2020年7月，清华大学能源转型研究中心的欧洲能源转型万里行团队在德国考察了人均光伏装机11千瓦的斯特凡斯波兴镇，户均光伏100千瓦的村庄。
目录
一、户均光伏装机100千瓦的Sautorn村
二、光伏与现代化农业并举
三、施特凡斯波兴小镇光伏形态
四、人均光伏装机11千瓦
五、光伏规划、土地政策与生态要求
六、光伏系统成本变迁
七、思考和启示
01
户均光伏装机100千瓦的Sautorn村
7月18号早晨，能源转型万里行考察团从德国南部巴伐利亚州州府慕尼黑驱车前往捷克首都布拉格。
在快要经过多瑙河的代根多夫市的时候，考察团停留下来考察施特凡斯波兴（Stephansposching）镇的光伏情况。
首先是考察施特凡斯波兴（Stephansposching）镇Sautorn村庄的光伏。
从慕尼黑沿着st2074号公路前行，距离公路不远处的农田中央有巨大的光伏顶棚。
光伏顶棚非常巨大，长度估计有100米以上，宽度可能有四十米左右。
光伏顶棚是用两排粗大的钢柱作为支撑。低端至少有五米，高端距离地面十几米。
很粗的钢柱
整个光伏顶棚是整装的，是按屋顶的规格做的。
顶棚下面是闲置的，旁边堆放了一些沙石，再往外就都是农田。
光伏板上有集水槽，可将雨水通过排水管道引入地下排水系统中，这样可以避免降雨对地面土壤造成冲击
地下排水管。附近的草长得很茂盛。
在这个巨大的光伏顶棚大约200米处，还有三个大型相近的巨型光伏顶棚。
这三处顶棚比前一个略长略窄。结构形态基本一样。
最低处约5米左右，高处肯定超过10米。按住宅核算，那是四层楼的高度。
一个光伏顶棚的面积估计有四五千平米。
中间的棚下几乎啥也没有。
棚底下有一些堆肥。但利用率很低，也可以算是闲置状态。
这几个光伏电站附近没有看到高压线，电缆梳理得整整齐齐，把光伏电力送入地下电网。
思考题：这样的光伏电站如果在当下的中国做，EPC价格每瓦多少钱合适？集雨设施和电缆入地会占多大成本？
单独的一块大约是110＊18块组件，约2000块，每块以200瓦计，总装机400千瓦。另块三块大小基本一样，每块是19＊128块组件，约2400块，约合500千瓦，仅这四块光伏顶棚的光伏装机约1．7兆瓦。
Sautorn村距离这几个巨型光伏顶棚也就三百米左右。
去向村里的路上访谈，确认这几个光伏顶棚是他们村里的。
从Sautorn村的谷歌地图截图可以看出，该村光伏非常多
从Google地图看出该村很小，村里建筑并不多，大的建筑是农业用的大型仓库等，也看到一幢有类似很多个房间的宿舍形式的住宅式建筑，感觉是像是家用住宅，更像是农业工人的宿舍。粗略估算，该村的居民户数可能也有20户上下。小村的屋顶光伏密度很大。村里最大的屋顶光伏是540块组件，装机量应该不会少于110千瓦。粗略估算，全村屋顶光伏可能会在七八百千瓦以上。村里的四块巨大的光伏顶棚加上屋顶光伏，总装机大约2．5兆瓦左右。这里北纬48度，德国差不多阳光最好的地区，一年等效发电时数超过1000小时。这2．5兆瓦光伏的发电量超过250万千瓦时。就按户里25户计算，户均光伏装机100千瓦，发电量超过10万度。农宅的用电量相对不那么高，就按每户一万千瓦时计算。本村光伏发电90％以上的电是外送的。可以想见，光伏收入是很可观的。
02
光伏与现代化农业并举
——机械化辅助的黄瓜采摘
刚从Sautorn村出来，就意外地考察了当地黄瓜种植业。
看到一辆庞大的农业机械在作业，里面还密密麻麻排着人。
农田里种植小黄瓜。
采摘车把黄瓜自动装到卡车里，已经差不多装满了。
司机很热情，同意我们拍照，采黄瓜的农民拉我们上车体验采摘小黄瓜。原来采摘车伸出两个长长的翅膀，距离地面约二三十公分，采摘工人趴在翅膀上，排成一排。采摘车缓慢前行，工人把地里的小黄瓜摘下来，放到传送带上去，传送带把黄瓜汇集起来，装车。
我刚上采摘车的时候，有点发懵，怎么看不到黄瓜，看看左右的工人，原来是这么小的小黄瓜。
伸手去摘小黄瓜。
黄瓜正在装车。
