上海市建筑科學(xué)研究院 邱喜蘭 范 宏 武徐強(qiáng) 李 睿

上海市分布式光伏發(fā)電發(fā)展規(guī)劃研究

上海市建筑科學(xué)研究院 邱喜蘭 范 宏 武徐強(qiáng) 李 睿

在對(duì)本市太陽(yáng)能光伏項(xiàng)目建設(shè)情況進(jìn)行全面的調(diào)研與分析的基礎(chǔ)上，明確了本市太陽(yáng)能光伏發(fā)展的階段與方向；并對(duì)本市光伏資源進(jìn)行了進(jìn)一步評(píng)估分析，其中包括本市太陽(yáng)能輻射資源與建筑屋頂資源情況，經(jīng)測(cè)算，本市約共有2億m2的屋頂面積，其中可加以利用的屋頂約占40%，經(jīng)對(duì)其建筑功能類(lèi)型的組成結(jié)構(gòu)分析后，提出本市大力推進(jìn)分布式光伏發(fā)電的實(shí)施途徑是先工業(yè)建筑再公共建筑，然后再別墅等居住建筑，建設(shè)類(lèi)型分先新建建筑再既有建筑的實(shí)施路徑，并結(jié)合本市目前城市建設(shè)重點(diǎn)，提出了規(guī)劃布局建議。

分布式；光伏發(fā)電；屋頂資源

1 國(guó)內(nèi)外分布式光伏發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外分布式光伏發(fā)展

發(fā)達(dá)國(guó)家在光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的研究上起步較早，美國(guó)、日本、德國(guó)等國(guó)在分布式光伏發(fā)展領(lǐng)域積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。

美國(guó)是最早進(jìn)行光伏能并網(wǎng)發(fā)電的國(guó)家，自1974年開(kāi)始陸續(xù)頒布推動(dòng)能源可持續(xù)發(fā)展的相關(guān)法令，并在1997年6月推出“百萬(wàn)太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃”，2010年7月美國(guó)參議院能源委員會(huì)又通過(guò)了“千萬(wàn)太陽(yáng)能屋頂提案”，該提案計(jì)劃每年投專(zhuān)項(xiàng)資金用于補(bǔ)貼在建筑上安裝太陽(yáng)能系統(tǒng)。美國(guó)能源部制定了太陽(yáng)能發(fā)電的技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)圖，其中太陽(yáng)能光伏發(fā)電預(yù)計(jì)到2020年將占美國(guó)發(fā)電裝機(jī)增量的15%左右，累計(jì)安裝量達(dá)到2000萬(wàn)kW。

日本1994年提出實(shí)施“朝日七年計(jì)劃”，要求所有新建的房屋都將采用太陽(yáng)能供電。2008年11月,又發(fā)布了“太陽(yáng)能發(fā)電普及行動(dòng)計(jì)劃”,確定了太陽(yáng)能發(fā)電量到2030年的發(fā)展目標(biāo)是要達(dá)到2005年的40倍。2009年底，日本光伏發(fā)電裝機(jī)總量達(dá)到297.7萬(wàn)kW，其中戶(hù)用光伏系統(tǒng)裝機(jī)容量占比約80%。2010年底安裝了5000MW屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)。

德國(guó)的太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)始于“千屋頂計(jì)劃”。1991年，政府為每位安裝太陽(yáng)能屋頂?shù)淖?hù)提供補(bǔ)貼，使新住房與可再生能源發(fā)電需求兼容，并鼓勵(lì)民眾消費(fèi)太陽(yáng)能。德國(guó)政府除了提供10年無(wú)息信貸，還提供37.5%的補(bǔ)貼。此外還制定了相關(guān)的政策保障輸電商對(duì)屋頂太陽(yáng)能發(fā)電電量的優(yōu)先購(gòu)買(mǎi)并保證太陽(yáng)能發(fā)電電價(jià)高于常規(guī)能源發(fā)電的電價(jià)。截至2013年2月底，德國(guó)光伏發(fā)電裝機(jī)3287萬(wàn)kW，居世界第一位，其中大多數(shù)為分布式光伏發(fā)電。為適應(yīng)分布式光伏規(guī)?；l(fā)展的需要，德國(guó)積極采取措施，引導(dǎo)和規(guī)范分布式光伏發(fā)展，有效解決規(guī)模化并網(wǎng)帶來(lái)的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。

近幾年來(lái)，發(fā)達(dá)國(guó)家主要開(kāi)拓屋頂式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，其原因是發(fā)達(dá)國(guó)家電網(wǎng)分布密集，電網(wǎng)峰值用電電費(fèi)較高，在太陽(yáng)光好的地區(qū)采用光伏發(fā)電的電價(jià)已經(jīng)接近商品電價(jià)。

