董晓青：屋顶分布式光伏发电设计建设优化要点分析

屋顶分布式光伏发电，是指利用已建或新建建筑物屋顶，做为光伏发电的承载体。屋顶分布式光伏发电，近一两年，发展成井喷形势，预计到2020年，光伏装机容量将达到150GW，平均每年以20GW的装机容量递增，而分布式光伏的占比，将提升到40%。其原因主要为：

1、西部大型地面电站面临弃光、限电现象

2、土地资源日渐稀缺，而地面电站是土地占用量比较大的建设项目

3、国家电价政策的影响：2017年“630”之后并网的电站。电价下调，而分布式的补贴政策不变。

4、完美实现“自发自用，就地消纳余”对改善能源结构起到强劲带动作用。

二、分布式光伏电站技术优化尤显重要

分布式电站，因单体容量较小，相对于地面电站，业内普遍对技术层面的关注度较低，而我认为，正是由于屋顶电站，是利用原屋顶进行建设，项目增加了特殊元素，要充分的利用可用屋顶，在有限的空间内实现容量、发电量、收益率的最大化，技术的全方位优化、先进设计理念的渗透、完善的施工组织管理尤显重要!

一个优秀的设计院，一定要在分布式的设计各环节进行优化，提升系统效率，为后期的运维提供完善的解决方案。

三、屋顶分布式电站踏勘要素

1、准确的评估

很多业主投资屋顶光伏电站时，都会非常关注屋顶光伏的可行性、装机容量、投资收益、合作模式的等问题，而分布式屋顶光伏勘察属于项目的前期工作，通过实地勘察，搜集屋顶相关资料，为后续设计最优方案和投资收益分析做准备。专业的踏勘记录是对屋面电站进行评估的一个重要因素。前期对屋顶电站踏勘总结起来主要包括以下几个要素：

(1)厂房建设年限;(2)屋面状况;(3)屋面板类型;(4)彩钢板锈蚀情况;(5)电网接入距离;(6)原厂房设计资料、用电负荷等。并且根据所得到的汇总信息形成以下一个表格，对该屋面进行评价。

这是我院采用的对屋顶评估的表格，供大家参考

2、先进设备的应用

要了解每一个屋顶的真实情况，必须进行现场踏勘，光伏电站现场踏勘一般采用GPS定位，拍现场照片，测量屋顶突出物的方式取得前期初步成果。GPS定位一般用于从谷歌地球当中得到实际厂房定位关系，拍照片可以真实反映厂房的现阶段的状况，测量屋顶突出物可以为后续的组件图纸提供依据。今年，我院新引进了无人机航拍屋顶，能够清晰、快速的对屋顶进行分析。

四、屋顶分布式电站选址建议

1、 首先注意原厂房的设计使用功能。

根据《建筑防火设计规范》GB50016-2014，生产车间以及存储仓库的火灾危险等级可以分为甲、乙、丙、丁、戊类，由于甲、乙类厂房及仓库火灾危险等级较高，因此严禁在该类厂房上部建设光伏电站，丙类厂房和仓库可以根据下部厂房的使用功能并且结合生产工艺综合确定，丁、戊类厂房可以作为电站的建设地点。

2、临建厂房禁止建设光伏电站。

根据规范要求建筑的设计使用年限1、临时性结构5年;2、易于替换结构构件25年;普通房屋和构筑物50年;4、纪念性和特别重要的建筑结构100年。

光伏电站设计使用寿命为25年，临建结构不能满足电站设计的使用耐久性的要求，因此临建建筑物和构筑物不能进行光伏电站的建设。尤其是厂区内建设的一些临时通道，临时车棚等建筑。

3、 厂房的使用寿命已经大于10年，并且屋顶彩钢板锈蚀严重或者防水层破漏水较为严重，对于这样的厂房要慎重选择。

4、选择厂房的结构承载能力满足光伏电站建设承载力要求。根据《光伏电站设计规范》GB50797-2012的3.0.7的要求，在既有建筑物上面增设光伏发电系统，必须进行建筑物结构和电气的复核，并应满足建筑物结构及电气的安全要求。

根据该规范10.1.4要求，在既有建筑物上面增设光伏发电系统的时候，应根据建筑物的种类分别按照《工业建筑可靠性鉴定标准》GB50144和《民用建筑可靠性鉴定标准》GB50292的规定进行可靠性鉴定。

