屋顶分布式光伏发电工程总承包管理实践经验

邵明德

(中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，长沙 410014)

0 引言

开发利用清洁、绿色的太阳能作为传统火电、水电能源形式的补充，以应对全球电力能源消费日益增长的需求。中国坚持分布式与集中式并行的光伏发电项目发展方向，继续鼓励支持分布式光伏发电项目的备案建设，鼓励光伏建筑一体化(BIPV)项目的建设，目前，主要开展了工业园区成片屋顶分布式光伏发电项目、粮库屋顶分布式光伏发电项目、污水垃圾处理厂光伏发电项目、已完成生态修复的废弃矿区光伏发电项目、渔光互补光伏发电项目、农光互补光伏发电项目等。

随着“双碳”行动方案的实施及整县屋顶分布式光伏发电项目开发的推进，分布式光伏发电项目的规模化发展已成趋势，有利于优化当地电源结构、缓解节能减排压力。光伏发电项目的前期投入较大，投入运行并网后根据光伏发电上网电价产生项目收益，但投资回收周期较长。在光伏发电领域，晶体硅太阳电池技术和薄膜太阳电池技术是当前主要的2种技术路线，其中，多晶硅光伏组件因性价比较高得到了广泛应用。自2012年，中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司开始涉足光伏发电领域，开展了光伏发电项目设计及以设计为主导的工程总承包(EPC)工作，已竣工的分布式光伏发电项目采用“自发自用、余量上网”模式，取得了良好的经济效益和社会效益。本文从EPC管理的角度，对屋顶分布式光伏发电项目建设过程中的设计、项目现场组织管理等方面的经验措施进行了探讨。为在工程建设管理中充分发挥EPC单位的专业化优势和主导作用，对工程实行有效管理和控制提供参考和借鉴。

1 项目设计要点

1.1 项目可研阶段

屋顶分布式光伏发电项目应充分考虑项目所在地的地区经济发展状况及电力等其他产业的发展规划，并结合项目所在地的自然条件、资源特征、建设条件等，尤其是地理交通、太阳辐射资源、负荷消纳和配电网状况，重点对项目建设的必要性、技术可行性、经济合理性及对环境的影响等进行综合分析论证，提出屋顶分布式光伏发电项目的可行性研究结论。

屋顶分布式光伏发电项目的利益相关方主要为项目投资主体与屋顶企业所有者、光伏电力消纳单位。屋顶分布式光伏发电项目的运营模式需要项目投资主体、光伏电力消纳单位和电网企业协商确定，且必须在项目可研阶段明确具体运营模式，以便得到更为准确的项目财务分析。而屋顶分布式光伏发电项目的财务敏感性分析应充分考虑投资成本波动、电价波动、发电量波动造成的对投资回收周期和投资收益率的影响。

1.2 建筑结构设计

1.2.1 设计原则

屋顶分布式光伏发电项目的设计原则为：合理利用建筑物可安装面积，按需确定建筑指标，要求便于电气出线、管理和对外联系。通过软件对屋顶分布式光伏发电项目进行阴影遮挡模拟分析后，合理确定相邻前、后排光伏阵列间距，避开现有建筑及绿化造成的阴影遮挡区且保证通风良好，满足项目结构安全运行要求。

1.2.2 结构与安全

实际屋顶资源的开发利用，在功能性评估基础上，应对既有建筑物结构的安全性、支撑结构的强度与稳定性进行复核，光伏支架安装后需进行光伏组件压块强度、光伏支架强度和承载力的复核验算。对不满足荷载要求的，根据实际情况选择结构加固方案。根据屋面承载力，考虑包括屋顶分布式光伏发电项目位置、现场风压在内等因素，对项目进行抗风压计算，考虑屋面雪荷载、项目运行后光伏组件检修荷载等方面进行结构设计，必要时进行抗震设计，以确保项目安全可靠。BIPV的结构设计应为光伏发电系统的方案设计和安装管理提供承载条件和空间。屋顶分布式光伏发电项目建设时，施工承包商应进行合理的施工工艺安排，控制屋面施工和堆积荷载不得大于原建筑设计的荷载要求。

结构专业配合电气专业设计光伏组件安装基础，应满足强度可靠、抗倾覆、抗滑移的要求，并应考虑基础下排水问题。箱式变压器基础的设计一般为现浇钢筋混凝土基础。若采用油浸式变压器，在基础设计时应根据电气防火规范要求，考虑防火设施的配置或贮油坑。