1.2 國(guó)內(nèi)分布式光伏發(fā)展

中國(guó)對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電的研究和政府政策支持自1980年以后逐步開(kāi)始，。

20世紀(jì)90年代中后期，我國(guó)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)進(jìn)入穩(wěn)步發(fā)展時(shí)期，太陽(yáng)能電池及組件產(chǎn)量逐年穩(wěn)步增加。經(jīng)過(guò)30年的努力，21世紀(jì)初我國(guó)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)迎來(lái)了快速發(fā)展的新階段。雖然我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，但是目前我國(guó)光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝容量仍不及生產(chǎn)容量的2%，生產(chǎn)與需求之間還存在很大的差距。

2002年政府啟動(dòng)了“光明工程”，重點(diǎn)發(fā)展太陽(yáng)能光伏發(fā)電。2009年開(kāi)始，推出太陽(yáng)能光電建筑應(yīng)用示范項(xiàng)目和金太陽(yáng)示范工程，我國(guó)光伏應(yīng)用發(fā)展進(jìn)入快速增長(zhǎng)階段。從2002年至2010年，中國(guó)光伏裝機(jī)容量從20.3MW增加到500MW，增長(zhǎng)了23.6倍；光伏發(fā)電累計(jì)容量從45MW增加到797.5MW，增加了16.7倍。截至2013年上半年，我國(guó)光伏發(fā)電累計(jì)建設(shè)容量已經(jīng)達(dá)到10.77GW，其中大型光伏電站5.49GW，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)5.28GW。

目前，國(guó)內(nèi)光伏企業(yè)按照政府的扶持政策大力發(fā)展分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目，其未來(lái)的應(yīng)用規(guī)模大小與政府的規(guī)劃和補(bǔ)貼程度是分不開(kāi)的。而國(guó)內(nèi)的分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目需從工業(yè)園區(qū)、企業(yè)廠房、經(jīng)濟(jì)園區(qū)等集中示范區(qū)起步。今后，隨著分布式光伏發(fā)電技術(shù)和政策的完善，可以率先在城鎮(zhèn)工業(yè)園區(qū)、經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)、大型公共設(shè)施建筑屋頂，建設(shè)與建筑相結(jié)合的分布式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。

在國(guó)家的光伏電價(jià)及補(bǔ)貼等政策的大力支持下，我國(guó)分布式光伏將進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。各方需要在國(guó)家宏觀政策指導(dǎo)下，借鑒國(guó)際經(jīng)驗(yàn)，吸取風(fēng)電發(fā)展的、經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，促進(jìn)分布式光伏的健康可持續(xù)發(fā)展。

2 上海市太陽(yáng)能光伏發(fā)電現(xiàn)狀

2.1 上海市光伏發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)總況

從“十一五”開(kāi)始，上海市開(kāi)展太陽(yáng)能光伏建設(shè)工作，早期的工程有崇明前衛(wèi)村1 MWp光伏發(fā)電工程、以及世博園區(qū)集中建成大規(guī)模的光伏一體化示范工程，建筑節(jié)能積極推動(dòng)了光伏建筑應(yīng)用一體化發(fā)展；2009年出臺(tái)實(shí)施的金太陽(yáng)示范工程政策進(jìn)一步快速規(guī)?；苿?dòng)了本市光伏裝機(jī)容量發(fā)展。

上海市太陽(yáng)能光伏項(xiàng)目建設(shè)類(lèi)型按電量消納形式分為以全部上網(wǎng)的電站與自發(fā)自用為主的分布式光伏。經(jīng)課題組調(diào)研，上海地區(qū)共有光伏電站9個(gè)項(xiàng)目，其裝機(jī)容量為16.4MWP；分布式光伏項(xiàng)目共有40個(gè)，裝機(jī)規(guī)模擁有208.1MWp，約占總裝機(jī)量的93%，以分布式光伏項(xiàng)目為主，這是上海作為特大型城市土地資源緊缺特性決定的。

在已建光伏項(xiàng)目中，從政策補(bǔ)貼角度分析，其中獲得金太陽(yáng)示范工程政策支持的共有15個(gè)項(xiàng)目，共計(jì)裝機(jī)規(guī)模為167.2MWp，占全市光伏總裝機(jī)規(guī)模的74%；另外獲得光電建筑示范政策補(bǔ)貼的項(xiàng)目共有13個(gè)，總計(jì)裝機(jī)規(guī)模為9.7MWp，占總裝機(jī)規(guī)模的4%，其中分布式光伏項(xiàng)目共有10個(gè)，電站項(xiàng)目為3個(gè)；其他光伏項(xiàng)目裝機(jī)容量約為35.9MWp。

