董曉青:屋頂分布式光伏發(fā)電設(shè)計建設(shè)優(yōu)化要點分析
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發(fā)布日期:2017-05-04
核心提示:
屋頂分布式光伏發(fā)電,是指利用已建或新建建筑物屋頂,做為光伏發(fā)電的承載體。屋頂分布式光伏發(fā)電,近一兩年,發(fā)展成井噴形勢,預(yù)計到2020年,光伏裝機容量將達(dá)到150GW,平均每年以20GW的裝機容量遞增,而分布式光伏的占比,將提升到40%。
一、屋頂分布式光伏發(fā)電發(fā)展趨勢
屋頂分布式光伏發(fā)電,是指利用已建或新建建筑物屋頂,做為光伏發(fā)電的承載體。屋頂分布式光伏發(fā)電,近一兩年,發(fā)展成井噴形勢,預(yù)計到2020年,光伏裝機容量將達(dá)到150GW,平均每年以20GW的裝機容量遞增,而分布式光伏的占比,將提升到40%。其原因主要為:
1、西部大型地面電站面臨棄光、限電現(xiàn)象
2、土地資源日漸稀缺,而地面電站是土地占用量比較大的建設(shè)項目
3、國家電價政策的影響:2017年“630”之后并網(wǎng)的電站。電價下調(diào),而分布式的補貼政策不變。
4、完美實現(xiàn)“自發(fā)自用,就地消納余”對改善能源結(jié)構(gòu)起到強勁帶動作用。
二、分布式光伏電站技術(shù)優(yōu)化尤顯重要
分布式電站,因單體容量較小,相對于地面電站,業(yè)內(nèi)普遍對技術(shù)層面的關(guān)注度較低,而我認(rèn)為,正是由于屋頂電站,是利用原屋頂進(jìn)行建設(shè),項目增加了特殊元素,要充分的利用可用屋頂,在有限的空間內(nèi)實現(xiàn)容量、發(fā)電量、收益率的最大化,技術(shù)的全方位優(yōu)化、先進(jìn)設(shè)計理念的滲透、完善的施工組織管理尤顯重要!
一個優(yōu)秀的設(shè)計院,一定要在分布式的設(shè)計各環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化,提升系統(tǒng)效率,為后期的運維提供完善的解決方案。
三、屋頂分布式電站踏勘要素
1、準(zhǔn)確的評估
很多業(yè)主投資屋頂光伏電站時,都會非常關(guān)注屋頂光伏的可行性、裝機容量、投資收益、合作模式的等問題,而分布式屋頂光伏勘察屬于項目的前期工作,通過實地勘察,搜集屋頂相關(guān)資料,為后續(xù)設(shè)計最優(yōu)方案和投資收益分析做準(zhǔn)備。專業(yè)的踏勘記錄是對屋面電站進(jìn)行評估的一個重要因素。前期對屋頂電站踏勘總結(jié)起來主要包括以下幾個要素:
?。?)廠房建設(shè)年限;(2)屋面狀況;(3)屋面板類型;(4)彩鋼板銹蝕情況;(5)電網(wǎng)接入距離;(6)原廠房設(shè)計資料、用電負(fù)荷等。并且根據(jù)所得到的匯總信息形成以下一個表格,對該屋面進(jìn)行評價。
這是我院采用的對屋頂評估的表格,供大家參考
2、先進(jìn)設(shè)備的應(yīng)用
要了解每一個屋頂?shù)恼鎸嵡闆r,必須進(jìn)行現(xiàn)場踏勘,太陽能光伏電站現(xiàn)場踏勘一般采用GPS定位,拍現(xiàn)場照片,測量屋頂突出物的方式取得前期初步成果。GPS定位一般用于從谷歌地球當(dāng)中得到實際廠房定位關(guān)系,拍照片可以真實反映廠房的現(xiàn)階段的狀況,測量屋頂突出物可以為后續(xù)的組件圖紙?zhí)峁┮罁?jù)。今年,我院新引進(jìn)了無人機航拍屋頂,能夠清晰、快速的對屋頂進(jìn)行分析。
