Luận án Thạc sĩ Khoa học Ứng dụng: Ứng dụng Năng lượng Mặt Trời Phân tán tại các Tòa nhà Thương mại Trung Quốc

Luận văn Thạc sĩ Khoa học Ứng dụng về ứng dụng năng lượng mặt trời phân tán trong các tòa nhà thương mại tại Trung Quốc, so sánh giá trị và hàm ý chính sách.

• Tác giả: Hongying Zhao
• Người hướng dẫn: Dr Rebecca Yang
• Trường học: RMIT University
• Chuyên ngành: Khoa học ứng dụng
• Đề tài: Ứng dụng năng lượng mặt trời phân tán trong các tòa nhà thương mại tại Trung Quốc: So sánh giá trị và hàm ý chính sách
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Melbourne

Tóm tắt

I. Khám phá Tiềm năng To lớn của Năng lượng Mặt Trời Phân tán Tòa nhà Thương mại Trung Quốc

Năng lượng mặt trời phân tán đang nổi lên như một giải pháp then chốt cho nhu cầu năng lượng ngày càng tăng, đặc biệt tại các đô thị đông đúc. Trung Quốc, với tốc độ đô thị hóa và phát triển kinh tế nhanh chóng, đang chứng kiến sự gia tăng đáng kể trong tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà thương mại. Việc tích hợp các hệ thống quang điện (PV) phân tán trên các mái nhà và mặt tiền tòa nhà không chỉ giúp giảm áp lực lên lưới điện quốc gia mà còn thúc đẩy phát triển bền vững Trung Quốc. Bài viết này sẽ đi sâu vào phân tích giá trị, thách thức và hàm ý chính sách của năng lượng mặt trời phân tán tòa nhà thương mại Trung Quốc, dựa trên các nghiên cứu chuyên sâu.

1.1. Định nghĩa và vai trò của điện mặt trời phân tán Trung Quốc

Hệ thống điện mặt trời phân tán Trung Quốc (Distributed Solar Energy – DSE) đề cập đến việc lắp đặt các hệ thống PV trên hoặc gần các địa điểm tiêu thụ năng lượng, thay vì các nhà máy điện tập trung quy mô lớn. Đối với các tòa nhà thương mại Trung Quốc, điều này thường bao gồm các tấm pin mặt trời trên mái nhà hoặc tích hợp vào cấu trúc tòa nhà. Loại hình này chủ yếu là hệ thống điện mặt trời hòa lưới, kết nối với lưới điện công cộng, cho phép trao đổi năng lượng hai chiều. Việc lắp đặt tại chỗ giảm đáng kể tổn thất truyền tải và phân phối điện, vốn là một vấn đề lớn đối với các nhà máy điện tập trung cách xa khu vực tiêu thụ (Zhang et al.). Các hệ thống này cung cấp điện trực tiếp cho tòa nhà, giúp tiết kiệm chi phí điện năng và tăng cường khả năng tự chủ năng lượng cho các doanh nghiệp.

1.2. Bối cảnh tiêu thụ năng lượng tại tòa nhà thương mại Trung Quốc

Trung Quốc là quốc gia tiêu thụ năng lượng lớn nhất thế giới, và ngành xây dựng chiếm một phần đáng kể trong tổng lượng tiêu thụ này. Các tòa nhà thương mại Trung Quốc, bao gồm văn phòng, trung tâm mua sắm, khách sạn, và khu công nghiệp, có nhu cầu điện năng cao và thường xuyên. Theo nghiên cứu, các tòa nhà ở khu vực đô thị của Trung Quốc đóng góp đáng kể vào tổng mức tiêu thụ năng lượng quốc gia. Sự phụ thuộc lớn vào nguồn điện truyền thống gây ra những lo ngại về an ninh năng lượng và tác động môi trường. Do đó, việc triển khai năng lượng mặt trời phân tán tòa nhà thương mại Trung Quốc không chỉ là giải pháp kinh tế mà còn là chiến lược quan trọng để đạt được các mục tiêu giảm phát thải carbon và hướng tới phát triển bền vững.

