“雙碳”目標下中國分布式光伏發電的發展現狀和展望

李明東，李婧雯

(1. 中國機械設備工程股份有限公司，北京 100073；2. 中國能源傳媒集團有限公司，北京 100054)

0 引言

面對逐年上升的全球溫室氣體排放量及全球倡導節能減排的大環境，作為當今世界第二大經濟體、清潔能源行業的引領者，中國在發展可再生能源技術、實現節能減排，以及控制氣候變化等方面均體現出應有的擔當與責任[1]。2020年9月，國家主席習近平在第75屆聯合國大會上發表重要講話，鄭重承諾中國的二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值(即碳達峰)，努力爭取2060年前實現碳中和[2](下文簡稱為“‘雙碳’目標”)。“十四五”時期是實現“雙碳”目標的關鍵期和窗口期，要構建綠色、低碳、安全、高效的能源體系，實施可再生能源替代行動，并實現能源體系的節能、減排、環保[3]。當前，光伏發電和風力發電是所有可再生能源發電形式中應用最廣泛的兩種發電形式，且二者具備互補關系。

在實現“雙碳”目標的新形勢下，中國太陽能利用技術和應用場景迎來了新的發展時期。太陽能作為一種可再生能源，主要利用形式除了光伏發電、太陽能熱發電、太陽能中低溫熱利用外，還有光化學、光感應和光生物轉化等其他多種利用形式。目前，光伏發電的裝機容量已占全部太陽能發電裝機容量的99%以上，已成為太陽能發電技術的主流技術路線之一[4]。分布式光伏發電的開發建設主要是利用農村、牧區、工業園區，以及城市商業區和公共建筑的閑置屋頂，對于人口密集、工商業發達且用電需求高的地區而言，分布式光伏發電是一種不錯的綠色能源利用方式，與傳統能源相比，能實現節能減排的效果。為了進一步促進光伏發電，尤其是分布式光伏發電的發展，國家能源局于2021年6月印發了《關于報送整縣(市、區)屋頂分布式光伏開發試點方案的通知》(“整縣屋頂分布式光伏開發”下文簡稱為“整縣推進”模式)，并于同年9月公布了首批試點縣(市、區)名單。

基于此，本文針對實現“雙碳”目標的新形勢，對中國光伏產業的發展現狀和分布式光伏發電發展過程中面臨的挑戰進行梳理，對分布式光伏發電未來的發展前景進行展望，并以某公司分布式光伏發電項目為具體案例進行分析，以期為分布式光伏發電相關項目的開發提供參考。

1 中國光伏產業的發展現狀

在過去10多年的迅猛發展中，中國光伏產業的全產業鏈已完全實現自主知識產權，是中國在未來實現能源革命的重要源動力之一[5]。在“雙碳”目標的引領和指導下，中國的光伏產業在技術研發、生產制造、產業規模，以及降低綠色溢價(就電力而言，綠色溢價是指從非排放源中獲得所有電力的額外成本，非排放源包括風能、太陽能、核能，以及裝備有碳捕獲設施的燃煤電廠和燃氣電廠等)等方面均取得了舉世矚目的成績。

光伏發電主要包括集中式光伏發電和分布式光伏發電兩類。集中式光伏發電一般為大型地面光伏電站，其特點是將所發電能直接傳輸至主干電網，并由主干電網統一調配；分布式光伏發電主要指小型分散式光伏電站，其應用形式主要為屋頂分布式光伏發電。集中式光伏電站的投資大、建設周期長、占地面積大；而分布式光伏電站的投資小、建設周期短、政策支持力度大且選址自由等，這些因素都使分布式光伏發電在近些年得到了大力發展。由于集中式光伏發電對場址條件的要求高，在中國通常都建設在人煙稀少且光照資源豐富的西北地區，與用電需求大的長三角、珠三角地區距離遙遠，輸電過程中造成巨大的電能運輸損耗，而分布式光伏發電則有效解決了電能長途運輸的損耗問題；此外，分布式光伏發電還可將光伏發電組件作為建筑施工材料與建筑物表面相結合，從而可以節約光伏發電系統的占地面積。

考慮到中國的光伏發電資源和負荷中心的地理分布存在矛盾，為進一步解決光伏消納并減少“棄光”等問題，中國各級行政單位及地方政府在2014年后陸續出臺了鼓勵和支持分布式光伏發電發展的法規政策及配套補貼管理辦法。2014年成為分水嶺，從這一年開始，分布式光伏發電的發展趨勢開始超越集中式光伏發電的發展趨勢[6]。

