美国住宅太阳能+储能系统成本分析

 

《住宅太阳能光伏+储能系统的安装成本基准与部署障碍：2016年第一季度》是一系列此类主题研究中的第一份报告。该报告提供了最新住宅太阳能光伏+储能系统最详细的各部分成本和系统总成本明细，并首次量化了过去未知的软性成本。该报告也分享了系统应用所面对的市场障碍方面的洞见。

 

促进系统普及

 

早在2015年4月，落基山研究所与包括global X和HOMER能源等在内的合作伙伴就发布了题为《负荷脱网的经济性分析》研究报告。该报告调查了与电网相连的太阳能+电池系统将如何与传统电力服务竞争。研究结果表明，到2030年，持续下降的系统成本加上电网电力零售价格的上升，将使得与电网相连的太阳能+电池系统更具经济性，也将成为许多美国消费者的首选。此外，太阳能+电池系统还能为用户提供其他重要的价值。例如，在电网断电时作为关键负荷的备用电源，以及通过削减高峰期需求和转移用电时间来节约成本等。然而，落基山研究所的研究在当时并未详述储能的精确成本。

 

确定比较方法

 

如今要分解太阳能光伏+储能系统的安装成本，落基山研究所和国家可再生能源实验室首先分析了包括Lazard和GTM在内的各种现存研究的数据，以及我们在落基山研究所创新中心项目中积累的经验。

 

分析太阳能光伏+储能系统各部分成本和系统总成本的一大难题是选择合适的度量标准。与单一的太阳能光伏不同，储能系统缺乏被大众广泛接受的度量标准，如每瓦特装机的成本或平准化能源成本。储能成本会随着系统总能源容量(表达为美元/千瓦时)和充电或放电的速率(表达为美元/千瓦)变化而变化。一些消费者倾向于使用系统的长时间放电功能，而另一些消费者可能有较高的峰值需求，更重视能源存储的功率(千瓦)而非能源容量(千瓦时)。由于家庭偏好和负荷特点的不同，使用单一的度量标准会人为干扰系统所公布的成本，很难对比不同系统的成本区别。因此，我们使用了安装总价作为研究的主要度量标准，而不是根据系统规模规范化的标准。

 

为分析2016年第一季度安装的太阳能光伏+储能系统各部分成本和系统总成本，我们使用了国家可再生能源实验室的各部分和系统层面自下而上的成本模型方式来分析独立的太阳能光伏系统。我们的方法论包括了计算安装住宅系统时发生的所有组件成本和项目开发成本，并模拟了该类系统的现金采购价格，不考虑投资税减免(ITC)优惠政策。

 

具体案例分析

 

在应用这些方法时，我们主要关注了两个主要的案例：一个我们称之为小型电池，3千瓦/6千瓦时，另一个称为大型电池，5千瓦/20千瓦时。在各个案例中，我们测试了两类变量的敏感性：直流或交流耦合配置，以及改造项目或新装项目。直流与交流耦合配置的差别决定了电池直接存储太阳能光伏板所发电量，还是首先将其转化为交流电，从而同时允许光伏板和电网进行充电。小型电池案例专为消费者自用电设计，包括削减高峰期需求和转移用电时间，而大型电池案例则是为了作为大型能源需求的备用电源，满足停电情况下用电需求。

 

我们发现，使用5.6千瓦太阳能光伏板和3千瓦/6千瓦时锂离子电池的小型电池案例的基准价格大约是单一的与电网相连的5.6千瓦太阳能光伏系统的2倍(详情请参考图1)。对新装太阳能光伏+储能系统而言，直流系统的价格(27,703美元)比交流系统的价格(29,568美元)低1,865美元。交流系统的价格溢价主要是由于交流配置所需的额外并网换流器造成的硬件和人工成本。然而，在对比交流与直流系统时，安装价格并不是唯一的考虑因素：交流系统在光伏能源即发即用的应用中效率更高，而直流系统则在光伏能源储存储的应用中更有效率。

 

图1：住宅太阳能光伏+储能系统，小型电池案例的总安装成本和价格构成模型(2016年美元现价)

 

为了与上图所示的小型电池系统进行对比，我们也分析了用于在电网断电时长时间供应备用电量的大型电池系统。大型系统使用了5.6千瓦太阳能光伏组与较大容量的5千瓦/20千瓦时锂离子电池(见图2)。直流配置大型系统的价格是45,237美元，比直流配置小型系统价格高了63%。而交流配置大型系统的价格为47,171美元，比小型系统价格高60%。虽然，成本更高，但在其它因素相同条件下，大型系统能够为一个家庭供应临界负荷的时间大约是小型系统的4倍。

 

图2：住宅太阳能光伏+储能系统，小型电池对比大型电池案例的总安装成本和价格构成模型，(2016年美元现价)

 

所有经济可行性都具有地域性：不同地域非硬件成本差别巨大

 

价格构成细分显示硬件成本仅占小型电池系统总价格的一半和大型电池系统总价的大约60%。而其他成本则取决于系统安装地点：地方性成本和行政批复、联网、计量等过程以及各地消防标准差别巨大，不但会影响项目成本，还会影响项目时间安排。对与电网相连的太阳能光伏+储能项目的财务可行性影响最大的变量包括地方电力公司电价、补贴、辅助服务定价等。其中，电网公司电价结构(例如，是否使用峰值需求电价，分时电价等政策)常常是决定在太阳能光伏系统中添加储能功能是否具备经济可行性的关键性因素。

 

展望

 

虽然，太阳能光伏+储能系统成本持续下降，但行政批复和管理障碍等相关软性成本使它们对于许多住宅用户而言，仍然相对过高。但是，随着电力公司和批复管理机构对住宅储能系统熟悉度的提高，我们预计住宅储能市场在美国的增长速度将越来越快。本文展示的工作将为技术制造商、安装企业和其他利益相关方识别成本削减机遇带来重要帮助，同时协助决策制定者了解阻碍太阳能光伏+储能系统部署的规章、政策和市场特征。技术成本正在迅速变化，而这种成本基准为我们持续关注这一系统在现实世界的发展奠定了基础。

 

Kristen Ardani，国家可再生能源实验室(NREL)太阳能项目负责人，主要负责太阳能的软性成本、技术、市场研究。其专业研究领域包括非硬件太阳能光伏成本分析，克服管理障碍提高太阳能部署和市场趋势研究等。

 

Chris McClurg，落基山研究所高级咨询师;David Labrador，落基山研究所编辑;Kristen Ardani，落基山研究所特邀作者。