马斯克的太阳能电池板瓦片厉害,但是,太阳能电池发电没有真正市场

老张

想谈这个话题,是从马斯克10月29日所展示的“太阳能计划”产生的一些想法。特斯拉这次做的,并不是在屋顶上铺设太阳能电池,而是确实要把屋顶换掉。简单说,就是直接将太阳能板做成了瓦片。从下面看,与一般房屋无异。同时马斯克也提供了不同的款式,以供客户选择。

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我想起了一个名词,叫做光伏一体化建筑(BIPV),所以特斯拉做的这个东西可不是什么新鲜玩意。其实太阳能电池产品在中国,已经非常常见了。截至到2015年,全球太阳能电池装机容量为195758MW,而国内装机累计43180MW,这个比例相当高了。

现在太阳能电池也开始进入家庭的,有一些很好的示范,他们可以自发自用,甚至可以向电网售电。但坦白讲,太阳能电池发电仍没有真正的市场。

我国的太阳能资源

我国的太阳能资源到底有多少呢?在我国的陆地,太阳能年辐射能力相当于17000亿吨标煤,三人之二地区年日照为2200小时以上,这是个挺乐观的数字。而具体情况是,我国日照东南少,西北多,从东南向西北递增。更重要的,评价太阳能可利用价值的指标,不是日照时间,而是等量太阳时,简而言之,就是地表接受太阳能辐射量相当于平均每平方米1kW的同等小时数。这样一年几千小时的光照就被浓缩成几百小时了。

影响太阳能电池效率的因素

太阳能电池的效率,温度、风速风向、空气中的灰尘、阴影遮挡(如建筑物,电线杆)等因素有关系。比如温度,硅太阳能电池板的输出效率基本和温度成反比,有研究数据表明,温度每上升1℃,太阳能电池的峰值功率损失约为0.35~0.45%。空气中的灰尘和阴影其实作用是一样的,就是对太阳辐射的遮挡,作为灰尘,粒径越小,遮挡效果越明显,这让我想起了大北京的PM2.5,大雾霾天,估计太阳能也就发不出多少电来了。如果灰尘沉降到太阳能电池板上,那影响更加明显。试想要求屋顶不能有土,这是不是一个挺苛刻要求呢。最后说到了风,很讽刺,太阳能居然也需要风。风的主要作用有两个,第一作用是可以降低太阳能电池板表面的温度,说白了就是给太阳能电池装置当风扇用。第二个作用,是给太阳能表面除尘。说到这多说一句,太阳能电池安装,在北半球一般都是朝南架设安装的,这样的话可能东西向的风才会有效。

太阳能电池的材料

现在市场上的太阳能电池材料,仍以晶硅产品为主,可以占到市场比例的90%。单晶硅产品的能量转化率可以达到24%以上,寿命可以达到15到25年。从性能和寿命上,单晶硅产品都比多晶硅产品要强,但是多晶硅产品价格低廉,现在没瓦的售价在5-6元左右。硅薄膜太阳能的转化率太低,大概在6-8%。一些新材料如砷化镓、硫化镉、碲化镉,这些原材料再生产的时候污染很严重,而且还含有稀有元素,未来规模化成本上也没有优势。

用太阳能发电,到底贵不贵

非名山不留仙住,是真佛只说家常。说了那么多不接地气的话,其实真正该思考的,是家庭装太阳能电池到底合不合适?我们算一笔账吧,假设你家有足够的面积,装个5kW的太阳能电池系统,投资差不多在5万元。假设一年发电量折合满负荷发电800小时,那么一年的发电量在4000度电。如果变压器损失5%,线损3%,表面清洁等问题再损失个3%的能量的话,那么一年发电量大概在3560度电。假设这个系统用20年,总发电量为71200度电,如果计算设备投资,那么一度电的成本大概在0.7元,还是略高于市电的。

但是要注意两个问题,第一,前文提到影响太阳能电池发电效率的因素很多,比如灰尘,或者更严重的风也吹不走的污染物,如鸟粪,所以太阳能电池绝对不是零维护的设备。第二,即使太阳能电池板的寿命真能达到25年,与太阳能电池板配套的控制系统,逆变器寿命估计达不到20年(起码厂家质保不会超过10年),这些设备的费用,在系统中,有一定的比重,如果坏了,也是一笔不小的开支。所以,实际上使用太阳能电池电的费用,可能比直接用市电高的多。高多少?假设设备运维的费用是3%,也就是1500元;电控设备为1万元,10年更换一套,那么实际的使用费用就变成了0.91元了,此时我们仍没有计算温度的影响,资金的财务成本,以及太阳能电池板系统效率的衰减(有资料称,太阳能电池系统效率年衰减率约为0.5%)。前面假设满负荷800小时是否合理,我曾装过6kW太阳能电池系统,测试过2年,所以这个估计还是挺乐观的。所以以此推测,太阳能电池电的实际使用费用,应该不会低于1元/kWh。

国家补贴政策

看了以上数据,问题又来了,一个月发电3560度,这个每个月发电300度,白天发电的时候家里一般用不掉,如果加电池给储存起来,那么一度电又得平添几毛钱的成本安全也有隐患。那么能不能卖给电网一点?

