太阳能光伏建筑该如何设计?

1.1  一般规定
1.1.1  应用光伏系统的新建工业与民用建筑，其规划设计应综合考虑建筑场地条件、建筑规模、建筑功能、建设地点的地理、气候及太阳能资源条件等因素，确定建筑的布局、朝向、间距、群体组合和空间环境，满足光伏系统设计和安装的技术要求。
  
1.1.2  应用光伏系统时，应结合建筑的功能、外观、安装场地以及周围环境条件，合理选择光伏组件的安装类型、安装位置及组件的色泽，不得影响安装部位的建筑功能，外观应与建筑统一协调，使之成为建筑的有机组成部分。
  
1.1.3  在既有建筑上增设或改造光伏系统，必须进行建筑结构安全、建筑电气安全的复核。光伏组件所在建筑部位应满足防火、防雷、防静电等相关功能要求和建筑热工要求。
  
1.1.4  安装在建筑各部位上的光伏组件，应配置带电警告标识及电气安全防护设施。单独构成建筑围护结构的光伏组件除应配置带电警告标识及电气安全防护设施外，还应满足该部位的建筑围护、建筑热工、结构安全和电气安全等建筑功能要求。
  
1.1.5  在既有建筑上增设或改造光伏系统，必须进行建筑结构安全、建筑电气安全的复核，并满足光伏组件所在建筑部位的防火、防雷、防静电等相关功能要求和建筑节能要求。
  
1.1.6  安装光伏组件的建筑部位，应设置防止光伏组件损坏、坠落的安全防护措施。
  
1.1.7  建筑设计中应为太阳能光伏系统的安装、使用、维护、保养提供必要的空间与设施。
  
1.1.8  建材型、构件型光伏组件的寿命按建筑主体使用年限设计；安装型光伏组件的使用年限按大于25年设计。
  
1.2  规划设计
1.2.1  应用光伏系统的建筑单体或建筑群体，主要朝向宜为南向。应用光伏系统的建筑，其布局及空间组合应为接收更多的太阳光创造条件，且不应降低建筑本身或相邻建筑的建筑日照标准。
  
1.2.2  应合理规划光伏组件的安装位置，避免建筑周围的环境景观、绿化植物及建筑自身的投影遮挡光伏组件上的阳光。
  
1.3  建筑设计
1.3.1  安装光伏组件的建筑部位在冬至日全天日照应不低于4h。
  
1.3.2  安装光伏组件的建筑部位应采取相应的构造措施，不得影响该部位的建筑雨水系统、建筑排水、建筑隔热及建筑节能效果。
  
1.3.3  光伏组件不应跨越建筑变形缝。
  
1.3.4  光伏组件及阵列的构造与安装应尽量采取有利于通风降温的构造措施，保证光伏电池的温度不高于其设计参数要求。
  
1.3.5  光伏组件布置在建筑平屋面上时，应符合以下要求：
    1  建材型光伏组件，应保障屋面排水通畅，作为建材的组件尚应保证其作为建筑材料和建筑构件的技术性能；
    2  安装型光伏组件可采用固定式或可调节式安装支架；  
    3  光伏阵列中相关联的光伏组件间距宜满足冬至日8时至16时不遮挡太阳光的要求；
    4  光伏组件的基座与结构层相连的部位应增设附加防水层；安装型光伏组件的基座及其安装方式应不影响屋面排水，基座下部应增设附加防水层；
    5  光伏组件宜按最佳倾角布置，并应考虑设置维修通道与人工清洗设施，通道最小宽度为500mm；
    6  光伏组件周围屋面、检修通道、屋面出入口和光伏方阵之间的人行通道上部应铺设屋面保护层；
    7  光伏组件的引线穿过屋面处应预埋或加装防水套管，并作防水密封处理。防水套管应在屋面防水层施工前埋设完毕。  
  
1.3.6  光伏组件布置在建筑坡屋面上，应符合以下要求：
    1  建筑屋面坡度宜设计为光伏组件全年获得阳光最多的倾角，宜为22º～26º；
    2  建材型光伏组件与周围屋面材料连接部位应做好建筑构造处理，并应满足屋面围护结构整体的保温、隔热、防水等围护结构功能要求；
    3  作为建材的组件还应具有一定刚度；
    4  安装型光伏组件宜采用顺坡架空的安装方式，支架应与埋设在屋面板上的预埋件牢固连接，并应采取相应防水构造措施；
    5  顺坡架空安装的光伏组件与屋面之间的垂直距离应满足安装和通风散热间隙的要求。
  
1.3.7  光伏组件布置在阳台上，应符合以下要求：
    1  第4.1.4、4.1.5、4.1.6条款的规定；
    2  构件型阳台栏板式光伏组件，应满足相应建筑电气安全要求，并应设置电气安全防护措施；
    3  构件型阳台栏板式光伏组件，应符合阳台栏板的刚度、强度、防护功能的要求；
    4  安装型光伏组件附设或镶嵌在阳台栏板上，应最大程度地满足光伏系统的设计要求；
    5  构件型、安装型阳台栏板的光伏组件及支架应与栏板结构主体上的预埋件牢固连接，并有防坠落措施。
  