2.2 上海市光伏發(fā)電項(xiàng)目運(yùn)行總況

課題組通過(guò)對(duì)典型具體項(xiàng)目深入調(diào)研，對(duì)本市太陽(yáng)能光伏發(fā)電項(xiàng)目的發(fā)電效率實(shí)施分析，目前項(xiàng)目實(shí)際發(fā)電量基本能達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期，單位功率發(fā)電量0.74～1.02kWh/Wp，平均年發(fā)電量0.92kWh/Wp。

課題組經(jīng)對(duì)11個(gè)典型項(xiàng)目的深入調(diào)研分析，從電池組件分析，光伏發(fā)電項(xiàng)目采用單晶硅有9個(gè)，有2個(gè)項(xiàng)目全部采用多晶硅。從發(fā)電效率角度分析，單晶硅系統(tǒng)效率有8%～14%，多晶硅系統(tǒng)效率為8%；薄膜效率為6%左右。各光伏項(xiàng)目發(fā)電量占建筑用電量的比例為0.72%～5.6%，其發(fā)電規(guī)模僅占用電量的很小比例?？梢?jiàn)上海目前光伏項(xiàng)目多數(shù)是以單晶硅組件為主要安裝產(chǎn)品形式。

各個(gè)項(xiàng)目的發(fā)電效率存有一定的差異，其主要差異在于光伏安裝屋頂?shù)某蚺c光伏板安裝的角度，其中多個(gè)項(xiàng)目采用了25°為傾斜角度，其發(fā)電效率為中等偏上水平，也可認(rèn)為其為上海地方安裝太陽(yáng)能光伏適宜角度。

光伏項(xiàng)目運(yùn)行存有系統(tǒng)管理簡(jiǎn)單，維護(hù)工作量小的特點(diǎn)，但也因此存有缺乏維護(hù)管理的情況，在運(yùn)作中存在的設(shè)備損壞及故障主要有以下3點(diǎn)。

（1）系統(tǒng)配件的壽命要低于電池組件，如逆變器故障是項(xiàng)目中出現(xiàn)的主要問(wèn)題。

（2）支撐電池組件的支架經(jīng)受風(fēng)吹雨打，其產(chǎn)品質(zhì)量易出現(xiàn)問(wèn)題，或因前期設(shè)計(jì)考慮不當(dāng)引起光伏板的破損。

（3）存有工控機(jī)故障問(wèn)題，部分項(xiàng)目無(wú)法顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息等情況。

其他簡(jiǎn)單電氣故障問(wèn)題。

3 上海市光伏資源評(píng)估分析

3.1 各區(qū)太陽(yáng)能資源情況

表1、圖1為上海各區(qū)太陽(yáng)能資源情況匯總。

表1 上海1999-2008年10年平均各區(qū)縣太陽(yáng)能總輻射量與日照時(shí)數(shù)1）

根據(jù)上述資料反映，上海屬我國(guó)太陽(yáng)能資源第III類(lèi)地區(qū)，太陽(yáng)能總輻照量約為4580MJ/(m2.a)，年日照時(shí)間近2000h，屬于太陽(yáng)能可利用地區(qū)。

根據(jù)光伏組件產(chǎn)品檢測(cè)與實(shí)踐，單位建筑面積的裝機(jī)容量約為100～150W/m2。

3.2 本市建筑屋頂資源分析

本市推行發(fā)展分布式光伏發(fā)電主要是結(jié)合建筑屋頂實(shí)施，對(duì)本市建筑屋頂資源的評(píng)估分析是制定本市分布式光伏發(fā)展規(guī)劃目標(biāo)的基礎(chǔ)。

（1）本市建筑屋頂規(guī)?？倹r

根據(jù)2013年上海統(tǒng)計(jì)年鑒建筑規(guī)模數(shù)據(jù)，結(jié)合工程設(shè)計(jì)規(guī)范與工程實(shí)際案例，對(duì)各功能類(lèi)型建筑選取平均樓層，具體可詳見(jiàn)表2，由此估算得到本市共有屋頂面積約為2億m2。圖2為全市屋頂建筑面積分類(lèi)。

本市共有屋頂面積為2.16億m2，該數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)[1]中提及的2010年全市的屋頂面積為19208.63萬(wàn)m2數(shù)值較為接近。也與本市早年前的“十萬(wàn)屋頂計(jì)劃”中提及的上海2億m2屋頂面積接近。

