光伏組件項目建設(shè)方案效益評價指標(biāo)體系的研究及應(yīng)用

王 磊，陳曉東，吳孫陽，李宗佰，王春成

(阜寧協(xié)鑫集成科技有限公司，阜寧 224400)

0 引言

隨著光伏市場規(guī)模的不斷擴大，客戶對于光伏產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新需求日趨增大，同時對降低每瓦除光伏組件以外的系統(tǒng)成本，即光伏平衡系統(tǒng)(Balance of System，BOS)成本的要求也更加迫切。由于逆變器、支架、電纜等材料價格降低有限，且光伏發(fā)電系統(tǒng)容量設(shè)計優(yōu)化難度較大，受此影響，光伏產(chǎn)品的降本需求重新回歸到通過提升光伏組件功率和規(guī)格來實現(xiàn)BOS 成本攤薄。

從2019 年下半年開始，隆基樂葉光伏科技有限公司、通威股份有限公司等光伏企業(yè)重點推出了M6(尺寸為166 mm×166 mm)太陽電池和光伏組件，而天津中環(huán)半導(dǎo)體股份有限公司、東方日升新能源股份有限公司、廣東愛旭科技有限公司、天合光能股份有限公司等光伏企業(yè)則隆重推出了M12(尺寸為210 mm×210 mm)太陽電池和光伏組件。這2 種規(guī)格的太陽電池和光伏組件使業(yè)界對于未來大尺寸硅片的最佳尺寸的爭執(zhí)達(dá)到了頂峰。

目前，國內(nèi)外專家針對光伏電站項目的效益分析較多，比如，張梅[1]從項目方案、財務(wù)效益和項目風(fēng)險等方面對毛里求斯光伏電站的投資進(jìn)行了必要性和效益分析；寧抒達(dá)[2]從地理資源、技術(shù)條件、經(jīng)濟、社會和環(huán)境等5 個方面構(gòu)建了分布式光伏發(fā)電項目效益評價體系，通過TOPSIS 綜合評價法對該項目進(jìn)行了綜合評價分析；張延濤[3]利用對比分析法等建立了投資決策模型，并對X 公司光伏發(fā)電項目進(jìn)行了科學(xué)化的投資決策應(yīng)用。

通過對現(xiàn)有的光伏發(fā)電項目效益分析方式進(jìn)行綜合考慮，發(fā)現(xiàn)存在以下不足之處：1)效益評價指標(biāo)缺乏系統(tǒng)性，指標(biāo)僅針對單一項目可行；2)指標(biāo)選取不合理，未建立在定性指標(biāo)和定量指標(biāo)相結(jié)合的前提下；3)指標(biāo)之間相互關(guān)聯(lián)性不強，評價結(jié)果失真?；诖?，本文提出了一種光伏組件項目建設(shè)方案效益評價指標(biāo)體系，從項目投資費用、投資收益、產(chǎn)品延展性、產(chǎn)品風(fēng)險性和產(chǎn)品競爭力等方面體現(xiàn)建設(shè)方案的總體特點。該體系將定量處理和定性分析相結(jié)合，可為準(zhǔn)確把握光伏組件未來發(fā)展方向、指導(dǎo)光伏組件項目建設(shè)、制定光伏組件項目規(guī)劃等提供理論基礎(chǔ)。

1 光伏組件項目建設(shè)方案效益評價指標(biāo)的選取及體系的構(gòu)建

1.1 評價指標(biāo)的選取原則

近年來，在光伏市場驅(qū)動和技術(shù)進(jìn)步等條件的共同作用下，我國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，產(chǎn)品的迭代時間越來越短，硅片尺寸從156 mm×156 mm 到156.75 mm×156.75 mm、158.75 mm×158.75 mm、166 mm×166 mm，甚至到210 mm×210 mm，僅用了不到5 年的時間；而在這期間，隨著硅片尺寸的增大，單塊光伏組件的功率也從300 W 突破到490 W，實現(xiàn)了63.33%的功率提升，年復(fù)提升率達(dá)到了10.3%，產(chǎn)品迭代速度加快。2019～2020 年期間計劃建設(shè)與實際建設(shè)的太陽能級硅片、太陽電池和光伏組件項目合計已超過120 GW，如此大的建設(shè)規(guī)模，需要對建設(shè)方案進(jìn)行效益評價并進(jìn)行精確定位，以降低錯誤的建設(shè)方案所帶來的損失。因此，在進(jìn)行建設(shè)方案效益評價時，指標(biāo)的選取應(yīng)建立在合理先進(jìn)性、綜合代表性、結(jié)果優(yōu)先性和超前引領(lǐng)性[4]的原則上。

