第4章 光伏建筑的经济、环境和市场前景分析
教学目的：了解经济效益分析基本原理与方法，掌
握光伏一体化建筑经济性分析。掌握光伏一体化对
环境的影响。
教学重点：（1）经济效益分析方法
（2）光伏建筑一体化经济性
分析
（3）光伏建筑一体化对环境
影响
教学难点：经济性评价方法
一、光伏建筑经济性分析
1.基本原理
所谓经济效益是指人们在经济实践活动中取得的有用成果
与劳动耗费之比，或产出的经济成果与投入的资源总量的
比值。
经济效益一般表达式
①差额表示法：经济效益=有用成果-劳动耗费 E＝B－C
②比率表示法：经济效益=有用成果/劳动耗费E＝
③差额比率表示法：（有用成果-劳动耗费）/劳动耗费 E
＝
评价的基本原则
a)要求尽可能做到技术、经济、政策上相互结合；
b)宏观经济效益与微观经济效益结合；
c)近期经济效益和远期经济效益相结合；
d)直接经济效益和间接经济效益相结合；
e)定量经济效益和定性经济效益相结合；
f)经济效益评价和综合效益评价相结合。
（一）满足需要的可比。 产量、质量、品种三个方面
1 如社会需要装机容量10万千瓦，发电量4亿千瓦小时，有水电和火
电两个方案。若用满足上述两个条件的水电和火电方案是不可行的。表面上看
两个方案都能满足需要，实际上，需要一部分子用电，另为正常运转，还需要
一定的事故用电、抢修用电、负荷用电等等，扣除这些电后，不能满足要求。
同时，两个方案自用电和其他用电是不同的，最后提供的电量是不同的。
2 质量不同，满足需要程度也不同。如果比较方案的质量不同，先进
行可比性修正，再比较。
3 在品种上也要进行等同化处理。如，石油和煤，从满足电厂燃料需
要的程度看，1吨油相当于2吨煤；作为机车动力燃料满足铁路运输的需要时，
在内燃机车1吨油的运输量相当于蒸汽机车7吨煤的运输量。
（二）满足消耗上的可比。 采用统一的计算原则和方法
（三）满足价格上的可比。
（四）满足时间上的可比。 考虑资金的时间价值，具有统一的计算期。
经济效益的可比原则
2.经济分析方法
经济效益与投资风险的匹配
工程技术项目投资决策的实质：对未来的投资收益、投资风险进行评价和权
衡。
工程技术投资项目经济效果评价最关注什么？
经济性：
多少——投资会带来多少收益，收益总量（绝对额）累计收益，如NPV
多快——资金的利用效率高低，盈利能力（相对额）投资效率，如IRR
风险性：
多久——资金的投资回收速度，风险大小（夜长梦多）投资回收期， Tp或
Tp*。
比率型
（多快）
价值型
（多少）
时间型
（多久）
外部收益率
内部收益率
净现值率
投资收益率
静态投资回收期
动态投资回收期
净现值 净年值
费用现值
（特例） （特例）
等效
等效
评价指标
1）根据是否考虑资金的时间价值，工程项目经济评价指标分为静态评
价指标和动态评价指标。
2）根据评价指标的属性,分为时间型、价值型和比率型指标。
（1）静态评价方法
静态投资回收期法
投资收益率法
1）静态投资回收期法
投资回收期法亦称投资返本期或投资偿还期。
投资回收期是指工程项目从开始投资（或开始生产或达产），到全部投资收回所经历的
时间。
投 资 回 收
期
现金流
入
现金流
出
投资金
额
年收益
年经营成
本
实际应用公式
累计净现金流量首次出现正
值的年份
累计到第T-1年的净现金流
量
第T年的净现金流
量
判别准则
基准投资
回收期
项目可以考虑接受
项目应予以拒绝
例题1：某项目的现金流量表如下，设基准
投资回收期为8年，初步判断方案的可行性。
年份
项目
0 1 2 3 4 5 6 7 8～N
净现金流量 -100 -50 0 20 40 40 40 40 40
累计净现金流量 -100 -150 -150 -130 -90 -50 -10 30 70
项目可以考虑接受
2）投资收益率
亦称投资效果系数，是指项目在正常生产年份的年净收益和投资总
额的比值。
通常项目可能各年的净收益额变化较大，则应该计算生产期内年均
净收益额和投资总额的比率。
投资
收益率
投资总额
正常年份
的净收益
或年均净
收益
项目可以考虑接受
项目应予拒绝
基准投资
收益率
对于标准项目（即投资只一次性发生在期初，而从第1年末起每年
的净收益均相同）而言，投资回收期与投资收益率有如下关系：
（2）动态评价方法
现值法
年值法
动态投资回收期法
内部收益率法
1） 净现值法
净现值（Net Present Value, NPV）是指按一定的折现率（基准
收益率），将投资项目寿命周期内所有年份的净现金流量折现到
计算基准年（通常是投资之初）的现值累加值。
用净现值来判断投资方案的动态的经济效果分析法即为净现值法。
