太阳能光伏发电现实的发电成本.docx
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太阳能光伏发电现实的发电成本
太阳能光伏发电实际发电成本
ParmPalSingh*,SukhmeetSingh
旁遮普农业大学农业能源研究学院,卢迪亚纳,旁遮普-141004,印度
摘要：
太阳能光伏发电厂（SPV）有很长的使用年限，其燃料成本为零以及维护成本几乎可以忽略不计，但其需要巨大的初始投资成本。
太阳能发电的发电成本主要来自于初始的融资投资成本。
因此，还贷的方式方法决定了太阳能发电在不同年份的发电成本。
目前正在使用的方法是基于等额支付贷款的平准化成本。
通过创建错误的观点即抑制太阳能光伏电力的发展，将太阳能发电的静态平准化发电成本与电网电力发电变动的现值成本进行比较，认为太阳能发电是非常昂贵的。
本文所介绍的新方法是随着时间的推移，太阳能光伏发电的成本如电力电网一样在不断地增长。
广义资本回收率由期末支付贷款的本金和作为一个独立的贷款有关年度每笔分期付款计算而来。
广义资本回收率计算出的结果可用于确定在不同地方的既定系统的太阳能光伏发电的成本。
结果表明,具有特定的初始投资如为美元/千瓦时/年,30年的贷款期限,贷款利率4%的太阳能光伏系统的成本逐步降低为等同于支付贷款美分/千瓦时/年,而相应的发电成本年分期付款贷款期末发生了8%的变化，在这30年内每年的成本从美分/千瓦时变为了美分/千瓦时。
因此，在这种情况下，目前太阳能光伏电力真实的发电成本是美分/千瓦时，而不是美分/千瓦时。
此外，因为期末支付贷款，延期的贷款将导致太阳能光伏电力基准年成本大幅下降。
因此，需要有关偿还贷款方法的政策改变。
有人提出，可用长期递增偿还贷款来建设太阳能光伏发电厂，这样每年贷款的分期付款的递增就等同于对电网价格估算的增长，贷款期限也与太阳能光伏系统的工作寿命紧密相关，这样就组成了太阳光伏发电的实际成本。
1前言
太阳能光伏（SPV）发电技术是一种很有前途、拥有巨大的潜力的清洁技术。
太阳能光伏（SPV）电力技术可行性是公认的，但还存在并网发电经济性的问题。
与传统的火电厂相比，太阳能光伏电厂要求非常巨大的初始投资。
因此，有必要确定这样的投资在经济上是否可行。
太阳能光伏电项目的经济可行性可通过经济指标进行评价,如投资回收期，投资回报率，内部收益率（IRR），净现值（NPV），等[1-10]，太阳能光伏电力项目的投资回收期很长，但却忽略了现金流投资也很长[3、10]。
其他经济指标如投资回报率,内部收益率和净现值不受投资回收期的影响。
这些经济指标表明，太阳能光伏电力项目在经济上已接近可行。
然而，只是经济上可行就生产商品是远远不够的。
在这种情况下，更重要的因素是产品的价格。
虽然太阳能光伏电力可能更便宜或者甚至以后免费，但目前消费者是不会购买昂贵的太阳能光伏电力。
太阳能光伏电力发电成本主要是巨大的初始投资，而其燃料成本是零,操作和维护成本非常小。
采取初始投资的贷款可以通过不同的方法，例如每年偿还等额的支付贷款，期末支付贷款等。
不同年份分期付款的金额取决于还贷的方法。
在既定年份太阳能光伏的的发电成本电力等于分期还贷的金额除以年度单位（千瓦时）所发的电能。
偿还贷款的最常见的方法是等额支付方式。
使用这种每年支付贷款，而有20-30年的长期贷款支付期限的方法也会使太阳能光伏发电的成本降低[1]。
Cg（n）太阳能发电第n年期末支付的贷款（美元/千瓦时）
Crf等同支付贷款资本回收系数
Crfg广义的资本回收系数
Es具体的初始投资（美元/千瓦时/年）
e每年贷款的增加百分比（%）
Es太阳能面板在某个地点的特定电输出（千瓦时/千瓦/年）
Eu在某个地方的每年电力输出（千瓦时/年）
i利率（%）
L贷款偿还年限（年）
Pl（n）第n年分期贷款支付额（美元）
Pr每单元额定容量太阳能光伏系统价格（美元/千瓦）
Rc太阳能系统的额定容量（kWp）
R几何级数的公比
住宅，商业和工业型太阳能光伏电力的平准化发电成本是基于太阳能光伏发电系统的目前价格计算[13]而来的。
