【学习目标】
1.掌握屋顶分布式光伏电站的分类、结构及组件类型； 2.掌握屋顶分布式电站电池方阵安装的朝向与发电量估算方法； 3.熟悉屋顶分布式电站电池遮挡、温升、通风情况对发电量的影响；
4.掌握屋顶分布式电站光伏组件、接线箱、逆变器、直流线路、防雷和接地系统设计方法；
5.熟悉屋顶分布式电站配电及电网接入设计方法，掌握电量计量方式。
【本章简介】
屋顶分布式光伏发电系统具有配电侧并网、电流双向、自发自用的特点，且系统设计受可用面积、建筑结构等因素影响。其结构一般由光伏方阵、光伏接线箱、逆变器（限于包括交流线路系统）、蓄电池及其充电控制装置（限于带有储能装置系统）、电能表和显示电能相关参数的仪表组成。本章将在前章讲述基础对屋顶分布式光伏发电系统电池方阵、关键部件及净电表计量等方面进行分析。
6.1屋顶光伏发电系统认识
有别于大型集中式并网光伏电站，建筑物屋顶并网光伏发电系统的设计，由于受制于安装光伏组件的可用面积，其首先考虑的问题有所不同。
另外，在建筑物上安装的并网太阳能光伏发电系统的并网点一般在电网的配电侧(400V、230V)，属于分布式发电系统，其特点为：①并网点在配电侧；②电流是双向，可以从电网取电，也可以向电网送电；③大部分光伏电量直接被负载消耗，自发自用；④分“上网电价”并网方式（双价制）和“净电表计量”（平价制）。它不同于在输电侧(10kV、35kV、110kV)并网的大型集中式光伏电站。屋顶分布式光伏电站如图6-1所示。oltc
图6-1 屋顶分布式光伏系统
1.屋顶分布式光伏电站建设意义
全球建筑物自身能耗约占世界总能耗的三分之一左右，光伏建筑一体化是太阳能利用最佳的形式。其优点如下：
(1)可以有效地利用建筑物屋顶和幕墙，无需占用宝贵的土地资源；
(1)能有效地减少建筑能耗，实现建筑节能。并网光伏系统在白天阳光照射时发电，也是用电高峰期，从而舒缓高峰电力，多余的电力并入电网；
(2)原地发电、原地用电，在一定距离范围内可以节省电站送电网的投资；
(3)光伏组件阵列一般安装在屋顶及墙的南立面上直接吸收太阳能，因此建筑集成光伏系统不仅提供了电力，而且还降低了墙面及屋顶的温升；
(4)安装简便，可以任意选择发电量；
(5)并网光伏系统没有噪音、没有污染物排放、不消耗任何燃料，具有绿环保概念，增加楼盘的综合品质。
2.屋顶光伏发电系统分类
按光伏系统是否接人公共电网分，可分为并网光伏系统和离网光伏系统。
按光伏系统是否具有储能装置分，分为带有储能装置的系统和不带储能装置的系统。
按光伏系统其太阳电池组件的封装形式分，分为建材型光伏系统、构件型光伏系统、安装型光伏系统。
通常所说光伏与建筑一体化(building integrated photovoltaic，BIPV)，是指光伏系统与建筑物功能及外观协调、有机结合，其中也包括BAPV。
2.屋顶光伏发电系统组件类型
在BIPV设计与安装中使用建材型光伏组件、构件型光伏组件、安装型光伏组件3种不同的光伏组件，如下图6-2所示。
(a)建材型光伏组件(b)构件型光伏组件 (c)安装型光伏组件
图6-2 BIPV电池组件
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(1)建材型光伏组件(material photovoltaic module)
将太阳电池与瓦、砖、卷材、玻璃等建筑材料复合在一起成为不可分割的建筑构件或建筑材料，如光伏瓦、光伏砖、光伏屋面卷材、玻璃光伏幕墙、光伏采光顶等。
(2)构件型光伏组件(elemental photovoltaic module)
与建筑构件组合在一起或独立成为建筑构件的光伏组件，如以标准普通光伏组件或根据建筑要求定制的光伏组件构成雨篷构件、遮阳构件、栏板构件等。
笔顺编号(3)安装型光伏组件(building attached photovoltaic module)