净现值
投资项目寿命期
基准折现率
现金流入现值和 现金流出现值和
项目可接受
项目不可接受
⑴单一方案判断
⑵多方案选优
年份 0 1 2 3 4 5
CI 800 800 800 800 800
CO 1000 500 500 500 500 500
NCF=CI-CO -1000 300 300 300 300 300
（P/F，i0，
n）
1
折现值 -1000
累计折现值 -1000
例题2 假设 i0 =10% , 则
NPV＝
亦可列式计算：
NPV＝－1000＋
300×（P/A ，10
％ ，5） ＝－
1000＋300×
＝
2）动态投资回收期法
在考虑资金时间价值条件下，按设定的基准收益率收回投资所需的时间。
动态投资回动态投资回
收期收期
⑴理论公式
⑵实用公式
若PD ≤Pb，则项目可以考虑接受
若PD Pb，则项目应予以拒绝
基准动态投基准动态投
资回收期资回收期
用下列表格数据计算动态回收期，并对项目可行性进行判断。
年份 0 1 2 3 4 5
净现金流量 -6000 0 0 800 1200 1600
折现值 -6000 0 0
累计折现值 -6000 -6000 -6000
年份 6 7 8 9 10～N
净现金流量 2000 2000 2000 2000 2000
折现值 1129 933
累计折现值
例题3
3）内部收益率法
寿命期不等的互斥方案之间的差额内部收益率是指两个方案的净
年值相等时所对应的折现率。
内部收益率是项目现金流入量现值等于现金流出量现值时的折现
率。即净现值为零时的折现率。
生命周期成本（life cycle cost，
LCC）： 是指在产品经济有效使用期
间所发生的与该产品有关的所有成本，
包括开发（计划、设计和测试）、生
产（加工作业）以及后勤支持（广告、
销售和保证等）。具体而言包括产品
设计成本、制造成本、使用成本、废
弃处置成本、环境保护成本等。
4）生命周期成本法
生命周期评价是一个评价与产品、工艺或行动相关的环境负
荷的客观过程，它通过识别和量化能源与材料使用和环境排放，
评价这些能源与材料使用和环境排放的影响，并评估和实施影
响环境改善的机会。该评价涉及产品、工艺或活动的整个生命
周期，包括原材料提取和加工，生产、运输和分配，使用、再
使用和维护，再循环以及最终处置（国际环境毒理学和化学学
会）。
生命周期评价是评价一个产品系统生命周期整个阶段，从原
材料的提取和加工，到产品生产、包装、市场营销、使用、再
使用和产品维护，直至再循环和最终废物处置的环境影响的工
具（联合国环境规划署）。
3.光伏建筑一体化经济效益
主要来源：能源成本的节约、出售电能的收益、加强电能质量和可
靠性、减少建筑成本、环境上的气体减排、增加的租金、税金减免、
补助和其他刺激措施。
（1）供电效益
1）电表计量：每年或每月公用电费的减少量以及国家对自用自发
光伏电力的度电补贴。
双电表法：两个电表，一个统计输出的电量，另一个用来统
计输入的电量。
净电表法：一个电表，通过正转反转来记录输入和输出的电
量。
2）电网削峰填谷
白天用电高峰，采用光伏发电对用电负荷进行调节，实现削
峰填谷。
3）远程供电
降低电能输送过程的损失。
（2）投资效益
增大初投资，但通过光伏效应将太阳能转化成电能每年可以
节省数量可观的电费。以上海为例，单位功率BIPV系统的装机
成本为8元/W，单位功率光伏系统年发电量为，而当地
的峰值电价为元/kwh，再加上政府对分布式发电的度电补
贴元/kwh，投资年左右就能收回成本，而光伏系统寿命
约为25年，其内部收益率相当高。
（3）热效益
减少夏季建筑物的冷负荷，起到遮阳的作用。空调设备的能
耗通常可以占到整个建筑总能耗的30%~40%。
经过分析可减少单位面积的空调负荷，并发电
。
（4）环境效益
每发一度电可以减少CO2的排放量519g，SO2排放，
NOX排放，一吨分别节约美元、1650美元、7480美元。
4.光伏建筑一体化系统的成本
（1）设备及材料费用
组件、逆变器、配电线路、安装硬件、其他配件。
住宅建筑美元/W，商业建筑美元W，公共建筑美元
/W。
（2）人工成本
传统施工人员包括玻璃工人、屋顶工人、钣金工人、电工。
另外还需专业技术施工人员。
（3）维护费用
修理费、置换费。包括清洗、检修、更换部件。
（4）并网费用
初装费、输出电量税、电表校准费、培训费和附加费。以及
其他费用。
（5）准建费用
建筑预算成本和建筑面积决定。
5.典型案例分析
安装于香港嘉道理农场接待处屋顶的4kw太阳能BIPV示范系
统为例。
（1）系统年发电量
