分布式光伏發電項目在城區既有建筑中的建設流程及難點分析

郭錦平，李 超，殷義華

(1.巨安儲能武漢科技有限責任公司，武漢 430223；2.武漢市洪山統籌發展投資有限公司，武漢 430070；3.武漢洪山中雄置地有限公司，武漢 430070)

0 引言

與碳達峰、碳中和(下文簡稱為“雙碳”)相關的政策不斷出臺，此類政策將能源向綠色低碳轉型列為重點工作內容?！丁笆奈濉比珖鞘谢A設施建設規劃的通知》[1](建城[2022]57號)中，明確提出開展“城市能源系統安全保障和綠色化提升行動，推進分布式可再生能源和建筑一體化利用，有序推進主動配電網、微電網、交直流混合電網應用，提高分布式電源與配電網協調能力。因地制宜地推動城市分布式光伏發展”的要求。

為探究分布式光伏發電在城區建筑中的實施路徑，本文以武漢城區既有建筑建設分布式光伏發電項目為例，分析城區既有建筑建設此類項目的流程，對建設過程中的難點進行總結，形成在城區既有建筑中建設分布式光伏發電項目的解決方案，最終實現分布式光伏發電對既有建筑的綠色低碳能源供給，實踐國家的“雙碳”戰略。

1 政策依據

中國政府、相關行業及企業發布的關于分布式光伏發電項目的文件較多，針對電力接入、場站選址、建設要求、裝機規模等方面提出了具體要求。

2019年武漢市自然資源和規劃局出臺了《關于建筑物頂部建設分布式光伏發電設施規劃管理意見》[2]的通知，針對在武漢城區既有建筑物頂部建設分布式光伏發電設施提出了具體要求，明確了武漢市“兩江四岸及歷史文化街區”為控規區，且指出光伏發電設施的設計方案應滿足文件提出的要求。這為在武漢城區開展屋頂分布式光伏發電項目提供了政策依據。

2021年6月20日國家能源局綜合司發布了《關于報送整縣(市、區)屋頂分布式光伏開發試點方案的通知》[3]，該文件明確提出“黨政機關建筑屋頂總面積可安裝光伏發電比例不低于50%；學校、醫院、村委會等公共建筑屋頂總面積可安裝光伏發電比例不低于40%；工商業廠房屋頂總面積可安裝光伏發電比例不低于 30%；農村居民屋頂總面積可安裝光伏發電比例不低于20%”，這為分布式光伏發電在城市屋頂的投資建設拉開了序幕。

2 分布式光伏發電項目建設流程分析

分布式光伏發電項目在城區既有建筑中的建設根據資金來源分為居民個人投資與企業投資兩大類。若為居民個人投資，則流程較為簡單，主要是確定施工單位、簽訂合同、申請并網這3個步驟；若為企業投資，則涉及站場選址、商業模式策劃、合作協議簽訂、工程設計、項目備案、并網申請、工程施工、竣工驗收、并網發電等多個流程。

2.1 站場選址

按類型不同，分布式光伏發電項目可選擇的既有建筑類型包括商業建筑、住宅建筑、公共建筑等；按產權所屬不同，建筑產權分為共有產權、單一產權等類型。分布式光伏發電項目的站場選址主要從技術和商務兩個維度進行選擇，所涉及內容如下。

2.1.1 站場選址的主要技術因素

分布式光伏發電項目主要執行的技術規范有GB/T 51368—2019《建筑光伏系統應用技術標準》[4]、GB/T 38946—2020《分布式光伏發電系統集中運維技術規范》[5]，這些規范從安全、經濟等維度對建設條件與站址提出了具體要求。以屋頂分布式光伏發電項目為例[6]，站址選擇時需重點關注以下幾個方面。

1)建筑高度：建筑物高度直接影響到項目安全、施工難度、運維費用等方面，當建筑物樓層數超過12層時，光伏支架和支架基礎的抗風能力和承載力也需要顯著提高，具體采用何種支架及基礎形式需要進行專題論證分析。

2)建筑屋頂可利用面積：建筑屋頂可利用面積直接決定了分布式光伏發電項目的規模，可利用面積受建筑物自身結構及周邊建筑形成的陰影的影響較大。因此，在選擇站址時應充分考慮站址屋頂結構和周邊建筑的遮擋，以免產生不必要的損耗。

