太阳能建筑光伏设计技术规范

太阳能建筑光伏设计技术规范一、总则1.1目的与意义为规范太阳能建筑光伏系统的设计行为，确保系统安全可靠、经济高效、与建筑功能及外观协调统一，促进太阳能资源在建筑领域的合理利用，特制定本规范。本规范旨在为建筑光伏项目的设计提供技术指导，保障工程质量，推动绿色建筑与可再生能源应用的深度融合。1.2适用范围本规范适用于新建、改建和扩建的民用建筑与工业建筑上安装的光伏系统设计，包括建筑屋面、墙面、遮阳设施、幕墙等不同安装形式的光伏系统。既有建筑加装光伏系统的设计可参照本规范执行。1.3基本原则太阳能建筑光伏设计应遵循以下原则：1.安全第一：系统设计必须满足建筑结构安全、消防安全及电气安全的各项要求，确保在全生命周期内无安全隐患。2.因地制宜：结合建筑所在地的气候条件、太阳能资源禀赋、建筑功能特点及周边环境，选择适宜的光伏技术方案与安装形式。3.建筑协调：光伏组件的布置、色彩、造型应与建筑整体风格相协调，避免对建筑外观造成负面影响，注重建筑美学的整体性。4.高效利用：在保证安全和建筑功能的前提下，力求提高太阳能转换效率，优化系统配置，实现较好的能源产出与投资回报。5.经济合理：综合考虑初期投资、运行维护成本、能源收益及环境效益，进行技术经济分析，选择性价比优的设计方案。6.绿色环保：光伏系统材料的选用应符合环保要求，避免对环境造成污染，系统废弃后应考虑材料的回收与再利用。1.4引用标准本规范的设计应符合国家及行业现行有关标准、规范的要求。凡本规范未涉及的内容，应遵守相关强制性标准的规定。二、术语与定义2.1太阳能建筑光伏系统（BIPV系统）将太阳能光伏组件集成到建筑围护结构（如屋面、墙面、幕墙等）或作为建筑构件一部分，直接将太阳能转换为电能的系统。2.2光伏组件具有封装及内部联结的、能单独提供直流电输出的、最小不可分割的太阳能电池组合装置。2.3逆变器将直流电转换为交流电的设备。2.4建筑一体化光伏（BIPV）组件专门设计用于替代建筑围护结构部分功能（如采光、遮阳、防水等）的光伏组件，其外观、物理性能和安装方式需与建筑设计相协调。2.5光伏方阵由若干个光伏组件按一定方式排列、连接而成的直流发电单元。三、设计基础与前期准备3.1基础资料收集设计前应收集以下基础资料：1.建筑资料：建筑总平面图、各楼层平面图、立面图、剖面图、屋面结构图、墙体结构图、建筑使用功能及负荷特性。2.气象资料：当地的太阳能辐射数据（年总辐射量、月均辐射量）、日照时数、主导风向、风速、气温、降水量、积雪厚度、冰雹等极端天气情况。3.电网资料：接入点的电压等级、容量、相数、短路电流、继电保护方式及并网要求。4.相关法规与规划：当地关于太阳能利用、建筑节能、电网接入等方面的政策法规及规划要求。3.2现场勘查应对建筑场地进行详细勘查，主要内容包括：1.场地条件：建筑朝向、周边遮挡物（如树木、相邻建筑）的位置、高度及对光伏组件采光的影响，场地地形地貌。2.建筑条件：屋面类型（平屋面、斜屋面、金属屋面、混凝土屋面等）、屋面坡度、屋面荷载能力、屋面现有设施（如通风口、排气管、冷却塔、广告牌等）的位置及尺寸；墙面材质、结构、可利用面积。3.电气条件：现有配电室位置、容量，电缆敷设路径，接地系统状况。4.安装条件：施工吊装条件、运输通道、组件安装空间及维护操作空间。四、光伏系统设计4.1系统总体设计1.系统类型选择：根据建筑负荷特性、电网条件及用户需求，选择并网光伏系统或离网光伏系统。并网系统宜优先采用自发自用、余电上网的运行模式。2.容量确定：综合考虑建筑可利用面积、当地太阳能资源、建筑用电负荷、电网接入容量限制及投资效益等因素，合理确定光伏系统的安装容量。