随着我国太阳能光伏发电系统设计理念在国内大型和民用的单体建筑系统里应用的经验不断获得成熟与应用、国家最新的绿色建筑评价标准体系中提出对我国建筑物太阳能可循环再生的清洁绿色能源系统及应用建设条件提出的了充分的考量，民用和单体建筑设计院和所等也逐步开始了在建筑设计这三个方面的不断深入研究并参与到了民用建筑物太阳能发电与建筑光伏发电系统设计，其中建筑电气系统与节能减排设计等工作将是我国一项的重要设计技术内容领域之一。

1建筑光伏发电系统设计

1.1屋面光伏组件的技术参数

太阳能薄膜器件和太阳能光伏电池组件可以直接构成整个光伏太阳能系统发电和高效运行的两个重要核心组件，其性能对相关组件的各种核心电能参数指标的质量及其优缺点的程度有直接和间接的影响，涉及光伏电站整个太阳能系统、光伏太阳能系统发电和模块系统运行所需的能量和功率转换及效率，表征整个太阳能光伏系统组件性能指标要求的主要组件的基本性能参数如下：标准测试环境条件下STC模式环境下光伏和太阳能组件的峰值功率、工作电源的总负载电流、工作电压、短路电流、开路电压、最大负荷系统电压、短路电流温度系数、开路电压温度系数、峰值功率温度系数、填充系数等。

1.2组串式逆变器

逆变器控制应包括将太阳能光伏直流汇流箱系统所需的交流输出转换为逆变器输出，如直流电压、直流电流输出和其他电信号，转换为系统的额定交流输出或电压信号值和最大直流输入电流，还要求在最大交流和最大直流两个功率点分别具有负载跟踪控制功能（MPPT）的控制能力，以及负载电源的隔离和短路保护和控制保护功能。逆变器模块中逆变器的初始配置电压容量也应至少符合整个光伏模块系统方阵设计中规定的逆变器最大总装机电流容量的要求，允许逆变器输入电源的最大光伏直流输入容量或额定光伏直流输入电源的总负载功率至少应满足不小于初始设计中相应光伏组件阵列设计实际使用的最大光伏直流系统总负载输出功率的要求。逆变器能使得整个光伏系统输出的电网中交流的逆变器输入电压波形能够始终与整个光伏逆变器所处并行市电网电压信号波形在输入电压频率幅度范围和输入波形相位幅度范围等各种信号参数范围基础上仍能够继续保持和协调一致，满足实现了整个电网总体上的对光伏交流光伏逆变器电压输出的孤岛保护、自动跟踪及检测分析等各项技术以及各项运行工作要求。结合到目前的本工程项目建筑物屋顶太阳能的实际使用环境特点，屋面幕墙光伏接入可多采用如分散逆变、集中并网接入等的集中分布式光伏接入网络的安装方式。

本研究项目的目的是将两组工艺颜色、型号、规格相同的单相直流汇流箱分别串联，需要连接到一组工艺颜色、型号、规格相同的单组串联交流三相逆变电路系统，不同型号和规格如果两组颜色和规格相同的三相直流汇流箱并联使用，它们还需要连接到两种颜色的不同数量和规格的交流并联逆变电源。系列太阳能逆变器系统一般配备多通道MPPT通道，以在各种逆变器运行和工况模式下，在最大限度地有效转换和利用数据资源的情况下，有效实现和提高光伏逆变器的效率。逆变器最大有效输入功率跟踪点MPPT算法中逆变器设计的核心原理也是基于动态功率跟踪调整，该设计可以通过传感器对整个光伏串系统的实际光伏发电量、系统电压、工作和负载工作电流进行实时自动跟踪和监控，追踪出其当前最大系统输出的功率值，计算得到其对当前光伏发电系统功率最大的动态输出的功率数值，通过调整其动态功率的调节等功能可以使当前其光伏系统功率值以适应其当前最大输出的静态功率的输出。逆变器上还将带有多种专用远程通信及控制设备接口来将进行的远程控制数据通过远程数据采集设备与逆变器迸发的传输接口送到负责本地区电站项目建设的远程智能化远程监控与管理及监控技术中心，其控制器端部还会配上应有的一个模拟信号输入设备的端口可方便与整个电站项目外部所有的光电传感器设备的相连，测量其日照度分布和光照温度的分布规律等相关各项测量数据，便于进行对整个太阳能光伏发电分布式光热发电的整个测控系统过程中采集的相关各类数据处理分析与分析。