1.2.3 建筑结构与光伏组件布置

考虑到屋顶分布式光伏发电项目的特殊性，进行光伏组件布置设计时需要考虑运维人员正常检修、清扫(洗)、维护与消防的通道，以及施工和运维人员在屋顶活动时的安全性，设置防护栏杆等安全设施。光伏组件布置应标注详细规格，特别是标注会对光伏组件产生遮挡的屋面构筑物和管线，如建筑物雨水排水管、烟筒、通风口等与光伏组件之间的距离和尺寸。在布置光伏组件时尽量采用同一种方阵布局，从而以减少导轨的形式缩短导轨生产时间和供货时间。屋顶分布式光伏发电项目的安装不得破坏屋面原有防水及保温结构，布置应满足建筑防火要求。可考虑对雨水的收集与复用的可能性，尽量体现节能环保的理念。光伏组件表面清洁与否，对光伏组件的输出功率、工作寿命存在很大影响。因此，对屋顶分布式光伏发电项目的光伏组件进行定期、合理清洁非常必要。

1.3 电气设计

1.3.1 电气设计原则

屋顶分布式光伏发电项目的电气设计原则为：接线简洁、可靠；减少逆变和输电损失；直流接口部分与光伏方阵和并网逆变器的电气参数匹配，保证电气设计方案经济、实用、合理。

1.3.2 电气与安全

应对既有建筑物的电气系统进行安全复核，屋顶分布式光伏发电项目的电气设备选型、集电线路布置、运行条件、安全保护措施等应满足新建和既有建筑物的电气安全性要求。

屋顶分布式光伏发电项目的电气系统在设计时应实地考察并网点，即变配电房与光伏发电系统之间的距离，了解变配电房的情况(包括变压器容量，有无开关间隔，有无电缆沟、电缆井，有无箱式变压器安放空间等)，确定电缆走向和逆变房内部设备的布置。了解建筑物的电气主接线，确定电气设备的平面布置。

1.3.3 电缆敷设及光伏组件的接入

根据屋面承载能力选择电缆，减轻屋面荷载；电缆截面需要进行技术经济性比较后确定。

光伏组串中光伏组件的数量要根据设计规范并结合屋顶分布式光伏发电项目所选用逆变器的MPPT调节范围进行确定；光伏组串的正、负极出线，一般采用穿管方式敷设，宜规定不同管径可穿的电缆数量，以避免施工中发生1根管中所穿电缆数量过多的情况。电气设计时，一定要区分不同朝向的光伏组件，1台逆变器应连接同一个朝向的光伏组件；对于面积较大的屋顶，尽量将同一个朝向的光伏组件接入同一个升压系统单位。

1.3.4 汇流箱及逆变器的选择及设置要求

对于汇流箱的选择应考虑：汇流箱出线电缆大小的选取，在满足载流量的前提下，还需满足压降；汇流箱出线开关的整定，要考虑温度降容；汇流箱出线电缆的敷设方式，要按规范要求，采用穿管或者桥架(带铠铝合金电缆可以明敷)的方式；汇流箱标号标注，宜注明汇流箱规格、实际接的路数、出线电缆大小及接到直流配电柜或逆变器的编号；汇流箱尽量放置在屋面较高的位置，不能布置在容易产生雨水汇集的位置；汇流箱要求采用防雷防雨型。

光伏并网逆变器是屋顶分布式光伏发电项目的核心设备之一，应根据建筑物所装光伏组件容量的不同，匹配不同功率的具备防孤岛能力的逆变器，以实现屋顶分布式光伏发电项目发电量的最大化。

室内或室外直流配电柜、逆变器、升压变的安装，先要确定具体尺寸，才能选择设备的安装位置；设备之间的安装间隔需满足规范要求。逆变器房尽量靠近与之相连的建筑物，对于屋顶面积小的多屋面屋顶分布式光伏发电项目，距离逆变器房较远的小屋面组件可以直接采用低压侧接入方式连接到本建筑物的总配电箱内。

电气设计时，要考虑光伏组件及金属支架接入建筑物的防雷接地系统，汇流箱、逆变器等电气设备接地牢固且导通良好，如果个别建筑物防雷接地缺失，屋顶分布式光伏发电项目则应考虑采用单独的接地措施，降低接地电阻阻值，从而确保该项目安全可靠接地。