1)合理先進(jìn)性。指標(biāo)選取時應(yīng)根據(jù)光伏組件項目建設(shè)中的重點考慮因素，結(jié)合企業(yè)的項目商業(yè)計劃書，選出對該項目而言具有典型先進(jìn)水平的指標(biāo)。

2)綜合代表性。選取的指標(biāo)應(yīng)兼容光伏組件項目效益評價的所有類型，并且具有典型代表性。

3)結(jié)果優(yōu)先性。選取的指標(biāo)應(yīng)具有一定對比性，或能夠直接得到精確數(shù)據(jù)，模糊性和不確定性的指標(biāo)不宜選取。

4)超前引領(lǐng)性。在指標(biāo)選取過程中要考慮未來市場的需求變化，選取的指標(biāo)應(yīng)具備前瞻性。

1.2 評價指標(biāo)體系的構(gòu)建

在進(jìn)行光伏組件建設(shè)方案的效益研究時，首先必須構(gòu)建科學(xué)的評價指標(biāo)體系，并根據(jù)企業(yè)需求解決項目資本支出、效益評估、風(fēng)險評估等方面的沖突關(guān)系。建立科學(xué)的評價指標(biāo)體系能夠幫助光伏組件生產(chǎn)企業(yè)在現(xiàn)有的資源條件下準(zhǔn)確判斷現(xiàn)行的項目建設(shè)方案行為是否符合市場發(fā)展的客觀需求，并優(yōu)化和調(diào)整建設(shè)方案，實現(xiàn)現(xiàn)有資源條件的充分利用，確保建設(shè)方案方向的正確性。

根據(jù)項目建設(shè)總體需求，充分考慮市場、資金等相關(guān)因素，提出光伏組件項目建設(shè)方案涉及的5 個主要方面，分別為：投資費用、投資收益、產(chǎn)品延展性、產(chǎn)品風(fēng)險性和產(chǎn)品競爭力，其相互關(guān)系如圖1 所示。

在堅持合理先進(jìn)性、綜合代表性、結(jié)果優(yōu)先性和超前引領(lǐng)性的原則下，結(jié)合目前光伏組件項目建設(shè)的商業(yè)計劃書和立項報告等資料，并考慮到實際建設(shè)過程中的經(jīng)濟和效益因素，構(gòu)建了光伏組件項目建設(shè)方案效益評價指標(biāo)體系，如表1所示。

光伏組件項目建設(shè)方案效益評價指標(biāo)體系主要分為2 個層級，第1 個層級為系統(tǒng)層，包括5個指標(biāo)；第2 個層級為指標(biāo)層，涉及19 個指標(biāo)，其中，定性指標(biāo)為7 個(表1 中的C10～C15、C18)、定量指標(biāo)有12 個(表1 中其他指標(biāo))。

本文中的定量指標(biāo)是根據(jù)光伏組件項目建設(shè)方案中項目的總規(guī)模和地區(qū)的項目費(主要是指土地出讓金，以江蘇省鹽城市阜寧縣單位土地出讓金為基礎(chǔ))來確定的；定性指標(biāo)是以M6 和M12 多主柵半片光伏組件的應(yīng)用范圍、市場調(diào)查結(jié)果、相關(guān)專家的意見作為基礎(chǔ)，通過綜合比較后進(jìn)行確定。

表1 光伏組件項目建設(shè)方案效益評價指標(biāo)體系Table 1 Index system of benefit evaluation of PV module construction scheme

