本文通过分析 BIPV 系统的设计规范、已建成项目的特点、BIPV 产品的特点，提出 BIPV 系统设计中应特别注重的影响因素。

建筑光伏一体化系统是建筑专业与电气专业相结合的新型专业，要满足建筑专业、电气专业的双重要求，作为建筑的一部分时还特别需要注意满足建筑的安全性和功能性。从设计标准的角度而言，随着太阳能工程建设经验的逐年增多，光伏行业标准、国家标准等已日益健全，下面分别从国内和国外标准两个方面介绍。

•国内标准

迄今为止，国内与建筑光伏一体化相关的标准可分为国家标准、行业 、地方标准和团队标准，根据应用对象的不同可分为工程建设标准和产品应用标准。

地方标准和行业标准则侧重于约定相关产品研发、设计、安装和功能性标准，主要包括建筑光伏组件或材料、建筑光伏发电系统和建筑光伏组件的测试办法。其中中国建筑装饰协会在 2020 年组织研究并制定了《光电建筑技术应用规程》明确系统设计应包括光电建筑围护系统 设计和光伏发电系统设计两个部分，指出光电建筑使用的光电建筑应具有功能：外围护功能、发电功能，为建筑安全、可靠的电力来源。

• 国外标准

国外相关标准主要制定者主要是国际电工委员会（International Electro technicalCommission ，简称 “ IEC”）、欧盟 European Union ，简称 “ EU”）和国际标准化组织International Organization for Standardization ，简称 “ ISO”），已制定的标准包括产品标准和工程 设计标准， IEC63092 1:2020 [ 和 EN50583 1 :2016 [ 给出了建筑用光伏组件的定义、与建筑附件光伏系统的区别，要求建筑光伏产品应满足建筑材料的要求，并至少具备如机械刚性或结构完整性、能够保护建筑主体结构不被外部环境影响、节能环保、防火、降噪音、安全等功能。

IEC 63022:2020和 EN 50583 2:2016是建立在原有太阳能成熟的行业规范中而新增了建筑行业的要求，提出了系统设计应综合考虑建筑系统的可靠性、抗风、保温隔热、节能环保方便的设计功能，并给出 了参考的计算公式。

建筑光伏一体化系统的设计主要可分为光伏系统的设计和建筑系统的设计。光伏系统的设计是 结合 现场 的具体场景 匹配用电侧的用电要求 基于项目地点的太阳能资源、温度等环境因素下 计算出合适的太阳能组件 方阵， 匹配相应设备容量，达到整体 系统的 经济性和合理性 。建筑系统的设计是其作为建筑结构的一部分需要满足使用性能的要求，其次需要满足结构稳定、经济、美观的要求。

• 光伏系统设计原理

太阳能并网发电系统的设计过程主要包括电气专业、热力专业、屏蔽静电专业和机械专业 等，其中关键的过程是分析现场的环境资源情况、匹配用电量需求和平衡系统 。

系统总的设计原则是在达到发电量最大化的前提 下，确定 经济性最高的系统组合 。系统配置的设计主要考虑两种因素：

1）分析用电量需求 、环境资源和主要设备选型 。

2）用专业仿真软件进行模拟仿真，并比对校核 。输入数据主要包括（不限于）：

—安装地点的日照辐射

—方阵倾斜面的日照辐射

—环境温度参数

—系统电压

—负荷能量需求

—控制器调节特性与参数

—太阳能光伏电池组件的特征参数

—系统供电可靠性和供电电源可用率

用计算机仿真方法计算出结果参数，主要有：

—太阳电池方阵的倾斜角和方位角

—太阳能光伏电池组件的数量

• 太阳能发电系统设计步骤

1）列出基本数据

—地理资料 主要有地址 、经纬度、海拔等。

—当地的气象资料：主要有逐月平均太阳总辐射量，直接辐射及散射量，年平均气温及 最高、最低 气温，连续阴雨天 情况 、最大风速及 冰雪 等特殊气候情况。一般选取过去20年内的累计气象数据 。