1.4 接入方案设计

屋顶分布式光伏发电项目的并网设计，包括并网容量、计量、通信，需满足国家电网的典型设计要求，但是其接入方案应满足当地电网的要求，且在满足要求的情况下确定数据通信网络模式。屋顶分布式光伏发电项目输出的电能质量应符合公用电网质量要求。

2 EPC现场管理

屋顶分布式光伏发电项目的EPC现场管理内容包括但不限于：屋顶分布式光伏发电系统至电网并网点的全部工程设计，设备材料采购供应，建筑安装工程施工、工程质量、工期控制、工程管理，设备的相关培训、调试、试运直至达标验收交付生产，以及在质量保修期内的消缺等全过程的工作、竣工验收资料的编制；同时包括项目接入电网系统的设计、设备采购、设施及设备安装、与电缆走向有关的土建工作，以及接入电网系统的调试工作，并对工程的质量、安全、工期和成本等全面负责。

EPC现场管理的成功与否是屋顶分布式光伏发电项目成功与否的关键，因此，应主要加强以下几方面的控制与管理。

2.1 牢固树立实现工程目标第一的原则

由于屋顶分布式光伏发电项目的建设原则为“年内开工、年内并网”，因此一般屋顶分布式光伏发电项目的建设周期都较短(20 MWP以下规模项目的建设工期约为2～3个月)，工期紧、工序繁杂、作业强度高。

屋顶分布式光伏发电项目的建设目标是符合国家、行业、地方标准及项目要求，并且项目如期并网发电，为业主尽早创造社会效益和经济效益。EPC管理应对屋顶分布式光伏发电工程有全面、系统的理解，管控措施具有针对性和可操作性。无论是从项目自身管理的角度，还是从所有参建方和设备供货商参与工程建设的角度出发，在树立了实现屋顶分布式光伏发电工程整体目标作为第一目标的原则后，各方拥有共同的目标，可以凝聚团队意识，从而为屋顶分布式光伏发电项目的成功实施奠定牢固的基础。

2.2 加强与各方的沟通，为工程顺利实施创造有利条件

EPC管理对业主负责，接受监理监督，同时又要联系分包商、设备供应商和设计院等多家单位，统筹协调，工作量大且面广。EPC总承包项目部作为利益共同体的维护者，需改变传统的管理模式，变为服务于屋顶分布式光伏发电工程的全新管理模式。在屋顶分布式光伏发电工程的建设过程中，EPC管理体系的建立需要设计、采购、施工各个环节的深度融合，推进信息化、数字化、智能化管理，提升工程管理质量，理顺资金收支进度，及时解决分包商遇到的困难，确保工程实施的顺利进行，实现工程所有参与者共赢的良好局面。

以福建省泉州台商投资区12 MW光伏发电示范项目为例，该光伏发电示范项目的范围涉及方圆30 km以内。建设屋顶分布式光伏发电项目及办公生活设施，光伏组件安装在15家企业的屋顶，为不同地点、不同法人，这15家企业同时作为用电用户。该光伏发电示范项目由于装设厂区较多，具有装设范围广、装设较分散等特点，EPC总承包项目部在土建施工过程中曾多次联系业主及相关企业，针对安装实施标准要求分别征求意见，为该光伏发电示范项目的施工创造了有利条件，使施工建设得以一次成功，没有出现返工的情况。

另外，EPC总承包项目部应主动积极与屋顶分布式光伏发电工程所属地区的政府各相关部门联系沟通，争取各方的协助和信任，使工程进度、形象面貌满足所在地的发展规划要求。

2.3 加强设计环节的控制，确保工程设计安全、经济、合理

屋顶分布式光伏发电项目主要采用以设计院为主导的EPC管理模式，该种模式可以充分发挥设计院的设计优势，优化设计，减小成本；虽然设计费在工程投资中所占比重较小，但工程设计对工程投资、安全的影响非常大。

因此，EPC工程应加强设计环节的管理与控制，建议设定合理的激励机制，提高设计文件质量。在满足规范要求和EPC合同技术条款的前提下，尽可能优化设计，使屋顶分布式光伏发电系统方案更为完善，从设计环节上控制安全与投资，尽最大可能创造利润。同时，EPC总承包项目部应严格控制项目建设施工各阶段的设计深度，对设计院提供的所有文件均进行设计评审，涉及的专业情况由电气、结构专业等设计人员进行图纸和文件会签，确保各专业之间的接口问题得到妥善解决，保证设计文件安全、经济、合理。

