史珺博士于2011年11月28日公布了其所研究的光伏发电的成本电价的数学模型[1]。由于光伏电站总投资与装机容量通常成正比关系,如果用Cp代表单位装机容量的装机成本,Tcost代表光伏发电的成本电价,则:
  Tcost=Cp(1/Per+Rop+Rloan*Rintr-isub)/Hfp……(1)
  式(1)即为光伏发电的成本电价的计算公式。它表示出了光伏电站的成本电价与光伏电站的单位装机成本Cp、投资回收期Per、运营费用比率(每年的运营费用占电站总投入的比例)Rop、贷款状况(包括贷款占投资额的比例Rloan和贷款利息Rintr两个参数)、年等效满负荷发电小时数Hfp(相当于1KW装机容量一年所发电量的千瓦时数)等五大因素的具体关系。此外,还有该电站所享受到的其它补贴收入系数isub(电站每年的电价外补贴占电站总投资的比例。
  有了上面的光伏发电成本分析模型,可以对现阶段光伏发电成本做一个简要分析。
  2.1平价上网的装机成本
  光伏目前降价的动因是因为上网电价还高于火力发电。而所谓的平价上网,就是,上网电价与火力发电价格持平。目前,比较一致的看法是,如果光伏上网电价能够达到0.5元/度,则就毫无争议地低于火力发电了。为此,对式(1)进行变化可得:
  Cp=Tcost*Hfp/(1/Per+Rop+Rloan*Rintr-isub)……(2)
  首先,我们按照光伏发电企业的商业惯例对式(2)的各参数做出。首先是投资回收期Per,定义为20年,运营费率Rop定义为2%,贷款比例Rloan为70%,贷款利息按照7%计算,而CDM等收入按照投资的1.2%计算,即isub=1.2%;令Tcost=0.5元/度,同时假定Hfp=1500小时。在这样的条件下,光伏发电就具有了价值。将上述参数带入式(2),可以得到:
  Cp=0.5*1500/(0.05+0.02+0.7*0.07–0.012)=7009元/KW。
  再变更一下不同的商业条件,可以计算一下所对应的装机成本要求,可得到表2-1。
表2-1 不同商业条件下,成本电价为0.5元/度时的装机成本
 
 
  由表2-1可知,如果项目不从银行贷款而全部采用自有资金,那么即便装机成本达到12930元/KW,也一样可以做到成本电价为0.5元/度。但这样不符合一般的电站运营模式,下面,我们还是按照表5-1中的第一行所代表的商业模式来考虑。
2.2 光伏平价上网的组件成本
  目前的光伏装机成本为11160元/KW,要达到上述比例,必须降低到7009元,假定电站的所有部分按照同样比例下降,则各部分成本见表2-2。
表2-2  上网电价为0.5元/度时的装机成本构成
  上述价格不包括土地、和追日及功率优化模块。
  可见,光伏组件单元目前的价格是6600元,要降低到4830元,假如所有单元按照同比降价,则各部分的价格如表2-3所示。
表2-3  上网电价为0.5元/度时的光伏组件各部分的价格构成
  表2-3意味着,假如光伏组件各个部分按照同样比例下降的话,要想达到0.5元/度的光伏上网电价,则多晶硅要降到13.9元/公斤,铸锭加开方成本要降低到25.6元/公斤,切片成本要降低到3元/片,电池片加工成本要降低到3.7元/片,组件加工成本要降低到1.8元/瓦。
  此外,逆变器的价格虽然最近降低的幅度较大,但进一步从目前的0.8元/瓦降低到0.3~0.4元/瓦是比较容易的,而施工和土建随着电站施工的日益规范化,成本在现有基础上下降50%也不是很困难的事情。最难以下降的可能是支架和电缆。因为主要受金属原材料价格限制,下降幅度有限。但如表4-1所示,该部分成本目前仅占光伏电站总价的12%,因此,
下降的幅度即便小一些,也不会影响整体的大局。
  另外,由于火电价格目前上升压力较大,在三到四年后,火电上网电价可能会上升到0.6元以上,届时,光伏的价格压力会小些。但是,考虑到光伏的推广,光伏发电不应仅以火电作为标杆,假以时日,光伏发电的价格一定会大大低于火力发电。
