光伏建筑系统的原则与要求光伏材料应用技术本科论文.docx

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光伏建筑系统的原则与要求光伏材料应用技术本科论文

毕业论文声明

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1．此毕业论文是本人在指导教师指导下独立进行研究取得的成果。

除了特别加以标注地方外，本文不包含他人或其它机构已经发表或撰写过的研究成果。

对本文研究做出重要贡献的个人与集体均已在文中作了明确标明。

本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

2．本人完全了解学校、学院有关保留、使用学位论文的规定，同意学校与学院保留并向国家有关部门或机构送交此论文的复印件和电子版，允许此文被查阅和借阅。

本人授权大学学院可以将此文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本文。

3．若在大学学院毕业论文审查小组复审中，发现本文有抄袭，一切后果均由本人承担，与毕业论文指导老师无关。

4.本人所呈交的毕业论文，是在指导老师的指导下独立进行研究所取得的成果。

论文中凡引用他人已经发布或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。

论文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。

对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中已明确的方式标明。

学位论文作者（签名）：

年月

关于毕业论文使用授权的声明

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论文作者签名：

日期：

指导教师签名：

日期：

南昌航空大学

NanchangHangkongUniversity

毕业设计（论文）

题目：

光伏建筑系统的原则与要求

专业：

光伏材料应用技术

1【摘要】

为规范太阳能光伏系统在建筑中的应用，促进太阳能光伏系统与建筑一体化的推广，制定本规范。

本规范适用于新建、改建和扩建的工业与民用建筑光伏系统工程，以及在既有民用建筑上安装或改造已安装的光伏系统工程的设计、施工、验收和运行维护。

新建、改建和扩建的工业与民用建筑光伏系统设计应纳入建筑规划及建筑设计、建筑与光伏系统施工，同步验收。

在既有建筑上改造或安装光伏系统应按照建筑工程审批程序进行专项工程的设计、施工和验收。

工业与民用建筑光伏系统设计除应符合本规范外，还应符合国家现行有关标准规范的规定。

（1.工业建筑参照执行2.加上哪些工业建筑不适宜）

【Abstract】

Forthespecificationofsolarphotovoltaicsystemintheapplicationofbuilding,promotionofsolarphotovoltaicsystemsandbuildingintegrationpromotion,developmentofthisspecification.Thisstandardisapplicabletothenewconstruction,renovationandexpansionofindustrialandcivilconstructionofphotovoltaicsystemsengineering,aswellasintheexistingcivilconstructioninstallationorrenovationofinstalledPVsystemsengineeringdesign,construction,acceptanceandoperationmaintenance.Newconstruction,renovationandexpansionofindustrialandcivilbuildingphotovoltaicsystemdesignshouldbeincorporatedintothebuildingarchitecturaldesignandplanning,architectureandsystemconstruction,synchronousacceptance.

Intheexistingbuildingreformationorinstallphotovoltaicsystemshouldbeinaccordancewiththeconstructionprojectexaminationandapprovalproceduresforspecialengineeringdesign,constructionandacceptance.Industrialandcivilbuildingphotovoltaicsystemdesignshouldbeincompliancewiththiscode,shallalsocomplywiththeexistingnationalstandardsrequirements.（the1industrialbuildingwithreferencetotheimplementationof2pluswhatindustrialbuildingunsuitable）

