基于城乡低碳发展的屋顶分布式光伏电站建设问题探讨

许祖祥 邓朝义 刘瑞丰 施旭

摘 要：屋顶分布式光伏发电是一种利用建筑物屋顶空间进行光伏发电的新型绿色能源技术，具备节约土地资源、减少线损、提高能源利用率和可持续性等诸多优势，与集中式光伏发电相比，其更适合在城乡规划中推广应用。从城乡规划角度出发，基于城乡低碳发展路径，系统分析了屋顶分布式光伏发电在提高城乡能源供给安全性、促进绿色低碳转型、改善环境质量和促进社会经济发展等方面的作用和影响，深入探讨了屋顶分布式光伏电站在建设过程中面临的屋顶资源获取、电网接入和消纳、政策支持和市场推广等难题和挑战，并提出了相应的对策和建议。

关键词：屋顶分布式光伏发电；分布式光伏电站；城乡规划；低碳发展

中图分类号：TU981-01/TM615 文献标志码：A

0  引言

光伏发电作为一种新型的绿色能源利用技术，不仅可以提供清洁的电力，还可以减少传统发电技术对化石能源的依赖，从而有效降低温室气体排放，缓解全球变暖的压力[1-2]。屋顶分布式光伏发电是一种以建筑物屋顶为空间载体的光伏发电方式，具备节约土地资源、减少线损、提高能源利用率和可持续性等诸多优势。近年来，中国分布式光伏电站发展迅速，2021年，中国光伏发电新增装机容量为54.88 GW，其中分布式光伏发电新增装机容量为29 GW，约占全部新增光伏发电装机容量的53.4%，分布式光伏发电装机容量的占比首次超过集中式光伏发电装机容量的占比[3]。

屋顶分布式光伏电站主要建设于户用、工商业建筑屋顶，具有投资小、建设快、占地面积小和市场规模大等特点。屋顶分布式光伏发电有助于提升城乡碳管理水平，推动城乡在能源结构、产业结构、消费结构等方面实现低碳转型，促进城乡可持续发展。因此，未来在低碳发展领域，屋顶分布式光伏发电将发挥更大的作用和影响。

从城乡规划的专业角度出发，建设屋顶分布式光伏电站可提高城乡能源供给安全性、促进城乡绿色低碳转型及改善城乡环境质量；尤其在农村规划建设中，建设屋顶分布式光伏电站可增加农村住户的收入来源、缓解农村电力短缺及促进农村新能源产业发展。相较于集中式光伏发电，屋顶分布式光伏发电还具有节约耕地资源、避免占用生态敏感区域等优势[4]。

然而，现阶段屋顶分布式光伏电站在建设过程中仍面临着建筑屋顶资源权属不明、电网接入和消纳困难、政策支持不足，以及市场推广缓慢等现实问题。因此，本文旨在通过论述屋顶分布式光伏发电在城乡低碳发展中的作用和影响，探讨此类光伏电站在建设过程中所面臨的难题和挑战，分析并提出相应的对策和建议。

1  屋顶分布式光伏发电的优势

1.1  提高能源供给安全性

由于屋顶分布式光伏发电属于就地消纳，对远程输电网的依赖较少，因此降低了线损和电压波动等风险，可提高电网的稳定性和安全性。

1.2  促进绿色低碳转型

屋顶分布式光伏发电还可增加城乡能源供给的多样性，减少对化石能源的依赖，有效缓解能源紧张的局面。光伏电站将太阳辐射转换为电能，光伏发电系统运行期间无CO2等温室气体排放，可有效减少碳足迹。据统计，屋顶分布式光伏电站每千瓦时发电量可节约标准煤0.4 kg左右[4]。

1.3  改善环境质量

屋顶分布式光伏电站运行期间无废水、废气和废渣等污染物排放，可减少对水资源和大气资源的污染负荷。此外，屋顶分布式光伏发电可改善城乡微气候环境，由于屋顶的光伏组件会反射部分太阳辐射，并将太阳辐射转换为电能而非热能，因此降低了建筑物表面温度和周围空气温度。

有些情况下，屋顶分布式光伏电站可提高建筑物的美观性和功能性，由于光伏组件可根据建筑物的形状、朝向和材质等要求进行灵活设计和安装，因此可与建筑物形成协调统一的风格，增强建筑物的视觉效果。同时，安装于屋顶的光伏组件也可为建筑物增强遮阳、隔热和隔音等功能，提高建筑的使用舒适度和节能效率。