这些工人不是本地人，是来自匈牙利的工人，像中国的麦客那样，流动受雇的农业工人。
有工人非常希望从我们这里讨到烟抽，可惜考察团没有带烟。
考察团成员何继江、郭澍昱和匈牙利工人合影。
我们猜测，这片农田很可能就是属于Sautorn村的。匈牙利工人不懂英语，也不懂德语，虽然彼此友好，但实在无法进行有效沟通。
思考：
黄瓜的这种机械化采摘效率真高！由此思考，未来的农村？未来的农业？未来的农业工人？
Sautorn村的光伏和黄瓜业都很发达，这种现代能源业和现代农业的组合会不会是未来农村的发展趋势？
03
施特凡斯波兴小镇光伏形态
Sautorn村属于施特凡斯波兴小镇（Stephansposching），这样的建制村在小镇共有21个。
施特凡斯波兴镇坐落于德国东南部的巴伐利亚州（Bayern），隶属于代根多夫市（Deggendorf）。
小镇北侧就是著名的多瑙河。
从google地图上可以清晰的看出一块块的农业地块。
施特凡斯波兴小镇面积44．68平方公里，总人口3090人（2019．12．31数据［1］），人均土地面积1．3公顷，人口密度较低。
区域内满眼都是绿油油的农田，有麦田、黄瓜田，村庄散落分布。
google地图可以清晰地显现小镇的光伏分布情况。
主要有三种形态：屋顶光伏、BIPV、地面光伏电站。
地面光伏电站又可分为两大类，一类位于公路两侧的光伏电站，一种是比较集中的农田上的光伏电站。当然，公路侧的光伏电站也是位于农田上的，只是沿路呈狭长状态。
92号公路旁边清晰的路侧光伏电站
在立交桥附近的光伏电站
光伏电站分布在公路两侧居多。
该镇的另一个很小的村庄，屋顶上很多光伏，村庄旁边就是光伏电站。
紧邻住宅区的，长条状的路侧光伏电站。
另一个村庄，附近有很大的光伏电站。
左侧为双轴跟踪式大型光伏板（9块组件），右侧为固定式光伏。
从土地利用率来看，右侧显然要超过左侧。
这些光伏电站下面的植被覆盖率都很高。
我们在Sautorn村r看到的巨型的光伏顶棚不是普通的地面光伏电站，也不是屋顶光伏，而应属于BIPV类型，是一种还没有建墙的BIPV。如果需要，那几个光伏顶棚随时可以建起墙，改为仓库。这个想法在邻镇的考察中得到印证。
这里的有8幢巨型的光伏建筑。
仓库
这是四块巨大的光伏顶棚
还有四块
这个片区的光伏非常非常多。
屋檐很宽很宽。这是安装更多光伏的需要。
集雨管也处理得很好，直接入地。
从上边的案例可以看出，施特凡斯波兴小镇的繁荣的光伏并不是特例。
周边很多小镇的光伏都很发达。
施特凡斯波兴小镇西侧邻镇的光伏电站
施特凡斯波兴小镇东南侧邻镇的光伏电站和屋顶光伏
邻近村居的屋顶光伏
04
施特凡斯波兴小镇人均光伏11千瓦
施特凡斯波兴小镇所处的巴伐利亚州属于德国光照资源最好的地区之列。
德国光伏发电潜力
德国南部的巴登符腾堡州、巴伐利亚州和萨克森州的光伏年度等效发电时数最高，能超过1100kWh／kWp［2］
德国辐照度统计值的最大值为1257 kWh／m²，最小值为951 kWh／m²，中值为1055kWh／m²（数据来源：DWD）。
该镇总辐照度为1165 kWh／m²， 远高于德国中值，在此地安装光伏具有天然优势。
施特凡斯波兴镇辐照度数据
总辐照度
1165．14 kWh／ m²
直接辐照度
601．60 kWh／ m²
散射辐照度
563．54 kWh／ m²
2019年德国屋顶光伏系统年度等效发电小时情况
上图直观展示了德国2019年度的光伏屋顶系统的年度等效发电小时情况。
截止到2018年底，施特凡斯波兴镇光伏系统装机量为464套，总装机功率接近34兆瓦［4］。
施特凡斯波兴小镇光伏系统数据
光伏系统装机量
464
总装机功率
33，793．44 kWp
截至2018年底，小镇人均光伏装机11千瓦，年发电量近35800兆瓦时，人均发电量11．6兆瓦时。每公顷的年发电量约800千瓦时。年等效发电小时数约1060小时。
施特凡斯波兴小镇光伏发电数据
