光伏系統(tǒng)是利用太陽(yáng)能電池組件和其他輔助設(shè)備將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能的系統(tǒng)，發(fā)展至今，應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，從早期偏遠(yuǎn)無(wú)電地區(qū)的光伏獨(dú)立系統(tǒng)，到現(xiàn)今西部地區(qū)如大海一般一望無(wú)垠的地面光伏電站，從農(nóng)業(yè)到軍事、從交通到建筑、從通信到漁業(yè)，無(wú)處不見(jiàn)光伏的身影。無(wú)論怎樣劃分形形色色的光伏系統(tǒng)，從載體上來(lái)區(qū)別最大的兩個(gè)領(lǐng)域無(wú)非是在地面上安裝光伏系統(tǒng)和在建筑上安裝光伏系統(tǒng)，而在建筑上安裝光伏系統(tǒng)又根據(jù)二者的結(jié)合程度不同分為：屋頂附加光伏系統(tǒng)(BAPV，—Building attached photovoltaic)以及光伏建筑一體化(BIPV，-- Building integrated photovoltaic，通常的理解為：對(duì)于光伏系統(tǒng)與建筑物實(shí)行一體化的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、制造、安裝和使用的與建筑良好結(jié)合的系統(tǒng)為BIPV。反之，簡(jiǎn)單地附著在建筑上，主要功能是發(fā)電，與建筑物功能不發(fā)生沖突，不破壞或削弱原有建筑物功能的則為BAPV。但如果要對(duì)BIPV作更深層次的理解則應(yīng)該是：可以與建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)渾然一體，不可分割且不影響圍護(hù)結(jié)構(gòu)的其他功能，如美觀性、安全性、采光性、通風(fēng)性、舒適性、水密氣密性等的系統(tǒng)才能稱(chēng)為真正的BIPV系統(tǒng)。二者之不同導(dǎo)致設(shè)計(jì)思路、施工安裝的專(zhuān)業(yè)整合、投資回報(bào)等方方面面的不同。下圖按照光伏能源系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行了分類(lèi)，常常有投資者問(wèn)：在建筑屋面上安裝光伏系統(tǒng)和地面上安裝有啥區(qū)別啊?不就是把光伏系統(tǒng)從地面搬到了屋面嗎?都是在建筑上安裝，BIPV與BAPV又有什么不同呢?本文將詳細(xì)分析這三者之不同，有助于讓投資者、設(shè)計(jì)者、安裝者了解更全面清楚地理解建筑光伏系統(tǒng)，同時(shí)清楚建筑光伏系統(tǒng)的技術(shù)壁壘。
一、 BIPV與BAPV的不同
除了從概念上理解的不同以外，還應(yīng)從投資、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行等全方面去理解：
(1)一體化設(shè)計(jì)：光伏建筑一體化系統(tǒng)的成本跟建筑物的設(shè)計(jì)階段以及光伏電池與建筑裝飾材料生產(chǎn)過(guò)程的結(jié)合程度有很大的依賴(lài)關(guān)系。 。如果能讓建筑師了解、熟悉、并認(rèn)可光伏，他們就能在概念設(shè)計(jì)時(shí)加入太陽(yáng)能的元素，這在歐州國(guó)家，尤其是以節(jié)能環(huán)保（詞條“節(jié)能環(huán)�！庇尚袠I(yè)大百科提供）著稱(chēng)的德國(guó)是司空見(jiàn)慣的，每一棟新建建筑都會(huì)充分考慮并加入太陽(yáng)能尤其是光伏的元素，這樣的理念和對(duì)光伏的認(rèn)可是貫穿業(yè)主、投資者、設(shè)計(jì)師、施工方等所有建筑從業(yè)者的。這樣的高度一致性就自然產(chǎn)生了高度一體化的光伏建筑，光伏介入得越早，光伏就越能充分利用建筑這個(gè)載體，發(fā)揮作用，增量成本就會(huì)越低。所以，有人說(shuō)BIPV是個(gè)非常昂貴的東西，這是錯(cuò)誤的，BAPV系統(tǒng)可以說(shuō)投資的每一瓦對(duì)于原建筑來(lái)說(shuō)就是增量投資，而獲得的收益就是其發(fā)出的電，是最簡(jiǎn)單的發(fā)電設(shè)備投資分析;而B(niǎo)IPV的一體化做得的越好其產(chǎn)生的效益就越大，可以不僅僅利用其發(fā)電性能，還可以是裝飾性、圍護(hù)性能以及對(duì)光伏發(fā)電（詞條“光伏發(fā)電”由行業(yè)大百科提供）產(chǎn)生的熱能的利用。
