太阳能系统经济分析

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第 8 章 太阳热水系统的节能效益分析
8.1总则
太阳热水系统最重要的特点是充分利用太阳能，节约常规能源的消耗。因此对太阳热水系统进行
节能效益分析非常重要。节能效益分析是评价太阳热水系统的一个重要方面，也是系统方案选择的重
要依据。
相对于常规热水系统，太阳热水系统在寿命期内消费的特点是初投资大而运行费用低。初投资大
是因为太阳热水系统是在常规热水系统的基础上增加了太阳集热系统，因此增加了初投资；运行费用
低，则是因为充分利用太阳能提供生活热水而减少了常规能源的消耗。
太阳热水系统的节能效益分析根据评估的依据和评估的时期分为太阳热水系统节能效益的预评估
和太阳热水系统节能效益的长期监测评估。太阳热水系统节能效益的预评估是在系统设计完成后，根
据太阳热水系统形式，确定的集热器面积及集热器性能参数、设计的集热器倾角及给定的气象条件下
在系统寿命期内的节能效益分析；太阳热水系统的长期监测指的是太阳热水系统建成投入运行后，对
于系统的运行进行监测，通过对监测数据的分析，得到实际的节能效益。太阳热水系统节能效益分析
指标包括太阳热水系统寿命期内节省费用的分析，太阳热水系统增加初投资的回收年限，以及太阳热
水系统环保效益分析等。
8.2太阳热水系统节能效益的预评估
8.2.1寿命期内太阳热水系统总节省费用的预评估
8.2.1.1太阳热水系统的年节能量
太阳热水系统的年节能量为给定的太阳热水系统形式，确定的集热器面积及集热器性能参数、设
计的集热器倾角及给定的气象条件下计算得出的年节能量。年节能量的计算公式见式（8-1），（8-2） 。
直接系统
cd c T save
J A Q h h × - × × = D ) 1 ( c
（8-1）
式中： save
Q D —太阳热水系统的节能量，MJ；
c A —直接系统的太阳集热器面积，m2
；
T J —太阳集热器采光表面上的年太阳辐照量, MJ/㎡；
cd h —太阳集热器的全日集热效率，%；
c
h —管路和水箱的热损失率。
间接系统
hx cd c T in save
F J A Q × × - × × = D h h ) 1 ( （8-2）
式中： in A —间接系统的太阳集热器面积，m2
；
hx
F —换热器因子（间接系统） 。
8.2.1.2寿命期内太阳热水系统的总节省费用
本手册以太阳热水系统在寿命期内总节能费用作为效益评估的指标之一，寿命期内总节省费用的 243
计算公式见式（8-3） 。
A DJ A Q PI SAV save
- × - × D = ) C ( c
（8-3）
式中：SAV —系统寿命期内总节省费用，元；
PI —折现系数；
c
C —常规能源热价，元/MJ;
A—太阳热水系统总增投资，元；
DJ—维修费用，每年用于与太阳热水系统有关的维修费用占总增投资的百分率，%，一般取 1%。
其中：
] )
1
1
( 1 [
1 n
d
e
e d
PI
+
+
-
-
= d≠e
d
PI
+
=
1
n
d＝e
式中： d—年市场折现率，可取银行贷款利率；
e—年燃料价格上涨率；
n—分析节省费用的年限，从系统开始运行算起，集热系统寿命一般为十～十五年。
） （ Eff q / C C '
c c
× = （8-4）
'
c
C —常规能源价格，元/kg；
q—常规能源的热值，MJ/kg；
Eff —常规能源水加热装置的效率，%。
8.2.2太阳热水系统增投资回收年限的预评估
太阳热水系统的投资组成见图8-1。

图8-1 太阳热水系统初投资组成 244
太阳热水系统增投资为图中的虚线部分，太阳集热系统投资主要包括集热系统和控制系统两部分
的投资。其它不可预见费包括根据具体的工程情况有所不同，一般占总投资的 5%左右。一个设计合理
的太阳热水系统，应能在寿命期内用节省的总费用补偿回收增加的初投资，完成补偿的总累积年份即
为增投资的回收年限。此时（8-5）式成立。
A ) C ( PI c
= · - × D DJ A Qsave
（8-5）
即系统的总节能费用等于增投资时的 n为系统的回收年限 Ne。
)
1
1
ln(
)] ( 1 ln[
Ne
d
e
e d PI
+
+
- -
= （8-6）
其中： ) C /( A PI c
DJ A Qsave
· - × D = （8-7）
8.2.3太阳热水系统环保效益的评估
太阳热水系统的环保效益体现在因节省常规能源而减少了污染物的排放，主要指标为二氧化碳的
减排量。将系统寿命期的节能量折算成标准煤，然后将标准煤中碳的含量折算成二氧化碳，即为该太
阳热水系统二氧化碳的减排量。其计算公式为式（8-8）
26 . 2
W
n
Q 2 co ¥
¥ D
= save Q （8-8）
式中： 2 co Q —系统寿命期内二氧化碳减排量，吨；
W —标准煤热值，29308kJ/kg；
2.26—每kg标准煤燃烧产生2.26kgCO2。
8.2.4算例
以第4章算例为计算基础。
（1）太阳热水系统的节能量
cd c T save
J A Q h h × - × × = D ) 1 ( c

式中： save
Q D —太阳热水系统的节能量，MJ；
c A —直接系统的太阳集热器面积，66m2
；
T J —太阳集热器采光表面上的年太阳辐照量,7598.205MJ/㎡；
cd h —太阳集热器的全日集热效率，54%；
c
h —管路和水箱的热损失率，20%。
save
Q D =216640.021MJ
（2）寿命期内太阳热水系统的总节省费用
北京市 2004年电价为0.47元/kWh，
电加热设备的效率按95%考虑，
折算的热价为0.14元/MJ。 245
] )
1
1
( 1 [
1 n
d
e
e d
PI
+
+
-
-
= d≠e
式中： d—五年以上银行贷款利率（2004年执行），6.2%；
e—年燃料价格上涨率，按1%考虑；
n—分析节省费用的年限，取15年。
PI=10.1745
A DJ A Q PI SAV save
- × - × D = ) C ( c