II. Những Thách Thức Năng lượng Mặt Trời Phân tán Đang kìm hãm PV tòa nhà thương mại Trung Quốc

Mặc dù có nhiều tiềm năng, sự phát triển của năng lượng mặt trời phân tán tòa nhà thương mại Trung Quốc vẫn đối mặt với nhiều rào cản đáng kể. Những thách thức này không chỉ liên quan đến khía cạnh kỹ thuật và tài chính mà còn từ khung pháp lý và quy định phức tạp. Việc hiểu rõ các vấn đề này là điều kiện tiên quyết để xây dựng các giải pháp hiệu quả, thúc đẩy sự phổ biến của PV tòa nhà thương mại Trung Quốc trên toàn quốc.

2.1. Rào cản công nghệ và chi phí ban đầu cho hệ thống điện mặt trời hòa lưới

Chi phí ban đầu cao là một trong những rào cản lớn nhất đối với việc triển khai hệ thống điện mặt trời hòa lưới trong các tòa nhà thương mại. Mặc dù giá thành tấm pin PV đã giảm đáng kể trong những năm gần đây, chi phí lắp đặt, bộ biến tần, hệ thống giám sát và bảo trì vẫn là một khoản đầu tư đáng kể. Hơn nữa, việc tích hợp các hệ thống PV vào cơ sở hạ tầng hiện có của tòa nhà thương mại đòi hỏi kỹ thuật phức tạp và chuyên môn cao, đặc biệt đối với các công trình đã xây dựng. Các vấn đề kỹ thuật khác bao gồm hiệu suất hệ thống bị ảnh hưởng bởi điều kiện thời tiết, yêu cầu không gian mái nhà, và sự cần thiết của hệ thống quản lý năng lượng thông minh để tối ưu hóa việc tự tiêu thụ và bán điện dư thừa trở lại lưới điện. Những rào cản này làm tăng chi phí lắp đặt năng lượng mặt trời ban đầu, khiến nhiều doanh nghiệp ngần ngại đầu tư.

2.2. Phức tạp trong chính sách năng lượng mặt trời Trung Quốc và quy định

Chính sách và quy định đóng vai trò quan trọng trong việc khuyến khích hoặc cản trở sự phát triển của năng lượng mặt trời phân tán tòa nhà thương mại Trung Quốc. Mặc dù chính phủ Trung Quốc đã ban hành nhiều chính sách hỗ trợ, sự phức tạp và thay đổi thường xuyên của chúng tạo ra sự không chắc chắn cho các nhà đầu tư. Các chính sách này bao gồm trợ cấp quốc gia, trợ cấp địa phương, và cơ chế giá điện. Ví dụ, trợ cấp quốc gia cố định (0.42 RMB/kWh vào năm 2017) được áp dụng rộng rãi, nhưng trợ cấp địa phương lại khác nhau tùy từng thành phố (Rodrigues et al.). Ngoài ra, quy trình cấp phép, kết nối lưới điện và các tiêu chuẩn an toàn cũng có thể gây khó khăn. Thiếu một khung pháp lý rõ ràng, minh bạch và ổn định là một thách thức lớn, ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế năng lượng mặt trời và khả năng dự báo lợi nhuận của các dự án.

III. Phương pháp Đánh giá Hiệu quả Kinh tế Năng lượng Mặt Trời Phân tán cho Tòa nhà Thương mại Trung Quốc

Để khuyến khích sự phát triển của năng lượng mặt trời phân tán tòa nhà thương mại Trung Quốc, việc đánh giá chính xác hiệu quả kinh tế năng lượng mặt trời là vô cùng cần thiết. Các nhà đầu tư và chủ tòa nhà cần một phân tích rõ ràng về lợi ích tài chính và thời gian hoàn vốn. Phương pháp phân tích chi phí lắp đặt năng lượng mặt trời và lợi ích sẽ giúp xác định tính khả thi của dự án và cung cấp cơ sở cho các quyết định đầu tư thông minh.