（2）可利用屋頂資源分析

考慮建筑功能類(lèi)型、屋頂設(shè)備占用、建筑型態(tài)、結(jié)構(gòu)、遮擋等因素，選取多層公寓、別墅、工廠、倉(cāng)庫(kù)、學(xué)校、商場(chǎng)店鋪、辦公建筑等7類(lèi)功能建筑，并根據(jù)工程案例與經(jīng)驗(yàn)值分別對(duì)各類(lèi)建筑選取屋頂可利用率，根據(jù)工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)為本市多數(shù)建筑朝向?yàn)槟媳背颍M(jìn)一步分析測(cè)算本市可利用屋頂面積共有8836萬(wàn)m2（詳見(jiàn)表3），約為上海市總屋頂面積的41%。

在可利用建筑屋頂中，各建筑類(lèi)型的結(jié)構(gòu)情況如圖3所示，其中工廠建筑占到50%，倉(cāng)庫(kù)占到13%；其次主要多層公寓占到23%，別墅型住宅占到8%。

圖1 上海市各區(qū)縣年太陽(yáng)總輻資源分布圖

表2 2012年全市建筑面積與屋頂面積情況表萬(wàn)m2

圖2 全市屋頂面積建筑類(lèi)型分布結(jié)構(gòu)

4 本市分布式光伏發(fā)電發(fā)展路徑

太陽(yáng)能光伏發(fā)電受日照輻射具有較強(qiáng)的時(shí)段性，其供能特征較適合于白晝用能，夜間休停的功能建筑，主要包括工業(yè)建筑與公共建筑；同時(shí)工業(yè)建筑多為大跨度建筑，有較大面積的屋頂，且工業(yè)園區(qū)內(nèi)建筑層高普遍較低，日照無(wú)遮擋情況良好，因此工業(yè)廠房建筑是分布式光伏發(fā)電大規(guī)模推廣的主要途徑。

同時(shí)從建設(shè)性質(zhì)分析，在新建建筑領(lǐng)域中，在建設(shè)源頭推進(jìn)太陽(yáng)能光伏一體化從建設(shè)效果以及監(jiān)管方式上均有一定的保障，因此，認(rèn)為推行分布式光伏建設(shè)應(yīng)積極先推進(jìn)新建建筑，后再既有建筑。

（1）發(fā)展原則

本市以創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，改革發(fā)展為動(dòng)力，積極貫徹國(guó)家發(fā)展可再生能源政策與方針，基于本市太陽(yáng)能資源實(shí)況與城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀，科學(xué)制定合理發(fā)展目標(biāo)，有序有重點(diǎn)的推進(jìn)發(fā)展目標(biāo)。

（2）發(fā)展思路

以先新建筑后再既有建筑，先工業(yè)建筑再公共建筑、別墅為實(shí)施路徑，分領(lǐng)域分行業(yè)推進(jìn)分布式光伏建設(shè)任務(wù)。

（3）發(fā)展布局

結(jié)合本市目前正在推進(jìn)的重點(diǎn)建設(shè)板塊，提出本市郊區(qū)新城建設(shè)、低碳實(shí)踐區(qū)、國(guó)家級(jí)與市級(jí)工業(yè)園區(qū)、以及政府投資公益建筑，學(xué)校建筑、別墅建筑為重點(diǎn)推行分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目的重要領(lǐng)域。

表3 上海市可利用屋頂資源分析測(cè)算萬(wàn)m2

圖3 上海市可利用屋頂面積建筑類(lèi)型分布結(jié)構(gòu)

[1]．王逸民，《被忽視的資源：屋頂?shù)睦谩?，上海房產(chǎn)[J]2012．11，P29～31

Study on the Development Planning of Distributed Photovoltaic Power Generation in Shanghai

Qiu xi lan,Fan hong wu,Xu qiang,Li rui

On the basis of investigationand analysis ontheconstructionof comprehensive situation of solar PV projects,we clear the stage and the direction of the solar PV development in Shanghai.And we make further evaluation and analysison the photovoltaic resources of the city,including the solar radiation resources and the resources of the building roof.After these measures,there are about 200 million square meters roof area, 40%of which can be used.Through the analysis of the composition structure of these building function types,we proposed the implementation way of the city vigorously promotedistributed photovoltaic power generation is thatindustrial building first then public building,and then coming to villa and so on.By the construction type is newly buildings first and then the existing buildings.We put forward the position program combined with the this municipality's key urban construction.

distributed,photovoltaic power generation,roof resource

邱喜蘭，女，1982.9，工程師，主要從事建筑工程技術(shù)咨詢(xún)工作。