在將光伏系統(tǒng)應(yīng)用于新型工業(yè)和民用建筑時，必須在規(guī)劃和設(shè)計階段綜合考慮施工現(xiàn)場當(dāng)前的環(huán)境條件、建筑規(guī)模、建筑的不同功能要求以及各種規(guī)劃要素。同時，還需要充分考慮影響太陽能系統(tǒng)光伏應(yīng)用的地理氣候、太陽能資源、能源消耗、施工條件等因素，以確定建筑的布局方向、間距、密度以及道路、綠化和空間的組合，使建筑在規(guī)劃階段就具備滿足太陽能光伏系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)要求的必要條件。一、光伏系統(tǒng)的選擇
光伏系統(tǒng)的選擇是建筑設(shè)計的關(guān)鍵內(nèi)容。建筑師不僅要創(chuàng)造新穎美觀的建筑外觀，還要根據(jù)建筑類型和功能需求合理選擇光伏系統(tǒng)的類型和光伏材料的顏色，并與建筑結(jié)構(gòu)和建筑電氣專業(yè)相協(xié)調(diào)。共同確定光伏系統(tǒng)組件在建筑各部分的安裝位置，且不得影響建筑的功能需求。光伏系統(tǒng)產(chǎn)品供應(yīng)商應(yīng)向建筑設(shè)計單位提供光伏模塊的規(guī)格、尺寸和荷載，以及嵌入件的規(guī)格、尺寸、安全位置和安全要求等技術(shù)指標(biāo)，如光伏系統(tǒng)的發(fā)電性能和測試報告，以確保產(chǎn)品質(zhì)量和性能，并向建筑電氣工程師提出用電要求。電氣工程師負責(zé)設(shè)計光伏系統(tǒng)、布置管道并確定管道方向；結(jié)構(gòu)工程師在設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)時應(yīng)考慮光伏系統(tǒng)的荷載，以確保結(jié)構(gòu)安全，并嵌入嵌入件，為光伏組件的錨固和安裝提供安全可靠的條件。各方的緊密合作是確保光伏系統(tǒng)與建筑一體化的重要保障。
二、光伏模塊的安裝與安全
安裝在建筑屋頂、陽臺、墻壁、窗戶或其他部位的光伏模塊必須滿足電氣安全和結(jié)構(gòu)安全要求，并根據(jù)電氣設(shè)計規(guī)范設(shè)置帶電警示標(biāo)志，同時采取安全防護措施。直接構(gòu)成建筑圍護結(jié)構(gòu)的光伏模塊，不僅要滿足電氣安全和結(jié)構(gòu)安全要求，還需按電氣設(shè)計規(guī)范設(shè)置帶電警示標(biāo)志。對既有建筑進行光伏系統(tǒng)增設(shè)或改造時，會增加建筑荷載，且安裝過程也會對建筑結(jié)構(gòu)、建筑功能和建筑熱工性能產(chǎn)生影響。因此，必須對建筑結(jié)構(gòu)安全、建筑電氣安全等進行審查檢驗，光伏模塊的安裝不得降低建筑部分的熱工要求。在建筑設(shè)計中，還應(yīng)考慮防止光伏組件損壞、脫落傷人的措施，如設(shè)置挑檐、入口設(shè)置雨棚、建筑附近種植綠化等，以減少人們接近的可能，防止墜物傷人。
三、光伏模塊與建筑的兼容性
通常情況下，建筑的設(shè)計壽命是光伏系統(tǒng)的2-3倍。光伏模塊等系統(tǒng)組件的結(jié)構(gòu)和類型應(yīng)便于安裝在建筑圍護結(jié)構(gòu)上，便于維護、修理和局部更換。因此，建筑設(shè)計不僅要考慮地震、風(fēng)荷載、雪荷載、冰雹等自然損壞因素，還應(yīng)為光伏系統(tǒng)的日常維護提供必要的安全便捷操作條件，特別是光伏模塊的安裝、維護、日常保養(yǎng)和更換。對于平屋頂，應(yīng)設(shè)置屋頂出入口，便于安裝和維護人員進出；對于坡屋頂，應(yīng)在屋脊適當(dāng)位置預(yù)留金屬鋼架或掛鉤，便于固定安裝和維護人員穿戴安全帶，確保維護人員操作安全。四、光伏建筑一體化的規(guī)劃與設(shè)計
1. 規(guī)劃布局
在確定新工業(yè)和民用建筑的光伏系統(tǒng)應(yīng)用時，設(shè)計師應(yīng)根據(jù)地理位置條件，在規(guī)劃和設(shè)計或總體布局時，盡可能將建筑單元或建筑組群布置成南北朝向，以便光伏系統(tǒng)接收更多太陽能。對于既有建筑應(yīng)用光伏系統(tǒng)時，應(yīng)盡量選擇朝南的建筑，以提高光伏系統(tǒng)的應(yīng)用效率。使用光伏系統(tǒng)的建筑，其建筑間距應(yīng)滿足當(dāng)?shù)厝照臻g距要求，且不應(yīng)因應(yīng)用光伏系統(tǒng)而降低相鄰建筑的日照標(biāo)準(zhǔn)。景觀、樹木綠化和被陰影遮擋的部分也應(yīng)注意避免建筑自身陰影遮擋光伏模塊上的陽光。由于建筑平面常呈四凸形狀，易造成建筑自身遮擋陽光。此外，對于L形和U形平面，還應(yīng)注意避免自身遮擋，以確保光伏模塊的正常運行。