EPC总承包项目部需组织设计人员进行设计交底，就施工工艺特点、施工难点、特殊部位和关键环节的质量要求作出详细说明，明确施工质量验收规范。听取业主、监理、施工承包商的合理建议，对于施工图设计文件中与现场实际不符或存疑之处，应充分沟通，从而达成一致意见，避免错误返工，确保施工质量及工期目标的顺利实现。快速、专业地做好设计变更审核管理，比如：导轨放线前，应对比设计蓝图与现场实际情况，对不一致的情况进行调整变更；未能完全避开建筑物对光照的遮挡、屋顶留置物等影响光伏组件安装而进行的变更；土建结构与机电设备安装交叉部位的设计变更；结构及连接加固等安全方面变更等。

2.4 加强专业性的控制，确保工程符合标准质量要求

屋顶分布式光伏发电工程的技术、质量要求高，工程施工涉及土建施工、机械安装和电气设备安装等多个专业，因此应尽量选择有经验且材料、人工、设备等资源充足、能短期内投入大量人力资源的施工承包商。施工承包商在编制施工组织设计时，必须符合EPC总承包项目部的施工组织总设计的规定和要求，举措在技术、经济上具有可行性，应满足施工项目衔接的要求，同时又必须满足工期、质量的要求。

施工进度计划确定的各个施工时段的施工任务不同、施工重点不同。施工前期，主要是由土建专业开展光伏支架和电气设备基础施工，机电预留、预埋，完成后进行光伏组件及光伏支架的安装；施工中后期，电气工种应安排充足人数，进行电气设备的安装和调试；施工阶段后期，应编制消项计划，确保屋顶分布式光伏发电工程范围内每项施工内容均能够按时完成施工并通过验收，按时并网发电。EPC总承包项目部应对工程质量过程控制“关键要素”进行定期核查，按设计文件及国家相关的规程、规范进行施工过程控制和验收，以确保工程质量目标的实现。

1)事前阶段质量控制：包括人员、设备、材料的资源投入，危及工程质量的环境因素控制；根据季节性特点及时编制施工措施，按制度、措施、方案、作业指导书等指导施工。

2)事中阶段质量控制：包括质保体系的运行、特殊工种上岗的持证情况、内部施工队伍间工序交接有无手续，施工承包商内部“三检制”手续和内容真实性抽查；应编制质量通病防治细则，在分部试运启动、点火前，以及整套屋顶分布式光伏发电系统启动前进行送电运行条件检查，通过质量工作会议、现场质量检查及时解决典型问题。

3)事后阶段质量控制：包括质量等级评定，收尾工作及缺陷项目的跟踪及验收。

2.5 充分发挥EPC管理模式的优势，确保设备供货与施工的衔接科学合理

由于逆变器、箱式变压器和汇流箱的选择为屋顶分布式光伏发电工程最关键的采购工作，制约着整个工程的工期目标。而公开招标方式采购不能满足工期要求，在招标文件中设备供应商短名单的基础上，EPC总承包项目部应选用行业内的主流太阳电池及光伏组件类型，启动询价或竞争性谈判方式尽快确定供应商，通过技术性、经济性综合比选确定最适合本项目的太阳电池光伏组件和其他设备，确保优质、优价满足关键材料、设备供应需求。

屋顶分布式光伏发电项目的设备专业性强、厂家较少且设备货源供货紧张，在开工前应按照经业主方确认的进度计划、设备制造周期完成光伏组件压块、电缆、逆变器、汇流箱、箱式变压器、调度自动化、系统通信、计量、线路保护设备等的主要材料及设备的采购合同签订和施工设备采购租赁。应重点关注制约关键线路上关键施工工作的材料、设备的交货情况，合理安排材料和设备到场顺序时间，保证工程施工连续、科学、合理。EPC总承包项目部应采取科学管理，如预埋螺栓的数量需由上部光伏支架立柱连接形式确定，通过与光伏支架厂家积极沟通，确认每个预制砼支墩预埋螺栓的数量，减少工程的直接成本；设备到场后尽量一次运输到位，减少二次转运。针对国外的屋顶分布式光伏发电项目，应考虑结合当地的光伏组件及设备生产厂商，若在项目寿命期内有光伏组件及设备替换需要，可以较易实现当地供货。