2术语

光伏电池PVcell将太阳辐射能直接转换成电能的一种器件,也称太阳电池（solarcell）。

光伏组件PVmodule由若干光伏电池进行内部联结并封装、能输出直流电流、最基本的太阳电池单元，也称太阳电池组件（solarcellmodule）。

光伏方阵PVarray由若干光伏组件或光伏构件通过机械及电气方式组装成型、并安装在固定支撑装置上的直流发电单元。

光伏组件倾角PVmouduletiltangle光伏组件所在平面与水平面的夹角。

光伏系统photovoltaic（PV）system利用光伏电池的光伏效应将太阳辐射能直接转换成电能的发电系统，简称光伏系统。

（考虑加入光伏建筑的定义，薄膜型组件、柔性、刚性组件等定义）

并网光伏系统grid-connectedPVsystem与公共电网联接的光伏系统。

独立光伏系统stand-alonePVsyste不与公共电网联接的光伏系统，也称离网光伏系统。

方阵由若干个太阳电池组件或太阳电池板在机械和电气上按一定方式组装在一起，并且有固定的支撑结构而构成的支流发电单元。

光伏与建筑一体化buildingintegratedphotovoltaic（BIPV）通过专门设计，使光伏系统与建筑物外观协调、相互融合为一体。

安装型光伏组件buildingattachedphotovoltaic（BAPV）在屋顶或墙面上架空安装以及在墙面上安装的光伏组件。

构件型光伏组件,与建筑构件组合在一起或独立成为建筑构件的光伏构件，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、栏版构件等。

建材型光伏组件,将太阳能电池与瓦、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。

3光伏系统设计

3.1一般规定

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。

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构件，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。

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。

光伏组件或方阵连接电缆及其输出总电缆应符合《光伏（PV）组件安全鉴定第一部分：

结构要求》GB/T20047.1的相关规定。

在人员有可能接触或接近光伏系统的位置，应设置防触电警示标识。

并网光伏系统应具有相应的并网保护功能。

应安装计量装置，并预留检测接口。

光伏系统应满足《光伏系统并网技术要求》GB/T19939关于电压偏差、闪变、频率偏差、相位、谐波、三相平衡度和功率因数等电能质量指标的要求。

离网独立光伏系统应满足《家用太阳能光伏电源系统技术条件和试验方法》GB/T19064和《Photovoltaic（PV）standalonesystem-Designverification独立光伏系统-设计验证》IEC62124的相关要求。

3．2系统分类

光伏系统按是否接入公共电网分为下列两种系统,并网光伏系统；离网光伏系统。

光伏系统按是否具有储能装置分为下列两种系统,带有储能装置系统,不带储能装置系统。

光伏系统按其太阳电池组件的封装形式，分为以下三种系统：

建筑材料型光伏系统；建筑构件型光伏系统；结合安装型光伏系统。

3.3系统设计

应根据新建建筑或既有建筑的使用功能、电网条件、负荷性质和系统运行方式等因素，确定光伏系统为安装型、建材型或构件型。

光伏系统一般由光伏方阵、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。

光伏系统中各部件的性能与使用寿命应满足国家或行业标准的相关要求，并应获得相关认证；光伏方阵的设计应遵循以下原则：

根据建筑设计及其电力负荷确定光伏组件的类型、规格、安装位置和可安装场地面积；根据尽量采用最佳倾角，且便于清除灰尘，保证组件通风良好的原则确定光伏组件的安装方式；根据逆变器的额定直流电压、最大功率跟踪控制范围、光伏组件的最大输出工作电压及其温度系数，确定光伏组件的串联数（或称光伏组件串或组串）；根据总装机容量及光伏组件串的容量确定光伏组件串的并联数。