2）计算日辐射量和方阵倾斜角

气象站一般只提供水平面辐射总量 、直接辐射量及散射辐射量 ，需要结合项目的倾角折算 成倾斜面上的太阳辐射量。

3）估算太阳电池方阵

利用历年逐月平均水平面上太阳直接辐射及散射辐射量 折算出 逐月辐射总量，然后计算 全年平均日太阳辐射总量 以及 太阳电池方阵发电量。

4）确定太阳电池方阵功率容量

根据太阳能光伏方阵的电流、 电压及功率数据 ，参照主机设备的性能参数 ，选取合适的 设备型号及数量 。

• 太阳能发电系统设计步骤建筑结构系统方面的设计

建筑光伏一体化系统可安装在工业厂房屋顶替换原有的围护结构，为厂房屋顶增加发电功能，按照产品结构的不同将主流产品分为：建筑物太阳能光伏夹层玻璃、构件型、导水架和金属背板型。

1）建筑物太阳能光伏夹层玻璃

面板材料使用的是双层玻璃，玻璃的型号、尺寸及相关参数可以根据建筑要求进行个性化设计，可以是普通钢化玻璃、超白钢化玻璃、低辐射玻璃、着色玻璃等原片的复合，也能够以基本单元复合成性能更好的 单层中空、加胶真空玻璃型。中间层封装材料宜选用聚乙烯醇缩丁醛（ Polyvinyl Butyral ，简称 “ PVB 主要由树脂、增塑剂和其他材料组成，具有透明、耐热、耐寒、耐湿、高机械强度等特点，并具有同建筑物的 50 年使用寿命   。

2）晶硅光伏与压型钢板一体化构件式

该系统核心的光伏屋面自上而下主要依次是：檩条、保温棉、防水透气膜、可滑移支座、压型钢板和光伏组件，兼容常规工业厂房的檩条暗藏型和露明型保温系统及安装方式 。

光伏组件选用2mm 的钢化玻璃、正面 EVA 膜、高效单晶 Perc 电池片、聚烯烃弹性体封装绝缘胶 膜（ Polyolefin Insulating Encapsulation Film ，简称 “ POE”）和钢化玻璃组成，光伏组件为尺寸为 2089mm*698mm*5mm ；（单块面积约为 1.464 ㎡），正面可承受载荷 5400Mpa 以上的冲击，同时外力导致的电池变形幅度更低 组件支撑结构由过去传统的四点式支撑 改变为每隔 30cm 的跨距提供条状支撑 使得组件受力更加均衡大幅度降低使用过程由于外界受力导致的组件隐裂 实现系统发电量的可靠保证。

金属屋面系统选用厚度为0.6mm 的镀铝锌钢板通长版型，也就是屋脊到屋檐采用通长的整块钢板（最长可做到单坡 105 米），无需搭接，可有效降低因搭接缝导致的漏水风险。压型钢板纵向搭接采用360 度直立锁边技术，保证钢板之间连接可靠不漏水；另外锁边间隙也采用了丁基胶填充，可以有效防止毛细现象导致的渗漏。

3 )导水支架式

4 )金属背板式

综上所示，现行适用于工业厂房屋顶类建筑光伏一体化系统主要分为建筑物太阳能光伏夹层玻璃、一体化构件式、导水 架和金属背板型四类，随着技术进步，各类产品均有已建成的案例供研究。对比各类产品的结构特点和性能参数，可发现一体化构件式建筑光伏一体化产品具备良好的建材性能，有明确的防火、防水、保温、抗风揭的特性，表面采用无边框设计，更方便运维、不易积灰，同时光伏部分使用并且采用先进的高效单晶电池片，发电效率高，系统稳定性较强，可适用于工商业厂房替代原有屋顶结构，达到可靠稳定、提高能源效率等作用。

建筑光伏一体化系统的设计是太阳能发电系统和建筑设计的综合成果，应根据建筑的使用功能、结构形式等因素，考虑太阳能发电组件的电池特性、效率、配比、安全以及其后等条件下，确定光伏系统的类型、规格、数量以及施工工艺、施工位置、施工流程等综合工序。

•环境因素

建筑物的地理位置对经纬度、温度、海拔高度、气候和空气质量的变化影响了太阳能组件可以接受到的理论最大太阳辐射强度。太阳辐射是来自太阳的辐射（电磁）能。它为地球提供光和热，为光合作用提供能量。太阳辐射光谱上的三个相关波段或范围是紫外线、可见光和红外线。在到达地球表面的光中 ，红外线辐射占 49.4%而可见光占 42.3% 。紫外线辐射仅占太阳辐射总量的 8% 以上。