(2)建筑設(shè)計(jì)：BAPV系統(tǒng)除了需要考慮建筑及其構(gòu)配件對(duì)光伏的遮擋以外，很少涉及建筑設(shè)計(jì)，但BIPV系統(tǒng)直接替代建筑構(gòu)件，建筑設(shè)計(jì)是重中之重。要建造一座完美的光伏建筑，尤其將太陽(yáng)電池作為建筑裝飾材料去實(shí)現(xiàn)建筑的某些功能要求，除了一體化的規(guī)劃設(shè)計(jì)以外，細(xì)節(jié)就表現(xiàn)在一體化的建筑設(shè)計(jì)上了�！笆裁礃拥慕ㄖx用什么樣的外飾材料”，這是以建筑為本的設(shè)計(jì);“選用什么樣的外飾材料使之成為建筑的主題”，這才是一體化的優(yōu)秀設(shè)計(jì)。2010年的上海世博會(huì)上處處可見(jiàn)這樣的建筑：藤條做的西班牙館“藤條籃子”、 透明混凝土（詞條“混凝土”由行業(yè)大百科提供）做的意大利館“人之城”、木格柵做的加拿大館“楓葉印象”、紙塑復(fù)合材料做的芬蘭館“冰壺”、氧化鐵做的盧森堡館“森林和堡壘”、膜結(jié)構(gòu)（詞條“膜結(jié)構(gòu)”由行業(yè)大百科提供）的中國(guó)氣象館“云中水滴”、PVC膜做的中國(guó)航空館“云”等等，英國(guó)館 “種子神殿”的設(shè)計(jì)師這樣說(shuō)“我要用一種光纖管的材料來(lái)實(shí)現(xiàn)我的建筑”。他們先選擇了材料然后才有了以這種材料為主體的建筑創(chuàng)意。優(yōu)秀的光伏建筑一定要走一體化設(shè)計(jì)的道路，建筑師先確定了某種形式的光伏構(gòu)件（詞條“構(gòu)件”由行業(yè)大百科提供），然后根據(jù)太陽(yáng)電池本身的特點(diǎn)，如朝向、背面溫升、電池顏色和形狀尺寸的特點(diǎn)等等，去思考應(yīng)該設(shè)計(jì)一座怎樣的建筑才能與之相配，這才出現(xiàn)了建筑形態(tài)和立面。這是一門(mén)相對(duì)于傳統(tǒng)建筑來(lái)說(shuō)更有科技含量，更需要多專(zhuān)業(yè)配合的建筑藝術(shù)。很明顯，即便是簡(jiǎn)單的屋頂電站，也不等于太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)加建筑，無(wú)論從美學(xué)、結(jié)構(gòu)、功能還是接入，都不單單是簡(jiǎn)單地的相加;。而是應(yīng)該滿(mǎn)足建筑的節(jié)能、環(huán)保、安全、美觀和經(jīng)濟(jì)實(shí)用的總體要求，將太陽(yáng)能光伏發(fā)電作為建筑的一種體系進(jìn)入建筑領(lǐng)域，納入建設(shè)工程的基本建設(shè)程序，同步規(guī)劃、同步設(shè)計(jì)、同步施工、同步驗(yàn)收，與建設(shè)工程同時(shí)投入使用，同步后期管理，同壽命周期、統(tǒng)一考慮拆除和回收，使其成為建筑有機(jī)組成部分的一種理念。其核心是需要一體化的設(shè)計(jì)、制造、安裝，而輔助的技術(shù)則包括了能量審計(jì)、成本控制等。由于太陽(yáng)能光伏發(fā)電與建筑的結(jié)合技術(shù)在世界范圍內(nèi)都是屬于比較前沿的課題，和中國(guó)幾百年的建筑經(jīng)驗(yàn)相來(lái)比較，還缺乏很多經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和科研課題。因此，目前的光伏建筑系統(tǒng)設(shè)計(jì)還沒(méi)有太多系統(tǒng)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)可以參考和執(zhí)行。從事光伏建筑設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)師大多依賴(lài)國(guó)外的參考書(shū)籍和一些產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，再根據(jù)以往的一些工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行摸索和設(shè)計(jì)。但有一點(diǎn)是肯定的，這是一門(mén)需要多專(zhuān)業(yè)配合的學(xué)科，至少包括了四大專(zhuān)業(yè)：建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)械、電氣，缺一不可。按從光伏建筑應(yīng)用方式可以分為光伏屋頂系統(tǒng)、光伏立面系統(tǒng)、其它光伏系統(tǒng)三大類(lèi)型，其他中光伏立面主要包括各種光伏幕墻產(chǎn)品和光伏遮陽(yáng)產(chǎn)品，比如做成立面光伏玻璃(采光光伏幕墻)，層間隔板系統(tǒng)(非采光光伏幕墻)、光伏欄桿、光伏百葉、光伏遮陽(yáng)板、光伏雨篷等。光伏屋頂系統(tǒng)除了最簡(jiǎn)單的屋頂電站以外主要包括光伏瓦、輕鋼屋面板外附光伏系統(tǒng)、瓦屋面外附光伏系統(tǒng)、光伏采光頂、光伏屋面卷材等。其它系統(tǒng)還有光伏小品、光伏停車(chē)棚、光伏候車(chē)亭、光伏造型雕塑等�？梢钥闯鯞IPV種類(lèi)繁多，除了滿(mǎn)足光伏系統(tǒng)發(fā)電功能所需滿(mǎn)足的電氣性能以外，各種類(lèi)型所對(duì)應(yīng)的建筑物理性能也必須滿(mǎn)足。建筑光伏構(gòu)件在建筑中的作用及分類(lèi)，決定其需要滿(mǎn)足的建筑性能，如下表：
|
建筑性能 |
分類(lèi) |
|
透明光伏屋頂 |
非透明光伏屋頂 |
光伏窗（詞條“窗”由行業(yè)大百科提供） |
透明光伏幕墻 |
非透明光伏幕墻 |
光伏遮陽(yáng) |
|
1 |
美觀性能 |
◎ （6.6.2） |
○ |
● （6.6.2） |
