发展绿色建筑，在我国也逐渐受到了重视，政府就发展绿色建筑不仅确定了战略目标、发展规划、技术经济政策，同时也修改和完善相关法律、法规，保证绿色建筑的构建和推广。以目前广州市为例，广州市白云区、南沙区等区域新建建筑设计项目均最低需满足国家绿色建筑一星级要求。绿色建筑设计规范中，关于“合理采用可再生能源发电技术，发电量不低于建筑用电量的2%”[2]，而太阳能光伏发电系统作为一种可再生能源首先被列入了考虑范围。当前，太阳能光伏发电技术与建筑物相结合研究最多的是光伏建筑一体化系统（BIPV 即Building Integrated Photovoltaic），该系统中光伏组件既要满足光伏发电的功能要求，同时也要兼顾建筑的基本功能及美学要求，光伏组件既被用作系统发电机，又被用作建筑物外墙材料。本文结合工程实例，从建筑电气设计专业的角度阐述、分析绿色建筑中光伏建筑一体化系统（BIPV）的设计思路及发展前景。

　　光伏建筑一体化系统中光伏组件与建筑的集成结合方式，有光电屋顶、光电幕墙、光电采光顶和光电遮阳板等。系统设计需结合建筑、结构等相关专业要求，共同确定系统各组成部分在建筑中的安装位置。安装在建筑物上的光伏组件，满足建筑的使用功能及节能要求、结构安全及使用要求、以及电气安全等要求，并配置带电警告标识及电气安全防护设施，以免出现不必要的触电事故。

　　此外，光伏建筑一体化系统规划设计需进行太阳能辐射、建筑物、电网等方面的评估。在建筑物上安装该系统不能降低建筑物本身或者是周围相邻建筑物的日照标准；避免周围环境景观、绿化种植及建筑自身的构件投影遮挡投射到光伏组件上的阳光；避免光伏组件对建筑本身或者是周围建筑物群体的二次辐射造成光污染。

　　安装光伏组件的建筑部位在冬至日全天日照应不低于3h；并在安装光伏组件的部位采取安全防护措施；满足其所在部位的建筑防水、排水、雨水、隔热及节能等功能要求。

　　除了以上技术要素之外，光伏建筑一体化系统设计另一至关重要是满足建筑的美学要求，介绍如下两点：（1）建筑物的光影效果，普通光伏组件一般为阻挡视线的布纹超白钢化玻璃，现代建筑屋顶或外墙幕墙如安装光伏组件，对采光会有一定的需求，此时可以采用光面超白钢化玻璃，外加电池板背面的采用普通光面钢化玻璃制作双面玻璃组件（节约成本），即可满足建筑物的功能。（2）光伏组件背面的接线盒及其连接线一般情况下采用明装，容易破坏建筑物的整体协调感，光伏建筑一体化系统中一般将接线盒省去或隐藏起来，此时需考虑旁路二极管保护，可将旁路二极管和所有连接线隐藏在幕墙结构中，同时需做好防雨水侵蚀和防晒措施。

　　根据光伏建筑一体化系统的类型，对光伏组件的安装结构、支撑光伏系统的主体结构或结构构件及相关连接件进行相应结构设计。结构设计应与工艺和建筑专业相配合，合理确定光伏组成部分在建筑中的位置。光伏建筑结构荷载取值应符合《建筑结构荷载规范》（GB50009-2010）的规定。

　　光伏建筑一体化系统的设计在收集当地气候参数的基础上，根据建筑物的使用功能、电网条件、负荷性质和系统运行方式等因素，确定系统为安装型、建材型或构件型。 光伏组件的倾角、数量、安装位置及阴影的设计要和建筑物设计同时进行，因其对光伏建筑一体化的外观影响校大，应尽量做到相互平衡、协调、一体化的设计。简单设计步骤如下：

　　（1）设计之前收集当地的太阳能辐射以及温度变化等气象数据，当地气象部门太阳能辐射量一般只有水平面的数据，需要根据理论计算换算出光伏板表面的实际辐射量。

　　（2）建筑设计和电力负荷的确定，决定光伏组件的类型、规格、数量、安装位置、安装方式和可安装面积的场地，同时光伏组件规格及安装面积、安装位置也决定了光伏系统的最大安装容量。

　　以下通过介绍某绿色建筑项目中应用光伏建筑一体化系统的一个案例，从系统原理、主要设备技术要求、设备安装位置等方面进一步阐述光伏建筑一体化系统在建筑电气设计中的思路及技术要求。

　　该项目为某住宅项目中的配套会所设施，会所总建筑面积5543.23m2，高16.7m，地下室二层，地上三层，主要功能为SPA房、游泳池、办公区、模型展示区、娱乐室等。在设计阶段中，业主要求该会所需达到国家绿色建筑三星、美国leed认证的设计目标。会所负一层设一台500kVA专变变压器，按照绿色建筑优选项要求，发电量不低于建筑用电量的2%，太阳能光伏发电量为10kW设计（基于成本考虑，业主决定按5kW设计），下面光伏建筑一体化系统设计参数均以5kW为设计值。

　　该项目所在地为广东省江门市，地理位置位于东经113.08°，北纬22.58°，年平均气温22.3℃，极端气温最高36.6℃，最低1.4℃，当地水平面年太阳辐射量约为1427.15kWh/m2。本方案设计选用单晶硅BIPV太阳能电池双玻组件，规格为1670mm×1100mm×50mm，单晶硅组件每块功率为235Wp（96片），组件使用寿命不低于20年。组件防护等级不低于IP65，设计安装总数量为24块，光伏组件电池板面积为44.1m2，装机总功率为5640Wp。本系统光伏组件采用可透光型BIPV双玻组件，根据当地气象资料安装角度朝向为南偏西45°，以建筑屋顶结构的方式安装在室外泳池旁休闲凉亭的结构支架上，平铺安装的双玻组件保证了建筑的美观和休闲凉亭的采光效果，同时便于后期的运营维护。

　　会所光伏建筑一体化系统由光伏组件、直流汇线箱、逆变器、交流配电箱、 监控系统、电缆和相关电气材料等相关附件组成。该系统发电的电力并入会所值班室公共照明箱，在用户侧并网并实现即时发电即时消化，发电提供的电能不足时由市电自行补充。会所光伏建筑一体化系统室内外设备安装如图2和图3所示。

　　光伏建筑一体化系统中并网逆变器为其重要设备。本项目光伏系统采用低压并网的方式运行，光伏阵列产生的直流电流经并网逆变器逆变变成交流电（系统选用小型组串型并网逆变器，安装于值班室内），交流电并入值班室内的公共照明配电箱接入点。

　　并网逆变器需满足以下主要技术要求：（1）内置电网保护装置，逆变器需具有同期控制功能：实时采集外部电网的电压、相位信号，通过闭环控制，使得系统输出电压和相位与外部电网同步；（2）防孤岛效应功能：外部电网失电后，立即停止供电；电网恢复供电时，并网逆变器并不会立即投入运行，而是需要持续检测电网信号在一段时间内完全正常（系统延时时间2～90s内可调），才重新投入运行；（3）最大功率跟踪技术（MPPT），保证转换效率始终工作在最佳状态，当日照强度和环境温度变化时，光伏电池输出电压和电流呈非线性关系变化时，其输出功率也随之改变，逆变器可以调节光伏组件的发电电流与电压，通过这种调节，使整个光伏系统始终保持在最大功率输出等。

　　系统防雷主要分为防直击雷和防感应雷，防直击雷设计：光伏组件的金属支架及其它金属构件均与避雷带或防雷引下线可靠连接；防感应雷设计：在直流汇线箱及交流配电柜处安装防雷保护装置（直流汇线光伏建筑一体化监测系统设计

　　光伏建筑一体化检测系统主要由逆变器来实现，检测系统设计包括采集日照、温度、控制器及风力传感器等设备的数据，通过数据掌握系统的运行情况，自动检测系统存在的问题或故障并予以提示，方便维护人员集中管理所有逆变器及系统维护工作。

　　本项目在会所大门入口显眼处安装一个51寸大屏幕显示器，可将光伏建筑一体化系统发电的相关信息直观展示出来，诸如实时发电量、直流电流、直流电压、交流电压及电流、历史发电量等，将发电量转化为节能减排的数据，让业主真切感受到光伏建筑一体化系统发电的节能减排效果。

　　近年来，随着中国绿色建筑的不断发展，光伏建筑一体化系统建筑物不断的涌现，但更多只是在地标性工程或示范工程的应用比较广泛，如上海世博会主题馆、高铁上海虹桥站主站楼、深国际园林花卉博览会等等。