3.1. Phân tích chi phí lắp đặt năng lượng mặt trời và lợi ích tài chính

Phân tích chi phí lắp đặt năng lượng mặt trời và lợi ích (Cost-Benefit Analysis) là công cụ chủ chốt để đánh giá hiệu quả kinh tế năng lượng mặt trời phân tán. Phân tích này bao gồm việc định lượng tất cả các chi phí (đầu tư ban đầu, vận hành, bảo trì) và lợi ích (tiết kiệm hóa đơn điện, doanh thu từ bán điện dư thừa, trợ cấp) trong suốt vòng đời dự án. Các chỉ số tài chính quan trọng như Giá trị hiện tại ròng (NPV), Tỷ suất hoàn vốn nội bộ (IRR), và Thời gian hoàn vốn (Payback Period) được sử dụng để so sánh các kịch bản khác nhau. Một lợi ích lớn là khả năng tự tiêu thụ điện sản xuất, giảm lượng điện mua từ lưới, đặc biệt trong các giờ cao điểm khi giá điện thường cao hơn. (Zhao, 2019). Bên cạnh đó, các khoản trợ cấp và ưu đãi thuế cũng góp phần đáng kể vào lợi nhuận tổng thể của dự án.

3.2. Tác động của vị trí địa lý đến hiệu quả tài chính năng lượng mặt trời phân tán

Vị trí địa lý có ảnh hưởng sâu sắc đến hiệu quả tài chính năng lượng mặt trời phân tán. Các yếu tố như bức xạ mặt trời, khí hậu, và chính sách địa phương khác nhau đáng kể giữa các thành phố Trung Quốc. Các thành phố có lượng bức xạ mặt trời cao hơn sẽ tạo ra nhiều điện năng hơn, do đó mang lại lợi nhu ích kinh tế lớn hơn. Ngoài ra, các chính sách trợ cấp và giá điện cũng không đồng nhất. Ví dụ, một số thành phố có trợ cấp địa phương bổ sung ngoài trợ cấp quốc gia, như Quảng Châu và Thượng Hải (Rodrigues et al.). Việc đánh giá hiệu quả tài chính năng lượng mặt trời phân tán tòa nhà thương mại Trung Quốc cần xem xét cụ thể từng khu vực, tính toán sản lượng điện tiềm năng và các ưu đãi tài chính hiện hành để đưa ra phân tích chính xác nhất.

IV. Bí quyết Tận dụng Chính sách Trợ cấp Năng lượng Mặt Trời Trung Quốc cho PV Tòa nhà Thương mại

Để tối đa hóa lợi ích từ năng lượng mặt trời phân tán tòa nhà thương mại Trung Quốc, việc hiểu và tận dụng các chính sách trợ cấp năng lượng mặt trời Trung Quốc là rất quan trọng. Các chính sách này, bao gồm trợ cấp quốc gia và địa phương, cũng như cơ chế giá điện, có thể ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả kinh tế năng lượng mặt trời của các dự án. Các nhà đầu tư cần nắm bắt rõ ràng cơ cấu và tác động của từng loại chính sách để đưa ra quyết định đầu tư tối ưu.

4.1. Cơ chế trợ cấp quốc gia và địa phương ảnh hưởng đến điện mặt trời phân tán

Chính sách năng lượng mặt trời Trung Quốc bao gồm các khoản trợ cấp đáng kể nhằm khuyến khích phát triển điện mặt trời phân tán Trung Quốc. Trợ cấp quốc gia (0.42 RMB/kWh vào năm 2017) được áp dụng rộng rãi cho các hệ thống hòa lưới. Ngoài ra, một số tỉnh và thành phố còn cung cấp trợ cấp riêng để thúc đẩy hơn nữa việc áp dụng PV phân tán. Ví dụ, Quảng Châu cung cấp khoản thanh toán một lần dựa trên công suất hệ thống (0.2 RMB/watt), trong khi chính phủ Thượng Hải đưa ra trợ cấp 5 năm dựa trên lượng điện sản xuất (0.25 RMB/kWh cho các tòa nhà công nghiệp và thương mại) (Zhao, 2019). Các khoản trợ cấp này trực tiếp giảm thời gian hoàn vốn và tăng NPV của dự án, làm cho PV tòa nhà thương mại Trung Quốc trở nên hấp dẫn hơn về mặt tài chính.

