1、北京市屋顶光伏发电可行性调研报告目录第 1 章引言11.1 我国能源背景11.1.1 光伏屋顶发电的特点11.1.2 北京市的屋顶光伏发电的特色21.2北京屋顶光伏发电背景3第 2 章政策分析与研究42.1 电价政策42.2 优惠政策6第 3 章屋顶的选择与可用面积73.1 屋顶太阳能发电原理73.2 选择屋顶条件73.3 面积规划9第 4 章容量预测9第 5 章环境保护125.1 概述125.2 与传统火电厂的对比13第 6 章屋顶太阳能发电项目可行性分析156.1 投资项目评价的基本财务指标156.1.1 动态投资回收期156.1.2 净现值（NPV）166.1.3 内部收益率（IRR）1
2、66.2 敏感性分析176.3 盈亏平衡分析186.4 投资综合评价模型19第 7 章结论267.1 结论267.2 政策建议26第 8 章调研过程27第 9 章参考文献27第 1 章引言1.1 我国能源背景中国各种一次能源资源的探明剩余储量(以储/采比表示)与世界平均水平比较，除太阳能外，中国各种一次能源资源量均低于世界平均水平，能源形势比世界平均水平更加严峻。中国是最大的发展国家，要在占世界人口 1/5 的国家里建设可持续发展的小康社会，可再生能源和太阳能的开发利用理应比世界其它国家更加重要和迫切。中国的能源来源必须实现多元化，在考虑资源和环境承受能力的基础上，既要努力开发煤炭、石油、天然
3、气等一次能源，又要大力发展水电， 加快核电、太阳能、风能、生物能等可再生清洁能源。如今，人们的生活中已经越来越离不开电，传统的发电方式主要是火力发电，但是在地球上，这些一次能源的储存量已经越来越少，尤其是进入 70 年代后爆发的两次石油危机，已经让我们意识到发展其它能源的重要性。其中，太阳能由于各方面的优势，已经在世界范围内受到高度重视，其主要利用方式之一就是光伏屋顶。但我国在光伏行业方面仍存在的几个问题:(1)太阳能光伏生产与需求之间存在很大差距；(2)行业产、销都缺乏自主权；(3)按照目前补贴计算，投资仍存在亏损。结合德国政策，提出个人的几点想法:尽快启动国内消费市场，强化对该行业的规划和
4、技术提升管理，完善、补充各项扶持政策，结合各地实际情况加快发展光伏行业。1.1.1 光伏屋顶发电的特点1、电站离用户距离最近，电力输送损耗最低，能效最高。电能输送在早期由于技术不成熟多采用直流输电，后期逐渐演变成交流传送，有很多优势，减少了电力输送中的损耗，提高了速度和传送长度，但是这样依然有一定损耗。而利用屋顶光伏发电由于电站离用户距离最近，所以电力输送的损耗就很低，利用率提高了不少。2、没有远距离输送，不增加电网输送电设施建设投入。传统的电能输送大多是在一个能源丰富的地方发电，然后通过高压线输送到另一 个地方，这样的远距离输送，需要在沿途建立很多设施，来保证它到达用电地区。而屋顶光伏发电不
5、需要远距离输送，也就不会增加电网输送电设施建设投入，减 少了投资成本。3、不进入高压大电网，对高压大电网安全无影响。28太阳能系统是相互独立的，可以自行控制，避免了大规模停电事故，也可在意外发生时继续供电，对高压大电网安全无影响。4、利用现有屋顶，不另占用土地。利用现有的屋顶，无需再占用土地，对于寸土寸金的北京来说，节省了很多成本。5、投资少，建设期短，居民可以作为投资者。屋顶光伏发电所需要的投资少，建设期较短，居民可以作为投资者，把多余的电卖给国家电网公司，产电不足时，可以从电网公司买一部分电。1.1.2 北京市的屋顶光伏发电的特色北京地区太阳辐射量全年平均为 4600-5700MJ/m2.