　　与其它能源技术相比，太阳能光伏发电是一种洁净、可再生的发电形式，光伏发电的应用将为子孙后代提供可持续发展的空间；此外，太阳能光伏发电系统的组件可在任何地方快速安装，且无污染，完全干净（蓄电池除外）。当然，太阳能光伏发电系统也存在一定局限性，如受地理分布、季节变化及昼夜交替的天气、建筑成本及造价等因素影响；但光伏发电并未市场化原因，笔者认为其主要制约因素还是建筑成本较高而使开发商放弃使用。但随着国内光伏产业规模逐步扩大、技术逐步提升，光伏发电系统成本也在逐步下降；同时中国政府也就并网、电量收购、补贴、土地政策逐一细化，为分布式光伏项目、电站投资开发提供了多重保障，新能源产业也已上升为国家战略产业，未来五到十年中国光伏发电有望规模化发展。

　　光伏发电系统主要由太阳能组件（电池板）、控制器和逆变器三大部分组成。①太阳能电池。光伏发电技术的关键元件是太阳能电池，在同等条件下晶体硅电池与薄膜电池发电量约为3：1.1。②安装方式。晶体硅电池组成的太阳能组件，可安装在屋顶；也可垂直安装于墙面或替换窗户玻璃，但垂直安装不是最佳角度，发电效率仅为选择最佳角度时的40%，若作为窗户玻璃会对室内采光造成影响。 ③运行方式。从运行方式上来讲，目前的太阳能光伏发电系统大致可分为三类，离网光伏蓄电系统，不带蓄电池的光伏并网发电系统及带蓄电池的光伏并网发电系统。

　　（1）太阳能电池的选择。本工程所处地区，年平均日照2533小时，属于太阳能资源最丰富的区域，适合发展光伏发电。现以本地区日照情况，采用晶本工程中建议采用晶体硅安装在屋顶的方式。

　　（2）运行方式的选择。由于本站光伏发电系统的发电功率不会太大，且太阳能输出为渐变而不是突变，因此对电网的造成电压波动能够满足国家规定。而只要选择合格的光伏发电产品，谐波含量满足国家规定≤3%，谐波不会对电网造成影响。因此，本工程具备并网运行的条件。

　　系统所在地区：北纬35°39东经119°53；系统安装场所：110kV变电站楼顶；电池板朝向及安装角度：朝南41.65度倾角安装于楼顶；气候资源：日照暖温带半湿润季风区大陆性气候，四季分明，冬无严寒，夏无酷暑，非常潮湿，台风登陆频繁，平均风速3.4m/s， 极端风速27m/s。年均气温12.6℃，年均湿度72%，无霜期223天，年平均日照2533小时，年均降水量870毫米。

　　该110kV变电站综合配电楼楼顶可供安装面积约为：392.7m2，考虑上午9：00至下午3：00太阳能方阵不应被遮挡，通过计算日照地区最佳安装倾角为41.65度，方阵间距应大于4.6m。

　　系统组成：本工程太阳能发电系统方阵由78块单块容量为240Wp的太阳能电池板组成，电池组件总功率共为78×240= 18.72Wp，安装倾斜角为41.65度，面向正南方排布。

　　（1）电性能要求。①正常运行时，光伏系统和电网接口处三相电压的允许偏差为额定电压±7%。②光伏系统与电网同步运行，输出频率允许偏差为额定频率±0.5Hz。③并网逆变器额定输出时，电流总谐波畸变限值小于逆变器额定输出的4%。④光伏系统的输出大于其额定输出的50%时，平均功率因数应不小于1.0。⑤光伏系统并网运行时，电网接口处的电压不平衡度允许值为2%，短时不得超过4%。⑥光伏系统并网运行时，逆变器向电网馈送的直流电流分量不应超过其交流额定值的1%。

　　（2）监控系统技术要求。监控系统包括硬件部分和软件部分，包括自动控制系统和监控通信系统。采用通用的通信方式与控制台计算机通信，并且将相关信息传输到液晶显示器上显示出来。系统配置1套监控装置，利用监控软件实时掌控光伏并网逆变器的工作状态和运行参数，以及光伏阵列现场的环境参数。

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　　硬件部分完成信号的采集，传输等功用。软件部分包括数据库，相关的控制算法，人机界面，与硬件部分一起完成对整个光伏系统的监控。

　　（3）电缆及桥架敷设要求。对各电气部分所需线缆截面积、数量进行核算，对线缆及相关部件进行深化设计选型。

　　直流侧电缆要以减少线损及减少电磁干扰的原则选型，选用双绝缘防紫外线阻燃铜芯电缆，电缆性能符合GB/T18950-2003的要求；

　　配线线槽的布置应美观，与建筑结构协调一致，布线应隐蔽。配电线槽采用热镀锌钢板材料并作等电位接地；太阳能电池组件与线槽部分防雷需与整个建筑防雷接地结合考虑。

　　（4）防雷系统技术要求。为了保证系统在雷雨等恶劣天气情况下能安全运行，要对这套系统采取防雷措施。主要有这几个方面：①本站太阳能光伏发电系统的接地引下线直接接入变电站主地网。②太阳能电池板支架可靠接地。③并网逆变器内设计防雷器。④并网逆变器交流输出设计防雷器。（5）光伏组件安装及技术要求。系统的光伏组件安装采用平板固定式。

　　目前，大多数人一听到“风光互补发电”比赛项目就却而止步，感觉到很难、很复杂。俗话说“试试就能行，争争就能赢”，只要我们对技能大赛项目“风光互补发电设备安装与调试”有足够的了解、研究、深入探讨，就能在技能大赛中取得好的成绩。下面我从以下四个方面来研究.

　　KNT-WP02型风光互补发电实训系统是2012年全国职业院校技能大赛“风光互补发电系统安装与调试”赛项指定使用的大赛设备，由南京康尼科技实业有限公司提供。该设备是在2011年全国职业院校技能大赛“光伏发电系统安装与调试”赛项指定使用KNT-SPV01型光伏发电实训系统设备的基础上，增加了风力供电装置和风力供电系统，实现了功能拓展。KNT-WP02型风光互补发电实训系统主要由光伏供电装置、光伏供电系统、风力供电装置、风力供电系统、逆变与负载系统、监控系统组成，该项目在技能大赛中分三类比赛：高职组、中职组、教师组。其中，中职学生组和高职学生组为团体项目，教师组为个人竞赛项目。竞赛项目均以国家职业标准《维修电工》高级工（国家职业资格三级）的要求为基础，不同组别难易程度有一定区分。竞赛内容依据国家职业标准所规定的应知、应会等要求，分为理论知识、操作技能两个部分。我对中职组技能大赛比赛内容研究如下：

　　理论知识竞赛采取试题答卷（闭卷）方式进行，内容为技能竞赛相关的理论知识（含光伏发电、电工电子、电力电子、电气控制与PLC、电工电子仪表、计算机与通信、安全用电、力控软件等）和工作过程知识。时间60分钟。

　　操作技能竞赛以现场实际操作的方式进行。选手在规定时间内，根据竞赛时发给的工作任务书，参赛选手完成下列工作任务，各组别竞赛时间均为4小时。

　　中职学生组（团体项目）比赛内容：（1）完成KNT-SPV02型光伏发电实训系统的光伏供电装置的部分工作单元的安装与调试。（2）完成KNT-SPV02型光伏发电实训系统的光伏供电系统的部分工作单元的接线）编写PLC控制程序并调试，达到任务书的功能和技术要求。（4）进行蓄电池的充电过程的检测，达到任务书的功能和技术要求。（5）完成逆变器的参数测量，达到任务书的功能和技术要求。（6）完成监控系统组态界面设计，达到任务书的功能和技术要求。（7）焊接与光伏发电相关的功能板。

　　KNT-WP02型风光互补发电实训系统是由光伏供电装置、光伏供电系统、风力供电装置、风力供电系统、逆变与负载系统、监控系统组成。

　　（1）光伏供电装置的组成：光伏供电装置主要由光伏电池组件、投射灯、光线传感器、光线传感器控制盒、水平方向和俯仰方向运动机构、摆杆、摆杆减速箱、摆杆支架、单相交流电动机、电容器、直流电动机、接近开关、微动开关、底座支架等设备与器件组成，4块光伏电池组件并联组成光伏电池方阵，光线传感器安装在光伏电池方阵中央。2盏300W的投射灯安装在摆杆支架上，摆杆底端与减速箱输出端连接，减速箱输入端连接单相交流电动机。电动机旋转时，通过减速箱驱动摆杆作圆周摆动。摆杆底端与底座支架连接部分安装了接近开关和微动开关，用于摆杆位置的限位和保护。水平和俯仰方向运动机构由水平运动减速箱、俯仰运动减速箱、水平运动和俯仰运动直流电动机、接近开关和微动开关组成。水平运动和俯仰运动直流电动机旋转时，水平运动减速箱驱动光伏电池方阵作向东方向或向西方向的水平移动、俯仰运动减速箱驱动光伏电池方阵作向北方向或向南方向的俯仰移动，接近开关和微动开关用于光伏电池方阵位置的限位和保护。（2）光伏供电系统：光伏供电系统主要由光伏电源控制单元、光伏输出显示单元、触摸屏、光伏供电控制单元、DSP控制单元、接口单元、西门子S7-200PLC、继电器组、接线排、蓄电池组、可调电阻、断路器、12V开关电源、网孔架等组成。