3)建筑屋頂類型：城市建筑的屋頂類型，從形式上看，主要包括平屋頂、坡屋頂等；從結構荷載來看，又可以分為上人屋頂和不能上人屋頂兩種。屋頂分布式光伏發電項目在項目選址過程中應充分考慮建筑結構承載力、屋面防水性能、建筑屋頂形式等影響因素，避免因分布式光伏發電項目的建設影響房屋整體安全性。

4)建筑使用年限：分布式光伏發電項目的運營周期長達25年，在選址時要考慮現有建筑物的使用年限及屋頂材料的壽命，避免出現項目的運營周期超過建筑物使用年限和屋頂材料壽命的情況。

5)周邊電網情況：分布式光伏發電項目受裝機容量的限制，一般選擇380 V電壓接入，因此在站址選擇時，應充分征求當地電網公司的意見，避免后期因并網接入造成不必要的損失。

2.1.2 站場選址的主要商務因素

分布式光伏發電項目在選擇建設地點時，需從建筑物產權、電力負荷曲線、售電電價等幾個方面進行分析，保障站場選址不影響收益。

1)建筑物產權：分布式光伏發電項目運營周期較長，因此優先選擇與產權方簽訂相關合同，以保障項目的運營周期。

2)電力負荷：建筑物的電力負荷根據用途決定，電力負荷較大的建筑物主要有商業建筑、醫院建筑、工業建筑，在電力負荷較大的建筑物開展分布式光伏發電項目能較好地提升消納比例，實現較好的經濟效益。

3)售電電價：分布式光發電伏項目的主要收益來源為賣電收入，因此項目所在地的售電電價成為選址時的重要考慮因素。

2.2 商業模式選擇

現階段分布式光伏發電項目主要結合其所在地區，以自有資金+工程總承包(EPC)建設、第三方投建+場地租金、金融分期+EPC建設、第三方投建+合同能源管理4種商業模式開展項目投資，實現場地方、投資方、建設方的多方共贏合作模式[7]。下文對各商業模式的特點分別進行分析。

2.2.1 自有資金+EPC建設的商業模式

自有資金+EPC建設的商業模式是采用產權方自有資金投資，同時結合EPC的方式進行分布式光伏發電項目的建設。其主要優點是發電收益及光伏發電項目產權全部歸產權方所有，可以有效減少產權方在用電方面的支出，同時也可以為產權方增加收益來源；主要缺點是需占用產權方大量資金，且需承擔項目后期的運維費用。

2.2.2 第三方投建+場地租金的商業模式

第三方投建+場地租金的商業模式是指由產權方收取場地租金，第三方投資建設分布式光伏發電項目的模式。其主要優點是產權方有穩定收益，第三方公司通過售電獲得收益；缺點是只適合占地面積較大的項目。

2.2.3 金融分期+EPC建設的商業模式

金融分期+EPC建設的商業模式是指由EPC建設方引入金融機構，然后利用產權方場地建設分布式光伏發電項目，建設完成后，通過發電收益覆蓋金融機構貸款，剩余的費用歸產權方，EPC建設方通過項目建設獲得收益。此商業模式的主要優點是產權方無需承擔項目建設初始投資資金；缺點為當發電收益不能覆蓋金融成本時，產權方可能要代為歸還金融成本利息。為避免后期收益不能覆蓋金融成本，可以在項目投資階段，要求EPC建設方對發電指標進行承諾或簽訂不能覆蓋金融成本時由EPC建設方負責承擔該部分費用的協議，直至項目發電收益能夠覆蓋金融成本。

2.2.4 第三方投建+合同能源管理的商業模式

第三方投建+合同能源管理的商業模式是指由第三方公司利用產權方場地建設分布式光伏發電項目，將項目所發電量以一定折扣銷售給產權方。此商業模式的主要優點是產權方不用投資就能通過享受優惠電量，獲得一定的經濟效益；缺點為投資方的收益主要受產權方電量消納比例的影響。因此，采用此種商業模式時分布式光伏發電項目一般適用于電力負荷與光伏發電曲線相適配的工商業、建在醫院等場所。

2.3 工程設計

分布式光伏發電項目的工程設計需由取得電力行業新能源設計資質的企業進行，項目在設計階段要重點考慮將站址特點與商業模式進行結合，最終形成技術先進、經濟性較優、安全可靠的設計方案[8]。進行工程設計時需重點關注以下幾點。

