基于Fuzzy法的屋頂光伏建設綜合評價研究

廖 濤, 鄭建華, 張建飛, 羅輝勇, 李培軍, 毛 楊

1.國網河南省電力公司營銷服務中心, 河南 鄭州 450051

2.國網河南省電力公司南陽供電公司, 河南 南陽 473000

3.國網河南省電力公司直流中心, 河南 鄭州 450000

0 引言

推廣光伏發電是“雙碳”目標達成過程中的重要措施,而屋頂光伏建設是光伏發電的重要方式,專家在屋頂光伏建設的發電潛力和財務分析等方面進行了探索研究。文獻[1]探究了屋頂光伏電站施工技術,并以具體實例闡明了施工過程中的技術要點;文獻[2]分析了屋頂光伏的發電潛力,并介紹了3種發電潛力評估方法;文獻[3]分別從財務角度對屋頂光伏進行了分析。

這些文獻均從某個方面對屋頂光伏建設進行了分析和評估,但屋頂光伏建設目前缺乏一種通用合理的綜合評價體系和方法。本文對屋頂光伏建設進行了全面梳理,為使評價更合理,通過Fuzzy法結合序關系分析法的綜合評價方法對屋頂光伏建設展開評價。

1 屋頂光伏建設指標分析

由于涉及的內容較多,各方面均選取最核心要素,構成評價體系。其中技術、經濟和社會效益各分項及評價體系如圖1所示。

圖1 屋頂光伏建設雙層評價體系

1.1 技術效益

光伏組件的質量和性能:在評估光伏組件時,需要關注的指標包括組件的轉換效率、溫度系數、光照強度、衰減率等。

光伏系統的設計和施工質量:在設計過程中,要充分考慮屋頂的方位、傾斜角、遮擋等因素,以優化光伏發電系統的性能。

光伏系統的運行和維護:考慮定期檢查、清潔和維修,提高發電效率。

光伏系統的安全性和穩定性:應關注光伏電池組件、逆變器等設備的安全性能,以及光伏系統并網穩定性和故障率等。

1.2 經濟效益

經濟效益包括光伏系統的投資成本、電費收益和成本、回收期和投資回報率和光伏系統的風險評估和應對策略。其中,投資回報率是指光伏項目在其壽命周期內所產生的凈收益與投資成本之比[4]。通過計算回收期和投資回報率,可以全面了解光伏項目的經濟性能。光伏系統風險評估和應對策略指光伏項目在建設和運營過程,可能面臨技術、政策、市場等多種風險,光伏系統本身也存在一定故障風險。

1.3 社會效益

光伏系統的環保性能和碳排放量:光伏系統的環保性能可以從其碳排放量、節能降耗等方面進行評估。

光伏系統對當地社區和居民的影響:光伏系統的安裝可能對居民出行、景觀美化等方面產生影響。

光伏系統對土地資源的影響:雖然屋頂光伏項目占地面積相對較小,但建設和運行過程中仍然會對土地資源產生一定的影響。

光伏系統可持續性評估和社會責任:在評估光伏項目的可持續性時,應關注其在經濟、環保、社會等多個方面的綜合表現。

2 Fuzzy綜合評價建模及分析

具體評價時先梳理各二級指標項核心內容、收集原始數據,對原始數據進行標準化處理,為序關系分析及Fuzzy評價提供數據支撐[5]。各二級指標,例如光伏組件的質量和性能等,又可細分為若干三級指標。梳理時可將主要三級指標列出并盡可能定量處理,對無法定量處理的數據可分等級處理。

2.1 序關系法確定權重值

設各指標分項為Xi,指標Xi比Xj重要時,記為Xi?Xj。若原始指標序列為X1、X2、…、Xn,通過某參考標準或方法按重要度排序后為:

(1)

記該序列為{Xi}。設指標Xi的重要程度為ωi,且有:

(2)

式中:γi表示ωi-1比ωi重要的倍數,即指標Xi-1比Xi重要γi倍。γi根據實際情況可取數為1.0～1.8的數值,其中1.0表示2個指標的重要程度相同,1.8表示指標Xi-1重要程度是Xi的1.8倍。

具體評價時,可邀請行業內專家根據各分項對上級指標的貢獻程度進行排序,并確認γi的值。ωi可按如下公式計算。

(3)

式中:ωk-1=γkωk;k=m,m-1,…,3,2。最終可得指標權重為Wm=(ω1,ω2,…,ωm)T。

若邀請較多專家組進行序關系分析,則可對計算的權重值進行進一步修正。

若有Ns個專家給出了相同的序關系序列為:

(4)

(5)

式中:s=1,2,…,h;j=1,2,…,m。

最終求得X1的綜合計算公式如下。

(6)

