、脱硝和除尘电价加价等环保电价政策。目前，脱硫电价加价标准为每千瓦时1.5分钱，脱硝电价为1分钱，除尘电价为0.2分钱，累计0.027元/度。
　　为鼓励火电机组超低排放，对经所在地省级环保部门验收合格并符合上述超低限值要求的燃煤发电企业给予适当的上网电价支持。对日以前已经并网运行的现役机组，对其统购上网电量加价每千瓦时1分钱（含税）；对日之后并网运行的新建机组，对其统购上网电量加价每千瓦时0.5分钱（含税）。
　　由表6可见，火电的隐形环境补贴约为5毛钱。同时，如果你达到超低排放，大约还可以有0.32元/kWh的明补。目前，国家给光伏的补贴如表7所示。
　　表7：三类电价区的光伏度电补贴估算
　　可见，国家给光伏的补贴也差不多是5毛左右，与火电的环境成本基本相同。从这个意义上来说，光伏已经实现了平价上网。
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