3.系统布置：光伏组件的布置应充分利用建筑表面可利用空间，保证足够的采光时间和光照强度。应避免或减少阴影遮挡，组件排列应整齐有序，与建筑立面或屋面协调美观。4.2光伏组件选型与布置1.组件选型：应根据安装位置（屋面、墙面等）、气候条件、系统设计要求选择合适类型（如晶体硅组件、薄膜组件）和规格的光伏组件。组件的电性能参数、机械性能、耐候性能应符合相关标准。对于BIPV组件，还需考虑其建筑功能（如透光率、隔热性、装饰性）和安装兼容性。2.组件布置：朝向与倾角：光伏组件的最佳朝向为正南（北半球），可根据实际情况在一定范围内调整。倾角应根据当地纬度、冬至日太阳高度角及屋面坡度综合确定，以获取最大年发电量。间距设计：为避免前后排组件在冬至日前后上午和下午时段相互遮挡，应根据组件高度、倾角及当地纬度计算最小间距。排列方式：组件可采用横向或纵向排列，应结合建筑尺寸、逆变器输入参数及安装便利性进行优化。4.3逆变器选型与布置1.逆变器选型：根据光伏方阵的输出特性（电压、电流、功率）、系统容量、电网电压等级及控制保护要求，选择技术成熟、性能稳定、效率高、具备必要通信功能的逆变器。集中式逆变器、组串式逆变器、微型逆变器的选择应结合系统规模和安装条件综合确定。2.逆变器布置：逆变器应安装在通风良好、干燥、阴凉、便于维护且远离火源的位置。应避免阳光直射和雨水浸泡。安装位置应考虑散热需求，确保设备运行环境温度在其允许范围内。对于组串式逆变器，宜靠近光伏方阵安装，以减少直流电缆损耗。4.4汇流箱与直流配电柜设计（若有）对于较大容量的光伏系统，当组件串数量较多时，可设置汇流箱对多路组件串进行汇流。汇流箱应具备过流保护、防雷保护功能，其额定电流、电压应与光伏方阵输出匹配。直流配电柜用于将汇流后的直流电分配给逆变器，应配置直流断路器、浪涌保护器等器件，确保直流系统的安全运行。五、建筑一体化设计5.1屋面光伏系统设计1.平屋面：可采用支架固定式安装或配重式安装（需验算屋面荷载）。支架设计应考虑风荷载、雪荷载等作用，确保安装牢固。组件阵列下方应预留足够的通风散热空间和维护通道。屋面防水应妥善处理，支架基础或配重块不得破坏原屋面防水层，必要时进行防水加强处理。2.斜屋面：宜采用与屋面坡度相适应的支架安装，或选用与屋面瓦型匹配的BIPV组件直接替代屋面瓦。安装应与屋面结构可靠连接，确保抗风掀能力。对于瓦片屋面，组件安装不应影响屋面排水。5.2墙面光伏系统设计1.安装方式：可采用依附式安装或嵌入式安装。依附式安装通过支架固定在墙面外侧；嵌入式安装则将BIPV组件作为墙面围护结构的一部分。2.结构安全：墙面光伏系统的荷载应纳入建筑结构整体计算，确保墙体结构安全。连接件应具有足够的强度和耐久性。3.建筑功能：墙面光伏组件的选择应考虑建筑的保温、隔热、隔声、防水、防火及装饰要求。对于有采光要求的墙面，可选用半透明BIPV组件。4.通风散热：组件与墙面之间应预留适当的空气层，以利于组件散热，提高发电效率，并防止墙面内部结露。5.3其他部位光伏系统设计对于建筑的遮阳板、雨篷、阳台栏板、采光顶等部位，可结合其功能要求设计光伏系统。此类光伏系统应与建筑构件有机结合，兼顾美观、实用与发电功能。采光顶光伏系统应特别注意透光率、防眩光、防火及结构安全。5.4建筑外观与协调光伏组件的颜色、尺寸、排列方式应与建筑的整体风格相协调。BIPV组件的边框、接线盒等外观细节应进行优化设计，避免对建筑立面效果造成负面影响。在历史建筑或风貌保护区内安装光伏系统时，应采取更为审慎的设计方案，确保不破坏建筑原有风貌。