光伏平价上网实现路径展望

　　光伏项目的平价上网，该如何定义？

　

　　个人认为，可以分三个层次来考虑。首先，要明确对标电价，以该电价并网能获得合理的经济收益。我国的电价分上网电价（脱硫煤标杆电价）和销售电价（居民电价、大工业电价、工商业电价），不同电价的数值差异很大。

 

　　对于分布式项目，对标的是销售电价，即居民电价、大工业电价、工商业电价。这三类电价相对较高，因此分布式项目更容易实现平价上网。对于地面电站项目，对标的是上网电价，即脱硫煤标杆电价。地面电站以项目所在地的“脱硫煤标杆电价”并网能获得合理收益，即实现了平价上网。

 

　　其次，光伏出力受太阳能资源影响而不稳定，配合储能系统即可实现出力可控。如果“光伏+储能”的可控清洁电力价格能与常规能源相当，则实现了第二层次的平价。

 

　　再次，随着电改的推进，未来电力市场实现100%的现货交易，那市场上就不存在稳定的“脱硫煤标杆电价”，而光伏电力作为普通电力的一种参与竞争，并具有竞争力，此时才是真正意义上的“平价上网”。

 

　　光伏度电成本的影响因素：现阶段讨论的平价上网，主要是地面光伏电站以“脱硫煤标杆电价”并网且有合理利润为标准。脱硫煤标杆电价相对较低，这需要光伏项目的度电成本（LCOE）进一步降低来实现。在度电成本的计算中，涉及到项目初始投资、固定资产残值、第n年的运营成本、第n年的折旧、第n年的利息、第n年的发电量以及折现率。

 

　　上述几个因素中，对光伏度电成本影响最大的两个因素就是：项目初始投资和年发电量。下文将主要就这两点进行讨论。

 

　　初始投资下降对LCOE降低的推动

 

　　自2009年第一批光伏特许权招标开始，光伏行业正式进入市场化运作阶段。在过去的10年里，光伏的度电成本下降主要来源于“项目初始投资”的下降。仅2011~2018年，光伏组件、逆变器价格均出现75%以上的下降。在此推动下，系统成本下降约72%。

 

　　在2018年下半年开展的部分领跑者基地EPC工程招标中，根据每个项目建设条件的不同，EPC工程的中标价格集中在4~5元/W之间。

 

 

　　未来，光伏项目的初始投资，仍然存在一定的下降空间。2011~2018年，虽然光伏组件、逆变器下降75%以上，但“组件+逆变器”投资在系统投资中占比一直在50%上下。

 

　　光伏系统的BOS（Balance of System）的下降，主要得益于两方面：一方面是组件效率提高，工程设计优化；另一方面，光伏组件的价格也有一定的下降空间。

 

　　1. 组件效率提高推动初始投资下降

 

　　光伏组件效率越高，BOS成本越低。光伏组件效率提高能推动BOS成本的下降，主要原因是光伏系统中，有许多投资是与面积相关的。

 

　　组件转换效率越高，单瓦的平均面积越小，与面积相关的部分投资就越低。经过计算，60片版型的光伏组件，功率提高10Wp，BOS成本会有5~7分/Wp的下降。在领跑者项目的推动下，电池转换效率快速提升，最新效率记录达到24.2%，N型半片组件（60片电池）的输出功率创高达387.6W。2019年底，预计315Wp组件可以实现大规模应用。因此，这会推动BOS成本进一步下降。

 

　　2. 设计优化推动初始投资下降

 

　　诸多新设计理念、技术的应用，也在推动BOS成本的下降。比较有代表性的设计优化理念如：1500V系统的应用，超配理念的推广，优化最佳倾角实现经济最优等等。

 

　　（1）1500V系统的应用

 

　　在2018年开展的第三批领跑者中，1500V系统得到了广泛的应用。

 

　　相对于1000V系统，1500V系统的组件串联数量增加、单个发电单元规模增加，就可以降低单瓦成本，主要差异点为桩基础数量、直流汇流后的线缆长度、汇流箱数量；同时，电压升高、线路变短，减少直流线损；另外，组件效率提升、电压等级升高，促使设计中发电单元由1MW扩展到2.5MW，实现减少一定的工程量。经过计算，1500V系统相对于1000V系统，仅桩基础、电缆两项就可以节省3~4分/W。

 

　　由于能很好地降低初始投资，在全球范围内光伏平价上网趋势推动下，1500V系统备受青睐。根据IHS的统计，大型地面电站汇总，1500V系统的占比逐年快速升高。

 

　　（2）超配设计理念的推广

 

　　组件规模相对于逆变器超配，即“容配比＞1”，能实现降低度电成本，根本原因在于这一设计能很好的提高交流侧设备的利用率。

 

　　格尔木市是全国太阳能资源最好城市之一，格尔木市的太阳能辐照度在大多数情况下低于800W/m2，当温度为25℃时，光伏组件的出力一般为标称功率的80%。如果再考虑系统效率，到达逆变器的功率长期低于组件标称功率的70%。因此，当组件、逆变器按照1：1配置时，逆变器及其后面的设备利用率长期不足70%。

 

　　当容配比＞1时，即组件的标称功率大于逆变器时，虽然小部分时间会出现限电，但约30%投资的利用率大幅提高，从而降低LCOE。随着组件价格下降，效率的提升，直流侧投资占比日趋下降；增加容配比，提高交流端的利用率，增益更加明显。