1）平均太阳辐射总量
平均全年总辐射值为5140MJ/m2
理论发电量=年平均太阳辐射总量×光伏电池总面积
×光电转换效率
=5140××40×÷3600
=5425kwh
2）实际发电效率
组件实际发电效率为××××=
实际发电量=理论发电量×实际发电效==3564kwh
(2)计算总成本折现值
逆变器的维护成本为初始成本的20%
逆变器成本=20000×=4000元/年
总成本折现值=300000-62669+4000=241331元/年
（3）动态平直供电成本
该成本价格将近十相关地区居民用电价格的3倍，不具有市场竞争力
二、光伏建筑一体化系统对环境的影响
1.组件的生产、运行、回收
（1）生产
硅材料是化学工业的产物，提纯过程中包含许多步骤，需要严格控
制，否则会对环境造成严重污染。
扩散、氧化过程中的化学物质；薄膜电池生产中接触的有害气体等。
（2）运行
运行过程中不会对环境造成任何不利影响，不产生噪声、固体垃圾
或有害气体。还能减少温室气体排放。
（3）回收
质保期为25年。回收技术还处于研发阶段，无法确定回收过程所需
的能量。约为组件生产能耗的80%。
2光伏系统可持续性分析
利用生命周期成本法分析环境收益和能量收益。
常见的三个指标：能源回收期、温室气体排放回收期以及温室气
体排放率。
（1）能量回收期（EPBT）
光伏系统补偿其生命周期内总能量消耗量所需的时间。
能源回收期受生产工艺、组件安装方式、系统使用地年太阳辐射
值、系统安装朝向及倾角、组件效率等。
（2）温室气体排放回收期(GPBT)
生命周期内光伏组件及其附属系统的温室气体排放总量除以当
地传统电站产生光伏系统年发电量需要排放的温室气体。
（3）温室气体排放率
光伏系统生产单位电力向环境排放的温室气体量。二氧
化碳以外的温室气体均转换为等效二氧化碳排放量。
通常将光伏系统生命周期内排放的温室气体总量除以在
此期间系统的总发电量。
（4）系统生命周期的累计能耗
包括制造过程、运输过程、安装过程和回收过程的能耗。
受光伏电池类型、组件安装形式、系统设计、系统所在
位置、系统是否并网、系统运行和监控、系统的改建和安装
的影响。
包括硅提纯、硅碇切片、组件组装、组件运输、组件回收
所需能耗。
包括电力方面配件和机械方面配件潜在能耗。
1）光伏组件累计能耗
单晶硅组件3775MJ/m2
多晶硅组件2952MJ/m2
非晶硅组件1319MJ/m2
2)附属系统的能耗
包含支撑结构、逆变器、组件运输安装、设备维护生产、处理
回收的附加能耗。
其中单晶硅组件屋顶安装能耗最高，为1760MJ/m2
3）光伏系统总能耗
屋顶光伏系统单晶硅系统总能耗最大，为5535MJ/m2
非晶硅系统总能耗最小，为2706MJ/m2。
能耗最大的三个项目依次为组件能耗、支架和电缆能耗以及运
行维护和设备生产能耗。
（5）光伏系统能量输出、温室气体排放率、能量回收期和温
室气体排放回收期
能量输出量：单晶硅系统>多晶硅系统>非晶硅系统
温室气体排放率：非晶硅系统<单晶硅系统<多晶硅系统
能源回收期：非晶硅系统<单晶硅系统<多晶硅系统
温室气体排放回收期：非晶硅系统<单晶硅系统<多晶硅系统
三、光伏一体化系统的发展和前景
BIPV建筑是清洁能源产品与建筑完美结合的产物。随着光伏组件
的广泛应用和价格的大幅度下降，未来实现智能化的建筑物必定要
配装BIPV系统，同时这也是对智能楼宇内容的一个重要补充。BIPV
通过智能能量管理优化系统来检测与控制其发电情况。当太阳能产
生的电能减少时，自动减少峰值功率的消耗。
太阳能发电的降低有多种因素，例如阴雨天气。遇到天气变化，
智能系统会自动地相应减少楼宇内部能量消耗，以至于不用BIPV系
统的发电而从电网购电。
由于价格、法规等因素，BIPV系统在短期内还难以大规模普及。
随着常规能源的日益枯竭，在能源紧张和环保的双重压力下,太阳能
光伏技术无疑是走可持续发展道路的首选技术之一。实际上,国际社
会对这一点上早有共识，BIPV技术和市场的发展关键是要有具体、
可操作性强的政策和法律法规出台并实施。
中国的屋顶计划为2010年以前安装光伏电池50MW，2020年
以前将会有更大规模的BIPV项目，累计装机容量将达到700
MW。我国现有大约400亿m2的建筑面积,屋顶面积40亿m2，加
上南立面，可利用面积大约为50亿m2。如果20%用来安装太阳
电池，可以装100 GW。仅上海市就有2亿m2的屋顶，假设1/10
的屋顶用作光伏并网发电，每年可获得34~47亿kWh电。
因此，BIPV是未来光伏应用中最重要的领域之一，其发展
前景十分广阔，并且有着巨大的市场潜力。