融资成本以假定为每年5％即成本分20年摊销。
2008年9月，初始投资为美元/千瓦时，额定容量为500千瓦的工业型太阳能光伏发电系统，在阳光明媚的气候（平均太阳时间的标准强度）的条件下，太阳能光伏发电的成本是美分/千瓦时，而在阴天的气候（平均太阳小时，标准强度）的条件下，成本是美分/千瓦时。
另一方面对小型住宅型光伏系统（2千瓦）初始投资较高为美元/千瓦，则太阳能光伏电力的成本是阳光明媚的气候时为美分/千瓦时，多云时为美分/千瓦时。
商业型系统的成本在工业和住宅型系统之间。
在美国当前这样的太阳能光伏电力等于电网电力的4-5倍。
但是必须指出，太阳能光伏的电力的价格甚至会在20年是相同的，而到那个时候电网电力成本将因燃料成本上升增加了很多倍。
此外，这些结果表明，大型工业型光伏发电的初期投资只有小型家用型光伏系统的初期投资的55%，所以最好安装大型工业型太阳能光伏电站。
同时，太阳能光伏发电厂应尽可能安装在阳光充足的地区。
太阳能光伏发电系统的发电成本可通过初始投资和特定输出这一函数计算得出[14]，结果表明通过假设融资成本为利率10%,贷款期限为20年的计算方法成本被逐渐降低。
太阳能光伏电力的成本以表格的形式给出,初始投资容量每千瓦从200到5000美元和每年额定容量的特定的输出为800到2400千瓦时。
通常需要注意的是：
光伏模块有25年的保修,但他们的全寿命甚至应该在30-40年。
这意味着太阳能发电的贷款偿还期限20年后将是免费的，并且这个免费电力不在太阳能光伏的成本分析内，这将直接导致不切实际的高成本发电。
太阳能光伏电力上网电价最先引入德国，紧随其后，其他一些国家也使用基于逐步降低的成本法[14]。
德国提供20年的统一的合同价格€-￠/千瓦时。
这里太阳能光伏电能20年后还将是免费的,不计算在内。
一个名叫安达索尔太阳能热电站的发电成本已计算出来[15]。
据悉，只计算每单位容量的成本是不够的，因为太阳能系统在不同的地方具有不同的输出。
有人建议计算的第一步是确定年生产投资每千瓦时的成本。
对于本项目总投资为亿欧元,输出是每年179吉瓦时，从而导致的初始投资为每年每千瓦时欧元。
命名为“特定的初始投资”类似的词已经被广泛使用，因为它有助于获得广义投资的结果。
虽然一千瓦时/年生产的投资是否适合是通过比较不同的太阳能发电厂的价格，但是它并没有给处每千瓦时的价格。
融资的方式对最终的价格有很大的影响。
贷款期限为25年和利率为7%的资本回收系数最终是，导致太阳能光伏电力平准化发电成本每千瓦时欧元。
如果增加一美分的运营和维护成本，那么平准化成本将增加欧元/千瓦时。
有人提议，需要对通货膨胀成本的影响加以考虑以及不同的还款方式加以探讨。
但是，在目前已经制定还款不同的方法，并未考虑到通货膨胀对电费的影响，所以，没有可以提供使用的解决方案。
以上内容表明,在计算生成太阳能光伏电力成本时基本上有两个因素导致成本差异。
第一个因素是,由于20-30年的长期贷款偿还期限，使用基于等额支付贷款成本法计算出的逐步降低的太阳能光伏电力成本仍然是静态的。
然而,由于同期燃料成本增加，电网电力的成本将会增加很多倍。
换句话说，安装了太阳能光伏电力的电力电网平准化成本趋于高位，但是它可能以后会更便宜。
第二个因素是贷款给予的担保期限，而不是太阳能光伏系统的工作寿命。
因此，太阳能光伏电力的贷款偿还期末至太阳能光伏系统的工作寿命结束之间是免费的，不计成本的，但是却在发电有收益，事实上这个成本收益不会计算入账。
本文的长期变动分期付款贷款方法决定了太阳能光伏电力发电真实的成本随着时间的延长增加，正如电力电网一样在不断地增加。
2理论基础
2．1具体的初始投资
在标准条件下，太阳能光伏发电（SPV）系统的额定容量是指太阳能光伏电池板的峰值总功率。
由于太阳对太阳能光伏面板辐射的变化、环境温度、灰尘等因素，安装在不同的地方既定的额定容量的太阳能光伏系统的年度电力产出数量（千瓦时/年）不同。
倾斜的设计特性，比如调整面板、使用太阳追踪器、使用集线器等也会影响电力输出。