居民人均装机功率
10．93 kWp
每公顷装机容量
0．76 kWp
年发电量
35，782，157．13 kWh ／年
人均发电量
11，572．50 kWh ／年
每公顷发电量
801．39 kWh ／年
满载小时
1059
全民用电量
5，914，996 kWh ／年
光伏发电份额
604．94％
电网公司
TenneT TSO GmbH
网络运营商
Bayernwerk AG
施特凡斯波兴镇总装机功率33，793．44 kWp，人均装机功率近11千瓦。年发电量达到近3600万千瓦时，而小镇全年的用电量才600万千瓦时，光伏发电量是当地用电需求的六倍之多。
05
光伏规划、土地政策与生态要求
施特凡斯波兴镇支持利用可再生能源电力的生产与使用，于2011年11月8日制定了＂施特凡斯波兴镇大型光伏系统的总体构想＂。安装地面光伏系统必须满足以下要求：
可用的、适当的地皮
与居民区相接或在高速公路或铁路沿线（在合适的、批准的距离上）
在空间上与公路网临近以便接入电网
施特凡斯波兴镇政府于2017年3月7日的公开会议上通过Michaelsbuch区第1710号地皮的“SOPhotovoltaik Kainzenstadelfeld”项目，该项目计划在帕绍－奥伯特劳布林（Passau－Obertraubling）铁路线以西、帕绍－雷根斯堡（Passau－Regensburg）B8联邦公路以南划出一块特殊区域用于建设光伏电站，申请面积总规模约2万平方米。申请区域的土地在施特凡斯波兴镇土地利用规划中被定性为：农业区。发展规划只是为这个光伏电站创造了一个建设权，土地的用途只允许建造＂光伏系统＂，不得用于其他建设用途，如果光伏系统停止使用，所有光伏构件和附属设施必须拆除，不得有任何残留，并将土地恢复原状［6］。
“SOPhotovoltaik Kainzenstadelfeld”项目规划图
“SO Solarpark Kainzenstadelfeld”光伏电站项目规划：
根据土地开发法规（BauNVO）第11条第2款，关于建造可再生能源设备的特殊区域的规定，这里允许建立独立光伏系统。此外，光伏系统技术运行所需的建筑物或结构设施也被允许建设，这里指代的通常是变压器房，建筑物或结构设施，面积不得超过100平方米。
光伏电站的建设面积总规模为13992平方米。该区域采用2级除草，还可以进行放牧。
根据可再生能源法（EEG）关于允许在高速公路、铁路沿线两侧110米的狭长走廊内安装地面光伏系统的相关政策法规以及最高建管局在2011年1月14日的批文，本项目地点满足光伏电站建设要求。
土地规划要考虑到相应的法律法规，特别是建造法、自然保护法、联邦土壤保护法、水资源法。
代根多夫地区的物种和生物群落保护方案：
养护和创造合适的两栖动物产卵水域和相关的陆地生境（特别是绿蟾蜍和蒜蟾蜍）；
在高博登（Gäuboden）地区已开垦耕地上种植田间灌木；
增加森林比例
《巴伐利亚州自然保护法》第三条规定了自然保护区的范畴，本项目区域不属于保护区。在规划的项目区域南部，记录了沿铁路线条状分布生物群落，生物群落编号7243－0052，生物群落类型为灌木丛和大面积草地。
规划的项目区域是一片松软的梯田平原，稍向多瑙河低地倾斜。巴伐利亚州自然保护信息系统在该地区将山毛榉林与山毛榉林的复合体列为潜在的自然植被。气候为大陆性气候，夏季高温，冬季冷空气积聚，日、年气温波动较大。年降水量总和约为700毫米。
农田有可能成为农业景观地面繁殖鸟类（云雀等）的繁殖栖息地。在本项目中，栖息地的适宜性受到铁路线和B8联邦公路的限制，该公路像水坝一样沿着北面的连接线延伸，两边是林地，预计地面筑巢鸟类会有回避行为。
由于没有规划夜间照明，因此预计不会对夜间昆虫群产生不利影响。
将现有的农田改为光伏系统的特殊区域，使耕地转化为草场。在施工阶段，可能会对南部和西部相邻的农田造成潜在的影响。由于施工期较短，只有1－2个月，如果施工期在相关地栖鸟类的主要繁殖季节外进行（3－7月不进行施工），对本地生物的影响不属于重大影响。