同一组串及同一子阵内，组件电性能参数宜尽可能一致，其中最大输出功率Pm、最大工作电流Im的离散性应小于±5%。

建筑材料型光伏系统和建筑构件型光伏系统在建筑设计时就需要统筹考虑电气线路的安装布置，同时要保证每一块建筑材料型光伏组件和建筑构件型光伏组件金属外框的可靠接地。

光伏接线箱设置应遵循以下原则：

光伏接线箱内应设置汇流铜母排或端子；每一个光伏组件串应分别由线缆引至汇流母排，在母排前分别设置直流分开关，并设置直流主开关；光伏接线箱内应设置防雷保护装置；

光伏接线箱的设置位置应便于操作和检修，宜选择室内干燥的场所。

设置在室外的光伏接线箱应具有防水、防腐措施，其防护等级应为IP65以上。

独立光伏系统逆变器的总额定容量应根据交流侧负荷最大功率及负荷性质选择。

并网光伏系统逆变器的总额定容量应根据光伏系统装机容量确定；并网逆变器的数量应根据光伏系统装机容量及单台并网逆变器额定容量确定。

并网逆变器的选择还应遵循以下原则：

并网逆变器应具备自动运行和停止功能、最大功率跟踪控制功能和防止孤岛效应功能；

逆流型并网逆变器应具备自动电压调整功能；不带工频隔离变压器的并网逆变器应具备直流检测功能；无隔离变压器的并网逆变器应具备直流接地检测功能；具有并网保护装置，与电力系统具备相同的电压、相数、相位、频率及接线方式；应满足高效、节能、环保的要求。

直流线路的选择应遵循以下原则：

耐压等级应高于光伏方阵最大输出电压的1.25倍；额定载流量应高于短路保护电器整定值，短路保护电器整定值应高于光伏方阵的标称短路电流的1.25倍；线路电压损失应控制在3%以内。

光伏系统防雷和接地保护应符合以下要求：

设置光伏系统的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国家现行标准《建筑物防雷设计规范》GB50057的相关规定；光伏系统防直击雷和防雷击电磁脉冲的措施应严格遵守国家现行标准《建筑物防雷设计规范》GB50057的相关规定；

光伏系统和并网接口设备的防雷和接地措施，应符合国家现行标准《光伏（PV）发电系统过电压保护-导则》SJ/T11127的相关规定。

建筑材料型光伏系统建材型光伏组件必须保留建筑材料本身固有的功能，对原有的功能没有影响。

建材型光伏组件的电气连接部分要便于切断，对发电系统进行检测。

建材型光伏组件系统结构必须符合本标准4.4的要求。

建筑构件型光伏系统:

建筑构件型光伏组件必须保留建筑构件本身固有的功能，对原有的功能没有影响。

建筑构件型光伏系统为了保留建筑构件本身固有的功能时如果影响到太阳辐射的一致性，对于每一串组件需要用阻塞二极管隔离，或者单独使用控制器或者逆变器。

建筑构件型光伏系统结构必须符合本标准4.4的要求。

3.4配电电气系统

并网光伏系统配变电间设计除应符合本规范外，尚应符合《10kV及以下变压所设计规范》GB50053、《35～110kV及以下变电所设计规范》GB50059的相关要求。

光伏系统配变电间应根据光伏方阵规模和建筑物形式采取集中或分散方式布置。

设置在建筑物光伏系统中的变压器，宜选择干式变压器。

3.5系统接入电网

光伏系统与公共电网并网应满足当地供电机构的相关规定和要求。

必要时，开展接入电网的专题研究。

伏系统以低压方式与公共电网并网时，应符合《光伏系统并网技术要求》GB/T19939的相关规定。

光伏系统以中压或高压方式（10kV及以上）与公共电网并网时，电能质量等相关部分参照《光伏系统并网技术要求》GB/T19939，并应符合以下要求：

有功功率光伏系统输出的有功功率应能根据当地电网调度部门的指令进行控制。

无功功率光伏系统应配置一定容量的无功补偿装置，使其具有无功功率的调节能力。

无功功率的调节范围应根据光伏系统的运行特性、电网结构及电网调度部门的要求决定。

运行电压光伏系统并网点的电压为额定电压的90％～110％时，光伏系统应能正常运行。

电压调节光伏系统需参与电网电压调节，调节方式包括调节光伏系统的无功功率和调整光伏系统升压变压器的变比。

接入电网测试光伏系统应在并网运行6个月内向供电机构提供有关光伏系统运行特性的测试报告，以表明光伏系统满足接入系统的相关规定。

光伏系统与公共电网之间应设隔离装置，并应符合以下要求：

光伏系统在供电负荷与并网逆变器之间和公共电网与负荷之间应设置隔离装置，包括隔离开关和断路器，并应具有明显断开点指示及断零功能；光伏系统在并网处应设置并网专用低压开关箱（柜），并设置专用标识和“警告”、“双电源”等提示性文字和符号；