位于抗震设防烈度为6~9度地区的建筑还应该根据其设防烈度、抗震设防类别、后续使用年限和结构类型，按照《建筑抗震鉴定标准》GB50023的规定进行抗震鉴定。

5、适宜建设电站的屋面形式。

(1)满足前面四条所提出的要求。

(2)屋面彩钢板形式为角驰型或者直立锁边型彩钢板

(3)混凝土屋面防水良好。

(4)屋面突出物、遮挡物较少

五、屋顶分布式电站建设要点分析

1、钢筋混凝土屋面

钢筋混凝土屋面分为上人屋面和不上人屋面，上人屋面多为平屋面，不上人屋面中平屋面与坡屋面均常见。平屋面的厂房结构形式多为钢筋混凝土框架结构，排水坡度多为材料找坡2%;坡屋面的厂房结构形式多为钢筋混凝土排架结构，常见坡度为10%。

其中框架结构屋面形式多为框梁或混凝土次梁上铺混凝土板或现浇钢筋混凝土板;排架结构屋面形式多为混凝土屋面梁上铺设预制钢筋混凝土屋面板。上人屋面的屋面活荷载多为2.0kN/m2，不上人屋面的屋面活荷载多为0.5kN/m2。根据屋面防水形式的不同，屋面又分为柔性防水屋面(防水层外露)和刚性防水屋面(防水层在内部，外表面多为40厚细石混凝土)。

对不同结构形式的厂房及不同防水形式的屋面，支架设计采用不同的设计方案。对于钢筋混凝土屋面，光伏组件可沿屋面坡度平行铺设，也可设计成一定倾角的方式布置。

光伏电站同钢筋混凝土屋面结构的连接方式主要有(1)混凝土配重、(2)植筋连接、(3)结构胶连接。

2、彩钢板形式屋面

光伏电站同钢筋混凝土屋面结构的连接方式主要有(1)通过光伏专用夹具连接(2)通过铆钉固定或者冷焊连接。彩钢板屋面一般原厂房设计恒荷载多为0.3KN/㎡，屋顶光伏电站满布荷载为0.15KN/㎡。

3、 屋顶分布式电站设备选型

屋顶分布式光伏电站设备按照安全、可靠、经济、灵活的原则选型。

安全性：设备需满足相关设计规范，保证操作、运行的安全可靠，对可能出现的误操作具备安全保护功能。

可靠性：设备需具备可靠连续运行能力和故障时可靠断开故障的能力。

经济性：设备选择需考虑经济指标(包括降低损耗、减少投资等)，保证项目的盈利能力。

灵活性：设备选择需考虑运行维护方便灵活，减少维护成本和时间，方便后期扩建。

4、分布式光伏电站主要电气设备

分布式光伏电站主要电气设备有逆变器、升压变、汇流箱、开关柜等。

逆变器

逆变器主要有组串式逆变器和集中式逆变器

1)组串式逆变器具有单机功率小，应用灵活，多路MPPT，有效改善失配，减少发电量损失等优点，但是单位容量价格较高。适合分散布置，倾角变化较多的光伏电站。

2)集中式逆变器具有方便后期维护检修，单位容量价格较低的优点，但MPPT路数较少。适用于集中布置倾角一致的光伏阵列。

升压变

光伏电站升压变布置于阵列区，多采用箱式变电站。目前箱式变电站使用较多的有美变(油变)和欧变(干变)两种。

汇流箱

汇流箱主要有交流汇流箱(配合组串逆变器阵列使用)和直流汇流箱(配合集中式逆变器使用)两种。

开关柜(并网柜)

开关柜根据并网电压不同分为低压柜和高压柜。并网开关柜选择应满足并网要求、运行可靠、操作方便。

六、屋顶电站建设特殊性

1、轻钢屋面的光伏电站尤其要注重原建筑物的结构安全性。

2、轻钢屋面更应注重检修运维通道的规划设计，设计检修步道。

3、设计前期应进行结构和电气安全复核，并评估厂区的电力消纳情况，确定合适的并网方式。

4、对卷材防水屋面，在每个配重块下应设置了防水加强层;规划施工通道，通道铺设耐踩压草毡，避免施工时破坏屋顶防水层;并且，施工时及时将配重块安放就位，严禁出现屋面堆载的情况。

5、对于药厂、粮库等特殊厂区，要特别注意施工组织和消防等问题。

文章作者：董晓青