● （6.6.2） |
● （6.6.2） |
● （6.6.2） |
|
2 |
尺寸偏差 |
● （GB/T 15763.3-6.2） |
○ |
● （GB/T 15763.3-6.2） |
● （GB/T 15763.3-6.2） |
● （GB/T 15763.3-6.2） |
● （GB/T 15763.3-6.2） |
|
3 |
耐久耐候性 |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
|
4 |
抗風(fēng)壓性 |
○ |
○ |
● （GB/T7106-4） |
● （GB/T21086-5） |
● （GB/T21086-5） |
● JGJ237- -6 |
|
5 |
水密性 |
◎ （JG/T231-7） |
○ |
● （GB/T7106-4） |
● （GB/T21086-5） |
● （GB/T21086-5） |
|
|
6 |
氣密（詞條“氣密”由行業(yè)大百科提供）性 |
◎ （JG/T2317-7） |
○ |
● （GB/T7106-4） |
● （GB/T21086-5） |
● （GB/T21086-5） |
|
|
7 |
熱工（詞條“熱工”由行業(yè)大百科提供）性能 |
◎ （JG/T231-7） |
○ |
◎ （GB/T8484-4） |
◎ （GB/T21086-5） |
◎ （GB/T21086-5） |
|
|
8 |
空氣隔聲性 |
◎ （JG/T231-7） |
|
◎ （GB/T8485-4） |
◎ （GB/T21086-5） |
◎ （GB/T21086-5） |
|
|
9 |
平面內(nèi)變形性 |
|
|
|
● （GB/T21086-5） |
● （GB/T21086-5） |
|
|
10 |
抗震性 |
|
|
|
◎ （GB/T21086-5） |
◎ （GB/T21086-5） |
|
|
11 |
耐（抗）撞擊性 |
○ |
○ |
○ |
◎ （GB/T21086-6） |
◎ （GB/T21086-6） |
● JGJ237--6 |
|
12 |
采光性 |
◎ （JG/T231-7） |
|
◎ （GB/T11976-4） |
◎ （GB/T21086-7） |
|
|
|
13 |
承重性能 |
○ |
○ |
|
◎ （GB/T21086-8） |
◎ （GB/T21086-8） |
|
|
14 |
結(jié)構(gòu)性能 |
◎ （JG/T231-7） |
|
|
|
|
|
|
15 |
抗雪荷載性 |
○ |
○ |
|
|
|
◎ JGJ237--6 |
|
16 |
遮陽(yáng)篷耐積水荷載 |
|
|
|
|
|
◎ JGJ237--6 |
|
17 |
操作力 |
|
|
|
|
|
◎ JGJ237--6 |
|
18 |
機(jī)械耐久性 |
|
|
|
|
|
◎ JGJ237--6 |
|
19 |
霜凍 |
|
|
|
|
|
◎ JGJ237--6 |
注：1 表中●——必檢項(xiàng);◎——可檢測(cè)項(xiàng);○——需考慮項(xiàng);
2 可檢測(cè)項(xiàng)及必檢項(xiàng)下方的標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)表示：該項(xiàng)性能應(yīng)滿(mǎn)足括號(hào)中標(biāo)準(zhǔn)中第幾條的要求;
3 其它建筑光伏構(gòu)件根據(jù)其在建筑中的作用，應(yīng)滿(mǎn)足剛度、強(qiáng)度、防護(hù)性能及相應(yīng)建筑部位的性能要求。
無(wú)論采用哪一種形式，光伏建筑的應(yīng)用首要前提是在不影響整個(gè)建筑外觀和結(jié)構(gòu)的情況下針對(duì)建筑內(nèi)的負(fù)載或能耗能夠最大程度上地的將能源有效利用。因此，我們把建筑設(shè)計(jì)中對(duì)建筑的理解作為設(shè)計(jì)重點(diǎn)——要保證建筑物不因光伏系統(tǒng)的附加而影響其安全性、藝術(shù)性和功能性。這也是BIPV為什么把“B”放在前面的原因。：
(3)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：對(duì)于BIPV的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，一般會(huì)參照建筑幕墻、采光頂或遮陽(yáng)標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施多年，有經(jīng)驗(yàn)、科學(xué)性，行業(yè)認(rèn)可度高，沒(méi)有太多的異議，而對(duì)于BAPV的結(jié)構(gòu)研究卻是一個(gè)全新的、，被行業(yè)忽略的領(lǐng)域，尤其是風(fēng)荷載的取值。所以，作為技術(shù)壁壘在第三章會(huì)對(duì)整個(gè)光伏建筑光伏的結(jié)構(gòu)問(wèn)題進(jìn)行一個(gè)剖析和闡述。
(4)建筑功能：如前面所述，BAPV主要只是實(shí)現(xiàn)了發(fā)電功能，而B(niǎo)IPV除了需要達(dá)到發(fā)電要求以外還需要滿(mǎn)足其所在建筑部位相應(yīng)建筑功能的所有物理性能，我們會(huì)在3.6節(jié)按照建筑部位的分類(lèi)詳細(xì)分析其相應(yīng)的建筑性能要求。