2.3.1 光伏場區的設計要點

分布式光伏發電項目的光伏場區布置方式主要分為平屋頂固定傾角布置、坡屋頂順坡平鋪布置、平屋頂改坡屋頂布置這3種方式。光伏場區設計主要結合建筑類型、建筑功能等要素進行分析，選擇合適的光伏組件和光伏支架類型進行布置；此外，還需要考慮建筑荷載、屋面防水性能、光伏組串數量、檢修運維方便性、場區安全等方面，最終形成設計方案。

2.3.2 接入系統的設計要點

分布式光伏發電項目的接入系統方式按照發電量消納比例分為“自發自用、余電上網”和“全額上網”這兩種方式；按照接入電壓等級，分為高壓并網、低壓并網。結合周邊電網與光伏發電項目裝機容量來確定接入方式，現階段主要遵循國家電網公司出臺的分布式光伏發電接入配電網典型設計的方案進行設計。

2.4 項目備案

按照國家相關政策，分布式光伏發電項目采用備案制，免提交項目核準、環評等資料，項目備案在各省投資建設管理平臺統一登記，填寫建設地點、建設規模、安裝方式，選擇分布式光伏發電上網方式、建設類型后提交即可，通常提交兩個工作日后會形成備案文件，建設方登錄后可自行導出文件打印。

2.5 并網申請

分布式光伏發電項目的并網申請按照規定由屬地市一級供電公司營銷部受理，申請時需提交產權證明、各方合作協議、備案證明、各方資質文件、并網申請表、法人委托及委托證明、現有供用電合同等文件，在提交上述資料后按并網電壓等級不同分為低壓并網(380 V及以下) 20天、高壓并網(10 kV及以上) 30天的時間出具并網接入批復文件。

設計單位根據并網批復文件調整接入部分的設計，并將調整后的設計送營銷部進行審查，審查通過后方可進入施工環節。

2.6 工程施工

分布式光伏發電項目在取得備案、設計、并網等許可文件后，開始進入施工環節，施工單位應具備電力工程承裝許可證5級以上資質。

施工環節需重點把握光伏組件運輸及安裝過程中質量標準，電氣設備、防雷接地裝置等安裝時達到設計要求，同時確保配置水沖洗裝置。

2.7 竣工驗收

在施工完成后，開展工程分部分項及整體調試工作，調試工作由具有電力工程承試許可證5級以上資質的單位開展，調試工作重點針對光伏組件性能、逆變器性能、電氣絕緣性能、設備功能、整體功能等進行調試，在滿足國家光伏發電工程竣工調試的相關規定后出具調試報告。

2.8 并網發電

施工完畢工程內部組織竣工驗收后，提交竣工資料、監理資料、竣工圖紙、并網調試報告，所有文件經審查核實后，供電部門安裝計量裝置，檢查合格后下發并網驗收合格通知，施工單位組織并網發電試運行，在試運行滿168 h后移交至建設單位。

3 分布式光伏發電項目難點及應對措施

針對分布式光伏發電項目裝機規模小、建設周期短、投資運營周期長、參與單位多的特點，總結分布式光伏發電項目在建設過程中的難點及應對措施如下：

1)站址產權確定：由于項目站址產權決定了項目運營風險與成敗，為避免投資后產生不必要的糾紛，在進行項目選址時，要求合作方提供產權證明文件，對不能出具產權文件的項目采取回避方式，從源頭杜絕損失。

2)商業模式的選擇：商業模式的選擇影響到產權方、投資方的自身利益，為保障項目的順利實施，優選自有負荷較大、電價較高的工商業建筑用戶進行合作，次選電力負荷穩定、電價略高的既有建筑用戶進行合作，結合業主需求開展以合同能源管理、第三方投資+場地租金為主的商業合作模式。

3)并網申請資料的整理：國家電網公司對分布式光伏發電提出了具體要求，對于所要提交的并網資料要求也在不斷變化，為滿足并網需要，需要提前處理好國家電網公司在并網環節增加的各種要求，避免造成不必要的損失。

4)工程施工中的管控：主要存在的風險是光伏組件價格上漲，造成投資成本上升，為避免因此造成的損失，建議采用項目批量招采的方式，以量換價，同時積極對接供應商、生產商，避免落入單一采購來源的困境。

4 項目案例

4.1 項目概況

位于武漢市洪山區的創意天地產業園是一個以創意產業為核心的園區，園區于2010年建成交付。園區內的建筑物采用混凝土框架結構，擬在該園區某屋頂投資建設分布式光伏發電項目，所選建筑物共5層，屋頂為上人平屋面，擬利用的上人屋面總面積為1720.17 m2，具體如圖1所示。