1.3隔离变压器

光伏幕墙膜组件阵列正极接地或逆变器负极功能绕组接地时，应优先选用直流隔离变压器。隔离接地变压器的额定容量不得小于交流逆变电源的交流输出和额定接地功率。进一步实现太阳能光伏直流电源母线与光伏交流电源侧电网线路之间的可靠接地电气隔离，提供直流接地保护电能，避免谐波直流分量二次注入电网，降低三次直流谐波、电压等波动信号对整个电网的安全影响。当光伏发电系统发生电压故障时，可以快速有效地抑制整个光伏电站逆变器系统的谐振过电压，提高安全系数。

1.4并网系统

变电所出入口的设置场所一般是在主变电站大楼地下一层的最后一层，光伏系统集中发电中的直流系统网点通过专用交流箱变的配电柜、隔离式变压器可以直接就近设置和安装设置在靠近主变电所大门及其旁侧建筑物的地下的光伏电站的专用的变压器配电箱间室内，光伏集发电直流系统网点中的专用低压系统并线路网点也通常被设置在安装设置在靠近主变电所大门地下的并路网口的专用变电站的直流低压开关柜间室内，其直流系统的用电和负载方式主要明确划分适用范围为城市地下或公共走道区域建筑及各类照明电器设施安全用电、小变容量动力设备用电。为了能够严格安全保护交流伏配电变压器，与由该配变压器串联和连接建立起来构成的交流光伏组件串联发电时系统所需放电的交流电压峰值功率一般须确保不累计超过且大于伏配电变压器系统最大额定放电变压器容量功率值的约的25%。为进一步充分采取措施保证交流光伏组件并网的用电和安全，在光伏及交流光伏配电柜组件结构中必须要单独配置好交流电源稳压器与交流电源防孤岛过电压安全保护装置。

1.5光伏监控系统

在项目建筑一层阁楼光伏电站智能综合电源管理中心平台上设置一个专用分布式光伏系统分布式太阳能发电系统监测分析监控中心，实时远程监测、采集各种信息数据和智能分析，并显示直流电压、直流电流、直流功率、并联接入网电压、并联接入网电流，还连接到输出电网的工频、光伏电站集中光伏发电系统的功率、当日累计平均发电量，室外环境累计平均总发电量，显示室外环境中的光强、温度、面板温度和故障信息，并具有自动存储和显示大量历史数据和信息、用户快速访问故障信息等多项服务和功能。

1.6多色光伏组件直流布线系统

全、光伏组件的直流系统布线及系统安装均尽量应尽可能安于相对隐蔽、集中等场所内布置，建筑外观装饰上尽量应保持美观与整齐，应注意做到布线易于维护及安装后易及时维护，避免导线长期受过强或机械外力、过热、腐蚀与氧化分解等带来各种的危害，保证直流线缆路由时间尽量最短。本课题的研究项目集成了涉及五种彩色幕墙薄膜材料的直流光伏组件的系列化和安装技术。需要协调考虑直流系统特性参数（电－气特性、转换效率）的要求以及光伏膜组件阵列串并联组件的设计一致性，以提高和解决直流光伏膜组件阵列串联阵列直流光伏安装的峰值功率，这给直流线路的布线和计算带来了新的、一定程度的技术复杂性。在选择为大型制造商和制造商设计定制安装方案时，还应要求现场技术人员调整由不同电压过程颜色组组成的光伏组件面板，使其在运行期间与负载电压和开路端子电压相一致，每个光伏组件的电压和电流的颜色应与集成布线过程中光伏组件的颜色相同，集成布线的颜色应与实际过程的颜色相同，它可以与其他串阵列并联，形成具有相同光伏工艺颜色组的光伏，也可以在附近并联，形成由我厂工艺颜色组成的太阳能光伏直流汇流箱。由不同工艺颜色形成的太阳能光伏串阵列不会串联在一起形成相同的太阳能直流汇流箱，其内部光伏直流线路槽均需沿太阳能光伏板或太阳能铝合金底座上及其下方接有光伏固定电源的光伏直流线槽平行敷设，由此而来可以实现整个太阳能和整个光伏屋面直流系统组件的集中布线与集中安装，光伏组件的方阵稳定的连续安装工作，实现了集中发电组件安装作业效率的最大化。

1.7防雷与接地保护

1.7.1直击雷防护

光伏组件系统以阵列或瓦片形式布置在屋顶花瓣区域。屋顶光伏幕墙模块节点之间连接的铝合金构件带、分布压块和水平钢支架，可以保证屋顶电气线路的持久有效连接，最终保证与既有屋顶女儿墙的高效、可靠、稳定无缝连接，顶板区域的隔热层系统和避雷带，作为顶板的基础设施，直接影响着矿井的安全防护系统。

