德国的光伏开放空间与小型屋顶系统：为什么屋顶上的太阳能系统会危及能源转型

文摘 2024-11-25 00:02 北京

小刘：

这题目选得，话题性拉满。最近几年全世界似乎都在讨论分布式光伏的补贴。

来源：

https://flex-power.energy/de/energieblog/aufdach-solaranlagen-bedrohen-energiewende/

于 2024 年 11 月 18 日发表于能源博客

作者： Amani Joas

在进入具体争论之前，让我们先澄清四件事情：

大部分为私人屋顶的小型光伏系统（系统<100 kWp）在德国的能源转型中发挥了重要作用，特别是通过让民众参与并创造了转型的政治势能。

每个人都应该有机会在自己的屋顶上安装太阳能系统。唯一的问题是在于我们是否应该仍然像今天一样继续补贴这样的做法。

德国能源系统中还有许多其他补贴和低效结构有待我们废除，特别是对化石燃料的补贴，或我们拥有800多家配电网络运营商但几乎没有智能电表这一事实。作为一个社会，我们应该迅速解决这些众所周知的不协调，首要目标是尽快减少温室气体排放。本文的目标是在该待办事项列表中添加另一个不协调之处。

如果您认为本文提供了反能源转型的论点，可以用来倡导煤炭和核电，请立即停止阅读。这不是关于我们是否应该转向风能（在本例中是太阳能）的问题（这是一个完全不同的讨论，我们希望将其简化为一个论点），而只是关于如何转向的问题。

快速扩张——我们今天在哪里？

德国太阳能系统新增装机在2023年达到创纪录的15GW，年底光伏装机总容量达到81GW。2024 年，在新增装机方面，很大可能也将紧随2023年，排名历史第二。

目前约占新增容量的2/3的小型屋顶系统（即< 100 kWp 的系统）由国家上网电价覆盖，因此既没有技术可能性，也没有经济动力对市场价格做出反应。这意味着 2023 年新增了约 10 GW 的屋顶系统。德国和荷兰在这方面独树一帜。欧洲大多数国家，包括西班牙，还有欧洲以外的国家，特别是中国，都依赖大型系统（开放空间），而在我们国家，我们对小型系统进行大量补贴。现在问题开始显现出来。

每年的总扩张（市场主数据登记）

https://www.marktstammdatenregister.de/MaStR/

在约81GW 的光伏系统中，三分之一（即24 GW）目前发电用于直接销售，并在现货市场上表现活跃。另外大约 57 GW是小型系统，交易并不活跃，因为它们受到固定上网电价的限制，既没有经济激励，也没有响应电网或市场信号的技术要求。事实也确实如此。

首先，这证明了能源转型的成功故事，到目前为止，大多数装机容量都很大。那么屋顶太阳能系统存在什么问题呢？

本质上有两个问题：

从我们的角度来看，最重要的是相对成本高得离谱（也许从政治角度来看更重要）
不可控的上网馈电，这威胁着能源系统的稳定性。

我们先从成本开始

获得小型屋顶太阳能系统的具体价格并不容易。经过查阅一些资料（我们收到了德国最著名的光伏/储能安装初创公司的报价），我们发现采用高质量电池的屋顶太阳能系统的总成本（包括建筑、逆变器、安装系统等）约为1,500 欧元 /kWp，或德国 10 kWp 屋顶系统的价格为15,000 欧元。

相比之下：10 MW 大型光伏系统的交钥匙成本约为 500 欧元/kWp（根据我们的许多客户和公开信息），即约为屋顶系统成本的三分之一。这是一个巨大的差异。其原因是组件价格下降很快，与组件无关的成本，如逆变器、安装系统、电气布线、安装调试等变得相对更加重要。派技术人员到单个屋顶上安装面板的成本越来越高，而且组件的价值越来越低。

由于成本波动较大且难以计算，我们可能会稍微高估或低估这种差异，但它不应该在整体报表中发挥作用。考虑到目前的投资总量，即使是相对成本差异 20% 也已经很大的数字，但现在我们谈论的是300% 的差异！然而，我们邀请每家能源咨询公司比使用我们的“啤酒垫计算”更精确地收集这些数据。

这种差异对我们这里讨论的扩张规模有影响吗？答案是：是的，而且很大程度上是这样。如果我们将用于屋顶的 10 GW 装机安装为地面安装（公用事业规模）太阳能发电厂，我们将节省这 10 GW 的成本差额，即每年 10,000,000 kWp * 1,000 欧元 = 100 亿欧元。这些是在屋顶安装太阳能系统每年的额外经济成本。这可以为德国整个计划的氢能网络或两年内的许多其他项目提供资金。