圖1 擬建分布式光伏發電項目的屋頂圖Fig.1 Roof photo of proposed distributed PV power generation project

4.2 場址條件

擬建分布式光伏發電項目的建筑物的年份較新，屋頂狀況良好，但南偏西側有一棟56 m高的建筑物，對屋頂造成了一定程度的遮擋，項目場地及周邊建筑如圖2所示。

圖2 項目場地及周邊建筑圖Fig.2 Photo of project site and surrounding buildings

4.3 商業模式

本項目所在建筑功能以商業辦公為主，電力負荷平穩，項目擬采用合同能源管理的方式與業主單位、物業管理單位簽訂合作協議，項目最終以自用消納電價9折、上網電價采用屬地標桿上網電價的方式與物業公司、電網公司簽訂三方用電合同。

4.4 設計方案

本項目利用屋頂建設容量為126 kW的光伏電站，使用233塊540 W的單面單晶硅光伏組件，由14～18塊光伏組件串聯成1個組串，接入1臺110 kW組串式逆變器；采用自發自用、余電上網的方式接入園區配電網。項目采用在可上人的平屋頂以固定傾角安裝光伏組件的方式進行設計。分布式光伏發電項目建成后的屋面如圖3所示。

圖3 分布式光伏發電項目建成后的屋面Fig.3 Roof after completion of distribute PV power generation projects

4.5 項目實施過程中的難點

本項目在建設過程中，受政策、電網公司、相關參建單位的影響，造成項目存在的難點包括：1)地方政策造成的難點；2)電網公司并網接入造成的難點；3)設計單位對合同能源管理等新商業模式不熟悉造成的難點。

4.5.1 地方政策造成的難點

本項目是在上人屋面建設分布式光伏發電系統，為保障光伏組件的有效排水，工程設計時按5°傾角安裝光伏組件，安裝高度滿足武漢市發展改革委員會提出的屋頂安裝光伏組件高度由屋面平臺起不超過1.8 m的要求，導致光伏組件最低點離屋面距度僅為0.8 m。由于本項目中的上人屋面同時承擔一定的消防功能，要求在不破壞建筑現有功能的情況下又要滿足武漢市發展改革委員會提出的設計要求。項目最終以屋頂不設傾角的方式布置光伏組件，以此來保障屋頂現有上人功能，滿足人員在屋頂的活動及消防需求，但造成本分布式光伏發電項目后期排水不順暢、運維檢修難的情況。

為避免其他項目發生類似情況，建議地方政府在制定相關規范要求時，應考慮現有屋面的功能需要，在進行充分調研的基礎上對相關政策條文進行修訂，以便更好的發展分布式光伏發電項目。

4.5.2 電網公司并網接入造成的難點

本項目位于工業園區內，由投資公司與業主單位簽訂屋頂租用協議，業主用電由園區物業公司管理，園區供電由物業公司與電網公司進行結算。在并網申請時，屬地供電公司要求提供業主單位與電網公司簽訂的供用電合同，由于業主用電不與電網公司發生合同關系，屬地供電公司提出各種要求，并要求簽訂業主、物業、電網公司、投資方的四方合同，這增加了分布式光伏并網的難度，因此建議在項目選址時盡量選擇單一產權業主進行項目合作。

4.5.3 設計單位對合同能源管理等新商業模式不熟悉造成的難點

由于本項目用電涉及供電方、管理方、用電方、投資方等多個單位，設計單位在項目設計中按照常規的計量設置方式，僅設計了發電上網計量與關口結算計量等兩套計量裝置，造成項目僅具有投資方與管理方、供電方的計量結算關系，無法計算用電方自消納電量，使項目無法在管理方、用電方、投資方之間進行結算，經過梳理，最終以增加1套雙向計量裝置，界定管理方、用電方、投資方的電量來滿足合同能源管理的結算。

5 結論

本文對分布式光伏發電項目建設流程進行了分析，并對建設過程中存在的難點給出了相應的解決措施。通過武漢城區某分布式光伏發電項目的應用和建設，發現分布式光伏發電項目雖然出臺了大量的國家政策與相關規范，但在既有建筑建設應用時，仍存在政策壁壘與技術難點，因此建議相關部門針對分布式光伏發電項目進行深入調研，出臺針對性的政策，進一步減少堵點，使分布式光伏發電項目在城市既有建筑中的應用得到大力推廣，配合國家“雙碳”戰略目標，實現城市能源的綠色供給。