上海市分布式光伏发电发展规划研究

上海市建筑科学研究院 邱喜兰 范 宏 武徐强 李 睿

上海市分布式光伏发电发展规划研究

上海市建筑科学研究院 邱喜兰 范 宏 武徐强 李 睿

在对本市太阳能光伏项目建设情况进行全面的调研与分析的基础上，明确了本市太阳能光伏发展的阶段与方向；并对本市光伏资源进行了进一步评估分析，其中包括本市太阳能辐射资源与建筑屋顶资源情况，经测算，本市约共有2亿m2的屋顶面积，其中可加以利用的屋顶约占40%，经对其建筑功能类型的组成结构分析后，提出本市大力推进分布式光伏发电的实施途径是先工业建筑再公共建筑，然后再别墅等居住建筑，建设类型分先新建建筑再既有建筑的实施路径，并结合本市目前城市建设重点，提出了规划布局建议。

分布式；光伏发电；屋顶资源

1 国内外分布式光伏发电发展现状

1.1 国外分布式光伏发展

发达国家在光伏发电产业的研究上起步较早，美国、日本、德国等国在分布式光伏发展领域积累了丰富的经验。

美国是最早进行光伏能并网发电的国家，自1974年开始陆续颁布推动能源可持续发展的相关法令，并在1997年6月推出“百万太阳能屋顶计划”，2010年7月美国参议院能源委员会又通过了“千万太阳能屋顶提案”，该提案计划每年投专项资金用于补贴在建筑上安装太阳能系统。美国能源部制定了太阳能发电的技术发展路线图，其中太阳能光伏发电预计到2020年将占美国发电装机增量的15%左右，累计安装量达到2000万kW。

日本1994年提出实施“朝日七年计划”，要求所有新建的房屋都将采用太阳能供电。2008年11月,又发布了“太阳能发电普及行动计划”,确定了太阳能发电量到2030年的发展目标是要达到2005年的40倍。2009年底，日本光伏发电装机总量达到297.7万kW，其中户用光伏系统装机容量占比约80%。2010年底安装了5000MW屋顶光伏发电系统。

德国的太阳能光伏产业始于“千屋顶计划”。1991年，政府为每位安装太阳能屋顶的住户提供补贴，使新住房与可再生能源发电需求兼容，并鼓励民众消费太阳能。德国政府除了提供10年无息信贷，还提供37.5%的补贴。此外还制定了相关的政策保障输电商对屋顶太阳能发电电量的优先购买并保证太阳能发电电价高于常规能源发电的电价。截至2013年2月底，德国光伏发电装机3287万kW，居世界第一位，其中大多数为分布式光伏发电。为适应分布式光伏规模化发展的需要，德国积极采取措施，引导和规范分布式光伏发展，有效解决规模化并网带来的现实问题。

近几年来，发达国家主要开拓屋顶式并网光伏发电系统，其原因是发达国家电网分布密集，电网峰值用电电费较高，在太阳光好的地区采用光伏发电的电价已经接近商品电价。

1.2 国内分布式光伏发展

中国对太阳能光伏发电的研究和政府政策支持自1980年以后逐步开始，。

20世纪90年代中后期，我国光伏发电产业进入稳步发展时期，太阳能电池及组件产量逐年稳步增加。经过30年的努力，21世纪初我国光伏发电产业迎来了快速发展的新阶段。虽然我国光伏产业发展迅速，但是目前我国光伏发电系统安装容量仍不及生产容量的2%，生产与需求之间还存在很大的差距。

2002年政府启动了“光明工程”，重点发展太阳能光伏发电。2009年开始，推出太阳能光电建筑应用示范项目和金太阳示范工程，我国光伏应用发展进入快速增长阶段。从2002年至2010年，中国光伏装机容量从20.3MW增加到500MW，增长了23.6倍；光伏发电累计容量从45MW增加到797.5MW，增加了16.7倍。截至2013年上半年，我国光伏发电累计建设容量已经达到10.77GW，其中大型光伏电站5.49GW，分布式光伏发电系统5.28GW。

目前，国内光伏企业按照政府的扶持政策大力发展分布式光伏发电项目，其未来的应用规模大小与政府的规划和补贴程度是分不开的。而国内的分布式光伏发电项目需从工业园区、企业厂房、经济园区等集中示范区起步。今后，随着分布式光伏发电技术和政策的完善，可以率先在城镇工业园区、经济开发区、大型公共设施建筑屋顶，建设与建筑相结合的分布式并网发电系统。

在国家的光伏电价及补贴等政策的大力支持下，我国分布式光伏将进入快速发展时期。各方需要在国家宏观政策指导下，借鉴国际经验，吸取风电发展的、经验教训，促进分布式光伏的健康可持续发展。

2 上海市太阳能光伏发电现状

2.1 上海市光伏发电项目建设总况

从“十一五”开始，上海市开展太阳能光伏建设工作，早期的工程有崇明前卫村1 MWp光伏发电工程、以及世博园区集中建成大规模的光伏一体化示范工程，建筑节能积极推动了光伏建筑应用一体化发展；2009年出台实施的金太阳示范工程政策进一步快速规模化推动了本市光伏装机容量发展。

上海市太阳能光伏项目建设类型按电量消纳形式分为以全部上网的电站与自发自用为主的分布式光伏。经课题组调研，上海地区共有光伏电站9个项目，其装机容量为16.4MWP；分布式光伏项目共有40个，装机规模拥有208.1MWp，约占总装机量的93%，以分布式光伏项目为主，这是上海作为特大型城市土地资源紧缺特性决定的。