(5)光伏組件與構(gòu)件：顯然，BAPV一般會(huì)采用廠(chǎng)家提供的標(biāo)準(zhǔn)光伏組件，而B(niǎo)IPV則必須采用通過(guò)專(zhuān)門(mén)的設(shè)計(jì)、定制加工的光伏構(gòu)件，與建筑物的梁、板、柱一樣，光伏組件在建筑中被稱(chēng)之為“構(gòu)件”，標(biāo)準(zhǔn)中的定義為：工廠(chǎng)定型生產(chǎn)、滿(mǎn)足安裝部位建筑功能要求并具有光電轉(zhuǎn)換功能的組合構(gòu)件。對(duì)于不同的電池類(lèi)型，室內(nèi)外裝飾效果截然不同，需在初步方案設(shè)計(jì)時(shí)甚至項(xiàng)目規(guī)劃初期，根據(jù)建筑功能、風(fēng)格全面考慮，和諧統(tǒng)一，使光伏系統(tǒng)融入于建筑中，渾然一體，避免后期確定帶來(lái)的設(shè)計(jì)敗筆。同時(shí)，采用電池板類(lèi)型不同，相同面積下的電池板安裝功率也不同，即最終發(fā)電量也不同。如果按相同電池板安裝功率，所需數(shù)量(面積)也各不相同。故需在建筑初步設(shè)計(jì)時(shí)首先確定電池板的類(lèi)型、數(shù)量、尺寸、形狀、顏色、透光率等。
在實(shí)際應(yīng)用中，光伏構(gòu)件與光伏組件存在著下表所述的區(qū)別，也而反映出光伏構(gòu)件存在的實(shí)際問(wèn)題：
從上表可以看出無(wú)論是普通的晶體硅光伏組件還是薄膜光伏組件，從國(guó)際到國(guó)內(nèi)都有成熟的被廣泛認(rèn)同的標(biāo)準(zhǔn)在執(zhí)行運(yùn)用，有配套的實(shí)驗(yàn)室作做檢測(cè)，有完善的認(rèn)證評(píng)估體系，全世界有非常非常多的案例可參考借鑒。但是，“光伏構(gòu)件”這個(gè)名詞是近年來(lái)才被建筑師所提出來(lái)的，在國(guó)外叫做“BIPV module”。除了1.3.3.1和1.3.3.2提到的光伏夾層玻璃和光伏中空玻璃被發(fā)明出來(lái)的時(shí)間稍長(zhǎng)以外，很多新型的設(shè)計(jì)出來(lái)卻是光伏組件北京火車(chē)南站要滿(mǎn)足電氣和建筑要求嚴(yán)格。很多創(chuàng)新的光伏構(gòu)件是根據(jù)不同建筑的需求而提出的，不但需要滿(mǎn)足電氣和建筑物理性能的各項(xiàng)性能要求，還承載著建筑獨(dú)特的單一性，如尺寸、顏色、電池排布等，對(duì)不同的建筑部位還可能有一些更特殊的要求，如防火、隔音等。
對(duì)電池的要求主要是轉(zhuǎn)換效率高、工作性能穩(wěn)定。對(duì)組件的要求主要是符合建筑要求，包括強(qiáng)度、外觀、尺寸等，對(duì)不同的建筑還要符合一些特殊要求，如防火、隔聲音等。
由于沒(méi)有健全的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，很多新型的光伏構(gòu)件都屬于試制、示范階段，有待時(shí)間的考證。盡管如此，也有很多對(duì)建筑和光伏兩個(gè)領(lǐng)域都深感興趣的人士發(fā)明了各種各樣的光伏構(gòu)件，各種面板、各種背板、各種顏色的膠片、各種形狀等等，見(jiàn)下圖：
圖1多彩多姿的光伏構(gòu)件
對(duì)于BIPV光伏構(gòu)件在發(fā)達(dá)國(guó)家在建筑上的應(yīng)用應(yīng)引起足夠的重視，還需要進(jìn)一步提高光伏建筑一體化應(yīng)用技術(shù)，完善維護(hù)的及時(shí)性、應(yīng)急處理、表面破裂、漏電保護(hù)等不確定因素的解決方法。在目前尚無(wú)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的情況下，應(yīng)正確地認(rèn)識(shí)和理解光伏建筑一體化技術(shù)，合理地應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)光伏系統(tǒng)與建筑的良好結(jié)合。
二、1.1.2 BAPV與地面光伏系統(tǒng)的不同：
(1)(結(jié)構(gòu)安全性：地面光伏系統(tǒng)與建筑屋頂光伏系統(tǒng)的安全要求顯然不同，簡(jiǎn)單說(shuō)，如果屋面光伏系統(tǒng)被風(fēng)吹翻甚至吹落屋頂，那么輕則有可能損壞建筑上的其它設(shè)備，重則發(fā)生人生安全事故，所以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性不一樣，這一點(diǎn)可以參考后面的具體描述。所以屋面光伏系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)不同地區(qū)、不同高度的建筑所承受的外荷載值，尤其是風(fēng)荷載、雪荷載等進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算，以確保從光伏組件到支撐系統(tǒng)到主體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。
