建筑分布式光伏发电设置
光伏发电是利用半导体的光生伏特效应，将光能直接转换为电能的技术。太阳能电池经过串联、封装防护后，可组成大面积的太阳能电池组件，再与电源控制器等元器件组合，便组成光伏发电装置。光伏发电技术具有安全可靠、无噪音、低污染、不消耗燃料等优点。
我国太阳总辐射资源丰富，总体呈现“高原高、平原低、西高东低”的分布特点。其中青藏高原最为丰富钢结构雨棚 计算，年总辐射量超过1800千瓦时/平方米，部分地区甚至超过2000千瓦时/平方米。四川盆地资源较少，部分地区在1000千瓦时/平方米以下。
>>>>建筑屋顶光伏安装方法
屋顶目前是建筑物太阳能光伏板的主要安装位置，具体安装方法主要有以下几种。
>>混凝土平屋顶安装
对于建筑最常见的混凝土平屋顶，采用固定角度光伏阵列钢结构雨棚 计算，支架为固定在屋面混凝土墩上的钢支架，光伏组件支架沿结构单元长度方向设有横向支架，支架与基础、支架间杆件、支架与檩条的连接均采用螺栓连接，如图1、图2所示。
太阳能光伏板采用此种安装方式，结构荷载较小，安装简便，基本不影响建筑物屋面结构安全，不破坏屋面原有防水系统，经济成本较低。对于新建建筑，结构专业人员可根据具体的支架安装尺寸要求，在设计阶段预留混凝土支墩，便于安装。
光伏板支架的倾角可根据当地纬度，结合屋顶平面布置情况，通过相关太阳能光伏软件计算，选取最佳的向阳角和倾角。当光伏板倾斜放置时，需考虑光伏方阵的排间距，避免前面的光伏板遮挡后排的阳光。倾角和排间距的选择应与屋顶安装位置的具体尺寸相协调。在满足光照条件的前提下，应综合各方面因素选择最佳的倾角和配置方案，提高屋顶区域光伏系统的安装容量和发电效率。根据以往的设计经验，这样安装的光伏发电系统，单位面积安装容量约为120~160Wp/m2，方案设计时建议按150Wp/m2估算。
由于建筑屋顶上有许多机电设备，如冷却塔、通风消防风机、给排水设备、机电管线以及高于建筑屋顶的楼梯间、电梯间、屋顶消防水箱等，它们对光伏板阵列的安装位置会有很大的影响。屋顶可安装光伏板的面积较小或者面积比较分散，不利于光伏系统的布置和衔接。在设计前期需要与建筑及各类机电专业人员进行沟通协调，以获得较好的光伏组件安装面积和条件。
>>混凝土平屋顶脚手架安装
考虑到有效利用空间，为解决屋顶安装的上述不足，屋顶光伏组件也可采用架空布置的方式，即在屋顶高处增加钢结构雨棚框架，用于支撑光伏组件，不影响屋顶本身的设备布置和利用率。光伏组件支架通过螺栓固定在钢结构雨棚檩条上，光伏板以整体水平倾斜的方式平铺在雨棚钢结构上，如图3所示。
此种安装方式可以最大限度的利用屋顶面积，避免受屋顶设备布置影响，但也有一些问题需要考虑：首先是安全问题。由于钢结构脚手架高度超出女儿墙，需要考虑在极端天气情况下（如强台风），光伏板可能被强风吹走，掉落到下面的楼面上，造成危险，因此光伏板安装角度不宜过大，且需要复核已安装连接件的连接强度；其次是钢结构脚手架对建筑高度及容积率的影响。虽然脚手架四面敞开，但业主未来可能会将其关闭使用，需与当地建设、规划部门确认，相关做法是否可以排除在建筑高度及容积率的计算之外；第三，屋顶上的一些机电设备，如冷却塔、排风扇、风管等，是否允许在顶部封闭，这需要与相关专业人员咨询确认。
钢结构造价也是影响光伏发电系统投资回收的重要因素，同时钢结构质量也会影响结构屋面荷载，需要结构专业人员配合对屋面荷载进行审核。在设计阶段，需要各专业人员协调配合，尽可能的最大化光伏安装面积。
>>坡屋面瓦安装
对于坡屋顶类型，光伏组件通常沿屋顶坡度平放安装，组件与屋顶之间留有一定间隙，以满足线路敷设和组件通风散热的要求，如图4所示。
对于新建混凝土坡屋顶或别墅式混凝土坡屋顶（铺瓦）的建筑，通常可在设计时预埋螺栓，按常规做法做好屋面防水。在搭设光伏组件基座时，应在基座上部及金属预埋件处铺设防水层，并将锚栓封堵。防水层的渗透处应填筑防水密封胶，隔绝雨水渗入路径。基座底部应增设一层防水层，即使基座顶部出现渗漏，雨水也不会达不到结构层。
对于厂房、仓库等大面积彩钢屋面，此种屋面多为坡屋面，较常见的坡度为5%、10%。屋面板多为波纹钢板，常见的彩钢板屋面主要有：直立锁边式、转角式、卡口式、露钉式等。光伏组件可与屋面坡度平行铺设，也可设计成一定角度排列。上部支架可通过不同的连接件、紧固件与屋面承重结构连接。不同的彩钢板结构采用不同的支架固定装置，固定装置与彩钢瓦的匹配性越好，支架装置的可靠性越高。
