建筑一体化光伏系统电气设计与施工

一、 电气设计核心原则与内容

1.  设计原则

• 安全优先：满足建筑防雷、防火、防漏电要求，适配建筑结构荷载与电气安全规范。
• 建筑适配：电气线路走向、设备布置需与建筑装修、结构布局协调，不破坏建筑美观与使用功能。
• 高效发电：优化组件串并联设计、逆变器选型，降低线路损耗，提升系统发电效率。
• 并网合规：严格遵循当地电网公司并网技术标准，确保系统并网稳定、计量准确。

2.  核心设计内容

（1） 系统拓扑结构设计

• 并网模式选择：
  • 小型 BIPV 系统（如住宅屋顶）多采用单相并网；大型商业建筑 BIPV 系统（如幕墙、大面积屋顶）需采用三相并网，匹配建筑用电负荷特性。
  • 需根据建筑用电需求，确定 “自发自用、余电上网” 或 “全额上网” 模式，前者需设计负荷侧并网切换回路。
• 组件串并联设计：
  • 依据组件规格（开路电压、短路电流）、逆变器输入参数范围，确定每串组件数量，避免串联电压过高超出逆变器耐压值，或过低导致逆变器无法启动。
  • 针对异形建筑立面（如幕墙转角、斜面），采用组串式逆变器或微型逆变器，减少不同朝向组件的 “失配损耗”。

（2） 设备选型

• 逆变器：优先选择高效、小型化、低噪音的组串式或微型逆变器，便于与建筑集成安装；大型系统可采用集中式逆变器，需预留独立机房并做好散热设计。
• 汇流箱：户外安装需选用IP65 及以上防护等级的防雷汇流箱，内置熔断器、浪涌保护器（SPD），每路组件串对应独立熔丝，便于故障排查。
• 线缆与连接件：
  • 直流侧线缆选用光伏专用低烟无卤阻燃电缆（如 PV1-F），耐候性、抗紫外线能力强；交流侧线缆选用 YJV 或 YJV22 型电缆，适配建筑内敷设环境。
  • 组件与线缆的连接选用MC4 专用接头，确保防水防尘；建筑内线缆接头需采用防水接线盒密封。
• 计量与监控设备：配置双向计量电表（自发自用模式），满足电网计量与企业用电统计需求；安装光伏监控系统，实时监测组件发电量、逆变器运行状态、电网参数。

（3） 防雷与接地设计

• 直击雷防护：BIPV 系统需纳入建筑整体防雷体系，屋顶组件区域若处于建筑防雷接闪器保护范围内，无需额外设置；超出范围需加装避雷带，避免组件直接受雷击。
• 感应雷防护：在汇流箱直流侧、逆变器交流侧均安装浪涌保护器（SPD），泄放雷击感应过电压；逆变器、汇流箱外壳需可靠接地。
• 接地系统：采用联合接地方式，将光伏系统接地极与建筑防雷接地、电气设备保护接地共用接地网，接地电阻需≤4Ω；组件边框需通过接地线可靠连接，形成等电位体，防止漏电伤人。

（4） 消防设计

• 建筑幕墙 BIPV 系统需在每层设置直流隔离断路器，火灾时可快速切断直流电源，防止触电风险；屋顶大面积 BIPV 系统需划分防火分区，分区设置独立电源开关。
• 逆变器机房需配备灭火器，电缆竖井、桥架穿越楼板处需采用防火泥封堵，防止火灾蔓延。

二、 施工关键流程与注意事项

1.  施工前准备

• 技术交底：组织设计、施工、监理、电网公司多方交底，明确施工标准、并网要求、建筑保护要点。
• 现场勘查：复核建筑结构尺寸、屋面 / 墙面防水状况、预留孔洞位置，确认线缆敷设路径与设备安装基础强度。
• 材料检验：核查光伏组件、逆变器、线缆等设备的合格证、检测报告，确保符合设计与国标要求；电缆需进行绝缘电阻测试，组件需检查外观无破损。

2.  核心施工流程

（1） 支架与组件安装（电气施工前置条件）

• 支架安装需与建筑结构可靠连接（如屋顶预埋件、幕墙龙骨），严禁破坏建筑防水层；安装完成后需做防水密封处理，防止渗漏。
• 组件铺设需严格遵循设计朝向与倾角，同一串组件需保持平整度，避免遮挡；组件边框接地连接线需压接牢固，做好防锈处理。

（2） 直流侧布线施工

• 线缆敷设路径需避开建筑尖锐边角，穿管敷设时采用波纹管或穿线管保护；屋顶线缆需架空或沿桥架敷设，避免暴晒导致绝缘层老化。
• 汇流箱安装位置需便于维护，户外安装需固定牢固并做好防雨措施；接线时区分正负极，严禁反接，接线完成后测量组件串开路电压，确认无误后闭合汇流箱断路器。

（3） 逆变器安装与接线

• 逆变器安装需预留散热空间（距墙≥30cm），避免安装在高温、潮湿、易积水区域；组串式逆变器可就近安装在组件下方，减少直流线缆长度，降低线路损耗。
• 直流侧接入汇流箱输出端，交流侧接入建筑配电系统或电网；接线完成后检查接线端子紧固度，防止接触不良发热。

（4） 防雷接地施工

• 接地网敷设需采用热镀锌扁钢或圆钢，与建筑原有接地网可靠焊接，焊接处需做防腐处理；接地电阻测试需合格后方可进入下一步施工。
• 浪涌保护器（SPD）需正确连接，确保泄放回路通畅；定期检查 SPD 状态，失效后及时更换。

（5） 监控与计量设备安装

• 计量电表需按照电网要求安装在指定位置，接线需符合计量规范；监控系统传感器（如辐照仪、温度传感器）需安装在无遮挡的组件表面，确保数据准确。

3.  施工验收要点

• 电气测试：
  • 直流侧绝缘电阻测试：用 500V 兆欧表测量，绝缘电阻需≥2MΩ；
  • 交流侧耐压测试：按照逆变器要求进行，无击穿、闪络现象；
  • 接地电阻测试：确保接地电阻≤4Ω。
• 并网验收：向电网公司提交验收申请，配合完成并网检测（包括电压、频率、谐波、孤岛效应保护等项目），检测合格后方可并网运行。
• 资料归档：整理施工图纸、设备合格证、测试报告、并网协议等资料，提交建设单位与电网公司存档。

三、 施工安全与后期维护注意事项

1. 施工安全：
   • 高空作业需佩戴安全带，做好防坠落措施；
   • 直流侧接线时需切断组件串电源，避免带电作业；
   • 雷雨天气严禁户外施工，防止雷击事故。
2. 后期维护：
   • 定期检查线缆接头、端子有无松动、发热、氧化现象；
   • 逆变器需定期清洁散热滤网，检查风扇运行状态；
   • 监控系统需定期校准，确保数据监测准确。