(2)電氣設(shè)計(jì)：光伏屋頂電站通常為分布式光伏能源應(yīng)用，一般為低壓側(cè)并網(wǎng)，即發(fā)即用，余電上網(wǎng)。而光伏地面電站卻多數(shù)為集中電站，需要升壓遠(yuǎn)程輸送。因此電氣設(shè)計(jì)有很大的不同，如逆變器的選擇：BAPV選擇的逆變器多以小型組串式逆變器和中型逆變器為主，有些還采用微型逆變器，而光伏地面電站多數(shù)選擇大型集中逆變器或中型組串式逆變器;并網(wǎng)點(diǎn)不同：屋頂電站可能會(huì)多點(diǎn)就近并網(wǎng)，而地面電站則通常為單點(diǎn)集中并網(wǎng);設(shè)備房：建筑光伏系統(tǒng)的設(shè)備間通常由建筑主體提供，所以必須同時(shí)滿(mǎn)足建筑本身的要求，而地面電站通常需要單獨(dú)建造，滿(mǎn)足電氣設(shè)備房的要求即可;光伏線(xiàn)纜敷設(shè)：建筑光伏系統(tǒng)的設(shè)備房通常在地下室，因此，必須考慮光伏線(xiàn)纜垂直和水平兩個(gè)方向的敷設(shè)路由，而地面電站一般不用考慮垂直方向的敷設(shè);接入設(shè)計(jì)：地面電站通常需要二次系統(tǒng)繼保設(shè)計(jì)、與上一級(jí)電站通訊并接受調(diào)度，而屋頂電站一般不需要。
(3)(陰影分析：地面光伏系統(tǒng)多安置在空曠地面上，光伏方陣的陰影分析只需考慮光伏組件的前后排遮擋和集電線(xiàn)路、避雷針、逆變小室、中控機(jī)房等的局部遮擋。而建筑屋頂系統(tǒng)的陰影分析卻復(fù)雜很多，樹(shù)、廣告牌、女兒墻、屋頂設(shè)備、煙囪、相鄰建筑的日照遮擋等等。不能只用計(jì)算光伏陣列的間距、傾角等標(biāo)準(zhǔn)公式計(jì)算，還可能需要使用專(zhuān)門(mén)的陰影分析軟件，常用的有生態(tài)建筑分析軟件(Autodesk Ecotect Analysis)或草圖大師(SketchUp)等軟件。
(4)(施工安裝：建筑屋頂光伏系統(tǒng)的施工安全顯然要求比地面光伏系統(tǒng)多而嚴(yán)格，除需滿(mǎn)足電氣施工要求以外還必須滿(mǎn)足建筑施工安裝的各項(xiàng)要求。尤其是在高層建筑屋頂上進(jìn)行施工，必須滿(mǎn)足建筑安全施工的各項(xiàng)要求。例如：高層焊接、防火、防墜落等必須按要求做足各項(xiàng)施工安全措施;項(xiàng)目班子必須按照“建筑施工8大員”配備;要服從總包管理和監(jiān)理監(jiān)督等等。但是地面光伏系統(tǒng)多數(shù)為電氣設(shè)備安裝，只需滿(mǎn)足電氣行業(yè)的安全施工要求即可，當(dāng)然，也需要考慮安裝支座（詞條“支座”由行業(yè)大百科提供）或樁的沉降變形（詞條“變形”由行業(yè)大百科提供）、空曠地區(qū)的風(fēng)荷載對(duì)施工過(guò)程的影響。
(5)(系統(tǒng)防雷：建筑屋頂光伏系統(tǒng)的防雷通常是將電站防雷與建筑主體防雷系統(tǒng)相連接，屬于圍護(hù)結(jié)構(gòu)防雷的一般做法;而對(duì)于地面光伏系統(tǒng)，由于它沒(méi)有所謂的主體，則須構(gòu)造單獨(dú)的防雷系統(tǒng)，其做法類(lèi)似于建筑上的主體防雷。
(6)(附著面：無(wú)論是金屬屋面、瓦屋面還是混凝土屋面上的屋頂光伏系統(tǒng)，電站施工前的施工面往往是相對(duì)平整的，不需要額外的平整處理，而地面光伏系統(tǒng)在施工前地面都不可能做到完全平整，因此在施工前需進(jìn)行土地平整，這相對(duì)于屋頂電站增加了成本和工作量，此估價(jià)是需要單獨(dú)考慮的。
(7)(施工配套：建筑屋頂光伏系統(tǒng)的施工多在主體結(jié)構(gòu)建筑基本完工時(shí)進(jìn)行，用水用電通�？梢酝ㄟ^(guò)既有土建施工用水、電或建筑本身的水電來(lái)保證，但地面電站則不能享受到這些“優(yōu)惠”，尤其在偏遠(yuǎn)地區(qū)施工時(shí)需要對(duì)工地的臨時(shí)用水、用電進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的設(shè)計(jì)和考慮。
(8)(基礎(chǔ)沉降：與屋頂光伏系統(tǒng)直接修筑在主體結(jié)構(gòu)上不同，地面光伏系統(tǒng)須直接建在稍加修整的天然地面上，因此，地面的不均勻沉降是一個(gè)不可回避的問(wèn)題。如果設(shè)計(jì)時(shí)考慮不周，極有可能造成條形基礎(chǔ)開(kāi)裂和光伏組件支架變形、光伏子陣間遮擋或者光伏子陣朝向不一致等。
(9)(商業(yè)模式：大型地面電站的商業(yè)模式單一，光伏所發(fā)全部電量出售給電網(wǎng)，享受光伏標(biāo)桿電價(jià);而建筑光伏一般安裝在負(fù)荷中心和用電側(cè)，屬于分布式發(fā)電系統(tǒng)，商業(yè)化模式多樣：全部賣(mài)給電網(wǎng)，享受標(biāo)桿電價(jià);自發(fā)自用，余電上網(wǎng);全部自用;凈電量計(jì)量等。
三、技術(shù)壁壘