在已建光伏项目中，从政策补贴角度分析，其中获得金太阳示范工程政策支持的共有15个项目，共计装机规模为167.2MWp，占全市光伏总装机规模的74%；另外获得光电建筑示范政策补贴的项目共有13个，总计装机规模为9.7MWp，占总装机规模的4%，其中分布式光伏项目共有10个，电站项目为3个；其他光伏项目装机容量约为35.9MWp。

2.2 上海市光伏发电项目运行总况

课题组通过对典型具体项目深入调研，对本市太阳能光伏发电项目的发电效率实施分析，目前项目实际发电量基本能达到设计预期，单位功率发电量0.74～1.02kWh/Wp，平均年发电量0.92kWh/Wp。

课题组经对11个典型项目的深入调研分析，从电池组件分析，光伏发电项目采用单晶硅有9个，有2个项目全部采用多晶硅。从发电效率角度分析，单晶硅系统效率有8%～14%，多晶硅系统效率为8%；薄膜效率为6%左右。各光伏项目发电量占建筑用电量的比例为0.72%～5.6%，其发电规模仅占用电量的很小比例。可见上海目前光伏项目多数是以单晶硅组件为主要安装产品形式。

各个项目的发电效率存有一定的差异，其主要差异在于光伏安装屋顶的朝向与光伏板安装的角度，其中多个项目采用了25°为倾斜角度，其发电效率为中等偏上水平，也可认为其为上海地方安装太阳能光伏适宜角度。

光伏项目运行存有系统管理简单，维护工作量小的特点，但也因此存有缺乏维护管理的情况，在运作中存在的设备损坏及故障主要有以下3点。

（1）系统配件的寿命要低于电池组件，如逆变器故障是项目中出现的主要问题。

（2）支撑电池组件的支架经受风吹雨打，其产品质量易出现问题，或因前期设计考虑不当引起光伏板的破损。

（3）存有工控机故障问题，部分项目无法显示实时数据信息等情况。

其他简单电气故障问题。

3 上海市光伏资源评估分析

3.1 各区太阳能资源情况

表1、图1为上海各区太阳能资源情况汇总。

表1 上海1999-2008年10年平均各区县太阳能总辐射量与日照时数1）

根据上述资料反映，上海属我国太阳能资源第III类地区，太阳能总辐照量约为4580MJ/(m2.a)，年日照时间近2000h，属于太阳能可利用地区。

根据光伏组件产品检测与实践，单位建筑面积的装机容量约为100～150W/m2。

3.2 本市建筑屋顶资源分析

本市推行发展分布式光伏发电主要是结合建筑屋顶实施，对本市建筑屋顶资源的评估分析是制定本市分布式光伏发展规划目标的基础。

（1）本市建筑屋顶规模总况

根据2013年上海统计年鉴建筑规模数据，结合工程设计规范与工程实际案例，对各功能类型建筑选取平均楼层，具体可详见表2，由此估算得到本市共有屋顶面积约为2亿m2。图2为全市屋顶建筑面积分类。

本市共有屋顶面积为2.16亿m2，该数据与文献[1]中提及的2010年全市的屋顶面积为19208.63万m2数值较为接近。也与本市早年前的“十万屋顶计划”中提及的上海2亿m2屋顶面积接近。

（2）可利用屋顶资源分析

考虑建筑功能类型、屋顶设备占用、建筑型态、结构、遮挡等因素，选取多层公寓、别墅、工厂、仓库、学校、商场店铺、办公建筑等7类功能建筑，并根据工程案例与经验值分别对各类建筑选取屋顶可利用率，根据工程设计标准，认为本市多数建筑朝向为南北朝向，进一步分析测算本市可利用屋顶面积共有8836万m2（详见表3），约为上海市总屋顶面积的41%。

在可利用建筑屋顶中，各建筑类型的结构情况如图3所示，其中工厂建筑占到50%，仓库占到13%；其次主要多层公寓占到23%，别墅型住宅占到8%。

图1 上海市各区县年太阳总辐资源分布图

表2 2012年全市建筑面积与屋顶面积情况表万m2

图2 全市屋顶面积建筑类型分布结构

4 本市分布式光伏发电发展路径

太阳能光伏发电受日照辐射具有较强的时段性，其供能特征较适合于白昼用能，夜间休停的功能建筑，主要包括工业建筑与公共建筑；同时工业建筑多为大跨度建筑，有较大面积的屋顶，且工业园区内建筑层高普遍较低，日照无遮挡情况良好，因此工业厂房建筑是分布式光伏发电大规模推广的主要途径。

同时从建设性质分析，在新建建筑领域中，在建设源头推进太阳能光伏一体化从建设效果以及监管方式上均有一定的保障，因此，认为推行分布式光伏建设应积极先推进新建建筑，后再既有建筑。

（1）发展原则

本市以创新驱动，改革发展为动力，积极贯彻国家发展可再生能源政策与方针，基于本市太阳能资源实况与城市经济发展现状，科学制定合理发展目标，有序有重点的推进发展目标。

（2）发展思路

以先新建筑后再既有建筑，先工业建筑再公共建筑、别墅为实施路径，分领域分行业推进分布式光伏建设任务。

（3）发展布局

结合本市目前正在推进的重点建设板块，提出本市郊区新城建设、低碳实践区、国家级与市级工业园区、以及政府投资公益建筑，学校建筑、别墅建筑为重点推行分布式光伏发电项目的重要领域。

表3 上海市可利用屋顶资源分析测算万m2

图3 上海市可利用屋顶面积建筑类型分布结构

[1]．王逸民，《被忽视的资源：屋顶的利用》，上海房产[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

邱喜兰，女，1982.9，工程师，主要从事建筑工程技术咨询工作。