 

　　（3）经济最优倾角的设计理念

 

　　在土地成本占比日益增加的情况下，与传统最佳倾角的设计理念不同，现在的电站设计方案中，更多地采用了“经济最优间距和倾角”设计理念。以山东某项目为例，32°为当地发电量最佳倾角。当降低倾角，发电量减少，电费收入降低；同时，占地面积减少，土地租金也降低。在项目所在条件下，26°是经济收益最佳倾角。

 

　　国外部分土地成本较高的项目，甚至采用了光伏组件“人字形”设计的方案，来降低土地成本，寻求经济上最优的解决方案。

 

　　除了上述几个优化设计理念之外，智能化的设计软件得到广泛的使用，使各种线缆、钢材的使用量得到更加准确的计算，减少了冗余量，从而节省了辅材的成本。

 

　　3. 组件价格下降推动初始投资下降

 

　　根据新疆大全2018年的财报，2018年底硅料现金成本、全成本折合人民币分别约为44.6元/kg和53.3元/kg 。这与目前的硅料80元/kg的售价还有一定的价差。未来，随着国内硅料产能大规模的投产，硅料售价还存在一定的下降空间。根据供需情况、不同企业的成本来看，未来优质硅料的售价应该保持在75元/kg左右。

 

　　硅片环节，薄片化趋势明显，单晶组件1kg硅料出片量从58片上升到64片，可以摊低单片硅片的成本。

 

　　另外，高效应用能明显摊低组件的封装成本。随着电池片价格的降低，封装成本在组件中的占比越来越高。目前，单块60片组件的封装成本、保险及运输费用合计约为237元/块，不同效率组件分摊下来的单瓦封装成本有较大的差异。

 

 

　　根据前文的分析，随着技术的进步，光伏组件的价格存在一定的下降空间；组件高效化、设计优化等，都会带来系统成本的下降。总的来看，2019年全年系统成本存在0.5元/W左右的下降空间。2018年，仅光伏组件价格就下降了0.8元/W左右。因此，未来初始投资虽然仍有一定的下降空间，但十分有限。未来，LCOE的下降，将主要靠“发电量提升”来实现。

 

　　发电量提升对LCOE降低的推动

 

　　近期双面组件、跟踪支架、智能运维等技术被越来越多地用于提升项目的发电量。

 

　　1. 双面组件的应用

 

　　在第三批领跑者中，双面组件的应用量约为30%。关于双面组件对发电量的提升幅度，第三方认证机构、企业等做了大量的研究工作。双面组件对发电量的提升水平受多种因素的影响。包括：地表反射率、组件离地高度、项目场址坐标等等。根据各家公布的实证数据，在不同的情境下，双面组件的背面大约能提高5~25%的发电量。

 

　　目前，双面组件的价格比普通组件高约0.1元/W，即投资增加2~3%；如果能提高5%以上的发电量，则能明显降低度电成本。

 

　　2. 跟踪式支架

 

　　跟踪支架能够大幅提高发电量，直射比越高的地方，发电量效果提升越明显。目前，技术最成熟、应用最广泛的是平单轴跟踪技术。对第三批领跑者项目采用平单轴跟踪支架时，发电量的提升水平进行的理论计算。

 

　　发电量提升比例跟直射比存在很好的相关性，在不同地区，提升幅度均在10%以上。而且，相对于固定式，平单轴跟踪的占地面积不会明显增加。根据国土资源部发布的《光伏发电站工程项目用地控制指标》，当采用转化效率为18%的光伏组件时，根据不同安装形式的占地面积，用地控制指标不同。

 

　　相对于固定式，平单轴的占地面积并没有明显增加，在高纬度地区反而会减少。因此，平单轴跟踪支架的技术成熟高，能够提高发电量10%以上，却不会明显增加占地面积。

 

　　3. 智能运维技术

 

　　早期光伏电站的运维管理水平较低，电站的系统效率仅有70%~80%之间，平均水平约78%左右。随着越来越多的电站进入运营阶段，一系列现代化的技术被运用到电站当中。

 

　　光伏电站被接入智能运维平台，通过平台的大数据分析对每个电站进行诊断。如，当灰尘遮挡使电站的发电量明显降低时，自动清洗设备就会启动，及时清洗来降低发电量的损失；对于电站故障，也能及时发现、报警，配合无人机巡检定位，使故障及时排除，减少发电量损失。

 

　　因此，智能化监控平台配合智能设备、现代化技术，能明显提高项目的系统效率。目前，光伏电站的系统效率基本都能达到81%以上。

 

　　综上，双面组件、平单轴跟踪技术、智能化运维综合运用，虽然会使项目投资增加15%左右，但是能够提升发电量25%以上，可以明显降低项目的LCOE。

 

　　通过上述的分析，未来光伏组件价格仍有下降的空间，高效组件、设计优化能够推动初始投资实现进一步降低；跟踪技术、双面组件、智能运维能明显提高发电量。过去10年里，LCOE主要是通过初始投资不断下降实现，未来将主要靠发电量提升来实现。

 

　　其中，双面组件、平单轴跟踪技术、1500V系统的综合运用，能够大幅降低项目的LCOE；就未来2~3年来看，可能是应用比例提升最快的三项技术。