6、两个高值区分别分布在延庆盆地及密云县西北部至怀柔东部一带，年辐射量均在 5600MJ/m2 以上，低值区位于房山区的霞云岭附近，年辐射量约为 4650MJ/m2。北京地区年平均日照时数在 2000-2800h 之间，大部分地区在 2600h 左右。年日照时数分布与太阳辐射的分布相一致，最大值分布在延庆县和古北口，为 2800h 以上，最小值分布在霞云岭，为 2063h。夏季正当雨季，日照时数减少，月日照在 230h 左右，秋季日照时数虽没有春季多，但比夏季要多，月日照在 230-245h，冬季是一年中日照时数最少季节，月日照不足 200h，一般在 170-190h。太阳能总辐射主要集中在 4-
7、8 月， 占全年总辐射的 55.1%，是太阳能利用最佳月份。通过测算，北京市如果按照最佳倾角 31 度铺设光伏电池板，年满发小时数为 1087.45h，其中 0 度铺设光伏电池板的满发小时数为 989.0474h。屋顶光伏发电是未来北京发展分布式的方向。北京市的投资政策环境良好，根据能源局发布的实施方案，北京市屋顶项目 有下限无上限，鼓励建设分布式屋顶。工业产业园是北京建设分布式电站的最佳 选择，北京工业屋顶资源相对丰富，消纳能力较强，适合建设分布式光伏电站。 北京光伏屋顶发电还集中在各个学校。北京市在有条件的大、中、小学及相关教 育附属设施上安装太阳能光伏屋顶发电设施，这些电能不仅可以供给本
8、校的常规 使用，有剩余的还可以由学校卖给国家电网，赚得的钱作为学校的补贴。除屋顶 外，农业光伏大棚也是北京市发有机农业发展分布式也是光伏电站的重要的形式， 特点是不占用土地，不改变土地性质，就近并网节约投资，建设形式多样，既可 以依托原有大棚改造，又可以新建生态大棚与有机农业，观光农业结合。在北京冬奥申委提交的申办报告中，北京将“空气治理”列为重点解决问题，分布式能源的广泛应用是北京城市发展的必由之路，北京光照条件良好， 有较丰富的光能资源，如果能应用太阳能光伏发电，将大大减少燃煤产生的污染物排放，“甚至实现零排放”。1.2 北京屋顶光伏发电背景总体来看，“九五”期间我国在北京成功建成 7kW
9、 的光伏发电屋顶并实现并网发电。在世界银行捐赠及双边或多边技术合作的支持下，预计我国光伏市场年销售量将以 20的速度发展，到 2010 年可望超过 10MW。上海、江苏和广东等地均已制订规划，率先较大规模地建设“光伏屋顶”，实施“屋顶计划”示范。上海的 10 万屋顶计划，旨在使 10 万个屋顶安装上太阳能发电装置，每个屋顶利用 30m2，全市共计 300 万 m2，占上海全市屋顶面积的 1.5。上海地区的单位面积日照辐射能为 1000Wm2，太阳能电池光电转换效率如以 13一 18计算， 可转换电功率 130180Wm2。每一屋顶发电容量可达到 3.95.4kW。上海虹桥铁路客运站光伏发电项目
10、京沪高铁上海虹桥铁路客运站光伏发电项目总安装面积 6.1 万 m2，总装机容量达到 6.572MW，在 25 年的设计寿命内，年平均上网电量 638 万 kWh，总发电量将达到 1.6 亿 kWh。项目将在上海世博会召开之前投入运行。作为我国建筑光伏一体化项目的代表作，虹桥光伏发电项目不占地，不消耗燃料，没有任何噪声和排放，是最清洁的发电方式。它每年可节约标煤2274t，减排二氧化碳 5837t，二氧化硫 45t，氮氧化合物 20t，烟尘 364t。太阳能每秒钟到达地面的能量高达 80 万千瓦，假如把地球表面 0.1% 的太阳能转为电能，每年发电量可达 5600 亿度，相当于世界上每年能耗的