無(wú)需置疑，結(jié)構(gòu)安全是建筑存在的前提。但安全性過(guò)高又會(huì)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)性的降低，在保證系統(tǒng)安全的同時(shí)又能將結(jié)構(gòu)造價(jià)降至最低，才能推動(dòng)建筑光伏行業(yè)的健康發(fā)展。由于建筑是人類(lèi)活動(dòng)最為頻繁和密集的地方，光伏屋頂電站所需要的安全性能遠(yuǎn)比光伏地面電站要嚴(yán)格和重要得多，這就需要專(zhuān)門(mén)的結(jié)構(gòu)師對(duì)系統(tǒng)作整體的計(jì)算和設(shè)計(jì)，在光伏系統(tǒng)總承包領(lǐng)域，擁有注冊(cè)結(jié)構(gòu)師的公司應(yīng)該屈指可數(shù)。而光伏屋頂電站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的缺失導(dǎo)致了光伏系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)混亂，參考現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)結(jié)果是：如果所有指標(biāo)全部按照“低配”取值，無(wú)疑是非常不安全的;如果全部按照“高配”取值，又是非常不經(jīng)濟(jì)的。這就需要大量的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)再配合理論進(jìn)行設(shè)計(jì)考慮，重點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
(1)結(jié)構(gòu)安全等級(jí)不明，可靠度指標(biāo)不確定;
眾所周知，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前必須確定結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)，進(jìn)而根據(jù)其安全等級(jí)確定它們的目標(biāo)可靠度指標(biāo)(在設(shè)計(jì)中是確定安全等級(jí)對(duì)應(yīng)的重要性系數(shù))。
《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB 50068-2001根據(jù)基于概率的設(shè)計(jì)方法，規(guī)定采用結(jié)構(gòu)可靠度指標(biāo)β值，作為結(jié)構(gòu)失效的基本判據(jù)，其定義為：
對(duì)于不同類(lèi)型的結(jié)構(gòu)，《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB 50068-2001表3.6.1(如下表)有不同的規(guī)定：
結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力（詞條“承載能力”由行業(yè)大百科提供）極限狀態(tài)的可靠度指標(biāo)
|
破壞類(lèi)型 |
安全等級(jí) |
|
一級(jí) |
二級(jí) |
三級(jí) |
|
延性破壞 |
3.7 |
3.2 |
2.7 |
|
脆性破壞 |
4.2 |
3.7 |
3.2 |
注：當(dāng)承受偶然作用時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠度指標(biāo)應(yīng)符合專(zhuān)門(mén)規(guī)范的規(guī)定。
因此，通過(guò)分析確定光伏電站的結(jié)構(gòu)類(lèi)型，進(jìn)而確定其對(duì)應(yīng)的可靠度指標(biāo)在實(shí)際設(shè)計(jì)中是到頭重要的，它關(guān)系的結(jié)構(gòu)的失效概率，然而實(shí)際情況是，大多數(shù)設(shè)計(jì)都并不清楚，應(yīng)該采用何種安全等級(jí)，目標(biāo)可靠度應(yīng)定為多少。
(2)風(fēng)荷載計(jì)算：
首先來(lái)看荷載計(jì)算，《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009的第7章風(fēng)荷載給出了兩種結(jié)構(gòu)形式的計(jì)算公式，一種為：主要承重結(jié)構(gòu)，另一種為：圍護(hù)結(jié)構(gòu)。同一個(gè)案例兩個(gè)公式計(jì)算得出的結(jié)果相差甚遠(yuǎn)，以假設(shè)B類(lèi)地區(qū)某鋼結(jié)構(gòu)（詞條“鋼結(jié)構(gòu)”由行業(yè)大百科提供）構(gòu)筑物長(zhǎng)5m，寬5m，高10m為例來(lái)計(jì)算，結(jié)果如下表：
|
地區(qū) |
圍護(hù)結(jié)構(gòu) |
主體承重結(jié)構(gòu) |
|
βgz |
μs |
ωk |
βz |
μs |
ωk |
|
河北邢臺(tái)市風(fēng)壓 |
25年 |
0.26 |
1.78 |
2 |
0.64 |
1.2301 |
1.4 |
0.45 |
|
50年 |
0.30 |
1.78 |
2 |
1.07 |
1.2335 |
1.4 |
0.52 |
|
福建福鼎縣臺(tái)山風(fēng)壓 |
25年 |