对于现有彩钢屋面建筑加装光伏的改造工程，需要根据屋面板的结构类型选择不同的固定安装方式，采用合适的卡箍连接、冲孔螺栓连接或化学胶粘剂将光伏支架安装到屋面板上。但光伏设备安装完成后要特别注意屋面的防水加固处理，特别是穿透屋面板的连接件，可使用防水垫片或其他密封结构胶，确保防水性能。同时，还需对原屋面钢架、屋架、檩条、屋面板等结构荷载进行复核，对承重构件进行分析，确保结构安全。
对于新建彩钢屋面建筑，可选择光伏一体化屋面板，将光伏组件铺设在整个屋面上，无需支架，可快速安装。同时光伏屋面可踩踏，无需预留维护、清理通道，在抗风、防水、防火、充分利用屋面安装面积等方面均优于在传统金属屋面上安装普通光伏板。
>>>>建筑立面光伏安装方法
建筑物屋顶，特别是一般高层建筑，往往屋面面积较小，而屋顶上的设备又较多，因此可供安装光伏板的面积极其有限。为了最大限度的安装光伏发电装置，建筑物的立面对于光伏发电的位置的安排是值得设计师考虑的。
>>与建筑立面结合安装（如图5）
在设计建筑方案时充分考虑立面光伏板的安装条件，结合建筑立面造型，在建筑向阳面的雨棚、檐口、遮阳棚等结构上设置立体光伏结构，不受建筑屋面各项条件限制，最大限度的安装光伏板。
>>光伏幕墙
光伏幕墙主要采用非晶硅太阳能电池，如碲化镉（CdTe），是基于p型CdTe和n型CdS异质结的太阳能电池，俗称薄膜太阳能电池。电池可集成在幕墙玻璃中，替代传统幕墙玻璃，实现光伏建筑一体化的目标。光伏发电玻璃作为幕墙玻璃，可根据建筑的功能需求选择不同的透光率，满足玻璃幕墙或玻璃屋顶的采光需求。还可根据建筑立面的要求定制颜色，采用磨砂、镀膜、彩色PVB、彩釉等方式。可与石材、铝板等外墙建材完美搭配，为建筑立面造型提供更丰富的建材选择，实现真正意义上的建筑一体化光伏发电功能。光伏幕墙安装示意图如图6所示。
>>>>建筑立面光伏安装方法
对于一些建筑来说，如果具备安装光伏发电装置的条件，其实也是不错的选择，受到的限制比建筑物要少。例如室外停车场一般受阳光遮挡较少，可以安装光伏车棚，在为车辆遮阳防雨的同时，还能发电，如图7所示。
分布式光伏并网系统
不同于太阳能路灯、草坪灯、交通信号灯或者一些户外监控设备上挂载的小型离网光伏板，安装在建筑屋顶或者外立面的光伏发电系统，虽然容量一般不会太大，几十千瓦到几百千瓦不等，但相对于建筑的正常运行，所发的电能基本可以完全在内部消耗掉。这种分布式光伏发电系统通常都是并网的，发电量较小的可以完全自发自用，发电量较大的可以自发自用+余电并网，甚至完全并网。这些发电利用方式其实都是为了保证光伏发电系统所发的电能能够完全消耗和利用。
分布式并网光伏发电系统（如图8所示）主要由光伏组件、直流汇流箱、并网逆变器、交流配电柜、升压变压器（根据并网电压而定）、并网柜等组成。光伏电网连接的形式、并网点、并网电压等级根据光伏发电系统的容量、组件位置、建筑物实际运行负荷等因素确定。
对于自发自用，当光伏发电系统容量不大且建筑屋顶附近有合适的设备配电箱时，可选择就近0.4kV并网，如图8（a）所示。并网点可从楼顶电梯间、空调室外机等配电箱，甚至屋面层下建筑垂直供电干线中选择，这样可以缩短并网电缆长度，降低系统投资成本。当光伏发电系统容量较大或距离建筑变电室较近时，也可直接接入建筑低压配电柜0.4kV母线段实现并网，如图8（b）所示。相比较而言，由于并网电缆较长，方案（二）的投资成本可能略高于方案（一）。并网点的选择应根据建筑现场实际情况，经过技术经济比较后确定。
如果光伏发电系统容量较大，建筑物本身用电量无法完全吸收所发电力，也可采用自发自用+余电上网或全并网的方式。并网点及并网电压等级需根据当地供电部门的要求及发电能力确定。如需10(20)kV或更高电压上网，需加装专用升压变压器接入电网。对于这种余电上网或全并网的可逆并网光伏发电系统，为准确计量发电系统送入电网的电量(售电量)和电网补充给建筑物的电量(购电量)，需设置具有双向计量功能的电能表，实现相应的电能计量功能。
光伏逆变系统并网不仅需要将光伏组件发出的直流电能转换为交流电能，还需要通过并网控制系统根据电网的电压、频率、相序等参数进行相应的调整，使输出的交流电能的参数与电网的参数同步，才可以接入电网。同时也要注意防止对电网的电磁干扰、自我保护、防孤岛效应和最大功率点跟踪等，实现并网系统安全、高效运行。
本文已编辑，全文刊登于《建筑电气》2022年第10期，详情请见杂志。