1.4  促进社会经济发展

屋顶分布式光伏电站产出绿色清洁电力供用户使用，其运行期间用户可享受国家或者地方政府提供的补贴、税收优惠等政策支持，降低用户的电费支出，增加用户的经济收益。此外，屋顶分布式光伏发电项目的建设将带动相关产业链的发展，比如：光伏组件制造、安装及光伏电站运维等环节需要多种岗位，可创造更多的就业机会和经济效益。

2  屋顶分布式光伏电站建设面临的挑战

2.1  屋顶资源

优质的屋顶资源是屋顶分布式光伏电站建设的基础，其获取、利用和协调是屋顶分布式光伏发电项目推进的首要难题。目前，中国屋顶资源的获取和利用存在一些问题，比如：屋顶的权属不明（涉及政府、企业、个人等多方利益主体）、屋顶的结构不适合或无法安装光伏组件、屋顶使用寿命与光伏组件寿命不匹配，以及户主认可度不高等。这些问题导致了优质屋顶资源的供需矛盾，限制了屋顶分布式光伏发电项目的规模化发展[5-7]。

2.2  电网接入

电网接入和消纳是屋顶分布式光伏发电项目实施的关键环节，涉及到电网规划、并网标准、电网改造等多方面的问题。由于屋顶分布式光伏发电项目中光伏组件的分布分散、单体规模小，需要与配电网进行多点并网，这些问题给配电网的运行和管理带来了新的挑战。同时，配电网的承载能力有限，为接入光伏电力极大可能需要进行技术改造和投资建设。一些地区还存在电网容量不足、并网标准不统一、并网流程不规范且不便利等问题，导致部分项目无法顺利并网或者出现限电情况。这些困难和风险增加了屋顶分布式光伏发电项目的投资成本和不确定性，影响了项目的经济性和可靠性[8-9]。

2.3  市场推进

政策支持不足是影响屋顶分布式光伏市场发展的主要因素，涉及到补贴政策、税收政策、价格政策等多方面的问题。目前，中国对屋顶分布式光伏发电项目的补贴政策逐步退坡，导致项目收益下降、行业投资降温。此外，部分地方政府对屋顶分布式光伏发电项目的审批、备案、并网等环节的配合还存在不规范、不透明、不便利等现象；一些地区还存在对屋顶分布式光伏发电项目的上网电价缺乏明确规定或者对价格政策执行力度不够等问题。因此，在当前的市场环境下如何提高屋顶分布式光伏发电项目的投资回报率，在未来市场环境下如何保持行业竞争力，在各级市场环境下如何形成健康良好的机制都是需要解决的关键问题[10-11]。

3  对策和建议

3.1  针对屋顶资源难题的对策

1）加强屋顶权属的核查和登记，明确各方的权利和义务，建立屋顶资源信息平台，方便屋顶分布式光伏发电项目投资方与户主之间的对接和协调。

2）对于建筑结构不适合或使用寿命与光伏组件不匹配的建筑屋顶，可以采用光伏建筑一体化（BIPV）的方式，将光伏组件作为建筑构件集成到建筑自身，从而可提高光伏发电系统的稳定性和建筑的美观性。

3）对于户主认可度不高的情况，可以通过宣传教育、政策激励、合同管理等方式，提高户主对屋顶分布式光伏发电项目的认知和参与度。例如：可以向户主提供优惠电价、减免屋顶租赁费、一次性奖励或收益分成等形式的补贴；也可以通过第三方机构或平台提供融资、设计、安装、运维等服务，降低户主的投资成本和风险。

4）加强及优化项目管理，优先选择太阳辐照量高、消纳能力强、政策扶持好、企业实力强等条件优越的地区或企业开展屋顶分布式光伏发电项目试点工作。在项目开发前期要进行详细的勘察评估，考虑当地太阳能资源、建筑屋顶、配电设施及并网点、用户用电量及用电价格等因素。

5）选择适合的开发模式和技术方案，根据不同类型和规模的屋顶资源选择相应的光伏组件（单晶硅、多晶硅或薄膜）、逆变器（并网型或混合型）、支架系統（平面屋顶式或斜面屋顶式）、储能系统（铅酸电池或锂电池）等主要设备，并考虑各类设备的性能、价格、寿命等因素。