0.89 |
1.78 |
2 |
2.24 |
1.2570 |
1.4 |
1.57 |
|
50年 |
1.00 |
1.78 |
2 |
3.56 |
1.2604 |
1.4 |
1.76 |
可以看出：
1. 基本風(fēng)壓如果取25年重現(xiàn)期，荷載降低11%--13%，對(duì)主要承重結(jié)構(gòu)的風(fēng)振系數(shù)稍有影響。
2. 主要承重結(jié)構(gòu)的風(fēng)振系數(shù)與圍護(hù)結(jié)構(gòu)的陣風(fēng)系數(shù)相比，降低約30%。
3. 體型系數(shù)影響降低30%。
綜上：按“低配”設(shè)計(jì)比按“高配”設(shè)計(jì)風(fēng)荷載降低55%--58%，意味著支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)會(huì)降低一半。
光伏屋面系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式顯然不屬于圍護(hù)結(jié)構(gòu)，當(dāng)然也不是主體結(jié)構(gòu)，那么究竟應(yīng)該如何計(jì)算?如果屋面附加的光伏系統(tǒng)出現(xiàn)破損時(shí)對(duì)人員的傷害概率相對(duì)于主體結(jié)構(gòu)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)都不算太大，那么在做承載力校核時(shí)結(jié)構(gòu)構(gòu)件重要性系數(shù)，是否可取為0.9?或者綜合兩個(gè)問(wèn)題同時(shí)研究得出綜合結(jié)論呢?當(dāng)然在保證安全的前提下我們希望取低者。因?yàn)闊o(wú)論是新建建筑還是改建建筑，光伏系統(tǒng)在建筑中大量的應(yīng)用還是在屋面上附加，經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)是實(shí)現(xiàn)大面推廣的前提。今年電池板的價(jià)格已經(jīng)降到了谷底，光伏屋面電站的系統(tǒng)成本成為爭(zhēng)取項(xiàng)目的重要指標(biāo)，可以說(shuō)系統(tǒng)集成每瓦以毛為單位在衡量。這個(gè)時(shí)候，安全前提下的經(jīng)濟(jì)性就顯得尤為重要。正在修編的《民用建筑太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》JGJ203在編制組的努力下試圖解決荷載取值問(wèn)題，業(yè)內(nèi)共同在期待著本標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布。
(3)光伏構(gòu)件的熱應(yīng)力的考慮
由于太陽(yáng)能電池在發(fā)電的同時(shí)還會(huì)存在背面溫升的問(wèn)題，也就是說(shuō)光伏構(gòu)件相對(duì)于普通玻璃來(lái)說(shuō)自身的晝夜溫差、冬夏溫差更大，產(chǎn)生的溫度應(yīng)力和形變更加不可忽略。設(shè)計(jì)中玻璃面板的縫寬應(yīng)滿(mǎn)足面板溫度變形和主體結(jié)構(gòu)位移的要求，并在嵌縫材料的受力和變形的承受范圍之內(nèi)。入槽的光伏構(gòu)件邊緣至邊框槽底的間隙如果設(shè)計(jì)不夠就會(huì)造成光伏構(gòu)件的熱應(yīng)力得不到釋放而擠壓破裂，而顯然《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ102中的4.3.12條給出的公式是沒(méi)有考慮溫差形變的，只能作為參考。在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)給出這個(gè)間隙的新的計(jì)算公式以前，支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就需要工程經(jīng)驗(yàn)了。
(4)既有屋面支撐系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
我國(guó)現(xiàn)有大約400億m2的建筑面積，屋頂面積40億m2，利用既有建筑閑置屋面加裝光伏系統(tǒng)，成為光伏建筑的一個(gè)龐大分支。這種安裝形式有效利用屋頂資源，簡(jiǎn)單易行，值得提倡。但是這種二次安裝沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，對(duì)現(xiàn)有建筑物的屋頂?shù)?a target='_blank' style='font-size:1em; border-bottom:1px dotted blue;'>防水（詞條“防水”由行業(yè)大百科提供）和承重破壞比較嚴(yán)重，其次系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是一個(gè)重點(diǎn)，一定不能與地面電站劃等號(hào)。為了不影響原有屋面的防水保溫功能，支架基座不一定與建筑物主體結(jié)構(gòu)有連接，但規(guī)范應(yīng)強(qiáng)制規(guī)定這種結(jié)構(gòu)必須控制系統(tǒng)整體的抗滑移、抗傾覆能力，這個(gè)計(jì)算辦法規(guī)范并沒(méi)有給出，也不是簡(jiǎn)單的一個(gè)公式可以算出，這就需要專(zhuān)業(yè)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)計(jì)算了。同時(shí)在9度以上地震地區(qū)需要考慮豎向地震力的情況下不宜設(shè)置與主體結(jié)構(gòu)無(wú)連接的屋面光伏系統(tǒng)。