4.2. Các yếu tố giá điện và tốc độ tăng trưởng tác động đến lợi ích năng lượng mặt trời thương mại

Giá điện và tốc độ tăng trưởng giá điện là hai yếu tố kinh tế vĩ mô có ảnh hưởng lớn đến lợi ích năng lượng mặt trời thương mại. Các hệ thống PV phân tán giúp các tòa nhà tự sản xuất điện, giảm sự phụ thuộc vào lưới điện và hóa đơn tiền điện. Với giá điện dự kiến sẽ tăng trong tương lai, việc tự sản xuất điện sẽ ngày càng có giá trị hơn. Nghiên cứu chỉ ra rằng một số thành phố như Thượng Hải có tốc độ tăng trưởng giá điện cao hơn (7.51% cho mùa hè), điều này làm tăng đáng kể hiệu quả kinh tế năng lượng mặt trời của các dự án PV phân tán trong dài hạn. (Zhao, 2019). Hơn nữa, các thành phố áp dụng giá điện theo giờ (Time-of-Use - TOU) sẽ tối đa hóa lợi ích khi điện được sản xuất và tiêu thụ trong giờ cao điểm với giá đắt hơn.

V. Ứng Dụng Thực Tiễn và Kết quả Nghiên cứu về Năng lượng Mặt Trời Phân tán Tòa nhà Thương mại Trung Quốc

Các nghiên cứu thực nghiệm đã cung cấp cái nhìn sâu sắc về năng lượng mặt trời phân tán tòa nhà thương mại Trung Quốc, làm nổi bật sự khác biệt về hiệu quả tài chính giữa các khu vực và các loại chính sách. Việc phân tích này không chỉ đánh giá tính khả thi của việc triển khai mà còn chỉ ra những lợi ích môi trường to lớn, góp phần vào phát triển bền vững Trung Quốc.

5.1. Phân tích so sánh giá trị PV phân tán qua các thành phố Trung Quốc

Kết quả phân tích kinh tế trên các thành phố điển hình của Trung Quốc cho thấy sự khác biệt rõ rệt về hiệu quả tài chính của PV tòa nhà thương mại Trung Quốc. Các thành phố như Thượng Hải và Quảng Châu, nhờ có chính sách trợ cấp địa phương và giá điện cao, thường có thời gian hoàn vốn ngắn hơn và NPV cao hơn. Ngược lại, các thành phố chỉ phụ thuộc vào trợ cấp quốc gia hoặc có giá điện thấp hơn có thể kém hấp dẫn hơn về mặt tài chính. Nghiên cứu của Hongying Zhao (2019) đã so sánh các thành phố như Urumqi, Côn Minh, Thượng Hải, Quảng Châu, và những thành phố khác, đánh giá tác động của vị trí địa lý, chính sách trợ cấp và giá điện đến lợi nhuận của các dự án. Kết quả cung cấp cái nhìn chi tiết về tính phù hợp tài chính của điện mặt trời phân tán Trung Quốc tại các khu vực khác nhau.

5.2. Lợi ích môi trường của điện mặt trời phân tán và đóng góp vào phát triển bền vững Trung Quốc

Ngoài lợi ích kinh tế, năng lượng mặt trời phân tán tòa nhà thương mại Trung Quốc còn mang lại những lợi ích môi trường của điện mặt trời phân tán đáng kể. Việc chuyển đổi từ năng lượng hóa thạch sang năng lượng mặt trời giúp giảm phát thải khí nhà kính, cải thiện chất lượng không khí đô thị và giảm ô nhiễm nguồn nước liên quan đến các nhà máy điện truyền thống. Mỗi kilowatt giờ điện sản xuất từ năng lượng mặt trời giảm một lượng carbon đáng kể so với điện từ than đá. Sự gia tăng các hệ thống PV phân tán đóng góp trực tiếp vào mục tiêu của phát triển bền vững Trung Quốc, hướng tới một nền kinh tế xanh và ít carbon hơn. Đây không chỉ là một giải pháp năng lượng mà còn là một cam kết về trách nhiệm môi trường của các doanh nghiệp và chính phủ.

VI. Tương Lai Năng Lượng Mặt Trời Phân Tán và Lộ Trình Phát triển cho Tòa Nhà Thương Mại Trung Quốc

Tương lai của năng lượng mặt trời phân tán tòa nhà thương mại Trung Quốc đầy hứa hẹn, nhưng đòi hỏi những chính sách và lộ trình phát triển rõ ràng. Việc tiếp tục nghiên cứu, điều chỉnh chính sách và thúc đẩy đổi mới công nghệ là cần thiết để điện mặt trời phân tán Trung Quốc thực sự phát huy hết tiềm năng của mình, đặc biệt trong bối cảnh phát triển bền vững.

