光伏电站土建设计原则探讨

崔建亮

摘要：伴随着地面光伏电站和分布式电站的大规模应用，光伏电站设计已趋于成熟，其中土建设计已成为光伏电站设计的重要组成部分，地面光伏电站土建设计主要包括支架基础、围栏、道路、综合楼、电控楼、逆变小室单元等，屋面光伏电站土建设计主要包括混凝土屋面及钢结构屋面支架基础设计。作者从地面光伏电站和屋面光伏电站土建设计两个方面，简要论述了光伏电站土建设计方法及思路。

关键词：光伏电站；土建；设计原则

引言：

随着分布式电站和地面光伏电站的广泛应用，光伏电站设计逐渐趋于成熟，尤其是土建设计成为光伏发电站设计的重要组织部分，地面光伏电站土建设主要包括以下几个部分：支架基础；围栏；道路；综合楼；电控楼；逆变小室单元。屋面光伏电站土建设设计主要包括以下几个方面：（1）钢结构屋面基础设计；（2）混凝土屋面基础设计。屋面光伏电站，一方面承担着电力供应作用，另外一方面又没有占用过多的土地资源，节约了大部分的资源。

尽管我国在不断地推动光伏电站的建设和开发，但是我国仍然是一个光伏组建生产的大国和光伏电力上网的小国。出现上述情况的主要原因是：（1）光伏发电站的投资成本过高且经济效益低，部分光伏发电站的建设补贴不够到位；（2）大多数集中式光伏发电站由于处在偏远地区，部分电网系统共未能覆盖，所以造成光伏电力上网输送困难；（3）光伏项目与建筑结合相对而言比较少，一些基础设计经验不够足，建筑设计过于重视功能效果的观念未发生相应改变，对可再生能源的利用被忽视；（4）近年来国内光伏上网得到相关文件许可，但是服务不够到位，光伏电力上网补贴额度比较低，严重阻碍了企业在国内市场中的相应发展。作者从地面光伏电站和屋面光伏电站土建设设计等方面，简要分析光伏电站土建设设计方法和相关思路。

1、光伏电站的自身特点

光伏并网发电系统主要由光伏方阵、并网逆变器、测量通信系统及公共电网组成。光伏方阵将太阳能转化为电能（直流电），并传递到与之相连的逆变器上，逆变器将直流电（DC）转变成交流电（AC），输出电力与公共电网相连接，为当地提供电力。所以整个场地除中控室、配电室、材料库、办公室外，大部分为成组布置的光伏电池板组件。光伏组件是将太阳能直接转变为直流电能的部件，是光伏电源系统的核心部件，科技含量非常高，要求具有非常好的耐侯性，能在室外严酷的条件下长期稳定可靠地运行，同时具有高的转换效率。因此，光伏电站工程场地总体布局的核心是对光伏电池组件的布置场地进行选择。中控室、配电室、材料库、办公室等设施可以合建一座综合楼，一方面考虑电力出线方便，另一方面考虑靠近道路，方便交通。光伏发电组件的布置方向朝南最为有利。对于固定式阵列的并网光伏发电系统，应选择光伏组件阵列最佳倾角，使倾斜面上的辐射总量达到最大，从而达到光伏电站年发电量最大的目标。

2、地面电站土建设的相关设计

2.1选择合适的站址

从自然条件来看，需要充分考虑到这几个方面：太阳能光资源；交通条件；用水条件；场区用电情况。从接入电网条件的角度来看，需要充分考虑到：调查光伏厂区与接入点之间的距离；假如项目所在地与接入电力系统的变电站比较远，则需要综合考虑输电线路造价过高问题。

2.2围墙设计

光伏发电站的围栏设计需要充分考虑到以下几种因素：围栏的遮挡因素；组件因素；美观因素；经济因素；实用因素。围墙设计的结构形式通常为：砖混合；钢丝网；钢铸铁。

2.3支架基础设计

根据地质的基本情况，从而确定好支架基础形式。在一般情况下，常用的支架基础有以下几种：条形基础；灌注桩基础；独立基础；微孔灌注钢管桩；岩石锚杆基础；方桩基础；化学植筋基础。在设计直接基础设计角度来看，需要根据场区的地勘报告，再分析场区的基本地质类型，通过软件计算来加以校核，最终确定好何种形式的支架基础。