德国经济目前正面临相对较高的能源成本和经济衰退，欧洲持续的战争给经济和价格带来了额外的压力。德国正在建造小型可再生能源电站，其规模导致竞争力低了两倍！这些成本对能源转型的经济可行性构成了真正的威胁，从长远来看，没有一个国家能够在这些额外的能源成本方面具有竞争力。尤其是当它选择大规模地将资金浪费在效率低下的供应结构时。

如果屋顶太阳能系统如此昂贵，为什么人们仍然投资呢？

简单的答案是，它们直接但尤其是间接地得到大量补贴。屋顶太阳能系统的固定上网电价约为 8 欧分/kWh或 80 欧元/MWh，部分电力输入电网，部分自行消耗。这高于为电网上的大型太阳能系统支付的约 55 欧元/兆瓦时的费用，但这实际上并不是问题所在。如果仅靠这笔报酬，是不会安装屋顶太阳能系统的。商业模式的驱动来自自我消费并节税。

如果我使用自己的太阳能而不是从电网获取电力，我可以节省大约 170 欧元/兆瓦时或 17 欧分/千瓦时的电网费、电税和其他我必须支付的附加费。如果我们假设我们的 57 GW 屋顶太阳能系统每年发电 57 TWh，其中 50% 是自用的（即 28.5 TWh，按 170 欧元/MWh 计算），那么我们每年会节省 48.4 亿欧元的费用。

这对于相对富裕的房主来说是个好消息，他们不必支付这些费用，但开个玩笑，有人支付这些费用，而这通常是我们所有人没有自己的屋顶太阳能系统的人。我们通过更高的网络费用和其他附加费来支付费用。对于较新的系统，这些未付费用往往会急剧增加，因为 70% 的新系统都配备了家庭储能系统。这会增加您消耗的电量，从而增加未付费用和附加费。这些费用的收入基础持续缩小，无法进行此项投资的每个人都需要支付更多费用。这纯粹是从相对不富裕的人向拥有屋顶空间和足够的资金用于光伏系统的人的转移。

Segway：家庭储能系统基本上面临与屋顶太阳能相同的问题，但我们在这里只关注一个问题。

但事情还没完：自 2023 年起，低于 30 kWp 的屋顶太阳能装置将免除增值税（实际上是 19%）（如果我们假设 8 GW 的新装置属于这一类别，则另外还有 20 亿欧元的补贴）。此外，接入电网的能源收入免征所得税或交易税，这也值得质疑。

此外，小型光伏系统通常受益于廉价且有补贴的德国复兴信贷银行贷款计划，该计划提供的利率低于市场利率。此外，这些投资可以受益于提供进一步税收优惠的特殊折旧方法。然而，在这里详细讨论需要一篇更长的博客文章。

总之，与并网系统相比，屋顶太阳能系统极其昂贵，安装这些系统的主要原因是公众支付的一系列补贴。

但问题来了：这种补贴合理吗？

如果屋顶是太阳能系统的最佳位置，因为我们根本没有足够的空间，和/或如果以未收取的网络费用和附加费的形式支付的（间接）补贴是合理的，因为屋顶系统大规模降低网络成本。

尽管在屋顶上使用已经密封的区域似乎直观上是谨慎的，但空间稀缺的问题比许多人想象的要小得多。您可以在德国以每平方米不到 3 欧元的价格轻松购买光伏系统用地。

假设我一年内用浪费在光伏屋顶上的 100 亿欧元来购买土地。我可以购买 333,333 公顷的土地，在上面建造 333 GW 的光伏系统（是当今德国安装量的四倍）。据联邦环境局称，我们只需要额外6.3万公顷的土地即可实现光伏扩张目标，即德国国土面积的0.3%。相比之下，目前有 1,410,000 公顷（即德国国土面积的 4%）用于沼气生产，其能源效率要低得多，因此找到德国国土面积的 0.3% 是一个相对较小的问题。再次强调：土地不是问题！

那电网呢？

我们经常听到的证明屋顶太阳能系统高额补贴合理性的第二个论点是同样直观的建议，即自我消费降低了电网成本。这不仅是错误的，而且恰恰相反。

我们怀疑400万个屋顶太阳能家庭中，有100多个是完全自给自足的，可以在没有电网连接的情况下生存。由于电网本质上是资本密集型的，因此无论电网每天 24 小时使用还是每天 12 小时使用，其成本几乎没有区别。成本基本相同。因此，部分自用导致的电网使用率降低并不能真正带来成本的根本降低。自我消费从根本上降低电网成本的论点与“如果有人只使用一半时间道路，修路成本将大幅下降”的说法一样令人不那么信服。资本支出投资中昂贵的部分是初始投资，而不是维护。这给我们带来了更重要的一点，即屋顶上不受监管的太阳能系统越来越危害电网的稳定性。