2. 建筑設(shè)計
光伏模塊安裝在建筑屋頂、陽臺、墻壁或其他部位時，不得有障礙物遮擋陽光。光伏模塊的總面積根據(jù)所需功率、建筑上允許的安裝面積及當(dāng)?shù)氐乩須夂驐l件等因素確定。安裝位置必須滿足冬至日全天日照時間超過4小時的要求。在建筑上安裝光伏模塊時，基座與建筑的連接部分應(yīng)避免破壞該部分的節(jié)能結(jié)構(gòu)，影響節(jié)能效果。如有必要，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)措施進行防護。光伏模塊不應(yīng)影響建筑的安裝部分，且雨水系統(tǒng)設(shè)計不應(yīng)造成局部積水、防水層損壞、滲漏等問題。光伏模塊在安裝時應(yīng)采取必要的通風(fēng)降溫措施，控制其表面溫度升高。通常，在組件與安裝面層之間設(shè)置大于50mm的間隙，組件之間也有間隙，這將有效控制組件背面的溫升。
3. 屋頂應(yīng)用
當(dāng)光伏模塊應(yīng)用于屋頂時，應(yīng)滿足以下要求：- 材料性能：作為建筑材料的光伏模塊材料性能應(yīng)滿足相應(yīng)建筑材料的要求。
- 支架選擇：使用自動跟蹤和手動調(diào)節(jié)支架可增加系統(tǒng)發(fā)電量。自動跟蹤支架還需配備包括太陽輻射測量設(shè)備和計算機控制步進電機在內(nèi)的自動跟蹤系統(tǒng)。手動調(diào)節(jié)支架經(jīng)濟可靠，適合月度和季度周期的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
- 陰影管理：光伏陣列設(shè)置在屋頂時，前排光伏模塊的陰影不應(yīng)影響后排光伏模塊的正常運行。應(yīng)考慮滿足冬至日不少于6小時的日照要求，通常指9:00~15:00期間無遮擋。同時，注意組件的聚光效應(yīng)。
- 防水處理：光伏模塊與屋頂連接處應(yīng)做好防水處理，確保垂直荷載、風(fēng)荷載和地震荷載的可靠傳遞。
- 排水設(shè)計：在屋頂安裝光伏模塊支架時，應(yīng)選擇點狀基座形式，便于屋頂排水。特別要避免使用與屋頂排水方向垂直的條形基座，并在基座底部增設(shè)防水層。
- 維護通道：光伏模塊周圍需要頻繁維護的區(qū)域應(yīng)提供剛性保護層，如鋪設(shè)水泥磚。
- 防水套管：光伏模塊引線穿過屋頂時，應(yīng)預(yù)埋防水套管并做好防水密封處理。
4. 坡屋頂應(yīng)用
當(dāng)光伏模塊用于坡屋頂時，應(yīng)滿足以下要求：- 坡度設(shè)計：新建筑坡屋頂設(shè)計應(yīng)考慮排水功能，同時考慮全年獲得最多太陽能的光伏模塊傾角。屋頂坡度可根據(jù)當(dāng)?shù)鼐暥取?0°確定，一般可采用22°~26°進行設(shè)計。
- 安裝方式：根據(jù)建筑實際情況，光伏模塊可沿坡面安裝或架空安裝。架空安裝時，支架基座與結(jié)構(gòu)層應(yīng)用螺栓固定，確保排水順暢并做好防滲漏密封處理。
- 連接密封：沿坡面嵌入的光伏模塊與坡屋頂連接處應(yīng)密封處理。
- 通風(fēng)間隙：架空安裝的光伏模塊與坡屋頂之間應(yīng)留有大于100mm的通風(fēng)間隙，以降低組件背面溫升并確保安裝維護空間。
5. 陽臺與平臺欄桿應(yīng)用
當(dāng)光伏模塊用于陽臺或平臺欄桿時，應(yīng)滿足以下要求：- 傾角設(shè)計：陽臺欄桿上安裝或鑲嵌的光伏模塊應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膬A角，確保接收更多陽光。光伏模塊及其支架應(yīng)牢固連接至陽臺欄桿上的嵌入件，并通過計算確定嵌入件的尺寸和深度。
- 安全要求：直接用作陽臺和平臺欄桿的光伏模塊應(yīng)符合建筑陽臺欄桿的強度和高度要求。