综合所有这些因素被定义为系统的“特定的电输出”[14]。
在既定的地方单位系统的额定容量太阳能的年度电力产出即具体的电力输出（公式
（1））：
Es=Eu/Rc
（1）
这里，Es为太阳能光伏面板在给定的地方的具体电气输出（千瓦时/kWp-year）
Eu为在某个地点每年的发电单元（kWh/年）
Rc为太阳能光伏系统额定容量（kWp）
所谓的术语“特定的初始投资（CS）”已经被定义为在某个地点每单位太阳能光伏系统的额定容量（PR），与该地点的特定的电输出（ES）（公式
（2））的价格之比。
Cs=Pr/Es
（2）
这里，Cs为特定的初始投资（美元/千瓦时/年）
Pr为太阳能光伏系统额定容量单位价格（美元/kWp）
换句话说，特定的初始投资是指太阳能光伏系统安装在给定的的地方每年在整个系统所产生单位电力（千瓦时）所需的初始投资，所以具体的初始投资是特定的。
2．2支付贷款
一系列的年度贷款或分期付款（Pl（n））是用来偿还安装太阳能光伏发电厂所需的贷款。
随着时间的推移，年度付贷增加。
尽管贷款付款的利率可以是任何值，然而，现实成本与电网电力相比，最好采取年贷款利率（e）等于预计电网电力的平均通货膨胀率。
假设每年的贷款付款在第n年年底的贷款支付的价值（Pl（n））是由公式（3）确定：
forn=1toL（3）
这里，e为年贷款分期付款利率（%）
L为贷款偿还期限（年）
每个年度贷款分期还清贷款可被视为一个独立的贷款有关年度即贷款可以假定拆分成一系列独立的贷款。
换句话说，每年支付的第n年数额可以被视为一次性付款取n年的贷款。
因此，在第n年的贷款支付PL（n）时，将包括本金（P（N））及为n年在指定利率（i）的利息。
假定年度贷款每年年底付款可以通过出售太阳能光伏电力获得。
原则上在第n个贷款支付（Pl（N））支付的金额（P（N））和利息（PI（N））可从公式（4）和（5）分别确定。
如果贷款金额等于特定的初始投资（Cs），那么最近年度分期金额（Pl（n））将是在最近的一年太阳能光伏电力的成本。
（4）
（5）
贷款额度（Cs）的总和等于L年来每个年度的原则偿还贷款支付之和（公式（6））。
（6）
使用公式（3）公式（6）,我们可得：
Or
（7）
这里，r=
（8）
可以指出,公式（7）类似于确定一系列的现在价值因素[9]。
现在价值因素是广义资本的回收率。
现在，公式（7）是一个几何级数和使用关系几何级数的求和[16]，我们可得到：
（9）
公式（9）可以改写的广义资本回收率（Crfg）
（10）
这里，
（11）
可以从公式（10）得到贷款支付n年的价值所对应的贷款支付的价值基准年（Pl
（1））。
然后可以从公式（3）确定第n年的期末支付贷款。
如果贷款的本金等于特定的资本投资（Cs），然后生成n年的太阳能光伏电力成本（Cg（n））等于n年的贷款支付，可以从公式（12）中获得。
（12）
可以指出,资本回收率（Crf）用于支付贷款是特定情况下的广义资本回收率（Crfg）。
通过将升级年贷款支付（e）等于公式（8）支付贷款新值的r，然后通过替换公式（11）收回资本因素等于支付贷款（Crf）下的新值的r。
（13）
换句话说,资本回收的价值可以通过将“e”等于零从方程（11）获得或方程（13）。
太阳能光伏电力的在既定年份的销售价格可通过运营成本、保险、利润等的成本计算得来。
3结果与讨论
在太阳能光伏发电的发电成本计算的第一步是计算太阳能光伏（SPV）电厂的特定电输出（ES）和每单位太阳能光伏电厂价格，不同的特定的初始投资（CS）容量（Pr）的使用公式
（2）所得的结果如图1所示。
图1的曲线可用于确定太阳能光伏系统每年能产生单位电力特定的初始投资的价值。
不同值的具体电气输出（800-4000千瓦时/kWp-year），太阳能光伏价格（6000-14000美元/kWp），特定的初始投资的价值从到美元/千瓦时/年变化。
例如，在特定输出是1200千瓦时/kWp-year时，太阳能光伏系统的当前价格在印度约8000美元/kWp，所以在这种情况下，特定的初始投资是美元/千瓦时/年。
