一、建筑光伏的工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)

(1)建筑光伏的恒荷載對于在建建筑，光伏系統(tǒng)的荷載問題一般已提前考慮，這里主要介紹已建成建筑的荷載問題。對于屋頂光伏系統(tǒng)而言，當(dāng)安裝屋面為上人屋面時(shí)，安裝光伏組件后，由于缺乏活動空間，可視為非上人屋面，屋面的使用屬性由上人轉(zhuǎn)變?yōu)榉巧先耍纱硕a(chǎn)生的光伏組件安裝荷載余量為1.417kN/m2，通常能滿足光伏組件的安裝需求。當(dāng)安裝屋面為非上人屋面時(shí)，安裝的光伏組件增加了屋面的恒荷載，這時(shí)需對屋面的承重進(jìn)行仔細(xì)校核，若屋面沒有足夠承載力余量，直接安裝會給建筑的結(jié)構(gòu)安全帶來威脅。這種情況下，對于跨度較小的建筑結(jié)構(gòu)來說，通常將光伏支架直接生根于框架柱，避免其與屋面發(fā)生關(guān)聯(lián)，從而避免屋面恒荷載的增加；對于跨度較大的建筑結(jié)構(gòu)，一般采用屋面加固的方法，但此方法成本較高。

(2)建筑光伏的風(fēng)荷載對于建筑光伏系統(tǒng)，光伏陣列的抗風(fēng)能力設(shè)計(jì)是非常重要的。在既有建筑上安裝光伏系統(tǒng)，光伏陣列在設(shè)計(jì)與建筑的結(jié)合方式時(shí)往往不希望“生根安裝”，對于既有建筑安裝光伏，往往設(shè)計(jì)成配重抗風(fēng)或集中連片的支架形式。在采用適合的支架形式后，為保障建筑光伏的安全性，在進(jìn)行建筑墻面安裝或屋面支架安裝時(shí)，光伏系統(tǒng)的風(fēng)荷載應(yīng)按國家標(biāo)準(zhǔn)GB50009-2001《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(2006年版)設(shè)計(jì)，并應(yīng)考慮：分離式光伏面板的風(fēng)荷載應(yīng)計(jì)入迎風(fēng)面風(fēng)荷載和背風(fēng)面風(fēng)荷載；支架的風(fēng)荷載應(yīng)計(jì)入面板傳來的風(fēng)荷載和支架直接承受的風(fēng)荷載；合一式面板系統(tǒng)應(yīng)分。

(3)安裝便利性的要求為了與建筑結(jié)合和安裝方便，一般將太陽電池制作成太陽電池瓦，組件結(jié)構(gòu)和安裝方式與普通的建筑用瓦并無差異；對于應(yīng)用于光伏幕墻的組件，其邊框結(jié)構(gòu)也要求與建筑幕墻的模數(shù)相同，安裝方式也要與普通幕墻玻璃一致。如果采用普通光伏組件，則需制作專用托架或?qū)к墸煞奖銓⑵胀ㄌ栯姵匕惭b在其上；另外，太陽電池也常常被制作成無邊框組件，而且接線盒一般安裝在組件側(cè)面，以便于安裝。在一些特殊應(yīng)用場合，會對太陽電池組件的形狀提出要求，不再只是常規(guī)的方形，如圓形屋頂要求太陽電池呈圓帶狀，帶有斜邊的建筑要求太陽電池組件也要有斜邊，拱形屋頂要求太陽電池組件能有一定的彎曲度等。

(4)建筑光伏壽命問題眾所周知，一般的混凝土建筑物設(shè)計(jì)壽命在50年以上，但普通光伏組件壽命只有25年，尤其是采用EVA膠的組件，相比之下采用PVB封裝的組件壽命會相對較長。建筑光伏系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備光伏并網(wǎng)逆變器，通常壽命僅有8～10年，因此為保證光伏系統(tǒng)與光伏建筑的壽命相一致，需考慮光伏并網(wǎng)逆變器的定期更換問題。普通光伏系統(tǒng)的大部分連接線都是敞開在大氣中，空氣對流充分，溫度低，BIPV建筑系統(tǒng)中的連接線大多都在幕墻立柱、橫梁等密閉結(jié)構(gòu)中，溫度不易散去，電線電纜的壽命也受到影響，因此對BIPV建筑系統(tǒng)中電線的要求更高。綜上可知，在建筑光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需統(tǒng)籌考慮各個(gè)部件，使其使用壽命或與建筑本身協(xié)調(diào)一致，或做到易于更換。

二、建筑光伏的光伏特性

(1)電氣設(shè)計(jì)從成本上考慮，仍建議采用集中型并網(wǎng)逆變器；對于BIPV系統(tǒng)，由于光伏組件安裝角度多樣，電池組件安裝地點(diǎn)分散，一般建議采用小功率逆變器或者使用組串型逆變器。所有建筑內(nèi)使用的電纜均應(yīng)為阻燃型電纜。在某些應(yīng)力較大的場合，應(yīng)使用鎧裝電纜。當(dāng)用于光伏發(fā)電的電纜需與建筑配電電纜敷設(shè)于同一槽、孔、橋架內(nèi)時(shí)，宜選用與建筑配電電纜相同材料的電纜。在人手可觸及的電纜敷設(shè)場合，電纜外皮的溫度不應(yīng)高于70℃。在嚴(yán)寒的環(huán)境中，室外敷設(shè)的電纜要求耐低溫。當(dāng)電纜布線需穿墻時(shí)易造成“冷橋”，應(yīng)做特殊斷橋和保溫構(gòu)造處理。對于以低壓380V接入市電的系統(tǒng)，對配電網(wǎng)影響最大的因素就是配電網(wǎng)末梢電壓的升高，尤其是出現(xiàn)逆功率時(shí)，這種電壓的升高會更加明顯。電壓升高超限會對用電設(shè)備造成損害，如果采用不可逆并網(wǎng)方式，應(yīng)設(shè)置逆功率保護(hù)。

(2)監(jiān)控通訊設(shè)計(jì)光伏建筑一體化項(xiàng)目的通訊通常采用無線和有線兩種方式。無線主要包括：Zigbee和GPRS用于RS485、WIFI用于以太網(wǎng)；有線主要包括：雙絞線用于RS485和以太網(wǎng)、同軸電纜用于以太網(wǎng)和視頻信號、光纖用于以太網(wǎng)。對于光伏建筑一體化項(xiàng)目，通常設(shè)置監(jiān)控的位置主要有智能型光伏匯流箱、逆變器、多功能表和環(huán)境監(jiān)測儀。對于需升壓的項(xiàng)目還包括微機(jī)綜合自動化系統(tǒng)。微機(jī)綜合自動化系統(tǒng)一般用于變電站。站內(nèi)的每臺高壓開關(guān)柜都是一個(gè)獨(dú)立的監(jiān)控子系統(tǒng)。這些子系統(tǒng)將繼電保護(hù)功能和監(jiān)控功能等集成在一起，實(shí)現(xiàn)就地?cái)?shù)據(jù)采集和就地控制，并提供遠(yuǎn)動通道。

三、結(jié)論

總之，建筑光伏一體化并非是建筑與光伏組件簡單的“堆砌”，而是建筑特性和光伏特性在建筑光伏中的有機(jī)結(jié)合，建筑光伏系統(tǒng)充分發(fā)揮了光伏方陣的建筑特性和綠色電力特性，為節(jié)能建筑和光伏電力發(fā)展提供了一條創(chuàng)新之路。

作者：呂芳 馬麗云 單位：中國科學(xué)院電工研究所