　　变器参数检测模块、变频器、三相交流电机、发光管舞台灯光模块、警示灯、接。

　　（1）监控系统组成：监控系统主要由计算机、力控组态软件组成（2）监控界面：监控界面主要有光伏供电系统、光伏供电控制、逆变与负载、曲线、系统报表。

　　四、精心规划风“光互补发电设备安装与调试”技能实训思路，将会在技能大赛中取得金牌。

　　研究技能大赛考试方案，明确技能大赛比赛时间，周密部署实习训练计划；了解技能大赛评分细则，严密操作，严谨思考，严格检查；关注细节，重视设备安装调试正确性，电路正确率放首位；要及时掌握技能大赛比赛点所用设备的外形，技能大赛比赛点的考场布置环境，全真模拟，消除紧张情绪，将会在技能大赛中取得金牌。

　　[1]南京康尼科技实业有限公司开发的KNT-WP02型风光互补发电实训系统教程

　　目前能源与环境问题越来越受到重视，如何开发利用新能源和可再生能源，如何改变和优化能源消费结构等一系列问题成为世界关注的新焦点。太阳能是一种取之不尽, 用之不竭且没有污染的清洁能源。随着全球常规能源的紧张和环境污染的加剧, 太阳能被用在供热、空调、制冷及发电等越来越多的领域。太阳能光伏发电是直接将太阳光转换成电能的一种发电形式,具有安全可靠、清洁卫生、无噪声、无污染、建设周期短、维护简单等特点, 正成为一种快速发展的可再生能源技术而被广泛应用。其中，太阳能光伏建筑一体化（BIPV）技术是将太阳能光伏发电系统与建筑有机结合，这项技术为光伏产业的蓬勃发展注入了新的源动力，也开辟了新的光伏应用领域。

　　（1）太阳能光伏建筑一体化（Building Integrated Photovoltaic，简称BIPV）技术即将太阳能发电(光伏)产品集成或结合到建筑上的技术， 它不但具有护结构的功能，同时又能产生电能供建筑使用。光伏与建筑一体化(BIPV)是“建筑物产生能源”新概念的建筑，是利用太阳能可再生能源的建筑。

　　（2）太阳能光伏建筑一体化不等于太阳能光伏加建筑。所谓太阳能光伏建筑一体化不是简单的“相加”，而是根据节能、环保、安全、美观和经济实用的总体要求， 将太阳能光伏发电作为建筑的一种体系进入建筑领域，纳入建设工程基本建设程序，同步设计，同步施工，同步验收，与建设工程同时投入使用，同步后期管理， 使其成为建筑有机组成部分的一种理念、 一种设计、一种工程的总称。

　　（3）光伏建筑一体化的核心建筑是一体化设计、一体化制造、一体化安装，而其辅助技术则包括了低能耗、低成本、优质、绿色建筑材料的技术。光伏建筑一体化也是光伏建筑的规范化和标准化。

　　（4）光伏建筑一体化赋予了建筑物以新的属性，首先它使建筑物具有了能源的功能，建筑物不仅能够供人居住，还提供能源。随着光伏建筑一体化的进一步发展，今后房产的升值将会逐步地转变到更多地依靠科技价值的含量和提升，以及采用更加科学和严格的价格评价体系上来。BIPV极大的丰富了建筑物的科技内涵，提高了建筑物的使用价值。

　　在光伏建筑方面，德国、日本走在了前面，代表了人类可再生能源利用的发展方向，德国、日本光伏推广模式都非常成功，值得借鉴。这两个国家发展的基本思路是将晶体硅太阳电池作为主导产品，并采用屋顶计划和并网发电的基本形式，发展的主要推动力是政府的光伏发电补贴政策和银行贷款的激励机制。如德国政府带头利用太阳能，像柏林的议会大厦、柏林火车站等许多公共设施与场所，都大量采用光伏发电设备[2]。

　　近年来，我国太阳能光伏产业取得了振奋人心的进展，为今后的大发展打下了良好的基础。从发展观念和经济实力分析来看，在太阳能光伏示范推广方面，上海、江苏和广东有望像发展经济和高技术产业一样走在国内的前沿。我国政府拉动光伏产业和自主创新的政策日臻完善，各方利益逐步协调，将使我国太阳能光伏产业成为推动我国经济发展的新的动力，同时，还会推动我国太阳能科技快速跨入国际前列。

　　建材型，指将太阳能电池与瓦、砖、卷材、玻璃等建筑材料复合在一起，成为不可分割的建筑构件或建筑材料，如光伏瓦、光伏砖、光伏屋面卷材、玻璃光伏幕墙、光伏采光顶等。

　　构件型， 指与建筑构件组合在一起或独立成为建筑构件的光伏构件，如以标准普通光伏组件或根据建筑要求定制的光伏组件构成雨篷构件、遮阳构件、栏板构件等。

　　与屋顶、墙面结合安装型，指在平屋顶上安装、坡屋面上顺坡架空安装以及在墙面上与墙面平行安装等形式。

　　（2）屋顶一体化方式是指将PV板做成屋面板或瓦的形式覆盖平屋顶或坡屋顶整个屋面，后者与建筑的整体结合方式具有更高的灵活性，为在旧房改造中使用PV板提供了可能。PV板与屋顶整合一体化可以最大限度地接受太阳光的照射，且可兼做屋顶的遮阳板或者做成通风隔热屋面，减少屋顶夏季热负荷。PV板与屋顶的构造做法有两种方式：一种是兼为屋顶防水构造层次的部分，要求PV系统具有良好的防水性能；另一种是单独作为构造层次位于防水层之上，对屋顶防水具有保护功能，可延长防水层的使用寿命。

　　（3）墙面一体化方式是指PV板与墙面材料一起进行集成。现代建筑支撑系统和维护系统的分离，可使PV板能如同木材、金属、石材、混凝土等预制板一样成为建筑护系统的贴面材料。 PV板墙面一体化主要有PV板外墙装饰板和PV板玻璃幕墙两种方式。PV板玻璃幕墙是指透光型PV板和玻璃集成制成的光电幕墙。 该组件由太阳电池芯片和双层玻璃板构成， 芯片夹在玻璃板之间， 芯片之间和芯片与玻璃板边端之间留有一定的间隙，以便透光，芯片面积占总面积的70%，也即透光率为30%,可有效解决幕墙的遮阳，降低建筑的热负荷，同时可为室内提供特殊的光照气氛；更因其特殊的颜色和质感，拓展了建筑的表现空间。目前PV板价格和某些天然石材己没有差别，今后随着PV板的发展，成本只会越来越低，这就为PV板在建筑的广泛应用创造了良好条件。 光电屋顶与光电幕墙的出现，为建筑师展示建筑艺术作品多了一种新的选择

　　（4）建筑构件一体化方式是指将PV板与建筑的雨篷、遮阳板、阳台、天窗等构件有机整合，在提供电力的同时可为建筑增加美观的细部。 PV板和遮阳板的结合不仅可为建筑在夏季提供遮阳， 还可使入射光线变得柔和， 改善室内的光环境， 且使窗户保持清洁。但应注意，高效率的PV系统并不一定是高效率的一体化系统。一体化建筑除要求美观外，还要求通过科学的计算和设计，满足建筑构件所要求的强度、防雨、热工、防雷、防火等技术条件。

　　（5）光伏LED一体化——光电LED多媒体动态幕墙和天幕。 将光伏LED一体化夹层内的太阳能电池和LED半导体的透明基板放置在幕墙、屋面边框内构成光电单元，可以模块化。常规交流供电系统作为LED供电电源，必须将电源转换成低压直流电才能使用。考虑到功率因素的影响和LED供电的特殊性，需要合理设计复杂控制转换电路，这不仅增加了照明系统成本，又降低了能源的利用效率。太阳能光伏发电技术与LED结合的关键，在于两者同为直流电、电压低且能互相匹配。因此两者的结合不需要将太阳能电池产生的直流电转化为交流电，太阳能电池组直接将光能转化为直流电能，通过串、并联的方式任意组合，可得到LED实际需要的直流电，再匹配对应的蓄能电池，便能实现LED照明的供电和控制，无需传统的复杂逆变装置进行供电转换。 因而这种系统可获得很高的能源利用效率，较高的安全性、可靠性和经济性。太阳能电池与半导体照明LED一体化是太阳能电池和LED技术产品的最佳匹配，是集发电、照明、多媒体、建筑节能、动态幕墙和动态天幕于一体的多功能新产品。

　　（1）光伏建筑一体化主要是光伏发电系统通过光伏组件用于建筑屋顶（光电屋顶）、墙面（光电幕墙）、遮阳（光电遮阳板）来获取电能的一种方式。光伏系统工作时，安装在建筑物上的光伏组件产生直流电源，通过接线盒与逆变器连接，将直流转换成交流，给建筑物负载供电或给建筑物以外其他负荷供电。光伏建筑一体化的发电主要有两种方式，一种是独立的供电系统，即所发电能直接用于建筑物内部分负载；另一种是过剩时采取蓄电池储存。