屋顶太阳能系统威胁电网

使用屋顶太阳能的另一个错误论点是在高峰需求期间减轻电网的负荷。12 月晚上 7 点至 8 点之间的需求量最高，您可能已经猜到，这个时间段没有阳光。相反，我们越来越多地遇到太多无法控制的屋顶太阳能系统威胁电网的情况。

电力市场的结构是，发电厂只有通过在所谓的现货市场（例如日前或日内市场）出售电力来赚钱才能发电。这意味着价格必须高于其可变成本才有价值。因此，如果生产过剩，价格应该下降到供应下降的程度，直到满足需求为止。如果这没有发生，我们就有真正的问题了。

可再生能源没有可变成本，因此它们的生产价格往往高达 0 欧元/兆瓦时，而补贴水平可能高达 -100 欧元/兆瓦时。之后他们应该停止生产。这就是理论，在 FlexPower，这也在大型系统的实践中得到了实施。所以理论上每个人都停止生产，市场自我调节。

发电不灵活

市场上我们拥有约 8 吉瓦的常规必运行容量，这些容量可作为副产品提供电力或提供各种电网服务，或者根本不够灵活。即使价格极度负值，这种必须运行的容量也不会被关闭。8 吉瓦是 2024 年 5 月 12 日以极端负价格观察到的最低常规日产量，因此得出这个数字。

此外，我们还有一定比例的并网可再生能源资产，由于我们无法真正理解的原因，它们不会对价格信号做出反应，而且即使价格极其负值，我们也看到这些资产仍在运行。

最重要的是，我们已经安装了大量屋顶太阳能系统，但在电网过载时既没有技术可能性也没有经济动力来关闭发电。这些系统不能也不会对过载的电网做出反应。

让我们看一个例子

在需求低迷的日子，例如：复活节周日，在阳光明媚的时段，需求可能会下降至 40 GW。下午 1 点到 2 点之间。现在假设天气非常晴朗，在我们 57 GW的屋顶太阳能中，60% 正在发电（这将是很多），即 34.2 GW。此外，我们还拥有 8 GW 的常规必开机组。

还有并网太阳能14GW、风能20GW和生物质能5GW（总计39 GW并网可再生能源）。如果价格足够低，这些可再生能源将响应这一信号并削减发电，但由于各种原因，并非所有可再生能源都会这样做。然而，让我们乐观地假设，创纪录的 70% 容量被关闭，留下 11.7 GW的并网可再生能源发电。

现在我们得到了：

需求 = 40 GW

供应=8 GW常规必开机组+34.2 GW不可调屋顶太阳能+11.7 GW并网可再生能源

= 53.9 GW

让我们乐观地假设我们可以向邻国出口 8 GW，这是非常高的，因为他们在复活节周日的需求也很低并且有大量的可再生能源。现在我们的供应过剩：

53.9 GW - 8 GW出口 - 40 GW需求 = 5.9 GW 盈余。

现在会发生什么？我们的过剩产能相当于大约5座核电站满负荷运行，导致电网超载。市场的最后手段是3 GW的向下调节能力，该电力由输电系统运营商持有并可以下调。在采取最后的紧急措施后，我们还剩下 2.9 GW的剩余过剩容量。

现在呢？诚实的答案是没有人真正知道。日内市场不会出清，价格将维持在-9,999 欧元/兆瓦时。电网频率可能会升至 50.2 赫兹的威胁水平，此时太阳能逆变器将关闭。即使在这一点上，机器也会被损坏，本地电网运营商可能不得不使整个区域离线（局部限电）以保护系统。我认为我的家乡位于太阳能丰富的巴伐利亚南部地区将是第一个变黑球的地区。

你可能会认为我们在这里描绘的是恐怖场景，但这一切都不是夸张或牵强的。我们发现 2023 年和 2024 年的日前最低价格为 -500 欧元/兆瓦时，盘中最低价格为 -9,999 欧元/兆瓦时。你可以想象第二天《图片报》的封面会是什么。如果这种最坏的情况今年没有发生，那么随着屋顶太阳能系统的继续扩张，明年或后年就会发生这种情况。这确实不是是否的问题，而是何时的问题。幸运的是，BNetzA 至少已经认识到了这个问题，并对后果发出了警告。

哦，是的，谁支付 -9,999 欧元的电费？这些将是传输系统运营商，他们将通过 EEG 资金（即从联邦预算）收回资金。请注意，作为交易者，我们通常会在这种情况下获利，因为我们喜欢价格波动；客户和纳税人都必须付款。

