经济和环境效益分析的重要性

根据上节的分析，最终确定方案一“侧重满足供暖季热水负荷需求”系统为在北京农村地区最实用的系统形式；因此，本节对方案一进行经济性分析和环境效益分析，以确定方案一的投资回收年限和环境效益。

1.经济效益分析

一般工程在进行经济性能分析通常考虑资金的时间价值，即资金在不同的时间具有不同的价值，在周转使用中会由于时间的原因而形成价值差额^[69]。但这种工程项目一般规模较大，初投资较高，成本回收期较长。而本章中农村住宅建造太阳能热水系统，规模较小，初投资也较小，不用考虑资金的时间价值；因此，采用附加投资回收年限法来进行系统的经济性分析。

附加投资回收年限法计算公式

式中 N——回收年限（年）；

K——初投资（元）；

A_J——年净节约费用（元）；

A_E——年节约能源费用（元/年）；

C——年经营费用（元/年），由于系统较小，此处取0。

（1）应用方案初投资计算 热管式太阳能PV/T系统成本计算的项目通常包括：热管式太阳能PV/T集热器、集热水箱、水泵和管道、热泵等，热管式太阳能PV/T集热器成本包括PV组件、PV框架支撑、逆变器、PV/T增加的制造成本等。在方案一中三个热管式太阳能PV/T集热器都相同，因此，首先计算单个热管式太阳能PV/T集热器成本，见表5-19，再计算总成本，见表5-20。

表5-19 单个热管式太阳能PV/T集热器成本

(www.xing528.com)

表5-20 系统总成本

①热管式太阳能PV/T集热器。

（2）年节约能源费用计算

由于系统本身特性以及用户的需求限制，系统的实际产热量仅为用户实际可以使用即实际需要的热量。因此，按方案一系统实际热负荷太阳能保证率计算出系统各月实际集热量和输出电量，见表5-21。因此，相应可以计算出方案一系统的年总集热量为3368.8MJ和年输出电量为1527.7MJ，即424.4kW·h。

表5-21 月平均集热量和输出电量

系统的能耗主要包括两部分：①水泵能耗，为全年能耗，以水泵额定功率125W和每天运行8h进行计算，为1310.4MJ；②热泵机组能耗，则是根据系统额定COP值，再结合系统的额定蒸发换热量（即系统集热量），换算而来，为663.3MJ。因此，在不考虑电功转化损失的情况下，可以得出系统的年总耗电量为1973.7MJ，即548.2kW·h。

（3）回收年限计算 由于本系统设计采用电能作为辅助热源，电能转化为热能的效率取0.9，则去掉系统年总耗电量后，系统的年总节省电量为915.9kW·h。以北京地区0.5元/（kW·h）电价计算，可计算出方案一系统年节约能源费用为458元。因此，根据附加投资回收年限法计算公式最终可计算出方案一热管式太阳能PV/T系统的回收年限为6510元÷458元=14.2年。

一般太阳能系统使用寿命为20年，因此投资回收期在20年内^[70]就被认为经济上可行。但14.2年的回收期显然太长，这主要是因为热管式太阳能PV/T热水系统尚处于试验阶段，技术不够成熟，热效率较低，单位集热面积可提供的热负荷较小，成本较高。但与此同时，这也是现行PV/T系统的通病。由于现行能源价格较低，单位面积可变成本较高，使得PV/T系统经济性较差，无法同传统的太阳能集热器相比。随着光伏电池组件及PV/T系统成本的降低，光电、光热转化效率的提高，从长远来看，PV/T系统进一步发展的潜力巨大。

2.环境效益分析

方案一年总节省电量为915.9kW·h，按照火电厂系数0.38计算，可以求出输出相应的电能所消耗的热能为8676.6MJ，转化为标煤（7000kcal/kg）约合296.1kg，相应可减少CO₂、SO₂和烟尘排放量分别为788kg/年、5.9kg/年和3.0kg/年，按热管式太阳能PV/T系统整个寿命周期20年计分别为15.7t、118.4kg和59.2kg。