其中:ks=Ns/N。

2.2 Fuzzy綜合評價計算步驟

屋頂光伏建設綜合評價包含的技術效益、經濟效益和社會效益本身具有較強的模糊性,若定量描述,很難對其進行全面客觀的綜合評價,因而采用Fuzzy(模糊)綜合法[6],具體步驟如下。

1)確定目標評價集U,屋頂光伏建設綜合評價的目標評價集即為一級指標下的各三級指標。

2)建立模糊評價評語集V={優秀V1,良好V2,一般V3,較差V4}。

3)確定模糊評價向量R。

4)根據權重向量W求取模糊評價集B。

B=W×R

(7)

5)對模糊評價評語集賦值后可求得綜合評價得分值G,具體計算如下。

G=W×H

(8)

其中,H=(100,80,60,40)。

3 某屋頂光伏綜合評價實例計算

以河南某屋頂光伏建設項目為例,首先收集該項目12個二級指標所涉及的原始數值,對可定量化的指標數據進行標準化處理,并確認序關系。

假設一級指標確認的序關系為X1?X2?X3(此序關系為已排序后結果),且γ2=1.1,γ3=1.2。

表1 二級指標序關系情況

據此可求得技術效益、經濟效益和社會效益二級指標權重向量W21、W22、W23分別為:

W21=(0.322,0.225,0.248,0.205)

W22=(0.264,0.317,0.220,0.199)

W23=(0.257,0.214,0.195,0.334)

計算技術效益評價矩陣后,可求得技術效益的模糊評價矩陣為:

B21=W21×R21=(0.69,0.17,0.11,0.03)

技術效益的綜合評分為:91.12。

可求得經濟效益的模糊評價矩陣為:

B22=W22×R22=(0.59,0.26,0.13,0.02)

經濟效益的綜合評分為:88.45。

社會效益的模糊評價矩陣為:

B23=W23×R23=(0.70,0.16,0.10,0.04)

社會效益的綜合評分為:90.64。

可構造中間矩陣R1:

進而求得綜合模糊評價結果:

可求得該屋頂光伏項目最終綜合評分結果為:89.72。

4 模糊綜合評價結果分析

綜合評價計算結果定量給出了綜合評價分值,由一級、二級指標綜合評分結果,該屋頂光伏建設總體評價、技術效益、經濟效益和社會效益評價結果均在良好以上。模糊結果中最大值為0.66,可知該屋頂光伏建設綜合評價結果為優秀。

由二級指標模糊評價結果可知,經濟效益相對偏低,為了查找該項指標偏低的理論原因,可結合經濟效益評價矩陣和Fuzzy綜合評價結果進一步分析經濟效益評價指標情況。分析經濟效益二級評價指標中光伏系統的風險評估和應對策略的情況,由定量評價的具體計算結果可知,其評價向量為(0.10,0.35,0.55,0.00),根據最大隸屬度原則,該二級指標項評價結果僅為一般。

為了驗證搭建的評價模型和計算方法的準確性,對該屋頂光伏的各評價項內容進行了現場調研分析,調查發現,光伏電站目前整體運行良好,并未出現任務預警風險。進一步分析光伏系統的風險評估和應對策略指標項,并和該屋頂光伏用戶的具體情況進行比對可知,該光伏項目在建設和運營過程中,對可能面臨的諸多風險,例如電費電價政策、新能源發電上網政策和建設過程中的安全性等都缺乏有效的評估。深入調查后發現該光伏系統本身存在的故障風險,應對策略也缺乏相應的具體措施。通過對比分析發現,該項最低指標評分與該屋頂光伏的實際情況相符,評價后已將結果反饋給該屋頂光伏項目,隨后將對其與風險評估和應對策略相關的內容進行完善、優化,以提升整體評價結果。

需要說明的是,本實例所建立的雙層評價系統和評價結果對該項目適用,推廣到其他屋頂光伏項目時可根據實際情況對評價系統進行調整,采用的評價方法仍舊適用。

5 結束語

屋頂光伏是光伏發電的重要形式,傳統屋頂光伏建設評價僅考慮某方面因素,其評價缺乏靈活性、動態性和全面性。本文以某新建屋頂光伏項目為例,采用序關系分析法和Fuzzy法進行評價,詳細闡述了評價方法、評價過程和最終結果;結合屋頂光伏建設實際情況,驗證了評價系統和方法的正確性,為屋頂光伏建設的綜合評價提供了重要參考和方法借鑒。

結合分析過程和結果,有2個建議:一是屋頂光伏建設實施前應進行合理的風險評估,特別是農村用戶,更應為其建立風險評估和應對策略;二是隨著光伏發電上網電價補貼的降低或取消,屋頂光伏建設的經濟性分析應放在更為重要的位置,使其更易推廣應用。