3.2  针对电网接入难题的对策

1）改造升级配电网，提高配电网容量和灵活性。例如：增加配电变压器的容量和调压范围；增设无功补偿装置和分布式储能装置；提高配电网的短路容量、稳压能力和调节能力。

2）实施差别化的电价政策，鼓励屋顶分布式光伏发电项目与储能、电力需求响应等新能源技术相结合。例如：可以实行分时或峰谷电价制度，使屋顶分布式光伏发电项目在负荷低谷时段或电价高峰时段多发电少用电或存储多余电量；实行绿色证书或碳权交易制度，使屋顶分布式光伏发电项目获得额外收益。

3）建立、健全光伏发电消纳监测统计管理办法。例如：可以利用现代信息技术开展光伏发电消纳监测工作，按月监测、按季评估各区域光伏发电消纳情况；规范和完善光伏发电系统运行消纳的指标统计工作；建立、健全光伏发电消纳监测体系和信息发布制度。

3.3  针对市场推进难题的建议

1）加强与国家能源局和地方政府的沟通协调，积极申报整县（市、区）屋顶分布式光伏开发试点工作，争取享受更多的政策优惠和补贴资金。

2）利用市场化机制，探索屋顶分布式光伏发电项目的多元化融资渠道和收益模式。例如：可以通过绿色债券、绿色信贷、绿色基金等方式吸引社会资本参与项目投资；也可以通过电力市场交易、绿色电力证书、碳排放权交易等方式提高项目的收益水平。

3）加强行业自律和规范管理，提高屋顶分布式光伏发电项目的质量和效益。例如：可以建立、健全屋顶分布式光伏发电项目的规划、设计、建设、并网、运维等标准体系；也可以加强对屋顶分布式光伏发电项目的监测评估和数据公开透明。

4）强化技术创新和应用推广，降低屋顶分布式光伏发电项目的成本和风险。例如：可以采用更高效率、更长寿命、更低价格的光伏组件和逆变器等主要设备；也可以利用数字化手段优化屋顶分布式光伏发电系统的设计、运行和维护。

4  结论

本文从屋顶分布式光伏发电项目建设出发，结合城乡规划的实际需求，探讨了城乡实现低碳发展的一种新路径。从多个维度介绍了屋顶分布式光伏发电的优势、特点和发展现状，论述了屋顶分布式光伏发电在城乡低碳发展中的作用和影响，其可以提高能源供给安全性、促进绿色低碳转型、改善环境质量和促进社会经济发展等；探讨了屋顶分布式光伏电站在建设过程中面临的屋顶资源、电网接入、市场推进等方面的难题和挑战，并提出了相应的对策和建议，比如：完善屋顶资源管理制度、加强电网规划和改造、增加政策支持力度和扩大市场推广渠道等。

[参考文献]

[1] 宁翔.国内分布式光伏发电产业现状与发展前景[J].节能，2017，36（11）：14-19.

[2] CHARLIE D，左冲，贾彦，等.中国农村民居屋顶分布式光伏发电的发展潜力分析[J].太阳能，2023（1）：5-16.

[3] 王容佳.“智造”引领产业变革 抢抓新一轮创新机遇：解读《智能光伏产业创新发展行动计划（2021—2025年）》[J].中国电业与能源，2022（2）：14-17.

[4] 黄坤，李敏.屋顶分布式光伏发电项目建设[J].农村电气化，2018（6）：59-61.

[5] 王肖.关于整县（区）推进屋顶分布式光伏发展研究[J].中文科技期刊数据库（全文版）工程技术，2022（6）：57-60.

[6] 张敏，李爱武，计枚选.“整县推进”模式下屋顶分布式光伏发电项目的典型设计方案和设计要点探讨[J].太阳能，2022（11）：16-21.

[7] 张蕾.浅析城乡规划建设与土地管理过程[J].中国科技期刊数据库 工业A，2023（1）：109-111.

[8] 梁月锋.基于共生视域的屋顶分布式光伏多元利益主体和谐共生机制研究[J].新乡学院学报，2022，39（8）：12-18.

[9] 江亿，胡姗.屋顶光伏为基础的农村新型能源系统战略研究[J].气候变化研究进展，2022，18（3）：272-282.

[10] 仇荣山.低碳经济背景下农业经济发展方式转变研究[J].现代营销（经营版），2018（12）：66-67.

[11] 朱柯丁，KEDING Z，宋艺航，等. 低碳经济下我国光伏发电效益及前景分析[C]//中国能源学会. 第二届中国能源科学家论坛.徐州：中国能源学会，2010，1229-1232.