陸超　朱健雍　楊松　張良利　沈道軍

摘? 要：現(xiàn)如今，利用已有廠房屋面建設(shè)分布式光伏電站已成為一種普遍模式。近十年來，全球光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)每年以40%～50%的速度在持續(xù)增長，稱得上是世界上發(fā)展最快的新型產(chǎn)業(yè)。然而，在設(shè)計電站時總會存在各種各樣的問題，象屋面受到陰影遮擋，廠房結(jié)構(gòu)無法滿足光伏荷載要求，廠區(qū)內(nèi)無合適放置電氣設(shè)備的空間等，因此實際上可能并不適合安裝光伏電站。因此，如果能在建設(shè)廠房之前規(guī)避掉可能會出現(xiàn)的問題，那將會縮短建設(shè)周期，大大降低光伏電站的投資成本。

關(guān)鍵詞：光伏電站;分布式;屋面;設(shè)計

中圖分類號：TM615? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

太陽能作為一種無污染的可再生能源，近年來受到了廣泛關(guān)注。而光伏發(fā)電技術(shù)則是利用太陽能電池組件將太陽光能直接轉(zhuǎn)換成電能，再配備其他的設(shè)備，象逆變器、蓄電池等，可構(gòu)成完整的光伏發(fā)電系統(tǒng)。光伏電站最主要的形式是分布式電站，分布式光伏電站通常是指利用分散式資源，裝機(jī)規(guī)模較小的、布置在用戶附近的發(fā)電系統(tǒng)，它一般接入低于35 kV或更低電壓等級的電網(wǎng)。目前應(yīng)用最為廣泛的分布式光伏電站系統(tǒng)，是建在城市建筑物屋頂?shù)墓夥l(fā)電項目。該類項目大部分需要接入公共電網(wǎng)，與公共電網(wǎng)一起為附近的用戶供電。

一般情況下，是在已有的建筑屋頂上設(shè)計建造光伏電站。在設(shè)計過程中，經(jīng)常會受到各種因素的影響，象屋面荷載不夠，屋面設(shè)備影響光伏組件安裝，廠區(qū)或配電房沒有預(yù)留電氣設(shè)備空間等。當(dāng)出現(xiàn)這些問題時，則往往涉及廠區(qū)的改造，這樣大大增加了投資成本，延長了施工周期，對光伏電站的建設(shè)產(chǎn)生不利的影響。因此，對于有規(guī)劃建設(shè)光伏電站的屋頂，我們需要在其建造時預(yù)留設(shè)計光伏電站的空間，以達(dá)到降本增效的目的。

1 荷載要求

一個屋頂?shù)某休d能力將直接影響屋頂安裝光伏電站的安全和可靠性。然而，根據(jù)現(xiàn)實中的情況，往往在已建好的鋼結(jié)構(gòu)廠房屋頂安裝光伏電站后，廠房結(jié)構(gòu)不能滿足要求。根據(jù)不同的情況，屋面分為混凝土屋面和彩鋼瓦屋面，對于這2種屋面增加的光伏荷載主要有：基礎(chǔ)、支架、光伏組件、電纜、橋架、匯流箱、逆變器等。但是，不同的屋面相對應(yīng)荷載要求不同，在安裝光伏電站之前，應(yīng)根據(jù)我國現(xiàn)行的建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范要求，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，委托專業(yè)機(jī)構(gòu)，對房屋進(jìn)行結(jié)構(gòu)承載力復(fù)核，特別是鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)承載力。如不滿足規(guī)范要求，必須委托設(shè)計院進(jìn)行加固設(shè)計，找專業(yè)施工單位對房屋進(jìn)行加固處理，才能保證房屋安全可靠。所以在建設(shè)光伏前，屋面需預(yù)留光伏部分荷載，以避免后期加固，降低建設(shè)成本。

1.1 混凝土屋面

這類屋面主要為混凝土結(jié)構(gòu)的屋面，為保證原有屋面的穩(wěn)定性，光伏組件一般是直接擱置在屋面上，并配上配重塊來加強(qiáng)穩(wěn)定性。根據(jù)以往經(jīng)驗，混凝土屋面的承載力校核通過率大于80%，是比較適合安裝光伏電站的。混凝土屋面預(yù)留新增光伏荷載可按0.5 kN/m2～0.7 kN/m2考慮。

1.2 彩鋼瓦屋面

這類屋面的組件安裝方式主要是利用扣件直接將支架卡扣在屋面上，將光伏組件與原屋面結(jié)合在一起。角馳型彩鋼瓦屋頂夾具示意圖如圖1所示，彩鋼瓦屋面預(yù)留新增光伏荷載可按0.15 kN/m2考慮。