1.7.2雷电感应防护

雷电安全保护单元SPD模块和备用系统保护单元模块可设置在整个光伏发电模块系统的两个不同结构部分，如直流汇流箱、逆变器模块等节点。

1.7.3接地

屋顶彩色幕墙薄膜光伏组件阵列将屋顶两侧两排相互独立的薄膜光伏组件阵列和支撑板阵列连接组装成一个整体。采用高强度热浸镀锌扁钢焊接组装，可与安装在整个屋顶上的配线和避雷带紧密焊接（连接点不少于2点），以保护外壳接地工作电源的接地方式采用共用接地方式。玻璃幕墙膜材料和薄膜光伏组件也可以通过负功能材料通过电阻接地。可选择电阻接地技术，严格将电阻接地引起的故障电流范围限制在正负交流30mA及以下，以避免电阻接地技术降低故障电压造成的潜在触电和人员伤害。

2光伏组件的安全性

2.1电气安全

根据IEC61730《Photovoltaic（PV）modulesafetyqualification》对光伏组件安全性鉴定，光伏系统电源组件的安全性已得到严格认证。必须能够完全满足子项的性能和要求：接触性、切割灵敏度、等压高电位连续性、冲击和压降试验、绝缘性能、湿泄漏试验、短路电流和端子的电气稳健性。光伏幕墙膜组件产品通常直接或间接安装在建筑物屋顶和立面上。光伏组件的串联直流和工作电压水平通常较高。为了严格控制和避免产品与周围环境或人眼接触造成触电和事故的风险，光伏组件的绝缘外壳必须具有自身良好且可靠接地的静电绝缘电气性能，其排水口还必须保证其产品具有良好可靠的电热电绝缘、良好的电密封和绝缘功能要求，同时安装绝缘套管。建筑太阳能幕墙的金属框架产品需要通过热接地与电线连接，接地方式良好、安全、有效、可靠。安装或生产合格产品的光伏组件和建筑薄膜幕墙产品外壳，均应按照国家标准的相关强制性标准，通过热接地绝缘电气安全性能的测试和检测。在周围所有可疑人员及所有可能人员所触及过的接近或所有可能人员接近的建筑幕墙光伏产品的带电裸露金属位置处还应按规定尽可能的设置有清楚明显安全有效可靠的电气安全接地防电击措施等相关警示标识。

2.2机械与防火安全

光伏组件应作为BIPV建筑材料标准的其中一部分，必须要满足技术指标如耐机械冲击荷载、破损率、抗风化剥落开裂性能、螺钉连接固定性能、接线端稳健性、抗静风压性能、耐机械撞击磨损性能、抗震加固性能要求等标准及国际标准UL1703《StandardforFlatplatePhotovoltaicModulesandPanels》中的其他相关特性要求，其电气防火电气性能也应严格与建筑物自身的结构防火特性设计规范相结合，并同时满足对建筑构件防火燃烧安全性能防火分级设计的要求。

2.3材料安全及旧件回收安全

碲化镉薄膜太阳能光伏组件的原材料主要含有镉，另一种有机重金属元素。镉产品还含有很强的生物毒性。一旦材料被腐蚀、损坏或泄漏，在日常产品加工生产、设备制造生产、设备安全运行和使用管理等许多过程或操作过程中，可能存在镉泄漏超过一定暴露水平的潜在污染风险，后处理工艺或后续处理措施不当，会随时对产品的当地使用环境造成污染。虽然许多实验室和测试方法已经表明，长期使用CdTe纳米薄膜材料作为新型光伏组件材料对环境来说是一种相对稳定、安全和健康的状态，但对企业来说，如何合理有效地设计基于光伏组件材料寿命终止和环境损伤修复后光伏组件材料寿命的长期有效恢复与补偿机制，是现阶段必须解决的问题。首先，我们应该仔细设计和考虑清楚。

3结语

本研究项目在建筑装饰中注入了大量绿色节能技术元素。彩色幕墙薄膜光伏太阳能发电及太阳能系统的经济、合理、高效利用技术是绿色建筑节能研究的重要内容。建筑设计理论与新型彩色幕墙薄膜光伏技术原理的完美有机结合，有望为未来建筑材料节能和技术研发创新带来良好的应用技术示范成果和重要的研究推广价值。

参考文献

［1］中国气象局公共气象服务中心，中国气象局风能太阳能资源中心，江西省气象中心.QX/T89-2018太阳能资源评估方法［S］.北京：气象出版社，2018.

［2］深圳市创益科技发展有限公司.JGJ/T365-2015太阳能光伏玻璃幕墙电气设计规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2015.

［3］中国电力企业联合会.GB50797-2012光伏发电站设计规范［S］.北京：中国计划出版社，2012.