湖南·国网岳阳供电公司  彭 艳  李宇翔

光伏发电的并网方式主要可分为集中式大规模并网、风光储微电网以及分布式低电压并网。其中分布式屋顶光伏发电投资低、不占地、并网便捷，适合自然人投资，无需修建专门的输出通道，可直接并入市电，是目前消纳光伏产能过剩的重要增长点，有利于推动光伏发电产业的可持续发展。

1 屋顶光伏发电系统组成及并网方式

光伏发电的基本原理是利用光电效应，光伏发电系统中光伏组件将太阳能转化为电能并通过逆变器进行整流逆变，最终将电能供给负载或接入公共电网。

1.1 屋顶光伏发电系统组成

光伏发电系统主要由光伏电池组件、光伏逆变器、交直流配电柜等部分组成，民用屋顶光伏发电系统不需要配置储能组件。

1.2 屋顶光伏发电并网方式

一般家庭光伏发电并网申请点的电压等级为380伏/220伏，结算方式多为地市/县公司以季度或年为结算周期，用电项目为居民用电，可选用的接入模式为自发自用余电上网、全部自用、全部上网3种方式。光伏发电并网，客户需经过受理申请、现场查勘、制定方案、审查方案、设计审查、工程施工、受理验收申请、计量装置安装、并网验收调试、并网等多个环节，最终才能并网发电。

以自发自用余电上网为例（见图1），并网点断路器应具备短路瞬时、长延时保护功能和分励脱扣、欠压脱扣功能。在逆变器出口安装一块统计总发电量的计量电能表，在公共并网点安装一块双向计量表统计居民用下网电量和上网电量，同时计量电能表应分别接入供电公司和光伏发电管理部门的电能信息采集终端，作为电能计量和发电补贴的依据。

2 经济效益评估

2.1 经济成本

屋顶光伏发电系统的总体经济成本C主要包括一次性投资成本C1和后期运营维护成本C2（基本免维护）。运行维护成本包括在整个运行周期内的维护成本及设备损坏更换成本。

一次性投资成本C1主要包括光伏组件、逆变器、配电箱、运输安装费用，随着总装机容量的增加，每千瓦装机成本会不断降低。

C1=k×P0■Qn

其中：k为规模因数，P0单位装机容量，Q1为光伏组件成本，Q2为逆变器成本、Q3为配电箱成本、Q4为运输安装费用。

2.2 经济收益

以自发自用余电上网为例，经济收益主要来自节约的电费支出、上网电量收费以及总发电量补贴。

每年的总发电量主要与当地全年日照时间、光伏电池总容量、系统转换效率、系统年衰减率有关，可表示为：

Gt=H×PN×R×（1-d）t

其中：Gt为第t年的总发电量，H为全年光照时间，PN为光伏电池总容量，R为系统转换效率，d为系统年衰减率。

前t年的总发电量可表示为：

G=■■■Gt=■■■［H×PN×R×（1-d）t］

定义k为自用电比例系数，全部自用模式时k=1，全部上网模式时k=0，若居民电价为E1，则节约电费可表示为：

I1=k×E1×■■■［H×PN×R×（1-d）t］

若上网电价为E2，则上网电量收费可表示为：

I2=（1-k）×E2×■■■［H×PN×R×（1-d）t］

若光伏发电补贴电价为E3，则总发电量补贴可表示为：

I3=E3×■■■［H×PN×R×（1-d）t］

总的经济收益为这三部分收益之和：

I=［k×E1+（1-k）×E2+E3］×G

2.3 算例分析

湖南地区一般居民屋顶光伏发电系统装机容量10千瓦，装机容量不大，规模系数k按1来计算，随着光伏发电技术的成熟和规模不断增大，成本逐步下降，经统计多家供应商报价，算例分析取其平均值，总经济成本约为8万元。

湖南地处北纬28°左右，全年统计光照时间为1400～2200小时，按平均值1800小时计算，光伏电池容量为10千瓦，转换效率为80%，年衰减效率5%，系统设计使用年限20年。居民电价0.588元/千瓦时，上网电价0.4471元/千瓦时，国家补贴电价0.42元/千瓦时，湖南省补贴电价0.2元/千瓦时，合计补贴0.62元/千瓦时。

白天居民用电不多，常开家用电器总功率按2.4千瓦计算，居民用电系数按固定值30%来算，实际上由于光伏电池的衰减，若用电量维持不变，则越往后的年份自用电系数越大，按固定系数算出的收益比实际偏低。通过计算，大约6～7年可收回成本，假如自用电量较大，或者完全自发自用，则投资收益更大。

3 社会效益

3.1 电网企业

民用屋顶光伏发电采用自发自用余电上网方式，就地接入380伏/220伏电网，发电量就地消纳，几乎不会增加网损，以8%的网损来计算，以10千瓦装机容量电池组为例，在20年的有效生命周期内可减少16779千瓦时网损。

同时，分布式光伏发电的并网，可缓解设备过负荷运行程度，提高居民供电可靠性，有利于延缓配网升级年限，增加配网使用寿命。

3.2 节能减排

全球气候变化日益严重，发展清洁能源是非常有效的解决办法。1吨标煤大约能发电8130千瓦时，以算例的10千瓦装机容量电池组来看，在20年的设计使用年限内，可减少23.7吨标煤燃烧。

3.3 消纳产能

我国光伏产业产能严重过剩，国内大规模光伏发电场存在并网难、送出难、弃光严重等问题，严重阻碍了大规模光伏电站的建设投产，国内市场难以消纳过剩产能，主要依赖对外出口，而近年来在欧盟和美国遇到了严重的反倾销贸易调查。

民用屋顶光伏发电虽然单机容量小，但是我国农村人口众多，存在很大的增长潜力，是未来几年消纳光伏过剩产能的有力保证。

4 结束语

屋顶光伏发电系统可以有效降低网损、缓解设备过负荷运行程度、提高供电可靠性、延缓配电网升级年限，对节能减排、消纳光伏产业过剩产能也有重要意义。综合考虑经济效益和社会效益影响，民用屋顶光伏发电系统值得大范围推广使用。