11、40 倍。，2013 年，全球光伏新增装机容量约为 35GW，全球累计安装量超过 133GW。预计到 2030 年，可再生能源在总能源结构中将占到 30以上，光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到 10以上；到 2040 年，可再生能源将占总能耗的50以上，光伏发电将占总电力 的 20以上；到 21 世纪末，可再生能源将占总能耗的 80以上，光伏发电将占总 电力的 60以上. 截止 2012 年末，全球光伏发电累积装机容量达到 100GW，德国是世界上光伏发电装机容量最多的国家， 达到了 32.4GW；接下来的光伏装机大国依次为意大利 16.3GW，美国 7.2GW，中国和日本装机容量均为
12、7GW，并列第四。排在第五、第六位的是西班牙的 5.1GW 和法国的 4GW。上述六国装机容量达到了全球的 79%。截至 2013 年年底，中国累计已并网光伏系统总容量为 14.7GW，年发电量达 86.7 亿度。其中，2013 年当年新增并网光伏系统容量超过 7GW。第 2 章政策分析与研究2.1 电价政策一、居民阶梯电价分档电量和电价标准北京市居民阶梯电价将城乡居民每月用电量划分为三档，电价实行分档递增。其中:第一档电量为 240 千瓦时及以下的电量，电价标准维持现价不变，即 0.4883 元/千瓦时(不满 1 千伏)和 0.4783 元/千瓦时(1 千伏及以上)；对城乡“低保户”和农村“
13、五保户”设置每户每月 15 千瓦时的免费用电量。第二档电量为 241-400 千瓦时之间的电量，电价标准比第一档电价提高 0.05元/千瓦时，即 0.5383 元/千瓦时(不满 1 千伏)和 0.5283 元/千瓦时(1 千伏及以上)。第三档电量为超过 400 千瓦时的电量，电价标准比第一档电价提高 0.3 元/千瓦时，即 0.7883 元/千瓦时(不满 1 千伏)和 0.7783 元/千瓦时(1 千伏及以上)。二、居民阶梯电价实施方式以日历年(每年 1 月 1 日至 12 月 31 日)为周期执行居民阶梯电价，即：一户居民用户全年不超过 2880 千瓦时(240 千瓦时12 个月)的电量，执
14、行第一档电价标准；全年在 2881 千瓦时至 4800 千瓦时(400 千瓦时12 个月)之间的电量，执行第二档电价标准；全年超过 4800 千瓦时的电量，执行第三档电价标准。居民阶梯电价自 2012 年 7 月 1 日开始执行，2012 年的居民阶梯电量按 6 个月的分档电量计算。即一户居民用户 2012 年下半年不超过 1440 千瓦时(240 千瓦时6 个月)的电量，执行第一档电价标准；下半年在 1441 千瓦时至 2400 千瓦时(400 千瓦时6 个月)之间的电量，执行第二档电价标准；下半年超过 2400 千瓦时的电量，执行第三档电价标准。由于用户新报装用电、改变用电类别、过户、更换
15、不同结算方式表计等情况后，实际用电天数不足一年的，按该月至年底的月数计算的分档电量标准执行阶梯电价，不足一个月的按一个月计算。三、针对不同结算方式表计，采取不同的实施方式。1、对抄表结算后付费居民用户，按市电力公司累计抄见电量执行阶梯电价。市电力公司仍按现行周期定期抄表，在一个日历年内，用户不超过 2880 千瓦时的累计抄见电量，执行第一档电价标准；在 2881 千瓦时至 4800 千瓦时之间的累计抄见电量，执行第二档电价标准；超过 4800 千瓦时的累计抄见电量，执行第三档电价标准，电费按月结清。例如：某抄表结算后付费居民用户，2013 年 9 月的当月抄见电量为 200 千瓦时，当年累计抄
16、见电量为 2920 千瓦时，超过当年第一档电量标准(2880 千瓦时)40 千瓦时，未超过第二档电量标准(4800 千瓦时)。则当月应结清的电费为：2000.4883+400.05=99.66 元。2、对预购电费智能表居民用户，按用户累计用电量执行阶梯电价。在一个 日历年内，用户先按第一档电价由表计实时结算电费，再由市电力公司每月按用 户累计用电量和年分档电量标准，计算每月第二档及以上用电量的阶梯差价电费， 由用户在此后购电时一次性全额补购。例如：某预购电费智能表居民用户，2013 年 9 月用电量为 200 千瓦时，当年累计用电量为 2920 千瓦时，超过当年第一档电量标准(2880 千瓦时