需要對指標(biāo)層指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過等寬區(qū)間定量法把定量指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)定量化處理(以符合國家標(biāo)準(zhǔn)判定為100 分，最低分為0 分；如果采取對比法，以較好值作為滿分100，本文采用對比法)；通過邀請行業(yè)12 位專家(或相關(guān)部門的專業(yè)領(lǐng)導(dǎo))，去掉最高分和最低分后，取10 個數(shù)據(jù)，針對定性指標(biāo)進(jìn)行評價打分，并做好數(shù)據(jù)記錄。

2 網(wǎng)絡(luò)層次分析法的介紹

層次分析法(AHP)[5]由運籌學(xué)教授薩蒂于20 世紀(jì)70 年代提出，并應(yīng)用在層次權(quán)重決策的相關(guān)領(lǐng)域，但該方法存在定性指標(biāo)多、可信度低等缺陷。在21 世紀(jì)初，薩蒂教授針對層次分析法的缺陷進(jìn)行了優(yōu)化，提出了網(wǎng)絡(luò)層次分析法(ANP)[6]，ANP 突出了內(nèi)部平級指標(biāo)的關(guān)聯(lián)性和上下層指標(biāo)的反饋關(guān)系。由于光伏組件項目建設(shè)方案的系統(tǒng)層與指標(biāo)層存在上下層的反饋關(guān)系，而且指標(biāo)層數(shù)據(jù)間存在一定的關(guān)聯(lián)性，因此本文采用ANP 作為光伏組件項目建設(shè)方案效益評價指標(biāo)體系的評價方法。

2.1 影響網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建

根據(jù)建立的評價指標(biāo)體系，確定指標(biāo)層指標(biāo)間的相互關(guān)系、系統(tǒng)層指標(biāo)間的相互關(guān)系、指標(biāo)層指標(biāo)與系統(tǒng)層指標(biāo)間的相互關(guān)系，構(gòu)建指標(biāo)關(guān)系影響網(wǎng)絡(luò)。

2.2 指標(biāo)判斷矩陣的構(gòu)建

以指標(biāo)層的指標(biāo)為基礎(chǔ)，邀請行業(yè)內(nèi)12 位專家(或相關(guān)部門的專業(yè)領(lǐng)導(dǎo))針對定性指標(biāo)進(jìn)行評價打分，并做好數(shù)據(jù)記錄。去掉最高分和最低分后，取10 個數(shù)據(jù)，對指標(biāo)相對重要度進(jìn)行獨立衡量，專家衡量評估值分別為(1≤i≤10，1≤j≤10)，并以此建立幾何平均數(shù)aij，具體計算方法參考式(1)，即可建立在指標(biāo)層Cq(1≤q≤19)條件下n(1≤n≤19)個指標(biāo)的判斷矩陣A，如式(2)所示。

建立的判斷矩陣A需要通過一致性檢驗來確認(rèn)數(shù)據(jù)的可靠性。假設(shè)ω是該判斷矩陣的排序向量，λr、λmax分別為該判斷矩陣的第r個特征值和最大特征值，CI為該判斷矩陣的一致性指標(biāo)，RI為該判斷矩陣的隨機性一致性指標(biāo)均值，CR為一致性比率，則這些參數(shù)間的相互關(guān)系如式(3)～式(5)所示。

一般情況下，當(dāng)CR＜0.1 時，認(rèn)為該判斷矩陣的一致性符合要求，判斷矩陣的數(shù)據(jù)可以使用；否則需要重新進(jìn)行打分。

2.3 指標(biāo)加權(quán)矩陣的構(gòu)建

通過判斷矩陣A可得到指標(biāo)層Cq條件下m(1≤m≤5)個指標(biāo)之間的相關(guān)重要程度，則可得到指標(biāo)層Cq條件下第1 個指標(biāo)相對于其他指標(biāo)的權(quán)重關(guān)系為{b11,b21,b31,…,bm1}，同樣也可以計算出其他指標(biāo)的權(quán)重值，構(gòu)建成加權(quán)矩陣D，如式(6)所示。