　　（2）光伏建筑一体化系统分为独立光伏系统、并网光伏系统和混合光伏系统。带蓄电池可独立运行的PV系统是独立光伏系统。并网光伏发电系统是与电网相连，并向电网输送电力的光伏发电系统。从长远角度来看，并网光伏发电系统更有优越性。因此，建筑物光伏市场正在或即将从独立发电系统转向并网发电系统。混合光伏系统是独立发电加并网发电，又称防灾型系统。

　　（1）我国人口多，电力需求很大，大、中城市更为突出，电力负载主要在建筑物内或其四周，BIPV可充分利用建筑物的外部空间面积，自产能源，减少电缆线架设及电力输送(就近利用)，BIPV使PV系统与建筑、艺术及生活紧密结合。

　　（2）光伏建筑一体化的系统，如幕墙光伏发电系统，其成本随建筑物的设计阶段和光伏电池与建筑装饰材料生产过程的结合程度有很大的关系。研究表明，如果设计院、建材生产商和光伏制造商能够充分协作，建材光伏一体化的发电单元制造成本与单独生产光伏组件的成本类似，甚至比建材加光伏组件的成本还低；而逆变和布线系统则可整体并入建筑物的电力系统中去，BIPV的成本可能比单独的光伏发电低得多。

　　和世界上的先进国家和地区相比，光伏建筑一体化技术在我国还处于示范项目阶段，虽然不断有示范项目建成，但大部分项目都是由政府全部或部分投资建造，光伏建筑技术本身难以在能源市场竞争中获得份额。这与德国、日本等光伏产业发达国家相比差距较大，造成这种差异的关键问题是光伏技术发电成本高，而我国缺少保障光伏产业发展的法律和经济激励政策[4]。为此，光伏产业的发展要因地制宜，争取更多的政策支持，充分利用现有适合光伏产品的建筑，并在新建建筑上进行光伏建筑一体化的设计；通过对项目全寿命周期成本进行经济与社会评价，增强投资者和民众的信心，引导生活习惯及居住理念的转变，鼓励民众使用太阳能光伏产品。

　　1.张雪松.太阳能光电板在建筑一体化中的应用[J].建筑,2005（2）:80-83.

　　2.陈维,沈辉,褚玉芳,等.太阳能光伏建筑一体化的现状与展望[J].新材料产业,2007(7):36-39

　　随着社会经济的不断发展，人们对降低建筑能耗的重要性。采用新型的建筑节能技术，可以减轻建筑污染，改善建筑热环境，实现建筑业的绿色发展的重要途径。由传统的高消耗型发展模式转向节能环保型模式成为必然的趋势，绿色建筑的概念应运而生。

　　绿色建筑，是指在建筑物的全生命周期中，最少程度地占有和消耗地球资源，最小且高效率地使用能源，最少产生废弃物并最少排放有害环境物质，成为与自然和谐共生、有利生态系统与人居系统共同安全、健康且满足人类功能需求、心里需求、生理需求及舒适度需求的可持续建筑物。因此，以太阳能光电技术为首的新能源在绿色建建筑中的应用，得到了人们广泛的重视。

　　太阳能作为一种全新的清洁能源，在绿色建筑中，主要可以从光热转换技术或光电转换技术两条路径应用。目前，光热转换技术已经较为成熟，太阳能热水供应系统、太阳能温水游泳池系统和太阳能地板采暖系统等已经得到了广泛的应用，解决了人们生活的热水和取暖等问题。

　　随着太阳能光电转换技术的进一步成熟，以及太阳能光电板成本的进一步降低，太阳能光电建筑必然也将逐渐走入人们的生活。太阳能光电建筑，是指从规划、设计、施工到使用过程中，将太阳能利用设施与建筑有机结合起来，使光伏发电材料成为建筑体的有机组成部分。其中，建筑内照明、空调及生活所需的大部分能源依靠其自身的太阳能光伏发电材料产生的能源来满足，基本摆脱对常规能源的依赖，做到能源消耗既清洁又环保。

　　太阳能光伏发电被公认为一种极好的新型替代能源，它的开发利用有利于降低二氧化碳的排放，保护环境。在很多国家，如，美国、日本、印度、中国等，都在研究将太阳能发电和建筑结合起来的利用形式，并相继开发出光伏太阳能建筑。1997年美国和欧洲相继宣布“百万屋顶光伏计划”，而日本在1997年仅用于补贴屋顶光伏计划的经费就高达9200万美元。

　　近年来，国家对新能源利用的政策不断出台，促使太阳能、风能、光热发电等一系列新能源产业日益兴起，尤其是对太阳能的开发利用更是备受人们的关注。但由于太阳能产业尚未规模化，太阳能技术还不十分成熟，从而导致太阳能光电建筑的成本较高，这是制约太阳能建筑发展的主要因素。

　　光伏与建筑的结合有如下两种方式，都可以通过并网逆变器、控制装置与公共电网联接起来组成并网发电系统。一种是建筑与光伏系统相结合，把封装好的的光伏组件（平板或曲面板）安装在居民住宅或建筑物的屋顶上，组成光伏发电系统；另外一种是建筑与光伏器件相结合，是将光伏器件与建筑材料集成化，用光伏器件直接代替建筑材料，即光伏建筑一体化（BIPV），如将太阳光伏电池制作成光伏玻璃幕墙、太阳能电池瓦等，这样不仅可开发和应用新能源，还可与装饰美化合为一体，达到节能环保效果，是今后的发展光伏建筑一体化的趋势。

　　光伏并网发电设计太阳能光伏并网发电系统由光伏组件、并网逆变器、计量装置及配电系统组成。 目前，太阳能光电建筑的发电系统设计容量可以从几千瓦到几百千瓦，甚至上兆瓦，由于国内的光伏与建筑结合形式各种各样，设备的选型需根据光伏阵列安装的实际情况（如组件规格、安装朝向等）进行优化设计，大致可分为。集中式并网发电和分布式并网发电两种并网发电方式。其中前者适合于在建筑物上安装朝向相同且规格相同的光伏阵列，在电气设计时，采用单台逆变器集中并网发电方案实现联网功能。后者适合于在建筑物上安装不同朝向或不同规格的的光伏阵列，在电气设计时，可将同一朝向且规格相同的光伏阵列通过单台逆变器集中并网发电，采用多台逆变器分布式并网发电方案实现联网功能。

　　（1）光伏阵列朝向。光伏阵列正向赤道是其获得最多太阳辐射能的主要条件之一。一般情况下，方阵朝向正南。系统的光伏阵列处于北半球，一般应按正南偏西。

　　（2）光伏阵列倾角。在并网发电系统中，光伏阵列相对于水平面的倾斜角度一般应该按照使阵列获得全年最多太阳辐射能的设计原则。电池板厂商将根据不同地区的地理位置及气象环境，会提供最佳的安装角度。

　　（3）光伏组件串联设计。逆变器在并网发电时，光伏阵列必须实现最大功率点跟踪控制，以便光伏阵列在任何当前日照下不断获得最大功率输出。在设计光伏组件串联数量时，应注意接至同一台逆变器的光伏组件的规格类型、串联数量及安装角度应保持一致。此外，需考虑光伏组件的最佳工作电压和开路电压的温度系数，串联后的光伏阵列的最佳工作电压应在逆变器范围内，开路电压应低于逆变器输入电压的最大值。

　　（4）光伏系统的避雷技术要求。对于光伏系统的避雷设计，主要考虑直击雷和感应雷的防护：光伏阵列安装在室外，当雷电发生时可能会受到直击雷的侵入，直击雷的防护通常都是采用避雷针、避雷带、避雷线、避雷网或金属物件作为接闪器，将雷电流接收下来，并通过作引下线的金属导体导引至埋于大地起散流作用的接地装置再泄散入地。感应雷的防护需要考虑太阳能电池板四周铝合金框架与支架应等电位接地，以及交直流输电线路和逆变器等感应雷的防护，防护措施可采用防雷保护器。防雷防护国家现在还没有专门针对光伏系统的设计规范，在项目设计时是要委托专业的设计单位来设计。

　　光伏并网发电系统的电网接入有低压接入和高压接入两种方案。前者中，并网系统接入三相400V或单相230V低压配电网，通过交流配电线路给当地负荷供电，剩余的电力馈入公用电网。根据是否允许向公用电网逆向发电来划分，分为可逆流并网系统和不可逆流并网系统。后者中，并网系统通过升压变压器接入10KV或 35KV 高压电网，升压并网系统应采用单独的上网变压器，向上级电网输电。高压并网发电系统应由供电部门进行接入系统的设计，高、低压开关柜应设有开关保护、计量和防雷保护装置，实际并网的发电量应在高压侧计量。

　　太阳能光电建筑设计时，安全性设计有几点需要注意：屋顶和建筑作为安装太阳能发电系统的场所，要有荷重（自重、积雪、风压）的承能力。阵列的安装考虑到漏雨的问题，确保不给房屋系统造成破坏。支架等安装材料的耐用性。太阳能组件到室内的配线性能及保护方法。施工作业的安全防护。系统的防雷安全保护措施。

