屋顶为王下的设计新思路

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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

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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

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1、优化倾角设计

根据当地太阳能资源的分布情况，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）0.451km²；

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

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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°时，虽然年电费收入减少了接近30万，但同时每年节省了120万元的租金，投资商的净收益增加了90万以上；

折合度电成本降低1.8分到0.24元。

然而，当租金只有300元m²时（地面电站情形），每年节省的租金仅有9万元，则投资商净收益减少了约15万元；度电成本增加。

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。

同时，当倾角过低时，由于造成灰尘、雨雪的积累，反而降低项目的系统效率，降低发电量。因此，建议在实际项目中，倾角取15°左右比较合适。

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5：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21.3万元，折合0.07元/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6：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18.6~33万元，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176.73~324万元。

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21.3万元，但年屋顶租金可以节省18.6~33万元左右，折合初始投资176.73~324万元；增加的初始投资，不到2年即可全部回收。

因此，使用高效组件可以实现20年内减少105~302万的总投资，折合20年平均的度电成本降低了2.4~4.3分。

结论

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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：

当倾角为5°~30°时，相对于最佳倾角32°，度电成本可以降低1.8分到0.24元；倾角越低度电成本越低，考虑到对运维的影响，建议倾角选择15°左右为宜。

使用300Wp的高效组件相对于270Wp的普通组件，度电成本可以降低2.4~4.3分；方阵倾角越大降低越多。

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。

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