1.3.8  光伏组件布置在墙面上，应符合以下要求：
    1  建材型光伏组件应满足墙体保温节能要求，并应具有一定刚度；
    2  当建材型光伏组件设置在墙面上时，应符合第4.1.4、4.1.5、4.1.6款的规定；
    3  安装型光伏组件及支架应与墙面结构主体上的预埋件牢固连接锚固，并不应影响墙体的保温构造和节能效果；
    4  设置在墙面的光伏组件的引线应暗设，其穿过墙面处应预埋防水套管。穿墙管线不宜设在结构柱节点处；
    5  光伏组件镶嵌在墙面时，宜与墙面装饰材料、色彩、分格等协调；
    6  光伏组件设置在窗面上时，应满足窗面采光、通风、节能等围护结构功能要求。
  
1.3.9  光伏组件应用在幕墙上，应符合以下要求：
    1  光伏幕墙应符合第4.1.4、4.1.5、4.1.6款的规定；
    2  光伏幕墙的结构应满足《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102的要求，并应满足建筑采光、通风、节能等围护结构的功能要求；
    3  光伏幕墙单元组件尺寸应符合幕墙设计模数，光伏组件表面颜色、质感应与幕墙协调统一；
    4  由光伏组件构成的雨篷、檐口和采光顶，其刚度、强度应符合使用要求，还应满足排水功能及防止空中坠物的安全性要求。                    
  
1．4  结构设计
1.4.1  光伏建筑工程应根据光伏系统的类型，对光伏组件的安装结构、支承光伏系统的主体结构或结构构件及相关连接件进行专项结构设计。
  
1.4.2  光伏建筑结构荷载取值按《建筑结构荷载规范》GB50009的规定采用。对于体形、风荷载坏境比较复杂的光伏建筑工程，如无可靠的参照依据，宜通过风洞试验确定风荷载。
1.4.3  光伏建筑工程的结构设计应计算以下效应：
按6度设防进行抗震设计时，应计算系统自重荷载、风荷载和雪荷载作用效应；
按6度以上设防进行抗震设计时，应计算系统自重荷载、风荷载、雪荷载和地震作用效应。
1.4.4  在既有建筑上安装光伏系统，应事先对既有建筑的结构进行可靠性鉴定。确认需要加固时应符合《混凝土结构加固设计规范》GB50367的要求。
1.4.5  光伏组件或方阵的支架，应由预埋在钢筋混凝土基座中的镀锌钢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体结构内。不能与主体结构锚固时，应设置支架基座，并采取措施提高支架基座与主体结构间的附着力，满足风荷载、雪荷载与地震荷载作用的要求。
1.4.6连接件与基座的锚固承载力设计值应大于连接件本身的承载力设计值。
1.4.7  支架基座设计应进行结构稳定性、抗滑移和抗倾覆验算。
1.4.8  光伏方阵与主体结构采用后加锚栓连接时，应符合《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ145的规定。
1.4.9  安装光伏系统的预埋件设计使用年限应与主体结构相同。
1.4.10  支架及其它的安装材料，应根据光伏系统的使用寿命选择相应的耐候材料，并采取抵御使用环境的大气腐蚀及火灾的防护措施。受盐雾影响的安装场所，应选择符合使用环境的材料制作支架，并采取相应的防护措施。
1.4.11  地面安装光伏系统时，应对地基承载力、基础的强度和稳定性进行验算。
  
1.5  建筑电气设计
1.5.1  光伏系统宜设置配变电间、控制机房。
  
1.5.2  光伏系统配变电间、控制机房的形式宜根据光伏方阵规模、布置形式、建筑物(群)分布、周围环境条件和用电负荷的密度等因素确定，并应符合下列要求：
    1  配变电间、控制机房宜与建筑物中既有或新建的配变电间合并设计。
    2  小型逆变器布置宜靠近光伏方阵，大型逆变器宜集中布置在配变电间内。
    3  配电装置和控制柜的布置，应便于设备的操作、搬运、检修和实验。
  
1.5.3  配变电间、控制机房的建筑设计应满足《民用建筑电气设计规范》JGJ  16的相关要求。
  
1.5.4  储能光伏发电系统应设置独立的蓄电池室。
  
1.5.5  蓄电池室应布置在无高温、无潮湿、无震动、少灰尘、避免阳光直射的场所，并应满足《电力工程直流系统设计技术规程》DL/T5044的相关规定。
  
1.5.6  新建建筑应预留光伏系统的电缆通道，并宜与建筑物本身的电缆通道合并设计。
  
1.5.7  既有建筑设计光伏系统时，光伏系统的电缆通道应满足建筑结构安全、电气安全，并宜建成隐蔽工程，以保持建筑物外观整齐。
  
1.5.8  应用光伏系统的工业与民用建筑应采取防雷措施，其防雷等级分类及防雷措施应遵守《建筑物防雷设计规范》GB50057的相关规定，并应符合下列要求：
    1  建筑物的各电气系统的接地宜用同一接地网，接地网的接地电阻，应采用最小值。
    2  新建建筑的光伏系统采用安装型光伏组件时，其防雷和接地应与建筑的防雷和接地系统统一设计。
    3  既有建筑设计光伏系统时，应对建筑物原有防雷和接地设计进行验算，必要时进行改造。
希望可以帮助到你。