　　目前，我国太阳能光电建筑的建设已经得到了大量的发展：上海世博会中国馆就是太阳能光电建筑一体化工程，中国馆的太阳能装机容量达302千瓦，主题馆屋顶的太阳能总装机容量高达2825千瓦，有望成为亚洲单体建筑中最大的光伏建筑一体化电站。当前，随着太能能储能技术和太阳能电池技术的不断进步，太阳能光电技术必然能在建筑中有更加广阔的应用前景。

　　光伏与建筑的结合有两种方式：一种是建筑与光伏系统相结合；另外一种是建筑与光伏器件相结合。

　　把封装好的的光伏组件（平板或曲面板）安装在居民住宅或建筑物的屋顶上，再与逆变器、蓄电池、控制器、负载等装置相联。光伏系统还可以通过一定的装置与公共电网联接。

　　建筑与光伏的进一步结合是将光伏器件与建筑材料集成化。一般的建筑物护表面采用涂料、装饰瓷砖或幕墙玻璃，目的是为了保护和装饰建筑物。如果用光伏器件代替部分建材，即用光伏组件来做建筑物的屋顶、外墙和窗户，这样既可用做建材也可用以发电，可谓物尽其美。对于框架结构的建筑物，可把其整个围护结构做成光伏阵列，选择适当光伏组件，既可吸收太阳直射光，也可吸收太阳反射光。目前已经研制出大尺度的彩色光伏模块，可以实现以上目的，还可使建筑外观更具魅力。

　　把光伏器件用做建材，必须具备建材所要求的几项条件：坚固耐用、保温隔热、防水防潮、适当的强度和刚度等性能。若是用于窗户、天窗等，则必须能够透光，就是说既可发电又可采光。除此之外，还要考虑安全性能、外观和施工简便等因素。

　　用光伏器件代替部分建材，在将来随着面的扩大，光伏组件的生产规模也随之增大，则可从规模效益上降低光伏组件的成本，有利于光伏产品的推广应用，所以存在着巨大的潜在市场。

　　从建筑、技术和角度来看，光伏—建筑一体化有以下诸多优点：①联网系统光伏阵列一般安装在闲置的屋顶或墙面上，无需额外用地或增建其他设施，适用于人口密集的地方使用。这对于土地昂贵的城市建筑尤其重要。②可原地发电、原地用电，在一定距离范围内可以节省电站送电网的投资。对于联网户用系统，光伏阵列所发电力既可供给本建筑物负载使用，也可送入电网。在阴雨天、夜晚或光强很小的时候，负载可由电网供电。由于有光伏阵列和公共电网共同给负载供应电力，增加了供电的可靠性。③夏季，处于日照时，由于大量制冷设备的使用，形成电网用电高峰。而这时也是光伏阵列发电最多的时候。BIPV系统除保证自身建筑用电外，还可以向电网供电，从而缓解高峰电力需求。④由于光伏阵列安装在屋顶和墙壁等护结构上，吸收太阳能，转化为电能，大大降低了室外综合温度，减少了墙体得热和室内空调冷负荷，既节省了能源，又利于保证室内的空气品质。⑤避免了由于使用一般化石燃料发电所导致的空气污染和废渣污染，这对于环保要求严格的今天与未来更为重要。⑥由于光伏电池的组件化，光伏阵列安装起来很简便，而且可以任意选择发电容量。⑦在建筑围护结构上安装光伏阵列，可以促进PV部件的大规模生产，从而能够进一步降低PV部件的市场价格，这对于BIPV系统的广泛应用有着极大的推动作用。

　　在能源和环保压力的促进下，太阳能光伏技术已逐步成为国际走可持续发展道路的首选技术之一。事实已经证明，对于几kW以下的系统，采用太阳光伏发电是最为理想的。光伏（PV）技术除传统的单独用户及特殊领域应用外，正在向高水平和大规模方向发展。BIPV的联网发电已成为近年来PV应用的主要方向和热点。联合国能源机构最近的调查报告显示，BIPV将成为21世纪的市场热点，太阳能建筑业将是21世纪最重要的新兴产业之一。各国一直在通过改进工艺、扩大规模、开拓市场等，大力降低光伏电池的制造成本和提高其发电效率。

　　近年来，世界光伏市场发生了很大变化：由过去的独立运行（提水、照明等）和通讯设备、卫生保健、导航浮标等领域转向并网发电和与建筑物结合的常规供电；开始由作为补充性能源逐步向替代性能源过渡。现在分别介绍一下不同国家的发展情况。

　　1993年6月，美国能源部和国立再生能源实验室签定五年合同，实施“PV：BONUS”计划，耗资2500万美元发展与建筑相结合的光伏产品，即建筑幕墙光伏器件和大型屋顶光伏组件等。

　　为了促进美国光伏产业的快速，降低光伏发电成本以及节约能源和保护环境，美国前总统克林顿1997年6月26日在联合国环境与发展特别会议上宣布美国将实施“百万太阳能屋顶”计划，到2010年要在全国范围的住宅、商业建筑、学校和联邦政府办公楼屋顶上安装100万套太阳能系统，包括光伏系统和太阳能集热器，可以供应电力和热水。为此，1998财政年度美国政府的光伏经费增加了30％。

　　日本很重视光伏与建筑相结合的技术。20世纪90年代，政府资助一些大学、研究所和公司进行开发研究。如三洋电气公司推出了几种非晶硅电池与建筑材料相结合的产品（三洋公司在非晶体太阳电池技术方面是世界一流的）：一种是做成曲线形瓦片形状，每片面积为305平方厘米、输出功率2.7WP，价格比较昂贵；另一种是90cm×35cm的平板非晶硅电池组件，组件背面有“脚”便于安装，一般用做屋顶材料。三洋电气公司还推出了半透明和不透明的非晶硅玻璃组件，用于商业建筑物的垂直幕墙。其半透明组件的透光率为30％，既可作为窗户采光用，又可用于发电（德国也有类似产品）。以上光伏组件已安装在三洋电气公司、Fsukasa电力公司等办公楼建筑物上。

　　1997年，通产省又宣布执行“七万屋顶”计划，安装了37MWP屋顶光伏系统。该计划使日本成为该年度世界最大的光伏组件市场。日本政府计划到2000年安装400MW、2010年安装4600MW光伏发电系统。

　　1998年，日本三家公司（清水建筑、夏普、川崎制铁）合作研制一种新型建筑材料，即把太阳能电池安装在建筑材料里，并按需要做成三种，用做屋顶和外墙。

　　1990年首先开始实施“一千屋顶计划”，在私人住宅屋顶上推广容量为1～5kWP的户用联网光伏系统。

　　在光伏器件与建筑相结合方面，ASE所属几家公司分别推出了多种光伏组件，其中有大尺寸（1.5m×2.5m）的无边框非晶硅组件，每块组件功率可达360Wp，可用于垂直外墙和倾斜屋顶；也推出了尺寸为1m×0.6m的非晶硅不透明组件，可分别用于屋面、垂直幕墙和窗户。

　　印度近年来大力推广太阳能，已取得了很大成绩。在发展家，印度的光伏产业及应用市场居领先地位；据报道，目前已成为继美国之后的第二大单晶硅太阳能电池生产国。全国已有40万套光伏系统用于多种应用领域。并且，政府正在组织一些研究和生产机构开展光伏器件与建筑相结合的研究开发。

　　1997年12月18日印度政府宣布，到2002年要在全国范围内推广150万套太阳能屋顶。

　　中国的太阳能光伏技术也具有了一定的规模。据统计，截止1997年底，我国已完成并正常使用的太阳能光伏发电系统装机容量为10～15MW，主要用于边远地区居民的供电。随着光伏发电领域的转变，我国的BIPV系统的研究与开发已取得了很大的发展。“九五”期间我国在深圳、北京分别成功建成17kWp、7kWp光伏发电屋顶并实现并网发电。在世界银行捐赠及双边或多边技术合作的支持下，预计我国光伏市场年销售量将以20％的年增长速度发展，到2010年可望超过10MW.