1.1 光伏組件

通過實際項目的成本核算可以發現，光伏組件費用占光伏電站建設成本的50%左右。PERC晶體硅太陽電池是目前市場占有率最高的太陽電池類型，國內主要光伏組件生產商也以單晶硅PERC、多晶硅PERC光伏組件產品為主。

近幾年，中國太陽電池的量產技術不斷提升，量產太陽電池的光電轉換效率也在逐年提升。其中，商業化單晶硅太陽電池的光電轉換效率通常約為20%～23%，商業化多晶硅太陽電池的光電轉換效率通常約為17%～21%，而且可以預計晶體硅作為太陽電池材料的統治地位在未來5～10年中不會發生根本轉變。單晶硅太陽電池與多晶硅太陽電池的使用壽命基本一致，其中單晶硅太陽電池的光電轉換效率較高，但生產成本也較高；多晶硅太陽電池的光電轉換效率略低，但生產成本也較低，因此實際應用中還需要綜合考慮后再選擇。

n型晶體硅太陽電池技術也是未來重要的發展方向，n型TOPCon單晶硅太陽電池和HJT單晶硅太陽電池有望在未來2～3年內實現量產。薄膜太陽電池有特殊的應用場景，但不足以撼動晶體硅太陽電池在光伏市場的主導地位[7]。為了降低光伏組件的成本，并進一步降低光伏電站的成本，中國的研究學者一直在嘗試提高太陽電池的光電轉換效率和降低硅材料的生產成本，從而可進一步推動光伏產業整體制造成本的降低。2021年5月31日，晶科能源研究院所研發的大面積n型TOPCon單結單晶硅太陽電池的實驗室光電轉換效率達到了25.25%，創造了新的大面積n型TOPCon單晶硅太陽電池光電轉換效率的世界紀錄[8]。

國內主流光伏組件生產商的光伏組件峰值功率也在逐年提升。2020年新建光伏發電項目采用的光伏組件峰值功率大部分在440～460 W之間，2021年各生產商出貨的光伏組件峰值功率基本都在530 W以上，已于2022年實現峰值功率為600 W的光伏組件的量產。

1.2 光伏產業制造商

近些年，得益于國家相關政策的鼓勵與支持，中國光伏產業鏈從上游的晶體硅材料、硅片的生產制造，到中游的以單晶硅、多晶硅太陽電池為主的太陽電池和光伏組件，以及各類型逆變器的生產制造；再到下游的光伏發電系統應用，均得到了快速發展并實現了全球領先。目前，在全球光伏產業鏈各產業出貨量排名前10名的企業中，中國企業幾乎占據整個排行榜。隆基綠能科技股份有限公司在2020年占據全球光伏組件出貨量第1名的位置后，2021年仍持續穩坐第1名，且其出貨量遠超第2名10 GW以上。從這一結果可以看到，頭部企業的產業集中化趨勢明顯，這也會進一步鞏固并擴大中國光伏產業的優勢和完善程度。

1.3 市場規模持續擴大

2022年3月9日，國家能源局公布了2021年光伏發電建設運行情況。數據顯示：2021年中國光伏發電新增并網裝機容量約為54.8800 GW，其中集中式光伏電站新增并網裝機容量為25.6007 GW，分布式光伏電站新增并網裝機容量為29.2790 GW。可以看出，分布式光伏電站新增并網裝機容量已超過集中式光伏電站新增并網裝機容量。截至2021年底，中國光伏發電累計并網裝機容量約為305.9870 GW，其中集中式光伏電站累計并網裝機容量為198.4794 GW，分布式光伏電站累計并網裝機容量為107.5080 GW，分布式光伏電站累計并網裝機容量占光伏發電全部累計并網裝機容量的35.13%，未來這一比例還將持續上升。

2 分布式光伏發電發展中的影響和挑戰[9]

2.1 分布式光伏發電的優點

相較于傳統能源發電和集中式光伏發電，分布式光伏發電產生的積極影響主要包括以下幾個方面。

1)太陽能是一種可再生能源，與傳統能源發電相比，分布式光伏發電產生的首要積極影響就是對環境的保護和一定程度上阻止氣候變暖加劇。在發電過程中，無噪音且不會產生污染，是真正意義上的零排放。由于其應用場景的廣泛，分布式光伏發電也將是中國實現“雙碳”目標的重要手段之一。

2)局部緩解用電緊張狀況并提高用電可靠性。分布式光伏發電在白天達到發電峰值水平，該時段用電端的需求也達到最大，可以局部緩解用電緊張狀況，但分布式光伏發電的能量密度較低，并不能從根本上解決用電緊張的問題。此外，在主網停電時，采用“自發自用、余電上網”的分布式光伏發電用戶不會受影響。