17、)40 千瓦时，未超过第二档电量标准(4800 千瓦时)。用户当 月电费计算如下：2000.4883+400.05=99.66 元，其中：表计实时结算的电费为 2000.4883=97.66 元，剩余的阶梯差价电费，400.05=2 元，由用户在此后 购电时一次性全额补购。3、对预购电量卡表居民用户(含顺义地区网络表用户)，按用户累计购电量执行阶梯电价。在一个日历年内，用户按照年分档电量标准“从一档至三档”购买各档电量，不超过 2880 千瓦时的购电量，执行第一档电价标准，在 2881 千瓦时至 4800 千瓦时之间的购电量，执行第二档电价标准；超过 4800 千瓦时的购电量，执行第三档电价标
18、准。例如：某预购电量卡表居民用户，在 2013 年，第一次购电的购电量为 2880 千瓦时，恰好购完第一档电量，第二次再购电 500 千瓦时， 当年累计购电量达到 3380 千瓦时，未超过第二档电量标准(4800 千瓦时)。则第二次所购 500 千瓦时全部为第二档电量，按第二档电价计算购电费，即5000.5383=269.15 元。已购未用完的电量可结转下一日历年继续使用。对于已购未输入电表的电卡中电量，如果用户想退购，可到市电力公司网点办理退购手续。对于已输入电表的电量，因技术原因无法退购。日历年内未购满的低档电价电量额度，跨年不结转，下一日历年按当年的购电量从新计算分档电量。用户销户时，剩
19、余电量根据用户购电记录按“购电时间由近及远”的规则计算退费金额，即后购买的电量先退，且每次购买的电量中高档电价的电量先退， 电费一次性退还用户。预购电量卡表换装预购电费智能表时，用户旧表剩余电量采取与销户同样的规则计算剩余金额结转至新表继续使用，换表后按扣减旧表剩余电量的用电量计算阶梯差价电费。4、对城乡“低保户”和农村“五保户”家庭的免费用电量，采取货币化明补的方式。市电力公司依据民政部门提供的用户情况和有效月数，按照每户每月15 千瓦时免费电量和第一档电价标准计算免费用电电费，交由民政部门定期随低保金发放到户(月用电量不足 15 千瓦时，也按 15 千瓦时免费电量补贴)。2.2 优惠政策我
20、国对太阳能行业的扶持起于 2009 年，在这一年中，主要颁布了太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法，实施了“金太阳”工程。从补助资金标准来看，2009 年补助标准原则上定为 20 元/Wp。金太阳”工程则明确了国家计划在未来 2-3 年内采取财政补助方式支持不低于 500 兆瓦光伏发电示范项目，并网光伏发电项目原则上按光伏发电系统及其配套输配电工程总投资的 50%给予补助，偏远无电地区的独立光伏发电系统按总投资的 70%给予补助。在国家实施以上两上政策后，地方政府也分别出台了相关支持策略，从对国内光伏行业产生了重大影响。政策公布之后，2009 年当年获批了 642 兆瓦的装机容量，201
21、0 年、2011 年和 2012 年申报并被批准获补的“金太阳”总装机容量分别为 272 兆瓦、692 兆瓦和 4544 兆瓦，4 年总计的安装量高达 6.15 吉瓦。2015 年初，国家发改委、国家能源局和工信部连续下发文件，对光伏市场产品准入进行规范。通知文件不约而同地对光伏电池组件的转换效率提出更高要求。1 月 8 日，发改委等八部门联发布的能效“领跑者”制度实施方案要求：单晶硅光伏电池组件转换效率达到 17%以上，多晶硅光伏电池组件转换效率达到16.5%以上。“领跑者”专项计划旨在鼓励能效“领跑者”产品的技术研发、宣传和推广。2 月 6 日，国家能源局再次下发关于发挥市场作用促进光伏技