四、屋頂分布式電站選址建議
1、首先注意原廠房的設(shè)計使用功能。
根據(jù)《建筑防火設(shè)計規(guī)范》GB50016-2014,生產(chǎn)車間以及存儲倉庫的火災(zāi)危險等級可以分為甲、乙、丙、丁、戊類,由于甲、乙類廠房及倉庫火災(zāi)危險等級較高,因此嚴(yán)禁在該類廠房上部建設(shè)光伏電站,丙類廠房和倉庫可以根據(jù)下部廠房的使用功能并且結(jié)合生產(chǎn)工藝綜合確定,丁、戊類廠房可以作為電站的建設(shè)地點。
2、臨建廠房禁止建設(shè)光伏電站。
根據(jù)規(guī)范要求建筑的設(shè)計使用年限1、臨時性結(jié)構(gòu)5年;2、易于替換結(jié)構(gòu)構(gòu)件25年;普通房屋和構(gòu)筑物50年;4、紀(jì)念性和特別重要的建筑結(jié)構(gòu)100年。
光伏電站設(shè)計使用壽命為25年,臨建結(jié)構(gòu)不能滿足電站設(shè)計的使用耐久性的要求,因此臨建建筑物和構(gòu)筑物不能進(jìn)行光伏電站的建設(shè)。尤其是廠區(qū)內(nèi)建設(shè)的一些臨時通道,臨時車棚等建筑。
3、廠房的使用壽命已經(jīng)大于10年,并且屋頂彩鋼板銹蝕嚴(yán)重或者防水層破漏水較為嚴(yán)重,對于這樣的廠房要慎重選擇。
4、選擇廠房的結(jié)構(gòu)承載能力滿足光伏電站建設(shè)承載力要求。根據(jù)《光伏電站設(shè)計規(guī)范》GB50797-2012的3.0.7的要求,在既有建筑物上面增設(shè)光伏發(fā)電系統(tǒng),必須進(jìn)行建筑物結(jié)構(gòu)和電氣的復(fù)核,并應(yīng)滿足建筑物結(jié)構(gòu)及電氣的安全要求。
根據(jù)該規(guī)范10.1.4要求,在既有建筑物上面增設(shè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的時候,應(yīng)根據(jù)建筑物的種類分別按照《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》GB50144和《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》GB50292的規(guī)定進(jìn)行可靠性鑒定。
位于抗震設(shè)防烈度為6~9度地區(qū)的建筑還應(yīng)該根據(jù)其設(shè)防烈度、抗震設(shè)防類別、后續(xù)使用年限和結(jié)構(gòu)類型,按照《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》GB50023的規(guī)定進(jìn)行抗震鑒定。
5、適宜建設(shè)電站的屋面形式。
?。?)滿足前面四條所提出的要求。
?。?)屋面彩鋼板形式為角馳型或者直立鎖邊型彩鋼板
?。?)混凝土屋面防水良好。
(4)屋面突出物、遮擋物較少
五、屋頂分布式電站建設(shè)要點分析
1、鋼筋混凝土屋面
鋼筋混凝土屋面分為上人屋面和不上人屋面,上人屋面多為平屋面,不上人屋面中平屋面與坡屋面均常見。平屋面的廠房結(jié)構(gòu)形式多為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),排水坡度多為材料找坡2%;坡屋面的廠房結(jié)構(gòu)形式多為鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu),常見坡度為10%。