规划的绿篱和果园区增加了生境的多样性。在铁路沿线，有计划地对爬行类动物采取有针对性的开发措施，从而开发出阶梯石生物群落。因此，东侧边缘结构是对西北砂石矿区规划的爬坡措施的补充（距离项目区约900m）。
其它环保信息：
1、规划区的土壤和地质特征为更新世晚期的河流和古生代沉积物。沙砾台地砾石上覆盖着厚达数米的黄土包。
2、项目区土壤为碳酸盐淤泥黄土、淤泥质粘土和棕土。粘性覆盖层由于具有较强的吸附和截留能力，对地下水的保护具有重要功能。
3、光伏电站区域内无地表水。可以假定该地区地下水位较高。积水现象不明显。项目区内无洪涝区和水敏感区。
4、施工现场位于小规模的新风或冷空气径流路径之外。整个多瑙河谷作为一个宽阔的径流通道。该项目预计不会对区域气候产生重大影响。
06
光伏系统成本变迁
如下图所示，施特凡斯波兴镇光伏系统数量和光伏装机功率从2000年到2012年几乎呈指数式发展。
2012年之后光伏装机数量和装机功率增长趋缓。
2012年前的超高速发展当然主要得益于政府对于光伏装机的补贴政策，光伏组件价格的快速降低是极为重要的因素。
2013年起德国的光伏补贴政策发生较大变化，此后的光伏发展中光伏降价的因素更显突出。
德国光伏系统的发电成本主要包含：
● 建设成本，包括光伏组件、逆变器和光伏系统的组装和验收成本等；
● 运营成本，包括专业公司维护清洁费用、系统维护费用和职工薪酬等；
● 光伏系统保险费；
● 利息费用，如果光伏系统通过贷款购买；
● 其他费用，如管理费等。
光伏系统成本
价格范围
光伏组件
550－800 €／kWp
光伏逆变器
250－350 €／kWp
螺丝，电线和电缆
80－120 €／kWp
安装系统
100－150 €／kWp
安装劳务费
120－180 €／kWp
电网接入，包括验收和仪表费用
500－1000 €
光伏组件价格会不断波动，具体价格可以从pvXchange网站每月的市场分析报告中查询。德国市场上的光伏组件具体可分为以下四种类型：
● 高效率光伏组件 （High Efficiency）：290 Wp的光伏板，带有PERC、HIT、N型或背面接触单元或它们的组合；
● 全黑光伏组件（All Black）：黑色背板、黑色框架200－320 Wp的光伏板；
● 主流光伏组件 （Mainstream）：通常具有60个电池，标准铝框架，白色背板和260Wp至285 Wp的模块－它们代表了市场上的大多数模块；
● 低成本光伏组件 （Low Cost）：效率较低模块，B级商品，二手模块，有限担保或无担保的产品。
四种光伏组件的价格走势（2016年11月至2019年4月）
从上图显示2016年以来的光伏组件持续下降的数据。由于光伏板在光伏系统成本中所占比例最大，因此整套光伏系统的成本近年来也持续走低，下图很好地说明了这一点，图中价格包含增值税。
整套光伏系统的价格走势
五千瓦户用光伏系统成本以及贷款月供见下表（2019年数据）：
光伏系统成本
计算方法
估价
光伏组件
0．75€／Wp＊太阳能组件功率 Wp
3．750 €
系统主要部件
逆变器、控制器等
3．300 €
部件
150€＊ kW
750 €
基本采购价
7．800 €
维护，保险费用，整修，电力消耗
投资额的2％
156 €
全额融资的年利率（此处为1．78％）
年金计算
比率的16．36％
138．84 €
年附加费用
294．84 €
月付款，包括利息、还款和维护，贷款期为10年
83．72 €
注：上图中的3．750为3750欧元，小数点实为千分位号，其它数据同。
德国售电价格居欧洲之冠，处在世界最高行列。根据联邦电网署（BNetzA）数据：德国2019年平均电价30．85 欧分／kWh［5］，合人民币2．5元每度电。