2.4 初始超矩陣的構(gòu)建

根據(jù)ANP 構(gòu)建影響網(wǎng)絡(luò)后，構(gòu)建系統(tǒng)層P(1≤P≤5)個指標(biāo)的超矩陣W超，具體如式(7)所示。

2.5 加權(quán)超矩陣的構(gòu)建

加權(quán)矩陣D的每個單獨因素與超矩陣W超中相對應(yīng)的元素相乘，可得到一個加權(quán)超矩陣W′超 ，如式(8)所示。

2.6 評估極限超矩陣權(quán)重

為了保證加權(quán)超矩陣W′超 收斂，通過軟件Matlab R2019a 對加權(quán)超矩陣W′超 進(jìn)行平方乘積的計算，即，等，直到加權(quán)超矩陣最終收斂，得到一個收斂成固定值的矩陣，然后對該矩陣每一列進(jìn)行歸一化處理，得到各自對應(yīng)的指標(biāo)權(quán)重。

2.7 計算光伏組件項目建設(shè)方案效益評價指標(biāo)體系的綜合指數(shù)

為了得到最終的效益評價指數(shù)，采用加法加權(quán)法[7]計算光伏組件項目建設(shè)方案效益評價指標(biāo)體系的綜合指數(shù)K，計算式為：

式中，γt為第t個指標(biāo)的評價結(jié)果；s為指標(biāo)的數(shù)量；Wt為第t個評價指標(biāo)的權(quán)重。

3 案例分析

從2018 年下半年至今，光伏行業(yè)擴張趨勢明顯，對降低光伏發(fā)電系統(tǒng)單位建設(shè)成本的要求逐步提高，對項目建設(shè)期及資金回收期等均提出了更高要求。以光伏組件行業(yè)為例，1 條組件生產(chǎn)線從傳統(tǒng)的200 MW 增至如今的400 MW以上；電池的尺寸也從156 mm×156 mm 增至158.75 mm×158.75 mm、166 mm×166 mm 及210 mm×210 mm，組件尺寸也隨之不斷增大，以便實現(xiàn)“項目投資少、回收周期短”的目標(biāo)。

如今的項目建設(shè)以M6 和M12 這2 種規(guī)格的光伏組件為主，因此本文以M6 和M12 多主柵半片光伏組件項目(以下簡稱“M6 光伏組件項目”和“M12 光伏組件項目”)建設(shè)方案為例進(jìn)行效益對比分析。

3.1 假設(shè)前提

1)項目建設(shè)規(guī)模以目前主流的5 GW 為例，按照12 條生產(chǎn)線規(guī)劃設(shè)計(M12 光伏組件項目單線體可達(dá)到480 MW，M6 光伏組件項目單線體可達(dá)到420 MW)，車間廠房均以3 棟計算，倉庫及相關(guān)輔房按照同等規(guī)格建設(shè)。

2)由于工程建設(shè)費用和土地購置費與各地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展水平有關(guān)，本文以江蘇省鹽城市阜寧縣為方案背景。

3)暫不考慮建設(shè)環(huán)境中的橫向及縱向規(guī)模影響，即不考慮產(chǎn)品上、下游企業(yè)和周圍相同類型企業(yè)對建設(shè)方案的影響。

4)暫不考慮當(dāng)?shù)卣畬ㄔO(shè)方案的影響，假設(shè)容積率等因素均滿足政府規(guī)劃許可。

3.2 建設(shè)方案效益評價指標(biāo)對比

3.2.1 投資費用

投資費用包括工程費用、設(shè)備費用、土地費用和運營資金4 個指標(biāo)。

1)工程費用又可細(xì)分為建筑費用、安裝費用和二次配費用。建設(shè)費用和安裝費用是根據(jù)生產(chǎn)廠房和輔助性房間的建筑面積確定的，二次配費用是根據(jù)車間所需的用電量、用氣量、環(huán)境溫度等需求決定的。

2)設(shè)備費用包括串焊機、疊焊機、排版機、層壓機、I-V測試儀及流水線的投資。

3)土地費用是指企業(yè)購買商業(yè)用地的費用，該費用與項目所屬區(qū)域有關(guān)。

4)運營資金根據(jù)組件生產(chǎn)周期、回款周期等確定，目前財務(wù)提供數(shù)據(jù)認(rèn)為，按照資金3 個月周轉(zhuǎn)一次為主，運營資金核算方式為年產(chǎn)值的1/4。