这就要说说北京的电价政策了。可再生能源发电,有两种模式,一种是自发自用,余电上网,另一种则是全额上网,就是所有电都给卖了。

自发自用,余电上网的政策:

自发自用部分电价=用户电价+0.42+地方补贴

余电上网部分电价=当地脱硫煤电价+0.42+地方补贴

其中,0.42元/kWh为国家补贴,连续补贴20年。

按照北京的政策,北京脱硫煤的电价为0.3515元/kWh,地方补贴是0.3元/kWh,这样看在设备不出大故障的前提下,成本上和市电大概还能打个平吧。余电上网,还能赚一点外块,虽然赚的不会太多。

如果全额上网,那就简单了。全国分为三类电价区,太阳能电池标杆电价分别为0.8元/kWh、0.88元/kWh、0.98元/kWh;北京属于二类电价区,上网电价为0.88元/kWh。

我看到的大部分投资太阳能电池发电经济效益的计算中,投资回报周期差不多都是6年左右,具体是否值得,那就要各位看官自行估量了。

太阳能发电的问题

算完了账,说说问题吧。

首先,虽然屋顶总面积巨大,但是60%都是住宅,所以屋顶仍然是稀缺资源。即要求产权明确,又得要求结构好。比如城市中一般的住宅,屋顶归所有业主所有,让业主同意安装以及收益如何分配,都是问题。比如一栋普通的18层(每层8户)的塔楼,在楼顶铺设500平米的太阳能电池板,折合功率,差不多75kW左右,那么问题来了,每家的用电量肯定不一样,这个补贴怎么分?有人说:均分!假设太阳能电池电的成本和市电持平,其他根据前文的条件不变,那么每度电有0.72元的补贴,没有运维的成本,这样计算完一年每户分的钱也不过就是300块钱,业主会不会有足够的动力去运作这个事呢?

其次,就是太阳能电池产业服务非常不到位。虽然有很多大型企业从事的组件的生产、售卖和安装,但是服务却差得很远。后期的维修和维护,都没有明确的标准。比如汽车,我们一般买辆车预期至少要使用5年,那么维修、保养是否方便,是我们选择与否的重要评价标准。也许任何长期使用的商品,我们都会特别关注后续的服务。试想一个要使用20年的设备,假设用到10年就出故障了,而那会打电话可能都找不到人了,有谁还会有勇气安装使用呢。使用过程中的问题不谈,这套系统,服役期满,谁来负责拆除,回收,费用又谁来承担呢?

第三个问题,还是老生常谈的安全性。毕竟是电,假设家里真装个5kW的系统,如果太阳能电池是60V的电压,那么在逆变器之前,峰值时可能会有个80安培的电流,这对于家用来说,多多少少还是偏大了一点。如果想向特斯拉那样,可以白天发电晚上用,那么还是不可避免的要加入储能。这就又多加了一点点安全隐患。

第四,相比进入家庭,太阳能电池在商业(如医院、商场、学校)场所应用更加合适。商业场所一般屋顶产权明确,白天用电量大,可以将电自行消纳。以北京为例,商场用户用电电价的加权平均值约为1.13元/kWh,比市电价格和脱硫煤标杆电价相比,都要高很多,成本上更容易消纳,管理也更加容易。

太阳能屋顶,不是每家都说好

说了这么多,可能明眼人一看,就会发现,你说的是太阳能电池啊,并不是特斯拉说的给人换屋顶啊。也就是说,在屋顶上架设太阳能电池,和BIPV还是有区别的。我想最后讲个故事,是我在国外的一个媒体上看到的报道,侧面说说。

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这个消息是来自陶氏的,今年夏天,他们宣布了要剥离太阳能屋顶的业务。最后一套售出的该产品是7月28日,8月10日出货。陶氏表示,这种太阳能屋顶转化效率低,长期看很难摊销成本。甚至连营销人员也不能阐述清楚,它比传统的太阳能电池好在哪?而之前,陶氏网站上对这款产品的描述“它改变了世界看屋顶的方式,因为它不再让光呆呆的躺在你的房子上了,而是转化成能源为生活充电了”。但是问题是,这种太阳能屋顶,比太阳能电池组件效率要低得多,尽管有环保的吸引力,但是性能上的差距是弥补不了的。

到这故事讲完了,都是国际上的知名企业,一家宣布发布新产品,一家宣布剥离业务,其中的好坏,不知道各位看官,心里是否有数了。我一直以为,特斯拉做的东西可以用“高大上”来形容,这种“高大上”,给人未来更美好的想象空间。从商业价值上看,是很好的金融工具。从客户上讲,特斯拉只是把自己的产品卖给需要的人,这些人中,不会有人斤斤计较电费是否划算,他们只是在追求一种更加新潮的生活方式。从这个角度讲,我愿意去挺特斯拉。

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老张 大牛作者

电池行业从业人员。长期从事“非主流”电池技术的开发工作。对电池界的新技术,新思路,很感兴趣。希望能和大家多多交流。


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