2.6 加强现场施工安全管理，确保工程施工安全

屋顶分布式光伏发电项目的施工条件较差，屋面作业风力较大、紫外线较强，同时存在吊装高危作业。厂房连廊处的屋面临空作业面较长，个别厂房屋面两侧均为临空作业面，特别是彩钢瓦屋顶，其屋面四周均为临空作业面，屋顶有不平整、突出的现象。另外，供电与电气设备安装过程中易发生电击伤人事件，设备、材料吊运过程中易发生倾倒，以及镂空处的高空坠物、物体打击，人身安全风险相对较大；再加上台风、雨、雪、高温等气候影响，因此现场安全施工的管理是EPC总承包项目部的重要工作内容之一。

EPC总承包项目部需建立相关的安全管理制度，加强对参建方的现场管理，要求各承包商在各自资质工作范围内，各自建立有效的职业健康安全保障体系。屋顶分布式光伏发电项目单点容量通常较小且分布比较分散，为满足工程施工、安装、检测、调试需求，大量的人员、材料、机械设备陆续进入施工现场，确保施工安全有序，需要对施工活动进行危害辨识。针对工程施工中的高处作业、动火作业、带电作业、起重吊装等高风险作业，需要严格按照建设工程施工安全规章制度进行管理，施工人员必须遵守安全操作技术规程、工序质量技术规程和技术技能的行为规范；施工设备、设施等具备安全运行所必须的安全防护装置，设置警示标识；在临边临空区域、屋顶采光带等部位设置永久护栏，在屋顶周边加装防护网，加强施工现场安全防护；及时清理施工场地及其周边的易燃易爆物品，采取设置隔离区、配备消防器材等措施，以防范动火作业引发的火灾风险；在厂区屋顶施工中，严禁动火作业期间排放可燃废气；加强安装调试质量管理，保证汇流箱、逆变器、电缆接头等连接牢固，避免虚接引发直流拉弧；加强工程建设进度管理，严禁在大风、雨雪、雷电等恶劣天气下冒险赶工期、抢进度施工。建筑、安装工程交叉施工生产计划实施必须具有安全技术措施，合理安排施工工序。

EPC总承包项目部设立专职安全工程师，日常对屋顶分布式光伏发电工程施工现场进行安全巡视，若发现安全隐患应要求参建承包商及时整改，消除安全隐患；同时EPC总承包项目部每周联合业主、监理、各参建承包商项目经理及专职安全工程师对施工现场进行安全大检查，对检查出的安全隐患，要求相关参建承包商限期整改，并由专职安全工程师跟踪落实。

对已实施的EPC项目进行总结，由于EPC总承包项目部加大了安全管理力度，工程施工得以安全进行，从工程开工到竣工，未发生一起安全事故，确保了工程施工安全。

3 国外屋顶分布式光伏发电项目的风险及应对方式

3.1 存在的风险

国外屋顶分布式光伏发电项目的风险主要包括市场风险、汇率风险等。

1)市场风险。方案设计时，需要掌握当地消费水平、物价变化幅度、劳动力情况、税收情况等，并结合市场情况考虑一定的上浮因素，以减少市场风险。

2)汇率风险。美元兑换人民币汇率的波动无法准确预测，因此汇率波动对收取的费用存在风险。EPC总承包项目部需要适度提高对项目整体规划的超前性和主动性。

3.2 应对方式

针对国外屋顶分布式光伏发电项目存在的风险，中方投入项目组的人员要经受住语言交流、管理模式、工作环境和习惯等方面存在差异带来的挑战，EPC总承包项目部在健康、安全、环保方面，需要探索更好的工作方法和应对措施，把传统的经验和方法与先进的管理模式有机结合在一起；在技术方面，需要把中国标准和技术要求与ISO、IEC、EN等国际或地区标准进行结合；应配备法律、保险和税收方面的专业人才等。

4 结论

本文从EPC管理的角度，针对屋顶分布式光伏发电项目建设过程的设计、项目现场组织管理等方面的建设管理经验措施进行了探讨。屋顶分布式光伏发电项目的建设工期短，影响进度的因素较多，在规定的工期内高质量完成难度较大，通过对工程进行科学的EPC管理，各项技术指标全部达到了设计要求，项目运行安全、稳定、可靠，建设目标得以顺利实现。屋顶分布式光伏发电项目产生的社会效益、经济效益明显，对周边地区利用太阳能起到积极的绿色环保示范作用。