3)減少電能輸送的損耗。分布式光伏發電的應用場景一般為公共建筑、商業區屋頂、農區、牧區，可就近向負荷側供電，可大幅減少因長距離輸送帶來的電能損耗。

4)減少對電網的沖擊。集中式光伏電站由于其自身規模大，以及無法實現一天中連續24 h發電出力的特點，其所發電力會對電網造成較大的沖擊。近些年，為減弱集中式光伏電站對電網的沖擊，部分省市的能源監管部門已明確要求集中式光伏電站需配備相應比例的儲能裝置。分布式光伏電源由于靠近負荷側，且均接入公共配電網絡系統，是作為輔助電源的一部分，不會對電網造成沖擊，其也是現今大力發展的智能電網、微電網的重要組成部分之一。

5)有利于削峰填谷。近幾年隨著電池儲能技術的大力發展，許多企業或產業園在建設分布式光伏發電系統時建有配套的儲能系統，并通過電池能源管理系統及自身用電狀況合理進行能源管理，以達到削峰填谷的目的，實現最經濟的用電方案。

6)降低占用土地和投資成本。分布式光伏發電由于其自身分散性的特點，一般是在閑置屋頂或廠房屋頂進行開發，可有效節約日益緊張的土地資源。基于各地對分布式光伏發電的補貼鼓勵政策，分布式光伏發電的平準化度電成本顯著低于現有工業及民用電價格，這將會刺激工商業廠房所有者開發的積極性。

2.2 用電終端用戶或企業的利益點分析

對安裝分布式光伏發電系統的用電終端用戶或企業而言，利益點在于：

1)發電電費收益具備一定投資性。首先，安裝分布式光伏發電系統后，用戶優先使用光伏發電量，可節約電費，產生非常可觀的經濟效益。其次，分布式光伏電站的單位投資成本比較固定，使其具備一定的投資收益率。分布式光伏電站的裝機容量通常在幾千瓦至幾兆瓦不等，與集中式光伏電站不同，分布式光伏電站由于其自身具有建設分散性的特點，不會產生規模效應并可以降低投資成本，其規模大小對光伏電站發電效率的影響很小，小型分布式光伏電站的單位投資成本并不會比大型分布式光伏電站的高，因此其單位投資成本比較穩定。

2)降低能耗，改善工作環境。在屋頂鋪設光伏組件后，夏日室內溫度平均可降低2～3 ℃，可在一定程度上減少用電終端的電費支出，還可以使室內作業人員在高溫、高濕環境下的工作舒適度或倉儲物在高溫、高濕環境下的儲存條件得到明顯改善。

3)提升企業形象，實現節能減排。使用光伏電力，有助于企業樹立綠色低碳、節能減排的良好形象。通常裝機容量為1 MW的光伏發電項目的年發電量約為100萬kWh，與傳統火力發電相比，每年可節約燃燒標準煤332 t，減少二氧化碳排放920 t、二氧化硫排放28 t、粉塵排放251 t，節約用水3692 t。

4)延長屋面使用壽命。建筑屋面鋪設光伏組件后，烈日、酸雨、熱脹冷縮等外界影響因素對屋面造成的影響將顯著減弱，屋面的使用狀況得到改善，使用壽命得以延長。

2.3 分布式光伏發電面臨的挑戰

1)在技術層面上，近些年分布式光伏電站的大量并網對傳統輸配電網的技術特點和管理模式造成了一定程度的沖擊，也帶來了一些新的挑戰，主要體現在以下3個方面。

①對配電網電壓管理的要求更高。雖然分布式光伏電站不會像集中式光伏電站那樣對電網造成巨大的沖擊，但分布式光伏電站的逆變器也會對配電網造成電壓波形的畸變。在分布式光伏“整縣推進”模式的鼓勵下，其裝機規模也逐漸變大，大量并網導致配電網的功率分布發生顯著變化，電壓調整變得困難。

②對繼電保護的要求更高。由于分布式光伏電站大量的并網接入導致配電網的功率分布出現較大的變化，在分布式光伏電站出現短路故障時，配電網的電流水平也會發生明顯變化，因此對繼電保護的配置及設備的要求都進一步提高。

③對配電網的規劃要求更高。分布式光伏發電具有分布廣、隨機性高的特點，且具有受天氣因素影響大的光伏發電統一特點，這些特點均會對配電網的荷載產生波動，從而影響配電網的規劃與建設。

電網企業可通過技術和管理的革新，為分布式光伏發電的發展提供保障。

2)在商業層面上，分布式光伏電站涉及屋頂所有者、用電戶、電網公司及投資方，基于項目自身分散性和參與方多樣性的特點，衍生出的開發模式也不盡相同，其不確定因素顯著多于其他形式的光伏電站。此外，分布式光伏電站若采用投資方與用電終端用戶直接簽署購電協議結算的模式，會出現缺乏催收和履約擔保等問題，其電費回收會受制于用電終端用戶或企業的經營狀況。