其中框架結(jié)構(gòu)屋面形式多為框梁或混凝土次梁上鋪混凝土板或現(xiàn)澆鋼筋混凝土板;排架結(jié)構(gòu)屋面形式多為混凝土屋面梁上鋪設(shè)預(yù)制鋼筋混凝土屋面板。上人屋面的屋面活荷載多為2.0kN/m2,不上人屋面的屋面活荷載多為0.5kN/m2。根據(jù)屋面防水形式的不同,屋面又分為柔性防水屋面(防水層外露)和剛性防水屋面(防水層在內(nèi)部,外表面多為40厚細(xì)石混凝土)。
對不同結(jié)構(gòu)形式的廠房及不同防水形式的屋面,支架設(shè)計采用不同的設(shè)計方案。對于鋼筋混凝土屋面,光伏組件可沿屋面坡度平行鋪設(shè),也可設(shè)計成一定傾角的方式布置。
光伏電站同鋼筋混凝土屋面結(jié)構(gòu)的連接方式主要有(1)混凝土配重、(2)植筋連接、(3)結(jié)構(gòu)膠連接。
2、彩鋼板形式屋面
光伏電站同鋼筋混凝土屋面結(jié)構(gòu)的連接方式主要有(1)通過光伏專用夾具連接(2)通過鉚釘固定或者冷焊連接。彩鋼板屋面一般原廠房設(shè)計恒荷載多為0.3KN/㎡,屋頂光伏電站滿布荷載為0.15KN/㎡。
3、屋頂分布式電站設(shè)備選型
屋頂分布式光伏電站設(shè)備按照安全、可靠、經(jīng)濟、靈活的原則選型。
安全性:設(shè)備需滿足相關(guān)設(shè)計規(guī)范,保證操作、運行的安全可靠,對可能出現(xiàn)的誤操作具備安全保護(hù)功能。
可靠性:設(shè)備需具備可靠連續(xù)運行能力和故障時可靠斷開故障的能力。
經(jīng)濟性:設(shè)備選擇需考慮經(jīng)濟指標(biāo)(包括降低損耗、減少投資等),保證項目的盈利能力。
靈活性:設(shè)備選擇需考慮運行維護(hù)方便靈活,減少維護(hù)成本和時間,方便后期擴建。
4、分布式光伏電站主要電氣設(shè)備
分布式光伏電站主要電氣設(shè)備有逆變器、升壓變、匯流箱、開關(guān)柜等。
逆變器
逆變器主要有組串式逆變器和集中式逆變器
1)組串式逆變器具有單機功率小,應(yīng)用靈活,多路MPPT,有效改善失配,減少發(fā)電量損失等優(yōu)點,但是單位容量價格較高。適合分散布置,傾角變化較多的光伏電站。
2)集中式逆變器具有方便后期維護(hù)檢修,單位容量價格較低的優(yōu)點,但MPPT路數(shù)較少。適用于集中布置傾角一致的光伏陣列。
升壓變
光伏電站升壓變布置于陣列區(qū),多采用箱式變電站。目前箱式變電站使用較多的有美變(油變)和歐變(干變)兩種。
匯流箱
匯流箱主要有交流匯流箱(配合組串逆變器陣列使用)和直流匯流箱(配合集中式逆變器使用)兩種。
開關(guān)柜(并網(wǎng)柜)
開關(guān)柜根據(jù)并網(wǎng)電壓不同分為低壓柜和高壓柜。并網(wǎng)開關(guān)柜選擇應(yīng)滿足并網(wǎng)要求、運行可靠、操作方便。
六、屋頂電站建設(shè)特殊性
1、輕鋼屋面的光伏電站尤其要注重原建筑物的結(jié)構(gòu)安全性。
2、輕鋼屋面更應(yīng)注重檢修運維通道的規(guī)劃設(shè)計,設(shè)計檢修步道。
3、設(shè)計前期應(yīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)和電氣安全復(fù)核,并評估廠區(qū)的電力消納情況,確定合適的并網(wǎng)方式。
4、對卷材防水屋面,在每個配重塊下應(yīng)設(shè)置了防水加強層;規(guī)劃施工通道,通道鋪設(shè)耐踩壓草氈,避免施工時破壞屋頂防水層;并且,施工時及時將配重塊安放就位,嚴(yán)禁出現(xiàn)屋面堆載的情況。
5、對于藥廠、糧庫等特殊廠區(qū),要特別注意施工組織和消防等問題。