22、术进步和产业升级的意见（征求意见稿）。意见稿指出，将严格执行光伏产品市场准入标准。自 2015 年起，享受国家补贴的光伏发电项目采用的光伏组件和并网逆变器产品应满足光伏制造行业规范条件相关指标要求。其中，多晶硅电池组件转换效 率不低于 15.5%，单晶硅电池组件转换效率不低于 16%，多晶硅电池和单晶硅电 池的光电转换效率分别不低于 17%和 18.5%。在增值税方面，目前规范的太阳能热水器生产厂的平均增值税负 6%10%， 而同样提供民用产品的家电企业平均增值税负才 1%3%。分布式光伏的上网电价的优点是：1. 直接和电网结算光伏电费，解决结算风险问题。屋顶光伏电站发电首先全部上传按照上网电
23、价卖给电网，比如 1 元/度，业主用电再从电网正常购电即可。电站投资者直接和电网结算发电电费，就避开了业主的持续经营能力的风险问题。2. 减少结算环节光伏上网电价本身就含了补贴，这样就不需要去分别计算上网电费和度电补贴了，减少了结算环节。第 3 章屋顶的选择与可用面积3.1 屋顶太阳能发电原理屋顶光伏发电系统由光伏组件：组件支架、逆变器、防雷汇流箱、交流保护 开关、直流开关和电能计量等装置组。当逆变器的输出电压和并网电压不相等时， 还需另外配置升压变压器转变为同步的交流电后并入电网&屋顶光伏发电系统是 将太阳能电池组件安装在屋顶。当有阳光时，逆变器将光伏组件所发的直流电转 变成正弦交流电，产生
24、的交流电可以直接作为电源驱动负荷，也可切换到外部公用电网!实现小型光伏系统并网运行。在阴雨天或夜晚，太阳电池组件没有产生电。3.2 选择屋顶条件在安装光伏电板时应该考虑一些外在因素使得它能够有比较高的工作效率， 比如说与光接触面积，自洁能力，放置的屋顶情况，当地的风力等级、当地的日照时长、温度、光线强弱以及个人的经济因素等条件等。其中与光的接触面积和自洁能力与光伏面板的倾角有关，比如华北电力大学的光伏面板的放置角度为15和 33；而屋顶情况应考虑安装位置、阴影情况、屋顶结构、屋顶面积、屋顶载荷条件等。1、先考虑一下光伏组件的安装位置和安装面积。选址地周围 2 公里范围内不应有粉尘污染源，东、南
25、和西侧不应有大型烟囱和高楼，以免对光伏发电组件造成阴影遮挡。通常来说，南屋面或者东西朝向的屋面都比较适合安装，另外有院子或者阳台的家庭也可以考虑安装阳光棚、车棚或者遮阳棚。一般而言，1 千瓦装机容量需要屋顶面积 10 平方米。目前来说，别墅、联排、边远地区和农村等独门独户的房屋比较适合分布式光伏发电项目。如果是居民小区，则手续可能比较繁琐，需要整个单元或者楼栋内有利害关系的业主签字同意才能安装。2、组件对阴影遮挡非常敏感，当光伏组件上有灰尘或积水造成的污染，根据统计，经常受雨水冲洗的光伏组件其影响平均在 2-4%之间，无雨水冲洗较脏的光伏组件其影响平均在 8-10%之间。考虑到建设光伏电站的清
26、洗系统不具备条件或成本高，光伏电站设计时需考虑根据当地的主导风向、雨水情况，设计合理的组件安装倾角，使组件尽可能保持清洁。3、对于斜面屋顶，光伏阵列应该被安装在屋顶上并且和屋顶的表明平行， 用支架隔开数厘米以达到冷却的目的。如果是水平屋顶，还可以设计出一种优化倾斜角度的支架结构，并把它安装在屋顶上。屋顶安装光伏系统必须注意屋顶结构和屋顶防渗透层的密封性。一般而言，每 100 瓦光伏组件都要求有一个支撑托架。对于一栋新建筑，支撑托架通常在安装屋顶盖板之后、加装屋顶防水材料之前进行安装。负责阵列安装系统的工作人员在安装屋顶时就可以安装支撑托架。砖瓦屋顶在结构上往往被设计成接近它的负重能力极限。在这