根据德国能源和水行业协会（BDEW）数据，2019年德国普通三口之家平均年耗电量3500千瓦时，每月电费为88．1欧元（约合人民币700元）。
而上表显示，家用屋顶光伏系统十年期贷款月供仅需83．72欧元，而5千瓦光伏在德国可发电量约5000度电，高于家庭用电量。光伏还有余电上网收益。
在这样的形势下，德国农村安装户用光伏系统的比例会不断提升。
施特凡斯波兴镇这样人均光伏装机达11千瓦的小镇还会不能出现。
这将不但会改变一个个小镇的电力系统、能源转型，而且会为德国社会带来更广泛和深远的影响。
05
思考和启示
一、总结
1、高光伏覆盖度的农村在德国很普遍，尤其是在巴伐利亚等最南部的州。
2、德国并不像我们通常所感觉的那样，只有屋顶光伏，没有地面电站。考察显示，德国农村有多种形态的地面光伏电站。
4、德国农村的光伏电站实际上是占用了农业土地。德国的土地政策对此进行了一定规范，但没有严格限制。这也表明，在德国，土地用于光伏比用于农业有更高的经济产出。农业也不可能因为光伏赚钱，而全部改为光伏，农业的现代化进程会不断发展。
5、德国光伏政策鼓励在公路侧建设光伏电站。
6、农村的地面光伏电站的生态要求很高，植被覆盖率很高，很多处于牧光一体的状态。
7、德国农村创造性的设计了巨型光伏顶棚，作为BIPV的一种形态，在发电的同时，储备了建筑空间，可以用于仓储等用途。如果能够租出去，农民将得到仓库租赁收入，又可以得到光伏收益。
8、德国光伏屋顶的集雨系统和地下电缆，明显领先于国内光伏电站水平。
二、思考
1、农村拿一定农田出来种光伏，将是一种新形式的靠天吃饭。光伏电站的运维工作量极小，远低于农作物种植，适于老人。这将对农业带来哪些影响？ 农村养老是否意味着重大机遇？
2、如果每个村庄都搞人均十千瓦，二三十千瓦，甚至更多的光伏，那么，电网将需要进行重建，未来电网系统会是什么状况？
3、农田种光伏的售电收入高于小麦和黄瓜等普通农作物。农田拿出一小部分种光伏，更让农民增收。如果农村都这样做土地规划，村庄都会变成电力生产单位。这对全国的土地规划会产生哪些方面的影响？在中国，18亿亩的红线会被突破吗？
4、农田上装了光伏后，如何保持其生态功能，并使其产生生态效益？如何进行土地管理制度，以保证其可顺畅地恢复农业状态，而避免成为不可恢复的建设用地。
三、启示
1、农村普惠式的光伏对农村养老的影响需要深入研究，并出台相应鼓励政策。这对于没有养老体系的中国农村人来说，意义深远。
2、中国有必要对农业用地的光伏政策进行深入研究。在确保18亿亩红线和确保光伏电站净生态效益的情况下，把能源规划与土地规划和土地可持续管理结合起来。
3、农业光伏如果搞，首先应该是为了普惠土地上的农村和农业人员。绝不能出现“光伏吃人”的情况，既农业土地被大公司圈占搞光伏电站，农民失掉了土地，又不拥有光伏。
4、农村地区人均1千瓦，土地资源是足够的，仅屋顶资源就远超于此。具有人均10千瓦资源和条件的地方也非常多。这种情况下，农村将广泛成为电力生产地，这对中国的能源规划、电力规划、农村发展规划将会产生深远的影响。
研究团队：清华大学社会科学学院能源转型与社会发展研究中心每人一千瓦光伏团队现场考察：何继江 清华大学能源转型与社会发展研究中心郭澍昱 德国亚琛工业大学本文撰写成员：樊铁男 德国柏林工业大学
欧阳思越 美国芝加哥大学
孙楚钰 中国石油大学（北京）
参考资料：
每人1千瓦光伏研报01—德国2030年光伏人均1．2千瓦
每人1千瓦光伏研报02——德国光伏补贴政策发生什么变化？
每人1千瓦光伏研报03——斯洛文尼亚净计量法促进分布式光伏的繁荣
公众号简介
何继江
清华大学社会科学学院能源转型与社会发展研究中心常务副主任
清华大学科技与社会研究中心副主任
清华大学社会科学学院博士
清华大学能源环境经济研究所博士后
清华MBA校友能源环保协会副会长
这是何继江的个人微信公众号，也发布能源转型与社会发展研究中心研究团队的原创文章。
普及绿能，淘汰碳能。
推动能源革命，促进社会发展