这意味着在太阳能光伏系统将生成单位电力（千瓦时）的电力系统的在每年的投资美元。
图1特定的初始投资（Cs）和特定的电输出（Es）下太阳能光伏系统每kWp（Pr）的不同成本
特定的初始投资的价值，有助于确定在给定的地方生成给定的电力所需的初始投资。
还可以用它来比较不同类型的太阳能电池的太阳能光伏系统所需的初始投资。
太阳能光伏系统的单位额定容量（Es）的具体电气输出可以通过使用太阳跟踪器，提高集中器等确定，这将导致系统单位额定容量（Pr）的价格增加。
然后特定初始投资（Cs）的新值可以从图1计算得来，从而确定产量的增加对确定是否对经济有利。
因此，特定的初始投资占投资相关费用取决于太阳能电池面板使用的类型，使用太阳跟踪器，使用集中器，在给定的地方太阳能的辐射水平，等等。
可以指出，特定的初始投资也可以用来比较不同可再生能源系统的经济性如水电站、风能系统、太阳能光伏系统等。
第二步是不同的贷款条件下使用公式（11）确定广义资本回收率（Crfg）。
有关融资成本广义资本回收率影响因素包括占贷款利率（i）、升级年贷款（e）和贷款期限（L）。
20、30和40年的贷款结果如图2所示（a、b、c）。
这些数据显示了期末支付贷款不同的贷款利率值（0-10%）和每年的贷款金额升级（0-8%）各种情况下的广义资本回收率。
20年的贷款的贷款利率从0%变化到10%，年升级的贷款0%到8%，广义资本回收率变化从到。
相应的30和40年租借期，广义范围回收率限分别是—和—。
可以注意到：
零升级的曲线年度贷款（e=0%）给出了资本回收的价值因素（Crf）。
广义资本回收的低价值因素（Crfg）是更好的,因为它导致太阳能光伏电厂电力年基准成本较低。
可以指出，对于任何给定的利率和贷款价值时期，广义资本回收的价值因素等于支付贷款支付超过的期末支付贷款。
这意味着太阳能光伏的基准年成本逐步降低，而电力总是会更高。
图2贷款期限为20年（a）30年（b）40年（c）下对不同利率（i）为不同值的升级率年度贷款分期付款（e）的广义资本回收率（Crfg）
最后,太阳能光伏电厂的电力基准年成本（Cg
（1））计算出不同特定的初始投资的太阳能光伏系统美元/kWh-year）的广义资本回收率值-。
结果如图3所示。
因此,太阳能光伏发电的发电年成本可以通过使用图1-3计算。
可以指出,太阳能光伏发年基准成本也可以不经过图1–3得到，直接从式
（1）,（11）和（12）计算。
然而,在这种情况下，分别不知道影响特定的初始投资和广义资本回收率的参数。
知道在给定的条件下的太阳能光伏电厂电力基准年成本,太阳能光伏发电随后几年的发电成本可从公式（13）计算出来。
表1中的结果显示贷款期限对太阳能光伏电力的成本的影响。
这些结果为特定的初始投资的5美元/千瓦时/年,贷款利率为4%,贷款分期付款升级为8%，租借期限增加20到50年，太阳能光伏电力基准年成本从减少到美分/千瓦时。
所以增加贷款周期导致大幅削减太阳能光伏电力基准年成本。
显然，租借期结束直到系统的使用寿命结束即这段太阳能光伏电力成为免费的时间越长，将导致太阳能光伏电力的成本更高。
理想情况下贷款期间需要等于太阳能光伏系统的使用寿命。
目前，贷款期间被等于保证20-25年的寿命。
在漫长的20-25年的保修期间，光伏面板的产出减少不到10%，所以没有理由认为光伏面板保修期后停止工作。
系统的使用寿命预计30-40年或更多[14]。
保质期较短的贷款期限往往会人为地增加的太阳能光伏电厂的发电成本。
因此迫切需要科学家们致力于太阳能光伏电池的发展，为太阳能光伏系统的工作寿命给予一个真实的数字。
然后可以延长贷款期限尽可能接近使用寿命到达太阳能光伏的真实电能成本。
图3太阳能光发电基准年成本（CG
（1））与太阳能光伏系统（CS）的广义资本回收系数（CRFG）不同值下特定的太阳能光伏电厂的初始投资
贷款期限对太阳能光伏用电量等同于支付贷款平准成本的影响也列于表1。
结果为特定初始投资的5美元/千瓦时/年，贷款利率4%，不同贷款期限的价值。