- 防護措施：為防止高溫或電氣連接損壞導(dǎo)致的安全事故，應(yīng)采取必要的防護措施，避免與光伏模塊直接接觸。
6. 墻體應(yīng)用
當(dāng)光伏模塊應(yīng)用于墻體時，應(yīng)滿足以下要求：- 材料性能：作為外墻材料的光伏模塊（建筑材料型）應(yīng)滿足建筑的隔熱要求，并具備相應(yīng)的功能。
- 結(jié)構(gòu)設(shè)計：通過其他方式（如外掛）安裝在建筑外墻的光伏模塊（安裝型），其結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)作為墻上的永久荷載考慮。在墻上安裝光伏模塊可能導(dǎo)致墻體局部變形和裂縫，需采取結(jié)構(gòu)措施防止。
- 遮陽性能：當(dāng)光伏模塊用作建筑遮陽構(gòu)件時，應(yīng)進行遮陽性能計算。
- 照明與通風(fēng)：光伏模塊安裝在建筑外墻和窗面時，應(yīng)滿足不同性質(zhì)建筑的采光和通風(fēng)要求，并符合外窗的節(jié)能要求。
- 防水處理：光伏模塊的引線應(yīng)隱藏，并在墻上預(yù)埋防水套管以防止水滲入墻體結(jié)構(gòu)層。
五、結(jié)構(gòu)設(shè)計
光伏建設(shè)項目的結(jié)構(gòu)設(shè)計包括兩個方面：一是光伏模塊本身的安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計；二是支撐光伏系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的設(shè)計及相關(guān)連接器的設(shè)計。設(shè)計主體結(jié)構(gòu)時，應(yīng)根據(jù)光伏系統(tǒng)組件在建筑中的位置準(zhǔn)確把握其荷載效應(yīng)，確保其結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的安全；同時，要確定安裝方法和安裝位置對結(jié)構(gòu)局部強度的要求。光伏系統(tǒng)的重量應(yīng)結(jié)合永久荷載效應(yīng)進行考慮。對于形狀復(fù)雜、風(fēng)荷載環(huán)境較大的光伏建筑，包括光伏森林墻等，風(fēng)荷載值應(yīng)更準(zhǔn)確。因此，在沒有可靠參考依據(jù)的情況下，應(yīng)通過風(fēng)洞試驗確定風(fēng)荷載值。光伏建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)區(qū)分是否需要抗震設(shè)計。對于6度設(shè)防區(qū)，一般只需考慮系統(tǒng)自重、風(fēng)荷載和雪荷載；對于6度及以上設(shè)防區(qū)，還應(yīng)考慮地震作用。在既有建筑上安裝光伏系統(tǒng)時，應(yīng)調(diào)查原建筑的設(shè)計資料，確認原建筑結(jié)構(gòu)材料的狀況和耐久性，必要時進行材料取樣試驗。確認后，將新增光伏系統(tǒng)的荷載量作為新增永久荷載效應(yīng)進行結(jié)構(gòu)復(fù)核驗證，以確保結(jié)構(gòu)安全。光伏模塊的支架及各連接節(jié)點主要承受系統(tǒng)自重、風(fēng)荷載、雪荷載和地震作用。支架結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面形式和連接方式應(yīng)通過計算確定。連接器和其基座（主體結(jié)構(gòu)）的錨固承載力應(yīng)大于連接器本身的承載力，任何情況下都不允許出現(xiàn)錨固失效。光伏幕墻的連接和錨固必須可靠，其承載力必須通過計算或物理試驗確認，并留有裕量。為確保與主體結(jié)構(gòu)的可靠連接，連接部分主體結(jié)構(gòu)的混凝土強度等級不應(yīng)低于C20。在大多數(shù)情況下，支撐基座相對容易滿足穩(wěn)定性要求（防滑、防傾覆），但在風(fēng)荷載較大的地區(qū)，支撐基座的穩(wěn)定性對結(jié)構(gòu)安全起控制作用，必須進行檢查和保證。考慮到光伏系統(tǒng)的有效生命周期，嵌入件的設(shè)計周期應(yīng)與主體結(jié)構(gòu)相同，以避免在更新光伏模塊時損壞。
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