　　最近获悉，香港特区政府为支持环保，香港工业署日前拨款170万港元给香港理工大学，建立第一座“光伏建筑”实验系统，以太阳能为大厦提供部分电力。

　　有资料对1984～1994年间的光伏需求进行了统计并对到2010年可以安装PV的容量进行了预测，结果如表1所示。

　　紧紧围绕降低光伏发电成本的各种研究开发工作一直在发达国家紧张地进行。在光伏系统方面，目前已开发出带微型逆变器的光伏组件，这将给光伏系统安装及与建筑集成带来革命性的变化。

　　BIPV的开发是目前世界上大规模利用光伏技术发电的一大研究热点，西方发达国家都在作为重点项目积极进行。除了在屋顶安装光伏电池板外，已推出了把光伏电池装在瓦片内的产品。

　　在飞速发展的智能建筑（IB）中，楼宇自动化系统（BAS）是一个重要组成部分。对于BIPV系统，其本质上是属于楼宇设备的范畴，但在目前关于BAS的资料中还没有被纳入其中。笔者认为，BIPV系统应当纳入BAS.未雨绸缪，在实际建筑施工中应当预留光伏阵列的铺设装置；在综合布线系统（PDS）中，应当预设光伏设备的接入端口和线路匣，为以后光伏组件与楼宇设备的结合作准备。随着光伏组件的广泛应用和价格大幅度下降，未来实现智能化的建筑物必定要配装BIPV系统，同时这也是对IB的一个重要补充。

　　近年来，北京城市轨道交通发展迅猛，到2020年运营里程将达到998.5 km，已成为缓解城市交通拥堵的最佳选择和市民出行重要的公共交通工具。随着科技的进步和社会的发展，人们在节约能源、减少排放、环境保护方面意识逐渐增强，在城市轨道交通系统中，节能减排、提高效益已势在必行。

　　北京轨道交通燕房线起点为燕化产业基地内的燕化站，终点为阎村北站。线 km（含房山线 km），均为高架线座，在停车场设置光伏发电系统。

　　燕房线光伏发电系统光伏组件安装在北京轨道交通燕房线（主线）工程阎村北停车场停车列检库屋面上，选用JAP6 60-250/3BB型光伏组件共计2 400块，项目容量为600 kWp。

　　燕房线 V低压并网运行方式，光伏发电系统所发电能并入停车列检库内跟随所400 V母线 光伏发电系统组成

　　燕房线停车场光伏发电系统容量为600 kWp，采用固定式太阳能电池方阵。600 kWp光伏发电系统共安装2 400块250 Wp太阳能电池组件，24台直流汇流箱，2台直流配电柜，6台100 kW并网逆变器，2台交流配电柜，1套综合监控系统，充分利用光伏发电系统电气原理。

　　光伏发电是指利用太阳能电池这种半导体电子器件的P-N结光生伏伏特效应原理有效地吸收太阳光辐射能，通过转换装置使之转变成电能的直接发电方式，是当今太阳光发电的主流，具有可再生、无污染等优势。

　　（1）钢支架安装过程中不应强行敲打，不应气割扩孔，热镀锌支架现场不宜打孔，安装过程中注意保护防腐层。（2）手动可调式支架调整动应灵活，高度角调节范围应满足设计要求。（3）光伏组件支架倾斜角度偏差不应大于±1°。（4）支架安装的允许偏差应符合表1规定。（5）支架与预埋件之间安装牢固、可靠。

　　（1）安装前准备：①支架安装验收合格。②光伏组件的外观和各部件应完好无损。

　　（2）安装符合下列要求：①光伏组件应按照设计图纸的型号、规格进行安装。②光伏组件固定螺栓的力矩值应符合设计文件的规定。③光伏组件安装允许偏差应符合下表2规定。

　　（3）光伏组件间的接线要求：①光伏组件连接数量和路径符合设计要求。②光伏组件间插接件应连接牢固。③外接电缆同插接件连接处应搪锡。④光伏组件组串后对组件串的开路电压和短路电流进行测试。⑤光伏组件间连接线固定整体美观。⑥同一组件或组件串正负极不得短接。

　　（1）光伏系统电缆支架、线槽支架、光伏组件、钢梁、梯架、均应可靠接地。（2）光伏设备室接地主干线制作同变电所接地，过门处预埋接地扁钢，扁钢搭接长度为宽度的2倍，焊接连接时应3面搭焊，接地扁钢应与接地极可靠连接，表面刷黄绿双色漆。（3）光伏线槽支架应采用镀锌扁钢全部连通并接地，连接方法为螺栓连接，搭接长度为扁钢宽度的2倍，直线 m设置一处Ω型伸缩补偿弯。（4）电缆井内电缆梯架与夹层内电缆支架、屋顶线槽支架用扁钢连通接地，采用螺栓连接。（5）光伏组件应采用接地短连线串联并可靠连接至线镀锌圆钢与屋顶防雷网连接，搭接长度为圆钢直径的6倍，双面施焊。

　　（1）光伏设备预埋件及预留孔的位置和尺寸符合设计要求，预埋件固定牢固。（2）光伏设备预埋件基础槽钢安装允许偏差符合下表3规定。（3）基础槽钢安装后，顶部应高出装修底面10 mm，基础槽钢应有明显的接地。

　　（1）汇流箱安装前应检查箱内元器件无损坏，连接线无松动，开关机及熔断器断开。（2）汇流箱进线端、出线端、接地端绝缘电阻不应小于20 MΩ。（3）汇流箱安装位置符合设计要求，支架及固定螺栓采用防腐件。（4）汇流箱安装垂直偏差应小于1.5 mm。（5）汇流箱内光伏组件串的电缆接引前，必须确认光伏组件侧和逆变器侧均有明显断开点。（6）汇流箱柜门应采用接地线 逆变器及低压配电柜安装

　　（1）设备安装方向符合设计规定，逆变器及基础槽钢固定牢固可靠。（2）逆变器应可靠接地，交流侧接口处应有绝缘保护。（3）配电柜安装标准参照变电所设备安装允许误差标准。

　　4.7 线）光伏线槽连接螺栓应防腐处理。（2）线槽连接处应用裸编织软铜跨接地线）线槽支架用扁钢连接并可靠接地，线槽支架与钢梁可靠焊接，焊点防腐处理。（4）电缆线 m设置一处伸缩节，转弯处应满足电缆弯曲半径要求。

　　（1）电缆标志牌齐全、正确、清晰。（2）电缆固定、弯曲半径、有关距离等应符合设计要求。（3）电缆防火措施应符合设计要求。（4）逆变器交流侧和直流侧电缆接线前应检查电缆绝缘，校对电缆相序和极性。（5）逆变器直流侧电缆接线前必须确认汇流箱侧有明显断开点。

　　目前燕房线停车场光伏发电系统已投入运行，设备运行良好，已发电45万kWh，年发电量50万kWh以上。在城市轨道交通系统中，大大降低了运营成本，取得了优异的经济效果及节能效果。

　　城市轨道交通光伏发电系统发电节能技术研究，作为我国城市轨道交通领域的一种节能技术措施，节能效果明显。目前节约能源、减少环境污染已经是社会的共识，轨道交通用电量大和环境污染已引起国内外轨道交通界的关注，在车辆段各单体建筑屋顶及高架线车站顶部设置光伏发电系统已成为现代轨道交通降低能耗技术发展的方向，也是城市轨道交通向绿色环保发展的必然趋势。

　　在经济上，它减少城市轨道交通运营电费的支出，也是城市轨道交通向经济合理发展的必然要求。随着全国各大中城市城市轨道交通的普及和发展，光伏发电在轨道交通领域具有广阔应用前景。

　　社会经济发展促进物质生活水平提高，大量家用电器出现在人们生活中，加上工业用电量大幅度增加，原有的发电模式已不能有效满足实际用电需求，急需开发新的发电方式。在这样的背景下太阳能光伏发电技术出现在人们视野中，我国大部分地区光照充足，这给太阳能光伏发电技术发展提供充足条件。

　　相比于传统发电方式太阳能光伏发电有着明显不同，可以从优势与不足两方面展开分析：

　　①优势分析：太阳能光伏发电基本上不用考虑能源枯竭问题，整个发电过程不存在环境污染问题，发电安全可靠；发电过程受到交通条件限制较小，基本上能看见太阳的地方都可以应用该技术；建设周期较短，可以将发电系统设置在用电地方，供电系统运行中安全可靠。

　　②缺点分析：受到太阳光照影响，当照射能量分布密度偏小时，整体发电量偏低。也就是说获取能源过程中容易受到自然环境因素，当出现阴雨天气时，直接影响到发电量；再者就是光伏发电系统造价较高，很多时候受到成本限制，在实际推广中存在一定难度[1]。

　　光伏发电系统中光伏电池组件是基本构成单元，太阳光照射电池组件，电池吸收光能后，在光伏效应作用下将其转化成直流电能，可以说光伏电池组件是整个系统的基础。

　　逆变器主要用于将直流电转化成负载需要的交流电，光伏发电系统中光伏电池组件与蓄电池中均为直流电，逆变器实现电能性质的转变[2]。

　　变换装置保证大范围变化情况下输出的高压直流电稳定，通过控制回路中的功率器件，实现直流电升压成为高压直流电。

　　太阳能光伏发电系统设计相对复杂，可以分成硬件与容量两大部分，硬件设计相对简单前文中也有一定论述，本部分笔者主要分析容量设计要点。

　　光伏发电系统设计前考察安装地点，全面了解安装现场经纬度、日照强度、年平均日照、平均气温及降水量等。做好基本数据收集工作后，综合分析数据资料，为后学设计做好铺垫。

　　①无蓄电池的离网式系统选择太阳能电池组件时，考虑用电设备启动与过载性能，太阳组件输出电流必须满足启动电流所需。实际中太阳能电池组件过载能力不是很强，通常短路电流超过额定电流的1.2倍就会烧毁组件，一般选择大容量的电池板；②有蓄电池的离网式系统选择太阳能电池组件时，可以只考虑正常工作状态下用电设备的功率与使用时间要求[3]。也就是太阳能板发电能力应在一天光照时间内的发电量可以满足用电设备的能量消耗。蓄电池放电电流既要满足用电设备启动要求，还要满足整天无光照时设备用电需求。