结果表明，贷款增加20到30年，太阳能光伏电力成本逐步降低从减少到美分/千瓦时,贷款40-50年进一步减少和美分/千瓦时。
因此租借期限增加30-50年降低成本太小。
因此将支付贷款延长贷款期限接近使用寿命不太有利。
表1贷款偿还期限（L）20、30、40、50年的特定初始投资为5美元/千瓦时/年,贷款利率4%,贷款升级8%的太阳能光伏电力的成本
年
太阳能光伏发电厂成本随年限变化（美分/千瓦时）
L=20年
L=30年
L=40年
L=50年
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
平准化成本
贷款利率变化在太阳能光伏电力的成本的影响如表2所示。
这些结果为特定的初始投资5美元/千瓦时/年、30年的贷款期限和升级贷款分期付款贷款升级为8%的不同利率下的值。
随着贷款利率从2%到8%的增加，太阳能光伏电力基准年成本增加。
贷款利率的变化深刻影响太阳能光伏电力的发电成本，因为太阳能光伏电力成本基本上是融资成本巨大的初始投资。
理想情况下，贷款利率应该等于当时的贷款利率。
但是，可能会注意到，贷款利率的杠杆作用可以被用来提供公平的竞争环境，以太阳能光伏电力转化能源产生的二氧化碳的造成污染也会减少[17-19]。
在这种情况下，利率可能会降低创建电网价格和被添加到能源发电的成本财政负担的利息补贴，以及减少产生二氧化碳污染。
表2特定初始投资为5美元/千瓦时/年,30年的贷款期限,升级贷款分期付款8%,不同的利率值（0-8%）的太阳能光伏电力成本
年
太阳能光伏发电的成本（美分/千瓦时）
i=0%
i=2%
i=4%
i=6%
i=8%
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
特定的初始投资的5美元/千瓦时/年，贷款利率为4%，贷款30年和年贷款不同价值观的升级（0-8%）的结果如表3所示。
这些结果表明期末支付贷款在不同的年代太阳能光伏发电成本的影响。
仍然是相同的30年，将支付贷款升级,逐步降低生成太阳能光伏发电基准年成本是美分/千瓦时。
然而，对于期末升级贷款分期付款支付贷款4%，基于30年的贷款期限，太阳能光伏发电的发电成本变化从美分/千瓦时到每年美分/千瓦时。
同样基于30年的期限期末支付贷款8%的升级贷款分期付款太阳能光伏的发电成本从美分/千瓦时到每年美分/千瓦时。
因此，太阳能光伏电力基准年成本逐步降低美分/千瓦时,而升级的贷款分别为4%和8%,期末支付贷款的电力基准年成本是和美分/千瓦时。
换句话说，虽然于14-16年后较低，在安装太阳能光伏系统时成本会高很多，。
表3特定初始投资为5美元/千瓦时/年,贷款利率为4%,贷款30年和年贷款不同价值观的升级（e）的太阳能光伏电力成本
年
太阳能光伏发电的成本（美分/千瓦时）
e=0%
e=2%
e=4%
e=6%
e=8%
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
由于通货膨胀，现在所有产品包括电网电力随着时间的推移，价格在增加。
同时由于通货膨胀和经济增长，消费者的收入也会随着时间的推移增加。
所以在任何给定的时间，电网电力的价格和消费者的支付能力应相当。
在给定的地方支付升级期末年度贷款，同时电网电力预计通货膨胀率和把每个年度付款看作一个独立的年度贷款考虑在内，可以获得支付能力的消费者相匹配的太阳能光伏电力之间的价格。
然而，随着支付贷款，消费者的支付能力增加，静态的太阳能光伏电力价格之间存在不匹配。
因为在这种情况下的太阳能光伏电力价格基准年（即安装太阳能光伏工厂）的时候原来是太高，虽然可能低于电网电力后10-15年。
显然现在没有人愿意支付更高的价格，虽然承诺10-15年之后付款会是很低的价格。
将随着时间的推移，消费者收入增加，他们稍后愿意支付更高的价格。
因此，在在电力系统安装时，等额支付贷款太阳
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