建筑分布式光伏发电设置

光伏发电是借助半导体的光生伏特效应将光能直接转变为电能的一种技术。太阳能电板经过串联后进行封装保护可产生大面积的太阳能电板组件，再配合功率控制器等部件就产生了光伏发电装置。光伏发电技术具有安全可靠、无噪音、低污染、无需消耗燃料等优点。

我国太阳能总幅射资源丰富，总体呈“高原小于平原、西部干燥区小于西部湿润区”的分布特征。其中，青藏高原最为丰富，年总幅射量超过1800kWh/m2，部份地区甚至超过2000kWh/m2。山东北缘资源相对较低，存在高于1000kWh/m2的区域。

>>>>建筑楼顶光伏安装方法

楼顶是目前建筑物太阳能光伏板最主要的安装位置，其具体的安装方法主要有以下几种。

>>混凝土平楼顶安装

对于最常见的建筑物混凝土平楼顶，采用固定夹角式光伏阵列，支架为钢材支架，固定在楼顶混凝土衬砌上。光伏组件支架沿结构单元宽度方向设置纵向支架。支架与基础、支架间杆件以及支架与屋架之间的联接采用螺丝联接形式，如图1、图2所示。

太阳能光伏板采用这些安装方法，结构载荷较小，安装便捷。基本不会影响建筑物的外墙结构安全，不破坏外墙原有的防水体系，经济成本较低。对于新建建筑，结构专业可依据具体的支架安装规格要求，在设计阶段预留混凝土衬砌，安装方便。

光伏板支架夹角可依照当地经度，结合外墙的平面布置，通过相关太阳能光伏软件估算，选定最佳的迎阳角度和倾斜角度。当光伏板采用倾斜放置时，需考虑光伏阵列行间宽度，防止后排光伏板对前排的阳光遮挡。倾斜角度的选定与行宽度应当结合外墙可安装位置的具体规格进行协调，在满足光照条件的前提下，综合各方面诱因选定最优的夹角和配置方案，提升外墙面积的光伏系统安装容量和发电效率。按照往年的设计经验，采用这些方法设置安装的光伏发电系统，单位面积安装容量约为120~160Wp/m2，在方案设计时，建议可按150Wp/m2进行计算。

因为建筑物外墙有许多机电设备，如冷却塔、通风及消防风机、给排水设备、机电管线，还有高出建筑外墙的走道间、电梯机房、屋面消防水箱等，还会对光伏板阵列的安装位置形成较大影响，外墙可安装光伏板的位置面积占比较小或面积较为分散，不利于光伏系统的布置及汇流。需在设计早期会同建筑及各机电专业进行沟通协调，以获取更好的光伏组件安装面积和安装条件。

>>混凝土平楼顶木柱安装

考虑到空间的有效借助，为解决上述楼顶安装的缺点，也可以采用架空的形式布置外墙光伏组件，即在外墙低位加设钢结构雨篷架，支撑光伏组件，不影响外墙本身的设备布置及借助。光伏组件支架与钢结构车棚过梁通过螺丝联接固定，采用整体水平夹角的方法，光伏板平铺在车棚钢结构上，如图3所示。

采用这些安装方法彩钢房与钢结构的区别，可以最大化地借助楼顶面积，防止遭到外墙设备布置的影响，但也有一些问题是须要考虑的：首先是安全问题，因为钢结构木柱高度超过了角柱，须要考虑在极端天气情况下（如强台风），光伏板有可能会被强风撕开，倒塌到楼下导致危险，因而光伏板安装夹角不宜太大，安装联接件需复核联接硬度；其次是钢结构木柱对于建筑高度和容积率的影响，木柱其实四周是敞开的，但住户日后有可能自行封闭使用，须要与当地的建设及规划部门确认相关做法是否可以不估算建筑高度及容积率；再度，楼顶上的一些机电设备，如冷却塔、排风机、透气管等是否容许底部封闭，须要与各相关专业协商确认。

钢结构的造价也是光伏发电系统投资回收的重要影响诱因。同时钢结构的质量也会对结构外墙载荷导致影响，需结构专业配合复核外墙载荷，在设计阶段须要各专业协调配合，尽可能实现光伏安装面积的最大化。

>>坡外墙平铺安装

对于坡外墙的楼顶类型，光伏组件一般会采用沿着坡外墙方向平铺安装的形式，组件与外墙之间留出一定的缝隙，满足线路埋设及组件通风散热的要求，如图4所示。

对于絮凝山坡外墙或洋房类絮凝山坡外墙（上覆瓦片）的新建建筑，一般可以在设计时就预埋件螺丝，根据常规做法做好外墙防水。设置光伏组件底座时，应将防水层铺装到底座和金属埋件的下部，并在地脚螺丝周围做密封处理，穿防水层处用防水密封胶填实，以隔绝雨水下渗路径，还应在底座上部增设一层附加防水层，虽然底座底部发生漏水，雨水也不会抵达结构层。

对于厂房、仓库等大面积的彩钢外墙，这些外墙多为坡外墙，较为常见的斜度为5%和10%。外墙板多为压工字钢板，常见的彩钢板外墙的主要方法有：直立锁边型、角驰型、卡口型、明钉型等。光伏组件可沿外墙斜度平行铺装，也可以设计成一定夹角的形式布置。下部支架可经过不同的衔接件、紧固件与外墙承重构造衔接。不同彩钢板构造对应采用不同的支架治具，治具与彩钢瓦匹配越佳支架装置的牢固性越高。