六、电气设计6.1直流系统设计1.电缆选择：直流电缆应根据光伏方阵的最大工作电流和敷设长度进行选择，确保电缆载流量满足要求，并考虑一定的裕量。电缆的绝缘等级、耐候性、阻燃性应符合相关标准。2.电缆敷设：直流电缆应采用穿管、桥架或线槽敷设，路径应短捷，避免与强电电缆并行敷设，以减少电磁干扰。在屋面、墙面等露天场所敷设的电缆应采取防晒、防水、防老化措施。3.连接与保护：组件之间、组件串与汇流箱之间、汇流箱与逆变器之间的连接应牢固可靠，接触良好。直流回路应设置过流保护和短路保护装置。6.2交流系统设计1.电缆选择：交流电缆的选择应根据逆变器输出电流、系统容量及敷设长度确定，其载流量、绝缘等级应满足要求。2.并网接入设计：并网接入点的选择应靠近负荷中心或配电室。并网系统应符合电网公司的并网技术要求，配置必要的并网保护装置（如过压、欠压、过流、频率异常、孤岛效应保护等）。3.计量装置：根据运行模式要求，设置相应的电能计量装置，以计量光伏发电量、上网电量及自用电量。6.3防雷与接地设计1.防雷设计：光伏系统应采取分级防雷保护措施。在光伏方阵汇流箱、逆变器交流侧及配电柜等位置应安装浪涌保护器（SPD）。SPD的选型应符合系统电压等级和当地雷暴活动情况。2.接地设计：光伏系统的防雷接地、工作接地、保护接地应共用一个接地网。接地电阻应符合设计要求，一般不宜大于规定数值。光伏组件金属边框、支架、设备外壳等均应可靠接地。6.4监控与控制系统设计大型光伏系统宜设置监控系统，对光伏方阵、逆变器、汇流箱等主要设备的运行参数（电压、电流、功率、发电量等）进行实时监测，并具备数据记录、故障报警、远程通信等功能。监控系统应操作简便，界面友好。七、施工与验收7.1施工要求光伏系统的施工应符合设计图纸及相关施工规范的要求。施工单位应具备相应的资质，施工人员应经过专业培训。施工过程中应做好安全防护措施，确保施工安全。组件安装、支架固定、电缆敷设、设备接线等工序应严格按照操作规程进行。7.2验收标准光伏系统工程验收应包括施工质量验收、设备性能验收及系统功能验收。验收时应提供完整的技术资料，包括设计文件、施工记录、设备出厂合格证及检验报告等。系统性能测试应包括绝缘电阻测试、接地电阻测试、系统效率测试等。八、运行与维护8.1日常维护光伏系统投入运行后，应制定定期维护计划。主要维护内容包括：1.组件清洁：定期清除组件表面的灰尘、污垢、鸟粪等遮挡物，以保证组件的采光效率。清洁时应使用柔软的抹布或专用工具，避免划伤组件表面。2.检查与紧固：定期检查组件、支架、逆变器、电缆连接等是否松动、锈蚀、损坏，发现问题及时处理。3.设备检查：定期检查逆变器等设备的运行状态，查看有无异常声响、异味、过热等现象。4.杂草清除：对于地面光伏系统或屋面有杂草生长的情况，应及时清除杂草，避免遮挡。8.2故障处理建立故障应急预案，当系统出现故障时，应及时进行诊断和维修，尽快恢复系统正常运行。对于重要的故障，应记录故障现象、发生时间、处理方法及结果。8.3安全注意事项维护人员进行操作时，必须遵守电气安全操作规程，佩戴必要的安全防护用品。在进行组件或电气设备检修时，应确保相应部分已断电，并设置警示标志。九、安全要求1.结构安全：光伏系统的安装不得影响建筑主体结构的安全，支架及连接构件的强度和刚度应能承受风荷载、雪荷载、地震作用等各种荷载组合。2.电气安全：系统设计、安装应符合电气安全标准，确保人身安全和设备安全。设备的带电部分应设置防护措施，避免触电事故。3.防火安全：光伏系统所用材料应具有良好的阻燃性能。逆变器、配电柜等设备应安装在非易燃材料上，并远离火源。电缆敷设应符合