一、光伏组件的力学性能
  
    作为普通光伏组件，只要通过IEC61215的检测，满足抗130km/h(2，400Pa)风压和抗25mm直径冰雹23m/s的冲击的要求。用做幕墙面板和采光顶面板的光伏组件，不仅需要满足光伏组件的性能要求，同时要满足幕墙的三性实验要求和建筑物安全性能要求，因此需要有更高的力学性能和采用不同的结构方式。例如尺寸为1200mm×530mm的普通光伏组件一般采用3.2mm厚的钢化超白玻璃加铝合金边框就能达到使用要求。但同样尺寸的组件用在BIPV建筑中，在不同的地点，不同的楼层高度，以及不同的安装方式，对它的玻璃力学性能要求就可能是完全不同的。南玻大厦外循环式双层幕墙采用的组件就是两块6mm厚的钢化超白玻璃夹胶而成的光伏组件，这是通过严格的力学计算得到的结果。
　　
    二、建筑的美学要求
  
    BIPV建筑首先是一个建筑，它是建筑师的艺术品，就相当于音乐家的音乐，画家的一幅名画，而对于建筑物来说光线就是他的灵魂，因此建筑物对光影要求甚高。但普通光伏组件所用的玻璃大多为布纹超白钢化玻璃，其布纹具有磨砂玻璃阻挡视线的作用。如果BIPV组件安装在大楼的观光处，这个位置需要光线通透，这时就要采用光面超白钢化玻璃制作双面玻璃组件，用来满足建筑物的功能。同时为了节约成本，电池板背面的玻璃可以采用普通光面钢化玻璃。
    一个建筑物的成功与否，关键一点就是建筑物的外观效果，有时候细微的不协调都是不能容忍。但普通光伏组件的接线盒一般粘在电池板背面，接线盒较大，很容易破坏建筑物的整体协调感，通常不为建筑师所接受，因此BIPV建筑中要求将接线盒省去或隐藏起来，这时的旁路二极管没有了接线盒的保护，要考虑采用其他方法来保护它，需要将旁路二极管和连接线隐藏在幕墙结构中。比如将旁路二极管放在幕墙骨架结构中，以防阳光直射和雨水侵蚀。
    普通光伏组件的连接线一般外露在组件下方，BIPV建筑中光伏组件的连接线要求全部隐藏在幕墙结构中。　
　　
    三、建筑结构与光伏组件电学性能的配合
  
    在设计BIPV建筑时要考虑电池板本身的电压、电流是否方便光伏系统设备选型，但是建筑物的外立面有可能是一些大小、形式不一的几何图形组成，这会造成组件间的电压、电流不同，这个时候可以考虑对建筑立面进行分区及调整分格，使BIPV组件接近标准组件电学性能，也可以采用不同尺寸的电池片来满足分格的要求，以最大限度地满足建筑物外立面效果。另外，还可以将少数边角上的电池片不连接入电路，以满足电学要求。
　　
    四、巧妙利用太阳能的建筑
  
    太阳能为保护环境创造了有利条件，于是许多建筑学家巧妙利用太阳能建造太阳能建筑。
    1.太阳能墙：美国建筑专家发明太阳能墙，是在建筑物的墙体外侧装一层薄薄的黑色打孔铝板，能吸收照射到墙体上的80％的太阳能量。被吸入铝板的空气经预热后，通过墙体内的泵抽到建筑物内，从而就能节约中央空调的能耗。
    2.太阳能窗：德国科学家发明了两种采用光热调节的玻璃窗。一种是太阳能温度调节系统，白天采集建筑物窗玻璃表面的暖气，然后把这种太阳能传递到墙和地板的空间存储，到了晚上再放出来；另一种是自动调整进入房间的阳光量，如同变色太阳镜一样，根据房间设定的温度，窗玻璃或是变成透明或是变成不透明。
　　3.太阳能房屋：德国建筑师塞多。特霍尔斯建造了一座能在基座上转动跟踪阳光的太阳能房屋。该房屋安装在一个圆盘底座上，由一个小型太阳能电动机带动一组齿轮，使房屋底座在环形轨道上以每分钟转动3厘米的速度随太阳旋转。这个跟踪太阳的系统所消耗的电力仅为该房太阳能发电功率的1％，而该房太阳能发电量相当于一般不能转动的太阳能房屋的两倍。

就是建筑结构外表面铺设光伏组件提供电力
将太阳能发电系统与屋顶、天窗、幕墙等建筑融合为一体，建筑绿色环保住宅。
原理:太阳能发电
作用:为家庭提供电力，建筑绿色环保住宅。