2.4综合楼的设计

综合楼主要用于电站办公的建筑物，通常布置在办公室、会议室和卫生间等。建筑物的各个功能的不同分工分为工作单元和生活单元方面，通过门厅和走廊之间的互为联系，要达到既有联系又相对而言独立的效果。在屋顶通常会设置观光平台，建筑整体的立面更为美观和协调，建筑物的使用功能一般为业主的需求而加以设计。

2.5总图运输设计和竖向布置设计

竖向设计是确定设施和建筑高程关系的工作，要根据厂区地形、水文地质和工程地质等基本要求，最终确定好厂址区域中的建设设计工程量和场地设计工程量之中。道路的工程设计需要充分结合变电站内的原有道路布置系统，再合理的规划好道路的基本位置，从而方便能够对外交通，再形成良好的交通路网。另外，需要尽最大努力减少道路的跨越沟渠，减少桥梁工程量，便于节省工程投资，保证工程量在最为节省的条件下做到道路畅通状况。根据道路设计的相关规范和道路用途设计用材方法和施工方法。

2.6电控楼的基本设计

电控楼通常含有以下几种工作单元：低压配电室；控制室；10KV开关柜；备品备件间。各个工作单元之间布置需要满足电气设计的基本要求。

2.7逆变升压单元设计

根据电气基本要求和光伏发电站设计年限要求，在一般情况下，逆变升压单元可以根据以下几种形式：砌体结构逆变器小室；集装箱式逆变升压设备。

3、屋面电站土建设计

3.1新建混凝土屋面支架基础设计

1）向主体建筑设计院提供屋面铺设光伏组件后增加的恒、活载；

2）向主体建筑设计院提供支架基础的尺寸及安装方式；

3）配合主体设计院在设计时完成屋面支架基础及预埋件或预留螺栓，并在其出成品图纸前复核是否满足光伏组件安装要求；

3.2新建大跨度钢结构屋面支架基础设计

1）向主体建筑设计院提供屋面铺设光伏组件后增加的恒、活载，供主体院设计确定檩条、网架等受力构件的大小。

2）向主体建筑设计院提供支架扣件与钢结构彩钢瓦的连接方式。

3）配合主体设计院进行屋面瓦选型，以保证光伏组件支架扣件与钢结构彩钢瓦配套。

3.3已建混凝土屋面支架基础设计

1）向主体建筑设计院提供已建屋面铺设光伏组件后增加的恒、活载，供其复核屋面结构（屋面梁、板）的安全性，如所增加荷载超出屋面所能承受的荷载，可采取局部加固措施。

2）根据混凝土结构平屋面的结构形式，尽可能将支架着力点布置于屋面梁上。

3.4已建大跨度钢结构屋面支架基础设计

1）向主体建筑设计院提供已建屋面铺设光伏组件后增加的恒、活载，供其复核屋面结构（屋面檩条、网架构件、板）的安全性，如所增加荷载超出屋面所能承受的荷载，可采取局部加固措施，但费用及施工难度很大，会影响到已有厂房的生产，不推荐使用此种方案。

2）不利用原有屋面，新建铺设光伏组件的屋面结构，分为二类情况：

（1）利用原结构柱、梁在原屋面上架设一层支架结构，可能需要对原柱、梁结构进行加固。

（2）完全与原结构脱开，在原结构四周新建柱、梁及屋面结构，此方案可用性高，但往往造价偏高。

3.5支架与屋面的连接

支架与屋面的连接方式通常为2种：

（1）增加支架底梁刚度，直接放置与屋面上，根据经验，通常刚性屋面可以采取这种方式。

（2）新做混凝土支墩，预留埋件或地脚螺栓与支架相连，同时需要对屋面防水、保温层进行修复。

4、结语

综上所述，即使已经有诸多参考经验在光伏电站土建设设计规范中，但是其规范内容较为笼统，只能够给设计工作人员提供大概方向，因此无法满足设计的基本需求。本文从屋面光伏电站土建设设计和地面光伏电站土设计等方面展开论述，从而能够详细描述出光伏电站土建设设计中各个环节的设计方法和设计要点，最终提供可供参考的数据。

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