6.1. Các khuyến nghị chính sách để thúc đẩy điện mặt trời phân tán Trung Quốc

Để thúc đẩy mạnh mẽ điện mặt trời phân tán Trung Quốc, cần có sự điều chỉnh và hoàn thiện các chính sách năng lượng mặt trời Trung Quốc. Khuyến nghị bao gồm việc duy trì và ổn định các khoản trợ cấp quốc gia, đồng thời khuyến khích các chính quyền địa phương ban hành các chính sách hỗ trợ bổ sung phù hợp với điều kiện kinh tế và khí hậu của từng vùng. Cần đơn giản hóa quy trình cấp phép và kết nối lưới điện để giảm thiểu rào cản hành chính cho các nhà đầu tư. Hơn nữa, việc triển khai các cơ chế giá điện hấp dẫn hơn cho điện bán lại lưới (net metering) và các chương trình khuyến khích tự tiêu thụ điện sẽ tăng cường hiệu quả kinh tế năng lượng mặt trời cho các tòa nhà thương mại Trung Quốc.

6.2. Tiềm năng mở rộng và vai trò trong phát triển bền vững đô thị Trung Quốc

Tiềm năng mở rộng của năng lượng mặt trời phân tán tòa nhà thương mại Trung Quốc là rất lớn, đặc biệt khi công nghệ PV tiếp tục phát triển và chi phí lắp đặt năng lượng mặt trời giảm xuống. Các tòa nhà thương mại Trung Quốc cung cấp một diện tích mái nhà và mặt tiền khổng lồ, chưa được khai thác hết. Việc tích hợp sâu rộng các hệ thống điện mặt trời hòa lưới vào quy hoạch và thiết kế đô thị mới, cùng với việc nâng cấp các tòa nhà hiện có, sẽ là động lực chính. Năng lượng mặt trời phân tán đóng vai trò không thể thiếu trong chiến lược phát triển bền vững Trung Quốc, không chỉ cung cấp năng lượng sạch mà còn góp phần vào an ninh năng lượng, tạo việc làm xanh và nâng cao chất lượng môi trường sống tại các đô thị.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Distributed Solar Energy Applications in Commercial Buildings across China: Value Comparison and Policy Implication A thesis submitted in fulfilment of the requirements for the degree of Master of Applied Science Hongying Zhao Bachelor of Applied Science (Construction Management) (Honours) RMIT University School of Property Construction and Project Management College of Design and Social Context RMIT University August 2019 Declaration I certify that except where due acknowledgement has been made, the work is that of the author alone; the work has not been submitted previously, in whole or in part, to qualify for any other academic award; the content of the thesis is the result of work which has been carried out since the official commencement date of the approved research program; any editorial work, paid or unpaid, carried out by a third party is acknowledged; and, ethics procedures and guidelines have been followed. Hongying Zhao August 2019 I Acknowledgements First of all, I would like to sincerely thank my supervisor Dr Rebecca Yang for her guidance and support during my master study. She is always the one who inspires me the most on my academic path. I would like to thank my co-supervisor Dr Trivess Moore for his dedication, encouragement, and the warmest support when I doubted myself.

I would like to give my appreciation to all the team members in my research group. Your kind help and feedback for my presentations were important to my study. Thanks to all my friends and colleagues during my two-year journey at RMIT University. Finally, I would like to thank my parents for providing financial and mental support to help me pursue my dream.

II Table of Contents Declaration. II List of Figures. VI List of Tables .1 Energy consumption of buildings in urban areas of China .2 PV applications in buildings in urban areas of China .3 Policy impacts on the PV’s economics in China .3 Research aim and objectives .1 Specific objectives of this research. 13 Chapter 2 Literature review .2 PV cells, systems and applications in building .3 PV applications in buildings .4 PV building applications in China .3 Government policies regarding solar PV power generation.1 Incentives in the global context .2 Incentives in China .3 Electricity price policy in China .4 Geographic conditions in China .1 Geographic conditions in China and typical cities .2 Tariff policy and subsidy.