那么应该怎么办呢？

优雅的答案当然是：从现在开始，只安装对市场价格做出反应的太阳能系统，（希望）安装大量电网服务储能，并将确保数百万辆电动汽车在这些情况下增加需求到电网来平衡。这都是事实，但还需要几年的时间。目前，大多数家庭没有智能电表、智能电表网关，也没有太阳能系统的远程控制单元，所有这些都是实施所有这些优雅解决方案的最低要求。因此，让我们面对现实：我们目前根本没有短期解决方案！Enpal 和 1Komma5 也对不受监管的屋顶光伏发电的危险发出了警告，但他们肯定会反驳这一点，因为两者都提供了有前途的解决方案。然而，我怀疑一旦取消对小型系统的所有间接补贴，这些解决方案将无法与开放空间系统和大型储能设施竞争。然而，我们对竞争持开放态度，并很高兴被证明是错误的！

短期内，（新）政府首先必须做一件事：取消所有专门针对屋顶系统的补贴。这将使屋顶和地面安装系统之间的竞争环境变得公平，并显着减缓非常昂贵（且目前不灵活）的光伏技术在房屋屋顶上的扩张。我们还认为以下几点是有用的

在太阳能发电高峰时段引入0欧元/兆瓦时的时变电网费用，从而降低屋顶补贴的相对价值，并增加并网容量而不是能源消耗的费用。
（重新）对太阳能系统征收增值税以及对小型太阳能系统征收所得税和交易税
规定屋顶上的太阳能系统必须是可远程控制的（像所有大型系统一样），以便能够在生产过剩时安全地关闭它们。目前的 EnWG 草案正朝着这个方向发展，但还不够一致，不足以规定所有光伏系统的活跃交易。

我们充分意识到这些提议可能会显着减缓住宅屋顶系统市场的发展。但我们真的应该问自己，安装小型且目前无法控制的技术单元是否是一个好主意，这些技术单元威胁到个人家庭的系统稳定性，以牺牲其他人的利益为代价补贴相对富裕的社会成员，同时提高我们能源系统的效率濒临灭绝。如果“新太阳能”革命奏效，并且我们可以拥有具有成本效益、智能且受监管的太阳能系统，而无需（隐性）补贴，我们将成为第一个拥抱这一变革的人。但与一些性感初创公司的说法相反，我们今天还没有达到这一目标。

个人：我应该在屋顶安装光伏系统吗？

如果您认为 25,000 欧元购买 10 kWp 光伏系统和 10 kWh 电池（包括所有补贴）是一项良好且环保的投资，请再想一想。如果您20 年前在标准 iShares Core S&P 500 ETF中投资了25,000 欧元，那么今天您将拥有 152,622 欧元，年回报率为 9.5%。

让我们将其与一家知名德国初创公司的报价进行比较，如果您进行此项投资并使用其服务，该公司保证您的总能源价格约为 5 欧分/千瓦时，每年约 5,000 千瓦时。通过 ETF，您将赚取 152,622 欧元 - 25,000 欧元 = 127,622 欧元。用这笔钱，您可以以 30 欧分/千瓦时的价格购买 425,406 千瓦时的能源，即每年 21,270 千瓦时！因此，您可以选择 5,000 kWh（5 欧分/kWh）或21,270 kWh（免费）。但也许您想将钱投资于绿色能源？太好了，那么您可以购买Global X 可再生能源生产商 ETF (RNRG)，该基金仅投资于绿色资产（大规模），年化回报率为 7%。这将为您赚取 96,742 欧元，剩下 71,742 欧元用于购买电力，这将花费您 30 欧分，每千瓦时仍可购买 16,124 千瓦时（即该数量的免费电力）。哦，是的，最早 20 年后，如果采用屋顶和电池组合系统，则必须更换屋顶和地下室的系统，而使用 ETF，您在银行中仍然有 25,000 欧元（即“仅”）如果你用了所有的利润来买电，那就是25千欧）。因此，尽管有所有补贴，但关于你家中的光伏/电池：如果你问我的话，这是一笔糟糕的交易。

如果我们把所有这些放在一起，我认为结论很明确：我们心爱的宝贝，可再生能源，也在电站层面已经成长并成为一个严肃的行业。我认为房主想要参与这个项目很好，但正如我们不应该将我们的食物供应建立在人们在花园里种植蔬菜的基础上一样，我们也不应该将我们的能源系统建立在小型、昂贵和低效的单位上，这些单位会破坏系统稳定性目前面临风险。

现在我们期待着讨论。

警告：FlexPower 经营大型风能和太阳能发电厂，因此我们可能对小型和远离市场的发电厂有天然的偏见。与此同时，作为交易者，我们往往会从剧烈的价格波动中受益，尤其是从上述的极端情况中受益。我们认为事实支持我们的立场，并希望我们能够可信地传达我们关心的是高效的能源转型，而不是我们自己的企业利益。

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