針對案例進(jìn)行分析：M12 光伏組件項目的車間建筑面積比M6 光伏組件項目的約大15%。M12 光伏組件項目的串焊機必須是新型設(shè)備，價格貴，但數(shù)量需求少；M6 光伏組件項目的串焊機價格低，但需求量是M12 光伏組件項目的1.5 倍，因此，M12 光伏組件項目的串焊機費用整體比M6 光伏組件項目的貴20%。從其他設(shè)備整體費用來看，M12 光伏組件項目的比M6 光伏組件項目的高15%。M12 光伏組件項目的土地需求面積及費用比M6 光伏組件項目的大。由于同為5 GW 規(guī)模，2 種光伏組件項目的運營資金相同。

3.2.2 投資收益

投資收益分為靜態(tài)回收期、動態(tài)回收期、平均運營收入、平均毛利率和平均凈利率5 個指標(biāo)。

從目前對比數(shù)據(jù)來看，M12 光伏組件的功率增益比M6 光伏組件的多9.64%；但與M6 光伏組件相比，M12 光伏組件的電池成本、輔材成本和加工費成本累計增加了5.33%。因此，M6 光伏組件項目的靜態(tài)回收期比M12 光伏組件項目的短11.42%，M6 光伏組件項目的動態(tài)回收期比M12 光伏組件項目的短12.25%，這是因為M12 光伏組件屬于新品，達(dá)產(chǎn)速度慢。M6 光伏組件項目的平均運營收入比M12 光伏組件項目的少2.11%；平均毛利率比M12 光伏組件項目的低1.46%；平均凈利潤比M12 光伏組件項目的低2.03%。

3.2.3 產(chǎn)品延展性

產(chǎn)品延展性包含產(chǎn)品兼容性、適用范圍和舊線改造效益3 個指標(biāo)。

M12 光伏組件可向下兼容M10、M6 等型號的光伏組件，M6 光伏組件卻無法向上兼容M12光伏組件。M6 光伏組件有家用、商用2 種；而M12 光伏組件重，屋頂承壓壓力大，因此主要應(yīng)用于商業(yè)?，F(xiàn)有的更小尺寸線體經(jīng)過改造可滿足M6 光伏組件的生產(chǎn)條件，但不具備M12 光伏組件的生產(chǎn)能力。

3.2.4 產(chǎn)品風(fēng)險性

產(chǎn)品風(fēng)險性包含產(chǎn)品量產(chǎn)風(fēng)險、資金需求風(fēng)險和市場周期風(fēng)險3 個指標(biāo)。

目前M6 光伏組件已達(dá)到單班量產(chǎn)1200 件的水平，2020 年2 月M12 光伏組件已成功下線；M12 光伏組件項目的資金需求比M6 光伏組件項目多5.47%。目前，M6 光伏組件已初具市場規(guī)模，M6 光伏組件配套設(shè)備及相關(guān)上、下游供需更能滿足需求，投入產(chǎn)出比更高，客戶接受度更高，短期量產(chǎn)能夠快速回收成本；而M12 光伏組件的市場還正在培育，成本回收期會更長。另外需要警惕的是，除M6 光伏組件和M12 光伏組件外，其他新型光伏組件可能會侵占市場。

3.2.5 產(chǎn)品競爭力

產(chǎn)品競爭力包含單位產(chǎn)品加工費、市場占比、質(zhì)量長期可靠性和投入產(chǎn)出比4 個指標(biāo)。

M12 光伏組件的加工費比M6 光伏組件的低1.67%；M6 光伏組件的市場占有率比M12 光伏組件高；M6 光伏組件的質(zhì)量長期可靠性較M12光伏組件的高；M6 光伏組件的投入產(chǎn)出比較M12 光伏組件的要高。