42 Chapter 3 Research methods and process .3 Economic analysis method. 52 Chapter 4 The impact of geographic location on financial suitability of different PV systems across China .2 Cost-benefit analysis .3 Results and discussion .1 Economic assessment results. 69 Chapter 5 The impact of national subsidy on financial suitability of different PV systems across China .3 Results and discussion .1 Analysis of five scenarios .2 Analysis based on the geographic location .3 The impact of urban environment. 102 Chapter 6 The impact of electricity price change on financial suitability of different PV systems across China .3 Results and discussion .1 Economic performance of 5 scenarios across the 12 cities .2 Analysis of 5 scenarios across the 12 cities.3 The impact of urban environment .2 Review of research objectives .4 Limitations and recommendations for further research .1 Limitations of the research .2 Suggestions for future research.

169 V List of Figures Figure 2.1 The Categorization of BIPV (source: Biyik et al.2 The tariff levels of PV power generation in 3 regions from 2011 to 2018 .3 Average commercial electricity prices for each region in China ($/kWh) (source: Wang and Zhang (2016)) .4 Solar irradiation distribution map (source:NREL (2012)) .5 Building climate zones in China (Source: GB50352-2005) .6 GDP per capita and carbon emission per capita of 31 cities in 2014 (source: Guo et al.1 The research process .2 Pictures of all cases .1 Investigation process in this chapter .2 The energy output of the first year.3 NPV per kW of 5 scenarios .4 Payback period of 5 scenarios .5 IRR of 5 scenarios .1 Combination analysis of NPV per kW performance and sensitivity across 5 scenarios .2 Combination analysis of PB performance and sensitivity across 5 scenarios.3 Combination analysis of IRR performance and sensitivity across 5 scenarios .4 Matrix of NPV per kW performance and sensitivity in the 12 cities .5 Matrix of PB performance and sensitivity in the 12 cities .6 Matrix of IRR performance and sensitivity in the 12 cities .7 Matrix of overall performance and sensitivity in the 12 cities .8 NPV per kW, PB and IRR of 5 scenarios in Shanghai when considering national subsidy and shading loss .9 NPV per kW, PB and IRR of 5 scenarios in Urumqi when considering national subsidy and shading loss .1 Three fitting equations for NPV per kW results of Scenario 4 in Taiyuan .2 Matrix of NPV per kW performance and sensitivity in the 12 cities .3 Matrix of PB performance and sensitivity in the 12 cities .4 Matrix of IRR performance and sensitivity in the 12 cities .5 Matrix of overall performance and sensitivity in the 12 cities .6 NPV per kW, PB and IRR of 5 scenarios in Shanghai when considering tariff growth rate and shading loss .7 NPV per kW, PB and IRR of 5 scenarios in Urumqi when considering tariff growth rate and shading loss. 127 VI List of Tables Table 2.1 Overview of government support mechanisms for solar PV generation (source: Jacobs and Sovacool (2012)) .2 Relevant policies regarding investment subsidy policies (source: Zhang et al.3 Solar PV building Projects in China from 2009 to 2012 (source: Zhang and He (2013)).4 Golden Sun demonstration program (source: Zhang and He (2013)).5 Relevant policies regarding the FIT policies (source: Zhang et al.6 Classification of 3 regions regarding the FIT policies .7 The value of two different modes of distributed PV generation .8 Relevant policies regarding the Free Grid-connection policies (source: Zhang et al.9 Relevant policies regarding taxation policies (source: Zhang et al. (2015a) & Zhao et al.10 Solar irradiation distribution zones and typical cities .11 Building climate zones and typical cities.12 Energy consumption of typical commercial office building in different climate zones (source: GB/T 51161-2016) .13 Matrix of climate zone and solar resource level and the selected cities .14 Summary of city information .1 Summary of the background to the three projects.1 Comparison of energy consumption and energy generation .2 The results of NPV per kW, PB and IRR of 5 scenarios in the 12 cities .3 Investment assessment of five scenarios among all the cities .1 Summary of the economic performance of 5 scenarios in the 12 cities under different subsidy conditions according to the standard (i. black tick means above the standard while red cross means below the standard).2 Summary of the economic performance of 5 scenarios from the perspective of NPV per kW, PB, IRR and overall performance under the national subsidy change .3 Summary of the slopes of 5 scenarios in 12 cities and their ranks .4 Summary of the economic performance of the 12 cities from the perspective of NPV per kW, PB, IRR and overall performance under the different national subsidies .5 Summary of the slopes of 5 scenarios in the 12 cities and their ranks among the 12 cities 90 Table 5.6 Summary of the NPV per kW, PB, IRR and overall sensitivity of the 12 cities when the national subsidy changes .7 Summary of 25 years of energy generation in the 12 cities and their ranks (unit: kWh) .8 Summary of electricity price and growth rate in the 12 cities and their ranks .1 Summary of the economic performance of 5 scenarios in the 12 cities under 4 electricity growth rates according to the standard .2 Average of NPV per kW of the 12 cities for each scenario under different electricity price growth rates .3 Summary of the economic performance of 5 scenarios from the perspective of NPV per kW, PB, IRR and overall performance under the change of electricity price growth rate .4 Summary of the average NPV per kW under 4 electricity growth rates in the 12 cities and their ranks .5 Summary of the economic performance of the 12 cities from the perspective of NPV per kW, PB, IRR and overall performance under different electricity price growth rates .6 Summary of the analysis of 5 scenarios in the 12 cities and their ranks among the 12 cities .7 Summary of the NPV per kW, PB, IRR and overall sensitivity of the 12 cities when the electricity growth rate varies.