并网光伏系统，安全及保护等相关部分参照《光伏系统并网技术要求》GB/T19939，并应符合以下要求：

并网光伏系统应具有自动检测功能及并网切断保护功能；光伏系统应根据系统接入条件需要和供电部门的要求，选择安装并网保护装置，并满足《建筑物的电气装置.第7-712部分》IEC60364-7-7120和《继电保护和安全自动装置技术规程》GB/T14285-2006的功能要求；当公用电网电能质量超限时，光伏系统应自动与公共电网解列，在公共电网质量恢复正常范围后的一段时间之内，光伏系统不得向电网供电。

恢复并网延时时间由供电部门根据当地条件确定。

并网光伏系统，控制与通信应符合以下要求：

根据当地供电部门的要求，配置相应的自动化终端设备与通信装置，采集光伏系统装置及并网线路的遥测、遥信数据，并将数据实时传输至相应的调度主站。

在并网光伏系统电网接口/公共联络点应配置电能质量实时在线监测装置，并将可测量到所有电能质量参数（电压、频率、谐波、功率因数等）传输至相应的调度主站。

并网光伏系统，应根据当地供电部门的关口计量点设置原则确定电能计量点，并应符合以下要求：

光伏系统在电能关口计量点配置专用电能计量装置；电能计量装置应符合《电测量及电能计量装置设计技术规程》DL/T5137和《电能计量装置技术管理规程》DL/T448的相关规定。

作为应急电源的光伏系统应符合下列规定：

应保证在紧急情况下光伏系统与公共电网解列，并且切断由光伏系统供电的非特定负荷；开关柜（箱）中的应急回路应设置相应的应急标志和警告标识；光伏系统与电网之间的自动切换开关宜选用不自复方式。

电能储存系统中蓄电池宜选用寿命长、充放电效率高等性能优越的电池。

电能储存系统应符合《电力工程直流系统设计技术规程》DL/T5044和《家

用太阳能光伏电源系统技术条件和试验方法》GB/T19064的相关要求。

4建筑设计

4.1一般规定

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。

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。

光伏产品、建筑设计、建筑结构专业应密切配合,共同确定光伏系统各组成部分在建筑中的应用位置。

安装在建筑各部位或直接构成建筑围护结构的光伏组件，应配置带电警告标识及电气安全防护设施，并应满足该部位的建筑围护、建筑节能、结构安全和电气安全要求等建筑功能要求。

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。

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。

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。

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。

4.2规划设计

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。

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。

4.3建筑设计

安装光伏组件的建筑部位在冬至日全天日照应不低于4h。

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。

光伏组件不应跨越建筑变形缝。

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。

光伏组件布置在建筑平屋面上时，应符合以下要求：

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；安装型光伏组件可采用固定式或可调节式安装支架；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；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；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；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；

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。

光伏组件布置在建筑坡屋面上，应符合以下要求：

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；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；作为建材的组件还应具有一定刚度；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；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。

光伏组件布置在阳台上，应符合以下要求：

第4.1.4、4.1.5、4.1.6条款的规定；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；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；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；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。

光伏组件布置在墙面上，应符合以下要求：

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；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；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；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；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；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

4．4结构设计

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。

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。

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；

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。

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。

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。

支架基座设计应进行结构稳定性、抗滑移和抗倾覆验算。

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。

安装光伏系统的预埋件设计使用年限应与主体结构相同。

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。

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。

4.5建筑电气设计

光伏系统宜设置配变电间、控制机房。

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：

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。

小型逆变器布置宜靠近光伏方阵，