2.3 光伏电价为0.35元人民币/度的装机成本和组件成本
  前面所举的例子为年满负荷为1500小时,这样所要求的日照时间通常为2800小时以上,通常适合我国西北地区。而西北地区目前的火电上网电价通常在0.28~0.38元/度。为此,我们假定上网电价为0.35元,在上面同样的条件下,对光伏装机成本和组件成本进行计算。
  依然假定投资回收期Per,定义为20年,运营费率Rop定义为2%,贷款比例Rloan为70%,贷款利息按照7%计算,而CDM等收入按照投资的1.2%计算,即isub =1.2%;令Tcost=0.35元/度,同时假定Hfp=1500小时。将上述参数代入式(2),可以得到:
  Cp = 0.35 * 1500 /(0.05 + 0.02 + 0.7*0.07 – 0.012)= 4906元/KW。
  再变更一下不同的商业条件,可以计算一下所对应的装机成本要求,可得到表2-4。
表2-4不同商业条件下,成本电价为0.35元/度时的装机成本
  我们还是按照上表第1行的情况,要达到0.35元/度的成本电价,光伏装机成本必须从目前的11160元/KW降低到4906.5元/KW,仍然假定电站的所有部分按照同样比例下降,则各光伏电站各部分成本见表2-5。
表2-5上网电价为0.35元/度时的装机成本构成
  上述价格不包括土地、和追日及功率优化模块。
  光伏组件单元目前的价格是6600元,要降低到2902元,假如所有单元按照同比降价,则各部分的价格如表2-6所示。
光伏发电
表2-6上网电价为0.35元/度时的光伏组件各部分的价格构成
表2-6意味着,假如光伏组件各个部分按照同样比例下降的话,要想达到0.35元/度的光伏上网电价,则多晶硅要降到83.5元/公斤,铸锭加开方成本要降低到19.3元/公斤,切片成本要降低到1.8元/片,电池片加工成本要降低到2.2元/片,组件加工成本要降低到1.1元/瓦。
  三、光伏各环节降低成本的途径
  考虑0.35元/度的目标电价。要把光伏组件的价格从目前的6600元/KW下降到2902元/KW,
除了大规模生产造成的规模效应外,更主要应当是通过技术进步来解决。
表3-3 光伏各环节成本下降的途径
  从表3-3可见,多晶硅的目标价格要降低到83.5元/公斤,靠目前的西门子法多晶硅生产工艺,绝对是不可能。而新兴的冶金法多晶硅近年来,无论是从成本还是从纯度和制作光伏电池的效率,都取得了长足的进步。最近的中试结果表明,上海普罗的新的冶金法多晶硅工艺,已经将大规模生产的成本降低到了80元/公斤,而电耗更加降低到了仅15度电/公斤。这不啻为光伏的巨大福音。
  铸锭成本的降低则主要通过加大单锭的容量来实现。但目前单锭的加大受到较大限制。而
上海普罗的一炉四锭的生产方式,可以一下子将铸锭产能提高四倍,而且电耗降低20%,水和氩气消耗降低70%,为铸锭成本的降低作了巨大的贡献。而目前的铸造准单晶的技术,因为能够提高铸锭后的电池片效率,因此,折合到每瓦的价格也是一种有效的成本降低的手段。
  切片成本今年下降幅度已经很大,目前距离1.8元/瓦的目标不算太远,主要还是通过降低硅片的厚度,减小钢线的直径和金刚砂的粒度来完成,此外,切片成品率的提高对于切片成本的下降也有着重要的作用。
  电池片的成本下降一直有许多技术在研究中。激光刻槽降低电极的遮光面,变面接触为体接触,N型电池技术,背电极技术等;都是电池片成本下降的手段。银浆的规模化和国产化也将对电池片的成本下降做出一定贡献。而电池片制造领域的许多技术更着眼于效率的提高,这也是降低成本的一个迂回但十分有效的方式。
  组件的成本下降,更大程度上取决于玻璃、薄膜、边框材料和加工装备的技术创新。目前,超白玻璃、EVA膜、铝合金边框占据市场的时间已经足够长,而有机硅膜、聚合物透光板和工程塑料结构材料,目前正虎视眈眈地准备进入组件市场。而多层组件加工设备目
前已经面世,先进设备将大幅度降低劳动定员,把组件这个劳动密集的行业的人力成本有效地降低下来。