119 VIII Abstract China is experiencing rapid economic growth and urbanization. In China’s continuously growing urban areas, solar photovoltaic (PV) application in buildings is one of the most suitable renewable energy resources. Building PV systems can be categorized into two types: building attached PV (BAPV) and building integrated PV (BIPV). However, in China, there is a lack of research comparing the two systems, especially from the economic perspective.

Meanwhile, policy changes play an important role in the economic benefit of building PV projects in China. Among them, changes in national subsidy and electricity price are of great importance for distributed building PVs with high self-consumption ratio. A better understanding of the impacts of these policy-related factors on the economic performance of building PVs is required. Additionally, China is a large country with diverse geographic conditions and policy conditions.

The complexities of the regional situation make it difficult for investors and policy-makers to have a clear understanding of actual value of building PV systems, which hinders the uptake of both BAPV and BIPV in China. This research aims to address these research gaps. Through the literature review, the most popular building PV applications in China are identified. Hence, five building PV scenarios are developed based on real-word cases, including BAPV, roof BIPV and window BIPV.

Given the diverse geographic conditions and policy conditions in China, 12 typical cities are selected for the research. A MATLAB program is established to calculate energy generation and evaluate the economic performance of the building PV applications in the 12 cities. By changing the input of the national subsidy and tariff growth rate in the program, the impacts of the two policy-related parameters on the economic results are investigated. The impact of shading loss in the urban environment is also incorporated.

The results show that, under current geographic conditions and local policy, roof BIPV replacing glazing roof is the most attractive investment option for investors among all building PV types. In terms of cities, Shanghai is the first option for both BAPV and BIPV investment, while cities including 1 Guangzhou, Chengdu, Guiyang and Chongqing are less financially attractive to investors. The findings can improve the investment confidence of building PVs in China, especially for BIPVs. For the national subsidy, the results can be categorized based on economic performance and sensitivity to the subsidy.

For different stakeholders, different implications are generated based on economic performance and sensitivity. Generally, Shanghai, Taiyuan and Tianjin are believed to be the best investment destinations of building PVs among the 12 cities at the risk of shrinking subsidy. Policy-makers can reduce national subsidy in the cities categorized as having good economic performance, while seeking other incentives to stimulate the economic performance for PV scenarios and cities with bad economic performance and low sensitivity. Regarding the impact of tariff growth rate, the results show that the outlook on the future electricity price can significantly affect the economic performance of building PV applications in the cities with high sensitivity to electricity price change.

Thus, building PV applications can be promoted in the cities with high potential of the electricity price growth. On the other hand, there are cities that make building PV application a safe and profitable investment, such as Shanghai and Taiyuan. Moreover, the shading loss analysis shows that roof BAPV with large capacity and roof BIPV replacing glazing roof are still recommended for investment. In terms of city, Shanghai remains the first option for all kinds of building PV investment.