　　这是因为太阳运行以24h为一个周期，可以将一天作为计算太阳能组件容量的依据。有效的太阳照射时间内，确保用电设备的全部用电需求外，还要保证蓄电池在有效时间内充电到额定容量。蓄电池容量应该保证在一天内没有光照的时间中满足设备用电需求。选择太阳能电池组件容量时，按照标准测试条件下平均每天5h日照时间进行计算。比如：当用电设备功率为1x104kW，24h用电量为240kWh，经过计算太阳能电池容量为48kW。按照相关标准蓄电池容量满足每天5h日照外设备用电容量需求190kWh。如果蓄电池端电压为额定电压220v，蓄电池容量为900Ah。上面计算出的数据仅是理想情况下结果，实际中需要考虑阴雨天、维护系数及余量等。

　　①并网式无蓄电池系统的太阳能组件，可以只考虑白天日照条件下满足用电设备各项需求。电力网络可以提供设备启动电流与没有日照的其他用电；②并网式有蓄电池系统，太阳能板只需考虑白天日照条件下如何满足用电设备的功率与使用时间要求。确定蓄电池容量时只考虑规定时间的应急用电容量，电力网络提高时间内供电。

　　假设将太阳能光伏发电用作辅助能源，为提高太阳能利用效率，一般根据场地安装条件配置太阳能电池并网运行。某地区处于北纬39.9°，东经116°；倾斜面年总辐射量约为6300MJ/m2=1750kWh/m2；太阳年平均利用时间为1750h[4]。

　　气象部门给定的数据并不能当做电池板测试条件，原因很简单，气象部门给出的全年平均值数据，但实际中太阳辐射能并不是一成不变，而是处于时刻变化的状态，太阳能电池作为一种能量转换装置本身没有存储功能，因此其输出能力也处于变化状态，实际计算时只能给出平均值。

　　光伏方阵安装方式较多：常见的有固定式、固定可调式、水平单轴跟踪、斜单轴跟踪、双轴跟踪。与最佳倾角的固定式安装相比，水平单轴跟踪的辐射量提升了17%～30%，双轴跟踪的辐射量提升35%～43%。具体如图3所示。

　　因此，相对于从气象局获得的水平面总辐射量，倾斜面上的总辐射量在纬度高的地区，提高幅度会更大一些。

　　太阳能光伏发电系统设计中一个重要环节就是确定电池组件的最佳安装倾角。计算组件最佳倾角过程较为复杂，虽说实际中有不同的计算方式，但都存在一定的误差。目前有专家通过计算机计算出我国部分城市的最佳安装倾角，设计过程中设计人员只需要查出最佳安装倾角即可。但一些偏远或没有数据的地方可以采用国际通用软件PVSYST，计算出各项所需结果。

　　安装前核对组件参数是否符合设计要求，测量组件开路电压与短路电流；将工作参数相似相近的组件安装在同一方阵中，避免组件参数相差太远出现干扰影响。安装前使用太阳能面板边框预制安装连接，连接过程中采用螺丝钉，按照使用标准做好放松处理；发现太阳能面板与固定机架配合不紧密时，通过垫片等进行垫平处理[5]。

　　社会经济快速发展背景下，电能需求量急速增加，但传统的发电模式会带来诸多环境问题，直接影响到人们生活质量。目前我国已形成相对完善的太阳能光伏发电系统设计技术，在实际中发挥着重要作用，有效缓解我国电能不足情况。就眼下情况来说，太阳能光伏发电技术有着广阔的发展空间，因此行业工作者应该重视设计研究工作，提高行业技术水平。

　　[1]卓放.光伏发电系统通常分为独立光伏发电系统和并网光伏发电系统[J].电气应用.2015（07）：23.

　　[2]暴二平；祝新成；崔海明.某工程屋顶光伏发电系统的可行性分析[J].智能建筑电气技术.2015（03）：112.

　　[3]高强；李平；杨斌；李洪凯；耿宝宏；钟丹田.光伏供电在智能变电站状态监测系统中的应用研究[J].东北电力技术.2014（04）：45.

　　光伏发电系统中逆变器的配置容量应于光伏方阵的安装容量相匹配，逆变器允许的最大直流输入功率应不小于其对应的光伏方阵的实际最大直流输出功率。光伏组串的最大功率工作电压变化范围应在逆变器的最大功率跟踪电压范围内。逆变器输出需配置断路器。用于并网光伏发电系统的逆变器性能应符合GF004的要求，同时符合接入公用电网相关技术要求的规定，并具有有功功率连续可调功能。用于大中型光伏发电站的逆变器还应具有低电压穿越功能。

　　逆变器应按型式、容量、相数、频率、冷却方式、功率因数、过载能力、温升、效率、输入输出电压、最大功率点跟踪、保护和监测功能、通信接口、防护等级等技术条件进行选择。逆变器应按环境温度、相对湿度、海拔高度、地震烈度、污染等级等使用环境条件进行校验。湿热带，工业污染严重和沿海滩涂地区使用的逆变器，应考虑潮湿，污染和盐雾的影响。

　　交流配电柜结构的防护等级设计应能满足使用环境的要求；交流配电柜的额定参数是否合适；交流配电柜应具备过载、短路、漏电保护；交流配电柜应进行可靠接地，并具有明显的接地标识，设置相应的浪涌吸收保护装置；交流配电柜的接线端子设计应能保证电缆线可靠连接，应有防松动零件，对既导电又作紧固用的紧固件，应采用铜质材料。

　　光伏发电站升压站主变压器的选择应符合DL/T5222的规定，参数宜按照GB/T6451，GB/T10228，GB20052，GB24790的规定进行选择。光伏发电站升压站主变压器的选择应符合以下要求：应优先选用自冷式，低损耗电力变压器；当无励磁调压电力变压器不能满足电力系统调压要求时，应采用有载调压电力变压器；主变压器容量可按光伏发电站的最大连续输出容量进行选取，且宜选用标准容量。

　　光伏发电站发电母线电压应根据接入电网的要求和光伏发电站的安装容量，经技术经济比较后确定，并宜符合以下要求：光伏发电站安装总容量小于或等于1MWp时，宜采用0.4～10kV电压等级；光伏发电站安装总容量大于1MWp，且不大于30MWp时，宜采用10kV～35kV电压等级；光伏发电站安装总容量大于30MWp时，宜采用35kV电压等级。

　　光伏发电站发电母线的接线方式应按本期，远景规划的安装容量，安全可靠性，运行灵活性和经济合理性等条件选择，并应符合以下要求：光伏发电站安装总容量小于或等于30MWp时，宜采用单母线接线；光伏发电站安装总容量大于30MWp时，宜采用单母线或单母线分段接地；当分段时，应采用分段断路器。

　　光伏发电站母线上的短路电流超过所选择的开端设备允许值时，可在母线分断回路中安装电抗器。母线分段电抗器的额定电流应按其中一段母线上所联接的最大容量的电流值选择。光伏发电站内个单元发电模块与光伏发电母线的连接方式可采用辐射式连接或T接式连接。

　　光伏发电站用电系统的电压宜采用380V，动力与照明网络共用的中性点直接接地，并应配备后备电源。

　　光伏发电站的升压站（或开关站）配电装置的设计应符合DL/T5352和GB50060的规定。配电装置可采用成套式高压开关柜配置型式，也可采用户外装配式配电装置。

　　光伏发电站的无功补偿装置应按电力系统无功补偿就地平衡和便于调整电压的原则配置。无功补偿设备宜选用成套设备，可采用户内或户外布置型式，并应考虑维护和检修方便。

　　光伏发电站控制方式宜按无人值班或少人值守的要求进行设计。光伏发电站电气设备的控制、测量和信号应符合DL/T5136的规定。电气二次设备应布置在继电器室，继电器室面积应满足设备布置和定期巡视维护的要求，并留有备用屏位。屏、柜的布置宜与配电装置间隔排列次序对应。升压站内各电压等级的断路器以及隔离开关，接地开关，有载调压的主变分接头位置及站内其它重要设备的启动（停止）等元件应在控制室内监控。

　　大中型光伏发电站应采用计算机监控系统，主要功能应符合以下要求：应对发电站电气设备进行安全监控；应满足电网调度自动化要求，完成遥测、遥信、遥调、遥控等远动功能；电气参数的实时监测，也可根据需要实现其它电气设备的监控操作。光伏发电站计算机监控系统的电源应安全可靠，站控层应采用交流不间断电源供电，交流不间断电源持续供电时间不宜小于1小时。

　　光伏发电站电缆的选择与铺设，应符合GB50217的规定。集中铺设于沟道，槽盒中电缆宜选用阻燃电缆。电缆铺设可采用直埋、电缆沟、电缆桥架、电缆线槽等方式。动力电缆和控制电缆宜分开品排列，电缆沟不得作为排水通路。

