在將光伏系統應用于新型工業和民用建筑時，必須在規劃和設計階段綜合考慮施工現場當前的環境條件、建筑規模、建筑的不同功能要求以及各種規劃要素。同時，還需要充分考慮影響太陽能系統光伏應用的地理氣候、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，使建筑在規劃階段就具備滿足太陽能光伏系統應用技術要求的必要條件。一、光伏系統的選擇
光伏系統的選擇是建筑設計的關鍵內容。建筑師不僅要創造新穎美觀的建筑外觀，還要根據建筑類型和功能需求合理選擇光伏系統的類型和光伏材料的顏色，并與建筑結構和建筑電氣專業相協調。共同確定光伏系統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。光伏系統產品供應商應向建筑設計單位提供光伏模塊的規格、尺寸和荷載，以及嵌入件的規格、尺寸、安全位置和安全要求等技術指標，如光伏系統的發電性能和測試報告，以確保產品質量和性能，并向建筑電氣工程師提出用電要求。電氣工程師負責設計光伏系統、布置管道并確定管道方向；結構工程師在設計建筑結構時應考慮光伏系統的荷載，以確保結構安全，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構安全要求，并根據電氣設計規范設置帶電警示標志，同時采取安全防護措施。直接構成建筑圍護結構的光伏模塊，不僅要滿足電氣安全和結構安全要求，還需按電氣設計規范設置帶電警示標志。對既有建筑進行光伏系統增設或改造時，會增加建筑荷載，且安裝過程也會對建筑結構、建筑功能和建筑熱工性能產生影響。因此，必須對建筑結構安全、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。在建筑設計中，還應考慮防止光伏組件損壞、脫落傷人的措施，如設置挑檐、入口設置雨棚、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，建筑的設計壽命是光伏系統的2-3倍。光伏模塊等系統組件的結構和類型應便于安裝在建筑圍護結構上，便于維護、修理和局部更換。因此，建筑設計不僅要考慮地震、風荷載、雪荷載、冰雹等自然損壞因素，還應為光伏系統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、日常保養和更換。對于平屋頂，應設置屋頂出入口，便于安裝和維護人員進出；對于坡屋頂，應在屋脊適當位置預留金屬鋼架或掛鉤，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劃與設計
1. 規劃布局
在確定新工業和民用建筑的光伏系統應用時，設計師應根據地理位置條件，在規劃和設計或總體布局時，盡可能將建筑單元或建筑組群布置成南北朝向，以便光伏系統接收更多太陽能。對于既有建筑應用光伏系統時，應盡量選擇朝南的建筑，以提高光伏系統的應用效率。使用光伏系統的建筑，其建筑間距應滿足當地日照間距要求，且不應因應用光伏系統而降低相鄰建筑的日照標準。景觀、樹木綠化和被陰影遮擋的部分也應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，還應注意避免自身遮擋，以確保光伏模塊的正常運行。
2. 建筑設計
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所需功率、建筑上允許的安裝面積及當地地理氣候條件等因素確定。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避免破壞該部分的節能結構，影響節能效果。如有必要，應采取適當的結構措施進行防護。光伏模塊不應影響建筑的安裝部分，且雨水系統設計不應造成局部積水、防水層損壞、滲漏等問題。光伏模塊在安裝時應采取必要的通風降溫措施，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. 屋頂應用
- 材料性能：作為建筑材料的光伏模塊材料性能應滿足相應建筑材料的要求。
- 支架選擇：使用自動跟蹤和手動調節支架可增加系統發電量。自動跟蹤支架還需配備包括太陽輻射測量設備和計算機控制步進電機在內的自動跟蹤系統。手動調節支架經濟可靠，適合月度和季度周期的調節系統。
