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董曉青:屋頂分布式光伏發(fā)電設(shè)計(jì)建設(shè)優(yōu)化要點(diǎn)分析

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(shì),預(yù)計(jì)到2020年,光伏裝機(jī)容量將達(dá)到150GW,平均每年以20GW的裝機(jī)容量遞增,而分布式光伏的占比,將提升到40%。
董曉青:屋頂分布式光伏發(fā)電設(shè)計(jì)建設(shè)優(yōu)化要點(diǎn)分析
 
  一、屋頂分布式光伏發(fā)電發(fā)展趨勢(shì)
  
  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(shì),預(yù)計(jì)到2020年,光伏裝機(jī)容量將達(dá)到150GW,平均每年以20GW的裝機(jī)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(xiàng)目
  
  3、國(guó)家電價(jià)政策的影響:2017年“630”之后并網(wǎng)的電站。電價(jià)下調(diào),而分布式的補(bǔ)貼政策不變。
  
  4、完美實(shí)現(xiàn)“自發(fā)自用,就地消納余”對(duì)改善能源結(jié)構(gòu)起到強(qiáng)勁帶動(dòng)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(duì)于地面電站,業(yè)內(nèi)普遍對(duì)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(xiàng)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(shí)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(jì)理念的滲透、完善的施工組織管理尤顯重要!
  
  一個(gè)優(yōu)秀的設(shè)計(jì)院,一定要在分布式的設(shè)計(jì)各環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化,提升系統(tǒng)效率,為后期的運(yùn)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(píng)估
  
  很多業(yè)主投資屋頂光伏電站時(shí),都會(huì)非常關(guān)注屋頂光伏的可行性、裝機(jī)容量、投資收益、合作模式的等問(wèn)題,而分布式屋頂光伏勘察屬于項(xiàng)目的前期工作,通過(guò)實(shí)地勘察,搜集屋頂相關(guān)資料,為后續(xù)設(shè)計(jì)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(duì)屋面電站進(jìn)行評(píng)估的一個(gè)重要因素。前期對(duì)屋頂電站踏勘總結(jié)起來(lái)主要包括以下幾個(gè)要素:
  
  (1)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(jì)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(gè)表格,對(duì)該屋面進(jìn)行評(píng)價(jià)。
  
  這是我院采用的對(duì)屋頂評(píng)估的表格,供大家參考
 
  董曉青:屋頂分布式光伏發(fā)電設(shè)計(jì)建設(shè)優(yōu)化要點(diǎn)分析
 
  2、先進(jìn)設(shè)備的應(yīng)用
  
  要了解每一個(gè)屋頂?shù)恼鎸?shí)情況,必須進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)踏勘,太陽(yáng)能光伏電站現(xiàn)場(chǎng)踏勘一般采用GPS定位,拍現(xiàn)場(chǎng)照片,測(cè)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(shí)際廠房定位關(guān)系,拍照片可以真實(shí)反映廠房的現(xiàn)階段的狀況,測(cè)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(wú)人機(jī)航拍屋頂,能夠清晰、快速的對(duì)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(jì)使用功能。
  
  根據(jù)《建筑防火設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50016-2014,生產(chǎn)車(chē)間以及存儲(chǔ)倉(cāng)庫(kù)的火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)可以分為甲、乙、丙、丁、戊類,由于甲、乙類廠房及倉(cāng)庫(kù)火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)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(cāng)庫(kù)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(diǎn)。
  
  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(jì)使用年限1、臨時(shí)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(jì)使用壽命為25年,臨建結(jié)構(gòu)不能滿足電站設(shè)計(jì)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(shí)通道,臨時(shí)車(chē)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(duì)于這樣的廠房要慎重選擇。
 
  董曉青:屋頂分布式光伏發(fā)電設(shè)計(jì)建設(shè)優(yōu)化要點(diǎn)分析
 
  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(jì)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(shí)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。
  
 ?。?)屋面突出物、遮擋物較少
  
  五、屋頂分布式電站建設(shè)要點(diǎn)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(jiàn)。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(jiàn)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(duì)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(jì)采用不同的設(shè)計(jì)方案。對(duì)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(jì)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(guò)光伏專用夾具連接(2)通過(guò)鉚釘固定或者冷焊連接。彩鋼板屋面一般原廠房設(shè)計(jì)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(jì)、靈活的原則選型。
  
  安全性:設(shè)備需滿足相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范,保證操作、運(yùn)行的安全可靠,對(duì)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(yùn)行能力和故障時(shí)可靠斷開(kāi)故障的能力。
  
  經(jīng)濟(jì)性:設(shè)備選擇需考慮經(jīng)濟(jì)指標(biāo)(包括降低損耗、減少投資等),保證項(xiàng)目的盈利能力。
  
  靈活性:設(shè)備選擇需考慮運(yùn)行維護(hù)方便靈活,減少維護(hù)成本和時(shí)間,方便后期擴(kuò)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(kāi)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(jī)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(diǎn),但是單位容量?jī)r(jià)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?jī)r(jià)格較低的優(yōu)點(diǎn),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(kāi)關(guān)柜(并網(wǎng)柜)
  
  開(kāi)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(kāi)關(guān)柜選擇應(yīng)滿足并網(wǎng)要求、運(yùn)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(yùn)維通道的規(guī)劃設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)檢修步道。
  
  3、設(shè)計(jì)前期應(yīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)和電氣安全復(fù)核,并評(píng)估廠區(qū)的電力消納情況,確定合適的并網(wǎng)方式。
  
  4、對(duì)卷材防水屋面,在每個(gè)配重塊下應(yīng)設(shè)置了防水加強(qiáng)層;規(guī)劃施工通道,通道鋪設(shè)耐踩壓草氈,避免施工時(shí)破壞屋頂防水層;并且,施工時(shí)及時(shí)將配重塊安放就位,嚴(yán)禁出現(xiàn)屋面堆載的情況。
  
  5、對(duì)于藥廠、糧庫(kù)等特殊廠區(qū),要特別注意施工組織和消防等問(wèn)題。

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