特別補(bǔ)充：對(duì)于地面電站，安裝環(huán)境通常為風(fēng)壓較大的的荒漠地區(qū)，因此，抗傾覆驗(yàn)算更加是必不可少的。然而，由于混凝土基礎(chǔ)與地基都不可能做到完全剛性，因此，其驗(yàn)算中對(duì)之取矩的點(diǎn)不能取在基礎(chǔ)的邊緣，而應(yīng)稍微偏內(nèi)側(cè)一些，但內(nèi)移的距離，現(xiàn)在尚無(wú)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，能否參照目前的普遍建筑的規(guī)范也需要進(jìn)一步論證。
(5)金屬屋面支撐系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
由于直立鎖邊點(diǎn)支承屋面系統(tǒng)被廣泛用于機(jī)場(chǎng)、鐵路站房、會(huì)展中心、體育場(chǎng)等占地面積大的底平型公用建筑，而往往這種建筑的屋頂正好是光伏系統(tǒng)的最佳利用場(chǎng)地，因此，目前直立鎖邊金屬屋面外附加光伏系統(tǒng)的情況也是普遍存在的。光伏系統(tǒng)與金屬屋面的連接往往依靠一種與T支座相配套的鋁合金夾支撐金屬屋面以上的系統(tǒng)，無(wú)需穿透屋面，完全可以保證屋面系統(tǒng)原有的整體防水保溫性能。但值得關(guān)注的是：很多項(xiàng)目從設(shè)計(jì)開(kāi)始，一直到后期的招投標(biāo)、采購(gòu)、安裝、維護(hù)等過(guò)程均未能實(shí)現(xiàn)完美的一體化，屋面以下的直立鎖邊金屬屋面系統(tǒng)為屋面板廠(chǎng)家設(shè)計(jì)、施工、安裝，屋面以上的光伏系統(tǒng)由電池板廠(chǎng)家設(shè)計(jì)、安裝、維護(hù)。通常電池板廠(chǎng)家可以與建筑師配合好電池板的朝向、陣列、建筑造型等問(wèn)題，而忽略了光伏電池板如何將自重、活荷載、雪荷載、風(fēng)荷載等結(jié)構(gòu)荷載合理科學(xué)安全的通過(guò)直立鎖邊金屬屋面系統(tǒng)傳至屋頂鋼結(jié)構(gòu)的問(wèn)題。為了節(jié)省光伏系統(tǒng)的支撐龍骨，將鋁（詞條“鋁”由行業(yè)大百科提供）合金夾隨意放置于金屬面板直立邊的任意位置的情況普遍存在。而根據(jù)實(shí)驗(yàn)：標(biāo)準(zhǔn)為400mm板寬，0.9mm板厚的直立鎖邊金屬板安裝在間距為1200mm的檁條上,可以承受不超過(guò)0.9kN的直立邊跨中集中力。而1m2電池板自重0.3kN，屋面活荷載為0.5kN，就算不考慮風(fēng)荷載僅考慮恒荷載和活荷載的組合，組合設(shè)計(jì)值為1.06kN，一平米設(shè)兩個(gè)支點(diǎn)，則一個(gè)支點(diǎn)的集中力為0.53kN ，已經(jīng)達(dá)到極限荷載的60%，從結(jié)構(gòu)安全度上來(lái)講是非常危險(xiǎn)的。更加危險(xiǎn)的是，由于電池板多數(shù)為了考慮盡可能多的接受太陽(yáng)輻射而設(shè)計(jì)為最佳傾角，已產(chǎn)生與原金屬屋面完全不同的較大的正負(fù)風(fēng)荷載，因此，絕不能忽略安裝電池板帶來(lái)的風(fēng)荷載的改變對(duì)整個(gè)屋面系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響。正確的將屋面電池板的荷載傳遞至屋面鋼結(jié)構(gòu)的路徑應(yīng)該是：電池板荷載--電池板支撐龍骨--鋁合金夾--T支座--屋面檁條--屋頂鋼結(jié)構(gòu)，與直立鎖邊金屬板無(wú)關(guān)。規(guī)范應(yīng)明確規(guī)定：附加在金屬屋面板上的組件所承受的荷載應(yīng)通過(guò)結(jié)構(gòu)連接件有效轉(zhuǎn)遞至屋面鋼結(jié)構(gòu)檁條上，不宜將金屬屋面板作為傳力構(gòu)件。
綜上所述，在建筑上安裝光伏系統(tǒng)絕不是簡(jiǎn)單的將地面電站搬到屋頂上，或者將幕墻的面板用光伏構(gòu)件進(jìn)行替代那么簡(jiǎn)單。這是建筑和光伏兩個(gè)完全不同的技術(shù)領(lǐng)域的交叉和疊合，既需要和專(zhuān)業(yè)的合作有需要相互的妥協(xié)。在這條路上，總會(huì)有光伏和建筑產(chǎn)生的美妙的火花，也難免出現(xiàn)失敗的案例給大家失敗的教訓(xùn)。也正是因?yàn)檫@個(gè)交叉領(lǐng)域有太多的未知，才激起人類(lèi)的不斷探索。只要從業(yè)人員認(rèn)識(shí)到這些差別，了解這些技術(shù)壁壘，項(xiàng)目就會(huì)越建越好，成功率就會(huì)越來(lái)越大。