- 陰影管理：光伏陣列設置在屋頂時，前排光伏模塊的陰影不應影響后排光伏模塊的正常運行。應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。
- 防水處理：光伏模塊與屋頂連接處應做好防水處理，確保垂直荷載、風荷載和地震荷載的可靠傳遞。
- 排水設計：在屋頂安裝光伏模塊支架時，應選擇點狀基座形式，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，并在基座底部增設防水層。
- 維護通道：光伏模塊周圍需要頻繁維護的區域應提供剛性保護層，如鋪設水泥磚。
- 防水套管：光伏模塊引線穿過屋頂時，應預埋防水套管并做好防水密封處理。
4. 坡屋頂應用
- 坡度設計：新建筑坡屋頂設計應考慮排水功能，同時考慮全年獲得最多太陽能的光伏模塊傾角。屋頂坡度可根據當地緯度±10°確定，一般可采用22°~26°進行設計。
- 安裝方式：根據建筑實際情況，光伏模塊可沿坡面安裝或架空安裝。架空安裝時，支架基座與結構層應用螺栓固定，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密封處理。
- 通風間隙：架空安裝的光伏模塊與坡屋頂之間應留有大于100mm的通風間隙，以降低組件背面溫升并確保安裝維護空間。
5. 陽臺與平臺欄桿應用
- 傾角設計：陽臺欄桿上安裝或鑲嵌的光伏模塊應具有適當的傾角，確保接收更多陽光。光伏模塊及其支架應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致的安全事故，應采取必要的防護措施，避免與光伏模塊直接接觸。
6. 墻體應用
- 材料性能：作為外墻材料的光伏模塊（建筑材料型）應滿足建筑的隔熱要求，并具備相應的功能。
- 結構設計：通過其他方式（如外掛）安裝在建筑外墻的光伏模塊（安裝型），其結構設計應作為墻上的永久荷載考慮。在墻上安裝光伏模塊可能導致墻體局部變形和裂縫，需采取結構措施防止。
- 遮陽性能：當光伏模塊用作建筑遮陽構件時，應進行遮陽性能計算。
- 照明與通風：光伏模塊安裝在建筑外墻和窗面時，應滿足不同性質建筑的采光和通風要求，并符合外窗的節能要求。
- 防水處理：光伏模塊的引線應隱藏，并在墻上預埋防水套管以防止水滲入墻體結構層。
五、結構設計
光伏建設項目的結構設計包括兩個方面：一是光伏模塊本身的安裝結構設計；二是支撐光伏系統的主體結構和構件的設計及相關連接器的設計。設計主體結構時，應根據光伏系統組件在建筑中的位置準確把握其荷載效應，確保其結構系統的安全；同時，要確定安裝方法和安裝位置對結構局部強度的要求。光伏系統的重量應結合永久荷載效應進行考慮。對于形狀復雜、風荷載環境較大的光伏建筑，包括光伏森林墻等，風荷載值應更準確。因此，在沒有可靠參考依據的情況下，應通過風洞試驗確定風荷載值。光伏建筑的結構設計應區分是否需要抗震設計。對于6度設防區，一般只需考慮系統自重、風荷載和雪荷載；對于6度及以上設防區，還應考慮地震作用。在既有建筑上安裝光伏系統時，應調查原建筑的設計資料，確認原建筑結構材料的狀況和耐久性，必要時進行材料取樣試驗。確認后，將新增光伏系統的荷載量作為新增永久荷載效應進行結構復核驗證，以確保結構安全。光伏模塊的支架及各連接節點主要承受系統自重、風荷載、雪荷載和地震作用。支架結構構件的截面形式和連接方式應通過計算確定。連接器和其基座（主體結構）的錨固承載力應大于連接器本身的承載力，任何情況下都不允許出現錨固失效。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。為確保與主體結構的可靠連接，連接部分主體結構的混凝土強度等級不應低于C20。在大多數情況下，支撐基座相對容易滿足穩定性要求（防滑、防傾覆），但在風荷載較大的地區，支撐基座的穩定性對結構安全起控制作用，必須進行檢查和保證。考慮到光伏系統的有效生命周期，嵌入件的設計周期應與主體結構相同，以避免在更新光伏模塊時損壞。
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