对于既有彩钢外墙建筑降低光伏的改建项目，须要依照外墙板的构造型式，选择不同的固定安装方法，采用适宜的治具联接、打孔螺丝联接或物理胶粘贴的方法，将光伏支架安装在外墙板上，但须要非常注意改装光伏设备后的外墙防水补强处理，非常是穿透外墙板的联接件，可以采用防水垫圈或其他密封构造胶的处理方法，保证防水性能。同时，还须要复核原有外墙钢架、屋架、檩条、屋面板等的结构载荷，进行受力预制构件剖析，确保结构安全。

对于新建的彩钢外墙建筑，可以选用结合光伏一体化的外墙板，全外墙埋设光伏组件，免支架、快速安装，同时光伏外墙可踩踏、无需预留修理和清除通道，在抗风、防水、防火以及充分借助外墙可安装面积等方面更优于在传统金属外墙板上改装普通的光伏板。

>>>>建筑立面光伏安装方法

建筑物的房顶，非常是通常的高层建筑，常常楼顶面积不大，但是楼顶上的设备较多，可供安装光伏板的面积十分有限，为了最大化地安装光伏发电装置，建筑物的立面更是值得设计者去考虑光伏发电的位置。

>>结合建筑立面造型安装（如图5所示）

在建筑方案设计时充分考虑立面光伏板的安装条件，结合建筑立面造型，在建筑迎阳面的车棚、挑檐、遮阳等构造上，设置立体光伏架构，不受建筑外墙各类条件的限制，可以最大化地安装光伏板。

>>光伏幕墙

光伏幕墙主要是采用非晶硅太阳能电板，如碲化镉（CdTe），是一种以p型CdTe和n型CdS的异质结为基础的太阳能电板。浅显上称作薄膜太阳能电板。可以把电瓶集成在幕墙玻璃内彩钢房与钢结构的区别，取代传统的幕墙玻璃，实现光伏建筑一体化的目标。作为幕墙玻璃，光伏发电玻璃可依照建筑使用功能要求，选择不同的透光率，满足玻璃幕墙或玻璃楼顶的采光要求，能够按照建筑立面要求，采用蒙砂、镀膜、彩色PVB、彩釉等多种形式，实现颜色的可多样化，可与花岗岩、铝板等墙体建材完美搭配，为建筑的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。光伏幕墙安装示意如图6所示。

>>>>建筑立面光伏安装方法

对于一些构建物，假如具备安装光伏发电装置的条件，虽然也是挺好的选择，遭到相关的条件限制会比建筑物少好多。诸如室内停车场通常阳光遮挡较少，可以设置光伏雨棚，在为汽车遮荫挡雨的同时还可以发电形成效益，如图7所示。

分布式并网光伏系统

区别于太阳能路灯、草坪灯、交通讯号灯或则一些室内监控设备等附送的大型离网型光伏发电池，建筑外墙或立面上设置的光伏发电系统，尽管容量通常不会太大，大约是几十kW至几百kW不等，相对于建筑物正常运作来说，发出的电能基本可以内部完全自行消纳，这种类型的分布式光伏发电系统一般会与供电电网采用并网的形式，发电容量较小的可以完全自发自用，发电容量稍大的可采用自发自用+余电上网的方式，甚至是全额上网的形式。这种发电借助的方法虽然都是为了促使光伏发电系统发出的电能就能得到完全的消纳使用。

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（视并网电流而定）、并网柜等组成。按照光伏发电系统的容量、组件设置部位、建筑物实际运行负荷等多方面诱因，确定光伏并网的方式、并网点和并网电流等级。

对于自发自用的方式，当光伏发电系统容量不大，且建筑物楼顶附近有适宜的设备配电箱时，可选择就近0.4kV并网，如图8（a）所示。并网点可选择外墙的扶梯机房、空调室内机等配电箱，甚至是女儿墙层下一层的建筑物垂直供电干线处就近并网，可以减短并网线缆埋设宽度，增加系统投资造价。当光伏发电系统容量较大或距离建筑物变配电房较近时，也可以直接引接到建筑物低压配电柜的0.4kV母线段实现并网，如图8（b）所示。相比较而言，方案（二）因为并网线缆较长，投资造价可能会比方案（一）稍高。并网点的选择应按照建筑物现场实际情况进行技术经济比较后确定。

如光伏发电系统容量较大，建筑物本身用电不能完全消纳所发电量时，还可以采用自发自用+余电上网或则全额上网的形式。需依照当地供电部门的要求，按照发电容量确定并网点及并网电流等级，如需采用10（20）kV或更高等级电流并网时，还须要设置专用的升压变压器，划归电网。对于这些余电上网或全额上网的可逆流并网光伏发电系统，为了确切计量发电系统馈入电网的电量（卖出的电量）和电网向建筑物补充的电量（建仓的电量），须要设置具有单向计量功能的电能表计，以实现相应的电能计量功能。

光伏逆变系统并网除了须要将光伏组件发出的直流电转换为交流电，还要通过并网控制系统按照电网的电流、频率、相序等参数进行相应调整，使输出交流电的参数与电网参数保持同步，就能划归电网。同时，还要注意避免对电网的电磁干扰、自我保护、防孤岛效应以及最大功率点跟踪等问题，实现并网系统的安全高效运行。

本文有删节，全文载于《建筑电气》2022年第10期，详文请见刊物。