1) 经纬度

由于地球呈球形，赤道地区周围的太阳光线强度更高。远离赤道时，能量密度会随着太阳光线分布在更大的地理区域周围而降低。

2) 温度

太阳能电池板测试的行业标准是在标准测试条件 进行测试，即辐射为 1 kW/m 2电池温度 25℃，无风。而温度系数百分比说明了效率随温度升高或降低程度而发生的变化。例如，如果某种类型的面板的温度系数为 0.5%，那么每升高 10℃1，面板最大功率将降低 0.5% 。而 BIPV 系统在工作的情况工作温度通常超过 50℃，长时间的高温将受温度系数的影响而降低系统的发电效率 。

3) 海拔

在高海拔地区，太阳光线必须穿过大气层的距离更短。因此，随着海拔的增加，大气吸收较少，因此太阳辐射增加。有专家通过实验验证了不同海拔地区对发电量的影响，得出在同等条件下高海拔地区的发电量比地面布置的地面电站发电量高出7%~12% 。

4) 气候

雨雪风暴多云天气都会直接影响太阳辐射资源，而影响系统的发电量。对于建筑光伏一体化系统，更应该关注作为建筑结构在恶劣天气如台风、暴雨、冰雹等条件下的运行安全可靠性。

5) 空气质量

漂浮在空气中微粒和粉尘以及SO2 、NO2 、 CO、 PM10 、PM2.5 对太阳辐射有阻挡的作用，太阳辐射总量随着空气污染程度的严重而增大。专家研究了沈阳2013~2017 年空气质量与地面太阳辐射的关系，发现太阳能直接辐射在空气质量三级比空气质量二级情况平均衰减 18%，空气中 PM 2.5 的削光作用大于 SO2 和 PM10 为首的环境污染。

•组件倾角因素

太阳能组件直接从太阳、天空以及从地面或光伏电池板周围区域反射的阳光中吸收太阳辐射。两个主要角度用于定义阵列方向：倾斜角和方位角，其中倾斜角是水平面和阵列表面之间的垂直角。因此当太阳光线与太阳能电池面板形成 90° 夹角时，太阳能发电效率达到最大值。在给定的环境条件下捕获最大辐射强度可以通过为设计支架固定最佳倾斜角度来实现 。有专家研究了光伏组件的最大效率、功率和短路电流随着太阳能组件收到的辐照量而增加，这主要取决于其方向（倾斜和方位角）。如果太阳辐射的入射角与法向入射反射有很大不同，损失会变得很大，进而减少发电量。

•建筑材料因素

由于建筑光伏一体化屋面除具有发电属性外，还具备建筑属性，因此也必须要满足作为建筑材 料所需的安全性、防火、抗风揭、耐候性等要求。

1) 防火

有专家研究发现，热斑效应、高串联电阻、和电弧事故是导致光伏组件热度过高而起火的主要因素。而常规光伏组件里的 EVA 膜和 TPT 背板属于可燃烧材料，作为建筑结构的一部分，燃烧后将严重影响建筑通风系统、火焰蔓延路径、产生有毒气体等危害，因此建筑光伏一体化产品宜选用 A 级不燃产品降低燃烧风险。

2) 散热

太阳能组件工作时会产生大量的热量，如果建筑光伏一体化系统未设置通风通道，热量可能会进入建筑内部，影响建筑的实际能耗。因此应设计散热风道等 通风散热方式 利用空气对流等方式带走组件产生的热量。有专家研究了上海虹桥机场建筑光伏一体项目散热与组件效率的关系，发现上海地区夏季太阳辐射最高条件下电池板下表面温度最高可达到 65℃，过高的温度将严重降低发电量并影响电池板寿命。

3) 防水

防水是建筑重要功能，应充分设计、试验、测试建筑光伏一体化产品的防水性能，结合实际施工工艺、链接点技术、材料等确保系统可在全生命周期内有可靠的防水表现。

4) 建筑美学

建筑光伏一体化产品应结合建筑和光伏的共同美学设计，实现外观一致、色彩统一、整体协调，同时在施工时需统筹考虑接线的美观性。

5) 维护保养

建筑光伏一体化系统在遇到组件损坏时无法轻易的直接拆除或者替换，所以应设置合理的检修维护通道、运维方案进行定期检修保养，同时更应选用高效可靠的设备材料降低故障率。