27、种情况下，屋顶结构必须得到加强，以承受额外的光伏系统重量，或将砖瓦屋顶改变成专门带状的区域安装光伏阵列。如果把砖瓦屋顶转变成较轻的屋面产品。就没意义必要加强屋顶结构，因为这种屋顶和光伏阵列的合成质量要轻于被取代的砖瓦屋面产品的质量。4、对于屋顶面积，通常情况下，屋顶可用于放置光伏面板的面积是整个屋顶面积的 60%-80%，计算时取平均值 70%，所以过于小的屋顶是不能放置光伏面板的。5、对于已建建筑，要求屋顶有一定设计载荷余量，在前期调研阶段需要结构专业根据原设计图纸进行核算，以及确定根据具体现场（平屋面、坡屋面、异型屋面等）选用光伏电池组件、支架及固定安装的方案。处于设计阶段的建筑， 如需在
28、屋顶安装光伏发电装置，建筑设计阶段就要考虑载荷、预留光伏设备安装条件，已达到建筑与光伏一体化的要求。在屋顶安装光伏发电装置，重型现浇屋顶优先考虑，ALC 预制屋面也可使用，在此二类屋面面积足够的前提下，彩钢板屋面等轻型屋面尽量不先考虑使用。另外还需考虑一下当地的风力等级、日照时长、温度、光线强弱等条件。光伏电池是一种利用光生伏特效应把光能转换为电能的器件，当太阳光照射到半导体 P-N 结时，会在 P-N 结两边产生光生电压，接上负载，就会产生电流。该电流与光照强度成正比，当接受的光强一定时，就可以将光伏电池看成是恒流源。光伏电池由于受外界环境（主要包括温度，光照强度）的影响，使它的输出具有明显
29、的非线性。最后要考虑个人的经济因素。对于少数光伏发烧友来说，只要能够安装好光伏组件并且能够自己发电心里就美得不行了，但是对于大多数普通居民来说，要 使自家屋顶成为一个小发电站还要考虑很多现实因素，最重要的就是投资与回报。这也是很多普通居民最终放弃“个人发电”的最终原因。3.3 面积规划屋顶建筑面积受到许多因素的影响，包括污物和尘埃、屋顶的倾斜度和朝向等。1、污物和尘埃的影响。太阳能电池板表面的污物和尘埃的堆积将影响阳光的透射，并导致屋顶有效利用率降低，从而导致输出功率减少。大部分地区都有雨季和旱季。虽然在雨季时，雨水能对组件表面的污垢和灰尘进行有效清理，但是要更加全面充分地估算系统，就要考虑到
30、在旱季的时候由于电池板表面的污物所造成的功率减少。每年一般由于尘埃因素所造成的利用率下降为原额定值的93%。2、屋顶的倾斜度和朝向会影响太阳光照射到光伏组件表面的角度，这些影响的具体体现如下图所示，说明如果当地光伏阵列放置坡度在 7：12 的屋顶上， 面向正南的修正因数为 100，面向正西的屋顶利用率将是朝正南方向的 84%。表 1 屋顶的倾斜度和朝向对于光伏组件角度的影响坡度水平4:127:1212:1221:12垂直正南0.890.971.000.970.890.58南东南，南西南0.890.970.990.960.880.59东南，西南0.890.950.960.930.850.60东东
31、南，西西南0.890.920.910.870.790.57正东，正西0.890.880.840.780.700.52第 4 章容量预测1、标准太阳能电池板输出 PAS 的计算标准太阳能电池板输出的计算公式如下： PAS=PMS*n其中，PMS 表示电池板产品说明书或相关技术资料等内所记载的单位太阳能电池模块在标准试验条件下的输出，n 表示太阳能电池模块的数目。2、基本设计系数的计算基本设计系数由根据太阳能发电系统的基本构成设定的一组系数计算得出：K=KHDKPDKPMKPAINO.其中有日射量年变动修正系数 KHD，经时变化修正系数 KPD，太阳能电池负载整合修正系数 KPM，太阳能电池回路修正系数 KPA，逆变器的转换效率 INO 等。3、月平均日累积倾斜面日射量 HS 的取得，通过查找不同设置地点、不同太阳能电池方位角、不同太阳能电池倾斜角的数据资料，根据实际系统最接近的地点、方位角、倾斜角，就可以取得所需月平均日累积倾斜面