3 分布式光伏發電的前景展望及案例分享

3.1 前景展望

1)加強基礎研究，提高電網對分布式光伏發電接入的技術管控能力。基礎研究是原始性創新能力、積累智力資本的重要途徑，也是解決關鍵科學問題的重要途徑。應繼續加大分布式光伏發電相關技術的基礎研發投入，在接入規模控制、電網運行安全、線損管理等問題上盡早取得突破，并對基層電網工作人員進行指導，提高電網對分布式光伏電站接入的技術管控能力。

2)創新人才培養，提高對新能源接入重要性的認識。光伏產業的技術進步和發展都離不開人才，硬實力和軟實力歸根結底都需要依靠人才。因此，分布式光伏發電技術的長遠發展需要全面匯聚人才，并夯實縣級供電公司基層人員對分布式光伏電站接入重要性的認識。

3)以用戶為中心，提出適合基層實際情況的分布式光伏電站接入策略和運行策略。分布式光伏電站具備靠近負荷側的先天優勢，以用戶為中心，通過提出適合的分布式光伏電站接入策略和運行策略來提高綠色電力的消費率與利用率，真正實現能源消費革命。

4)緊跟行業政策，提高分布式光伏發電的并網效率。目前，國家、省、市、縣各級發展和改革委員會均出臺了分布式光伏發電相關激勵政策及上網電價補貼管理辦法。在實現“雙碳”目標的大背景及分布式光伏“整縣推進”模式的激勵下，全國分布式光伏市場在2021年迎來了大爆發。項目投資方或用電方應對市場及相關行業政策做好調研，并針對分布式光伏電站進行完備的發電量測算、成本核算和經濟性評估等，重點選擇經濟發達地區、并網電價高、電力負荷峰谷差大、用電量大的工業園區或商業區，按照“自發自用、余電上網”的模式開展應用，提高分布式光伏發電的并網效率。

3.2 案例分享

為積極踐行“雙碳”目標和“鄉村振興”國家戰略，某集團工程公司(下文簡稱為“A公司”)與集團下屬資本、租賃公司(下文分別簡稱為“B公司”“C公司”)簽訂了該集團工程公司首個“投融建營”一體化項目——北京市某區分布式戶用光伏發電項目的EPC總承包合同。

該項目由B公司發起的基金與項目所在地企業進行股權投資并成立項目公司，由C公司提供融資租賃服務，A公司提供工程總承包和運維服務。合作各方通過商業模式創新，優勢互補，充分協同，實現項目的全生命周期管理、收益的全鏈條分享，以及風險的全流程管控。作為該合作模式的第1期項目，簽約當年年底前要完成分布式光伏發電裝機規模約30 MW，涉及項目所在北京市某區內多個鄉鎮約3000戶農戶的民居屋頂改造，每戶的裝機規模為8～30 kW。

該項目采用“自發自用、余電上網”模式，自并網發電起前15年的收益歸項目公司，15年后贈送農戶，項目產權進行轉移。通過贈送免費電量的形式，實現農戶增收，與項目公司共享收益，可實現政府、企業、農戶的多方共贏。在“雙碳”目標和“鄉村振興”戰略大背景下，該項目模式的后續業務前景廣闊。

該項目在并網前5年，可獲得國家、市、區這3級發展和改革委員會給予的上網電價補貼，實際上網電價可達0.9898元/kWh。該項目中A公司在前期進行了充分的可行性論證，包括補貼和電價政策、發電量測算、成本核算和經濟性評估等，憑借項目收益率高、回收期短，滿足了B公司和C公司作為投資方和融資方的收益預期。各方充分發揮自身優勢，適應市場需求進行創新，實現了項目快速落地。

4 結論

本文分析了中國光伏產業的發展現狀及分布式光伏發電在發展中面臨的主要挑戰，并給出了針對性的建議。分布式光伏發電的開發利用，有利于閑置屋頂資源的開發，可減少開發成本，在一定程度上削減用電高峰負荷，其發電和用電并存的模式可引導居民綠色能源消費的理念，在一定程度上緩解中國發電資源與負荷中心的分布矛盾，有助于“雙碳”目標的實現。通過案例分享可以看出，投資方或用電方在開發分布式光伏發電項目時，除做好發電量測算、成本核算外，還需要時刻關注相關補貼和電價政策的變化，以便獲得更為準確的項目經濟性評估。需要注意的是，一直以來，分布式光伏發電的政策是以年為單位制定，搶占政策紅利的窗口期必須確保項目在當年并網發電。