對M6 光伏組件項目和M12 光伏組件項目建設(shè)方案的效益評價指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行打分并量化數(shù)據(jù)對比，然后進(jìn)行歸一化處理(量化數(shù)據(jù)折算到單位GW 規(guī)模上)，權(quán)重比例經(jīng)過ANP 處理，具體如表2 所示。

表2 M6 光伏組件項目和M12 光伏組件項目建設(shè)方案效益評價指標(biāo)權(quán)重及其項目得分Table 2 Benefit evaluation index weights and project scores of M6 and M12 PV modules project construction schemes

將指標(biāo)層權(quán)重帶入權(quán)重比中計算，可得到M6 光伏組件項目和M12 光伏組件項目建設(shè)方案效益評價的綜合得分，分別為97.34 和96.25(數(shù)據(jù)對比時以兩者較好者得滿分，同時設(shè)置及格分)。由此可知，目前投資M6 光伏組件項目更易獲得令人滿意的回報。

將表2 中2 種光伏組件項目每個系統(tǒng)層中各自的指標(biāo)層權(quán)重與其對應(yīng)的項目得分相乘然后求和，得到該項目的系統(tǒng)層水平分值，將其匯總到雷達(dá)圖中，并與系統(tǒng)層的理想水平分值對比，以反映建設(shè)方案在這5 個指標(biāo)的優(yōu)劣情況，具體如圖2 所示。從雷達(dá)圖中可以看出，M6 光伏組件項目在投資費用和產(chǎn)品競爭力方面相對于M12 光伏組件項目具有一定優(yōu)勢，M12光伏組件項目在投資收益方面相對于M6 光伏組件項目有微弱優(yōu)勢，在產(chǎn)品風(fēng)險性和產(chǎn)品延展性方面兩者差異較小。

圖2 M6 和M12 光伏組件項目建設(shè)方案系統(tǒng)層水平分值雷達(dá)圖Fig. 2 Radar chart of system layer level score of M6 and M12 PV module schemes

4 結(jié)論

本文以江蘇省鹽城市阜寧縣為方案背景，對M6 光伏組件項目和M12 光伏組件項目建設(shè)方案的效益狀況進(jìn)行了分析。結(jié)果顯示，2 種光伏組件項目的效益均較高，但是從現(xiàn)階段項目建設(shè)角度來看，M6 光伏組件項目總體上存在一定優(yōu)勢，尤其是在項目投資費用、產(chǎn)品競爭力等方面，但優(yōu)勢不明顯；M12 光伏組件項目在投資收益等方面具有微弱優(yōu)勢。具體表現(xiàn)在：

1)從投資角度看，M12 光伏組件項目建設(shè)成本高，設(shè)備價格明顯高于M6 光伏組件項目；M12 光伏組件項目建設(shè)方案的單位成本效益比M6 光伏組件項目的低，需要擴大設(shè)備選型對比，降低設(shè)備采購價格；另外，因M12 光伏組件項目對車間面積需求更大，需要考慮采用混流線等方案以減少廠房面積，縮小其與M6 光伏組件項目的建設(shè)成本差距。

2)從單位收益角度來看，與M6 光伏組件相比，M12 光伏組件的功率增益率比其的其他成本累計增加率高，導(dǎo)致生產(chǎn)相同產(chǎn)能時，M6 光伏組件項目的單位成本的平均毛利率低于M12 光伏組件項目的。若要縮短M6 和M12 光伏組件項目在成本上的差異，就要提升單班產(chǎn)能及控制制程輔材損耗。

3)從產(chǎn)品競爭力來看，M6 光伏組件的上、下游銜接更為緊密，設(shè)備及物料選擇性更大，市場接受度更高。需要提升M12 光伏組件市場占有率以提升產(chǎn)品上、下游銜接能力，同時提升制程能力控制，提高產(chǎn)品良率。

4)從產(chǎn)品風(fēng)險性來看，M6 光伏組件的市場接受度暫時更好，市場占有率也更高，短期量產(chǎn)能夠快速回收成本；M12 光伏組件正逐步受到客戶信賴。但同時需要預(yù)防新型組件侵占M6和M12 光伏組件的市場，特別是近期新推出的M10 光伏組件。