2 屋面配置

影響光伏發(fā)電效率的因素很多，在建設(shè)建筑物時，不僅要考慮周圍的環(huán)境，象附近遮擋物和污染源的影響，還要考慮建筑物的朝向?；炷廖蓓斪詈檬菛|西走向，這樣能確保光伏組件能夠朝正南放置，以達(dá)到發(fā)電量最大化的目的。以北京地區(qū)為例，其他條件相同的情況下，在組件方位角為正南和南偏西30° 2種不同的排布方式下，發(fā)電量有如圖2所示的區(qū)別。

由圖3可知，方位角為正南情況下，逆變器首年等效小時數(shù)為1 438 h;方位角為南偏西30°情況下逆變器首年等效小時數(shù)為1 402 h。由此可見，混凝土屋面的方位角對于發(fā)電量存在較大影響。

其次，直接影響到光伏電站發(fā)電量的因素是陰影遮擋，對于建筑物本身，廣告牌、爬梯盡量設(shè)置在屋面北部。以北京地區(qū)為例，一個高3 m，長20 m的廣告牌約能產(chǎn)生250 m2的陰影，將減少約150塊組件的數(shù)量。在高緯度地區(qū)這種影響將會更加明顯。同時，女兒墻設(shè)置不宜太高，為了安全考慮建議高度設(shè)置在0.8 m左右，這樣既能為日常運(yùn)維人員起到一個避險的作用，又減少了陰影對組件的遮擋。不僅如此，還要規(guī)避附近的污染源，較為常見的污染源便是灰塵?；覊m對太陽輻射具有反射、散射和吸收作用，降低了光伏電池板的透射率，從而影響組件陣列的發(fā)電量;由于灰塵非均勻遮蔽光伏組件，不僅會降低輻射量，還會引起輻照量照射的不均勻，導(dǎo)致光伏組件失配，降低光伏發(fā)電輸出功率。同時，灰塵遮擋還會降低光伏組件表面的散熱性，導(dǎo)致發(fā)電效率和性能比（PR）降低，清洗費(fèi)用增加，對于含氧化物的灰塵污物還將提高光伏電池的故障率，影響使用安全性，減少組件壽命。

3 廠區(qū)配置

除了屋面配置外，廠區(qū)其他設(shè)施也要考慮到為建設(shè)光伏電站預(yù)留一些空間。有計劃地建設(shè)光伏電站的廠區(qū)，可以在配電間到屋頂之間預(yù)留電力井和預(yù)埋電力管道，以避免后期破路施工的麻煩。對于低壓并網(wǎng)的項目，廠區(qū)變壓器容量要足夠光伏電站的接入。低壓配電房內(nèi)也要有適宜的空間方便電氣柜的布置，平均每兆瓦所需空間約為50 m2。對于高壓并網(wǎng)項目，升壓房和開關(guān)柜需要預(yù)留約70 m2的空間，若考慮采用戶外箱變的形式，為了容納箱變基礎(chǔ)，廠區(qū)綠化在規(guī)劃時寬度需大于5 m。在建設(shè)光伏電站前，可先與當(dāng)?shù)仉娏謱?，了解?dāng)?shù)仉娋W(wǎng)條件和要求，提前為電站設(shè)計做準(zhǔn)備。

4 結(jié)論

太陽能光伏發(fā)電作為可再生的清潔能源，受到日益廣泛的關(guān)注和應(yīng)用，同時太陽能光伏發(fā)電的技術(shù)水平也得到快速發(fā)展與提高。目前已有地區(qū)政府發(fā)文通知，通知指出：為了有效拓展屋面資源。鼓勵電力用戶利用各類具備條件的既有屋頂建設(shè)分布式光伏電站。新建建筑屋頂要合理預(yù)留建設(shè)空間，其中政府投資新建的標(biāo)準(zhǔn)化廠房、大型場館等公共建筑，除特殊用途及要求外，具備安裝、使用條件的均須按照分布式光伏對屋面荷載標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計?，F(xiàn)有重點(diǎn)耗能企業(yè)要優(yōu)化用能結(jié)構(gòu)，利用自有屋面采取多種方式建設(shè)分布式光伏電站;新建項目特別是綜合能耗超過3 000 t標(biāo)準(zhǔn)煤的項目，無特殊原因均須預(yù)留分布式光伏建設(shè)屋面。因此，為了在建設(shè)光伏電站時能夠更加便利，就需要在新建廠房前將影響光伏電站的各種不利因素優(yōu)先考慮，避免后期不必要的麻煩，為建設(shè)電站節(jié)省成本，縮短生產(chǎn)周期，提高經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]吉春明，朱慶東.屋面光伏陣列荷載分析與結(jié)構(gòu)承載力評估[J].武漢大學(xué)學(xué)報 （工學(xué)版），2011 （S44）：109-112.