　　大中型光伏发电站应配置有功功率控制系统，具有接收并自动执行电力调度部门发送的有功功率及其变化速率的控制指令，调节光伏发电站有功功率输出，控制光伏发电站停机的能力。光伏发电站有功功率变化应满足电力系统安全稳定运行的要求。在电力系统事故或紧急情况下，大中型光伏发电站应根据电力调度部门的指令快速控制其输出的有功功率，必要时可通过安全自动装置快速自动降低光伏发电站有功功率或切除光伏发电站。

　　大中型光伏发电站参与电网的电压和无功调节可采用调节光伏发电站逆变器输出的无功功率、无功补偿设备的投入量和变压器的变化等方式。大中型光伏发电站应配置无功电压控制系统，具备在其允许的容量范围内根据电力调度部门指令自动调节无功输出，参与电网电压调节的能力。接入10kV～35kV电压等级公用电网的光伏发电站，功率因素应能在超前0.98和滞后0.98范围内连续可调。小型光伏发电站输出有功功率大于其额定功率的50%时，功率因数不应小于0.98（超前或滞后）；输出有功功率在20～50%时，功率因数不应小于0.95（超前或滞后）。

　　光伏建筑一体化（Building Integrated Photo―voltaics，BIPV）是太阳能应用领域的重要方向，以光伏建筑一体化为核心的光伏并网发电应用占据了目前大部分的光伏市场份额。光伏建筑一体化是指将光伏发电和建筑护结构（墙体、屋顶等）相结合，构成一体化系统，这种系统具有诸多的优点：如有效利用建筑外表面，无需额外用地或加建其他设施；能省去光伏系统的支撑结构；光伏建筑一体化组件可代替常规建筑材料，节省材料费用；安装与建筑施工结合，节省安装成本；可使建筑物的外观更有魅力等。把太阳能同建筑结合起来，将建筑发展成自我循环式的新型建筑，是人类进步和科学技术发展的必然。

　　我国可再生能源发展速度非常快，太阳能装机容量和制造水平名列世界第一。2009年，财政部、住房和城乡建设部联合颁布《太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法》，2010年住房和城乡建设部颁布《民用建筑太阳能光伏系统应用技术规范》，2013年国家能源《光伏发电运营监管暂行办法》，都将对我国光伏建筑一体化的发展起到很大的助推作用。

　　光伏建筑一体化提出了“建筑物产生能源”的新概念，将光伏发电系统与建筑物集成，在建筑物的外维护结构上布设光伏阵列产生电力。一个完整的光伏建筑一体化系统由下列部分构成：光伏组件或由光伏组件构成的光伏阵列（电池板）、光伏接线箱、储能装置及其充电控制装置、并网逆变装置、电能表及相关仪表、滤波保护装置等。一个并网的光伏建筑一体化系统不需要储能装置，但需要有并网设备，并网系统是太阳能光伏发电进入大规模商业化发电阶段的？标志，？也是当今世界太阳能光伏发电技术发展的主流趋势。就并网的光伏建筑一体化系统而言，光伏与建筑的结合除了具有独立太阳能光伏系统共有的如：无枯竭危险、绿色能源、不受资源分布地域限制、可接近负荷发电、能源质量高等特点，还有其自身独特的特点：

　　1）并网系统中光伏组件所发电力若有多余可反馈给电网，阴雨天或者夜晚，负载可随时由电网供电。因此光伏系统一般不必配备蓄电池，免除了独立光伏系统中定期维护更换电池的麻烦，更节省了造价，与独立太阳能光伏系统相比可减少建设投资35%？45%，发电成本大大降低。

　　2）独立光伏系统的光伏组件所发出的有效电能受到蓄电池容量的限制，蓄电池充满后，光伏组件所发的电力就只能浪费，而并网系统可以随时与电网进行互补，也增加了电网的可靠性。

　　3）并网系统与公共电网形成互补，改善了电力系统的负荷平衡；又因光伏建筑自身发电接近负荷，从而可避免了部分线）并网系统光伏组件一般安装于闲置的屋顶或阳台上，不占用土地，适合人口密集的城镇使用。

　　5）对公共电网起到调峰作用。但并网的光伏建筑一体化作为一种分散式发电系统，对传统的公共电网会产生一些不良影响，如谐波污染、孤岛效应等。

　　光伏与建筑相结合的形式主要包括与屋顶相结合、与墙相结合、与遮阳装置相结合等几种方式。

　　（1）光伏与屋顶相结合 建筑物屋顶作为吸收太阳光部件有其特有的优势，日照条件好，不易受到遮挡，可以充分接受太阳辐射，系统可以紧贴屋顶结构安装，减少风力的不利影响，同时太阳能电池组件可替代保温隔热层遮挡屋面。此外，对于与屋面一体化的大面积太阳能电池组件，由于综合使用材料不但节约了成本，而且单位面积上的太阳能转换设施的价格也可以大大降低，有效地利用了屋面的复合功能。由于光伏材料的引入，屋面不再局限于坡屋顶，利用光电材料将建筑屋面做成的弧形和球形可以吸收更多的太阳能。

　　（2）光伏与墙相结合 对于多层、高层建筑来说，外墙是与太阳光接触面积最大的外表面。为了合理的利用墙面收集太阳能可采用各种墙体构造和材料，包括与太阳能电池一体化的玻璃幕墙、透明绝热材料以及附加于墙面的集热器等等。太阳能光伏玻璃幕墙将光电技术融入玻璃，突破了传统玻璃幕墙单一的围护功能，把以前被当作有害因素而屏蔽在建筑物表面的太阳光，转化为能被人们利用的电能，同时这种复合材料不占用建筑面积，而且优美的外观具有特殊的装饰效果，更赋予建筑物鲜明的现代科技和时代特色。

　　（3）光伏与遮阳系统结合 光伏还可以与建筑的遮阳系统相结合，即将太阳能电池组件与遮阳装置构成多功能建筑构件，一物多用，既可以有效地利用空间，又可以提供能源，在美学上与功能上两方面均达到了完美的统一。

　　在新建建筑上安装光伏系统，应考虑其传递的荷载效应。在既有建筑上增设，则应对既有建筑的结构设计、结构材料、耐久性、安装部位的构造及强度等进行复核验算。

　　光伏系统支架和连接件的结构设计应计算系统自重、风载荷和雪载荷作用效应，抗震设计时尚应考虑地震作用效应。光伏组件或方阵的支架，应由埋设在钢筋混凝土基座中的钢制热镀锌连接件或不锈钢地脚螺栓固定。钢筋混凝土基座的主筋应锚固在主题结构内，不能与主题结构锚固时，应设置支架基座。

　　蓄电池、并网逆变器等较重的设备或部件宜安装在承载能力大的结构构件上，并应进行构件的强度与变形验算。

　　光伏建筑一体化首先是一个建筑物，应在满足建筑物的外观效果的基础上实现光伏发电。光伏方阵在？建筑物上可以表现为墙体、屋面、采光顶、雨棚、幕墙、遮阳、阳台、护栏、门窗等多种形式。

　　1）作为直接构成建筑屋面的光伏组件，除应保障屋面排水畅通外，安装基层还应具有一定的刚度；在空气质量较差的地区，还应设置清洁光伏组件表面的设施。坡屋面时，坡度宜按光伏组件全年产生的电能最多的倾角设计；光伏组件宜采用顺坡镶嵌或顺坡架空安装方式；光伏组件与周围屋面间的连接部位应做好保温防水等建筑构造处理。

　　2）作为建筑物墙面的光伏组件，低纬度地区安装宜有适当的倾角；支架应与墙面主体结构上的预埋件牢固锚固；与墙面的连接不应影响墙体的保温构造和节能效果；光伏组件的引线穿过墙面处应预埋防水套管；对安装在墙面上的遮阳功能的光伏组件，应满足室内采光和日照的要求；作为窗体时应满足窗面采光、通风等使用功能要求。

　　3）作为阳台或平台栏板的光伏组件，在低纬度地区安装宜有适当的倾角，支架应与栏板主体结构上的预埋件牢固连接，应满足刚度、强度、防护功能和电气安全要求；应采取保护人身安全的防护措施。

　　4）作为幕墙的光伏组件，尺寸符合幕墙设计模数，光伏组件表面颜色、质感应协调统一；光伏幕墙的性能应满足所安装幕墙整天物理性能的要求，并应满足建筑节能的要求；对于有采光和安全双重要求的部位，应使用双玻光伏幕墙，其使用的夹胶层材料应为聚乙烯醇缩丁醛（PVB），并应满足建筑物室内对视线和透光性能的要求；光伏幕墙的结构及防火性能应满足《玻璃幕墙工程技术规范》的要求。

　　可以预见，光伏建筑一体化是未来光伏应用中最重要的领域之一。随着新能源的不断发展和城市节能减排、绿色环保需求的日益增加，太阳能光伏建筑一体化越来越成为太阳能应用发电的新潮流。