在屋顶或墙面上架空安装的光伏组件，与地面安装的组件几乎一样。光伏与建筑结合可分为如下一些形式：
①采用普通太阳电池组件，安装在倾斜屋顶原来的建筑材料之上；
②采用特殊的太阳电池组件，作为建筑材料安装在倾斜屋顶上；
③采用普通太阳电池组件，安装在平屋顶原来的建筑材料之上；
④采用特殊太阳电池组件，作为建筑材料安装在平屋顶上；
⑤采用普通或特殊太阳电池组件，作为幕墙安装在南立面上；
⑥采用特殊的太阳电池组件，作为建筑幕墙安装在南立面上；
⑦采用特殊的太阳电池组件，作为天窗材料安装在天窗上；
⑧采用普通或特殊的太阳电池组件，作为遮阳板安装在建筑物上。
6.2BIPV电池方阵设计
在BIPV系统中，即要注重建筑物系统美观，也要注意光伏系统发电效率问题。
1.太阳电池方阵安装的朝向与发电量估算
太阳电池方阵与建筑相结合，有时不能自由选择安装的朝向。不同朝向的太阳电池方阵发电量不同，不能按照常规方法进行发电量计算。可以根据图6-3对不同朝向太阳电池方阵的发电量进行基本估计。
南东
西
100
90
75
50
65
65
95
人工智能建站系统
95
75
燃料乙醇70
图6-3 朝向与发电量
①假定向南倾斜纬度角安装的太阳电池方阵发电量为100；
②其他朝向全年发电量均有不同程度减少；
③在不同地区，不同的太阳辐射条件下，减少的程度不同。
2.太阳电池方阵的遮挡
太阳电池方阵与建筑相结合，右时也不可避免东地会受到遮挡。遮挡对于晶体硅太阳电池的发电量影响大，而对于非晶硅太阳电池的影响小。一块晶体硅太阳电池组件被遮挡1/10的面积，功率损失将达50%；而非晶硅太阳电池组件受到同样遮挡，功率损失只有10%。
如果太阳能电池不可避免会被遮挡，应当尽量选用非晶硅电池。
3.太阳能电池方阵的温升和通风
太阳能电池方阵与建筑相结合还应当注意太阳能电池方阵的通风设计，以避免太阳能电池方阵温度过高，造成发电效率低（晶体管太阳能电池组件的结温超过25度时，每升高1度功率损失大约千分之四）。太阳能电池方阵的温升与安装位置和通风情况有关。具体情况如下：
(1)作为立面墙体材料，没有通风，温升非常高，功率损失9%
(2)作为屋顶建筑材料，没有通风，温升很高，功率损失5.4%
(3)安装在南立面，通风较差，温升很高，功率损失4.8%；
(4)安装在倾斜屋顶，通风较差，温升很高，功率损失3.6%；擀筋棒
(5)安装在倾斜屋顶，有较好通风，温升很高，功率损失2.6%
(6)安装在平屋顶，通风较好，温升很高，功率损失2.1%；
(7)普通方式安装在屋顶，有很大的通风间隙，温升损失最小。
4.太阳电池组件的选择
太阳电池与建筑相结合不同于单独作为发电装置使用，作为建筑的一部分，除了发电，还要考虑其他功能，如使室内和室外隔离、防雨、抗风、隔热、隔噪、美观及作为建筑材料供建筑设计师选用。
为了与建筑结合和安装方便，可将太阳能电池组件制作成太阳电池瓦，也可以制作专用托架或导轨，方便地将普通太阳安装其上。为了便于安装，与建筑结合的太阳电池组件常常制作成无边框组件，且接线盒一般安装在组件侧面，而不像普通组件一样安装在背面。
太阳电池组件还可以与各种不同的玻璃结合制作成特殊的玻璃幕墙或天窗，如隔热玻璃组件、防紫外线玻璃组件；隔声玻璃组件、夹层安全玻璃组件及防盗或防弹玻璃组件、防火组件等。
6.3 BIPV关键部件规划与选型
6.3.1 BIPV电气安全设计
由于屋顶分布式光伏电站与建筑物相结合，且接入点在电网的配电侧，在进行BIPV设计时要注意如下几点：
1.工业与民用建筑光伏系统应进行专项设计或作为建筑电气工程设计的一部分。
2.光伏组件或方阵的选型和设计应与建筑结合，在综合考虑发电效率、发电量、电气和结构安全、适用美观的前提下，合理选用构件型和建材型光伏组件，并与建筑模数相协调，满足安装、清洁、维护和局部更换的要求。
3.光伏系统输配电和控制用缆线应与其他管线统筹安排，安全、隐蔽、集中布置，满足安装维护的要求。