式中：SAV —系统寿命期内总节省费用，元；
PI —折现系数；
c
C —常规能源热价，电价，0.14元/MJ;
A—太阳热水系统总增投资，按每平米集热面积投资1800 元计算，总增投资为 118800元；
DJ—维修费用，每年用于与太阳热水系统有关的维修费用占总增投资的百分率，取 1%。
SAV =177701.1255元
（3）回收年限
将A=118800元，DJ=1188元， save
Q D =216640.021MJ 和 c
C =0.14元/MJ 带入式（8-7）得 PI=4.08，
则由式（8-6）计算所得的回收年限Ne=4.75年。
北京属于太阳能资源较富区，根据本手册第 3 章要求投资回收年限宜在 5 年以内，所以本设计合
理，满足要求。如开发商对该回收年限不满意，可返回到第 4 章调整太阳能保证率的取值，重新设计
计算。
（4）太阳热水系统二氧化碳的减排量
26 . 2
W
n
Q 2 co ¥
¥ D
= save Q
式中： 2 co Q —系统寿命期内二氧化碳减排量，吨；
W —标准煤热值，29308kJ/kg；
2.26—每kg标准煤燃烧产生2.26kgCO2。
15年内二氧化碳的减排量为251吨。
8.3太阳热水系统节能效益的长期监测
太阳热水系统的节能效益预评估只是在系统设计或者方案设计阶段的对太阳热水系统节能效果的
评估。而对太阳热水系统的长期监测是为了评估系统的运行是否达到了设计要求，并通过对监测数据
的分析，评估太阳热水系统运行的实际效果，总结设计的经验教训，为推广太阳热水系统提供实测数
据，更好的利用太阳能。
8.3.1太阳热水系统节能效益的监测
8.3.1.1太阳热水系统监测评价指标
太阳能保证率是系统设计的重要指标，太阳集热系统效率是评价集热系统性能的重要指标，监测
的主要目的是为了获得这两个指标。
太阳能保证率为所需生活热水总负荷由太阳能提供的百分比，太阳能供给保证率的计算公式为式
（8-9） ： 246
R Q
f
s
Q = （8-9）
式中：f —太阳能保证率，%；
s
Q —实测太阳集热系统提供的热量，MJ；
R Q —实测热水系统需要提供的热量，MJ。
其中集热系统的热量也可以通过测试得到系统提供的热量减去辅助热源提供的热量来获得。
太阳集热系统的效率为在一定的集热器面积条件下，集热得到的有用太阳能占可用的太阳能的比
值。 该值反映了集热器吸收太阳能的性能， 系统管道保温效果和水箱的保温效果。 其计算公式为 （8-10） ：
％ ＝ 100
H A
Q
t
s
¥
·
h （8-10）
式中：h—集热系统效率，%；
A—集热器面积，㎡；
t
H —集热器表面上的太阳辐照量，MJ/㎡。
8.3.1.2监测参数及仪表
根据监测评价指标确定测试参数和相应的测试仪表详见表 8-1。
表8-1 太阳热水系统监测参数及仪表
评价指标 所需数据 监测参数 监测仪表 备注
流量 流量计
冷水供水温度 温度计
太
阳
能
实测热水系统提供
的热量
用户处热水温度 温度计
此处测试也可由热
量计实现。
流量 流量计
集热系统供水温度 温度计
实测太阳集热系统
提供的热量
集热系统出水温度 温度计
此处测试也可由热
量计实现。
电加热 电功率 电度表
流量 流量计
设备进口温度 温度计
保
证
率
太
阳
集
热
系
统
效
辅助热
源投入
量
锅炉或
者换热
器
设备出口温度 温度计
此处测试也可由热
量计实现。
可用太阳能 太阳辐照量 辐射表 率
集热面积 米尺
8.3.2太阳热水系统的太阳能保证率及太阳集热系统效率
将监测到的数据分别带入到公式（8-8）和（8-9）即可得到太阳能保证率和集热系统效率。
8.3.3太阳热水系统的节能收益
将当年的节能量乘以当年的常规能源价格减去当年的维护费用，即为当年的节能收益。计算公式
为式（8-11） 。
m c s
C C C - × D = save
Q （8-11） 247
式中： s
C —年节能受益，元；
m C —年维护费用，元。
8.3.4太阳集热系统增投资的回收年限
考虑到现金流的因素，即将增加的初投资用于投资或者储蓄，增投资的现金价值会发生变化，将
初投资折算到监测的当年，考虑到每年的节能收益，相当于每年的增投资被回收，因此每年尚未收回
的增投资额为
s R C - PI A A × = （8-12）
将 R A 和相应的PI带入公式（8-6），即可根据相应当年的实际收益预测相应的回收年限。
8.3.5系统实际运行的环保效益
将实测的节能量代入公式(8-8)，即可得到当年的二氧化碳减排量。将减排量累加即可得到实际的
环保效益。

8.3 太阳热水系统节能效益的长期监测................................................................................................
8.3.1 太阳热水系统节能效益的监测.............................................................................................
8.3.2 太阳热水系统的太阳能保证率及太阳集热系统效率.........................................................
8.3.3 太阳热水系统的节能收益.....................................................................................................
8.3.4 太阳集热系统增投资的回收年限.........................................................................................
8.3.5 系统实际运行的环保效益.....................................................................................................