太阳能是21世纪最有发展前途的可再生清洁能源。为落实我国对世界承诺的节能减排目标，加快推进太阳能光电技术在城乡建筑领域的应用，国家相关部委推出太阳能屋面计划。将太阳能设施集热管镶嵌在波浪形的屋面飘板上，不仅造型美观，而且具有实用功能，实现了太阳能技术与建筑艺术的完美结合（图3-14）。
图3-14 太阳能屋面及太阳能热水器
架空隔热屋面
1.光伏屋面的定义
光伏屋面利用安装在建筑物顶部的光伏组件（太阳能电池）将光能转换为电能，供用电器使用。光伏技术与建筑的结合有以下两种方式，它们都可以通过逆变器、控制装置等组成发电系统。
（1）建筑与光伏系统相结合：将封装好的光伏组件（平板或曲面板）安装在居民住宅或建筑物的屋面上，组成光伏发电系统，如图3-15所示。
（2）建筑与光伏器件相结合：将光伏器件与建筑材料集成化，即光伏建筑一体化（BIPV），如将太阳能光伏电池制成光伏玻璃幕墙、太阳能电池瓦、太阳能防水卷材等，集实用与装饰美化于一体，以达到节能环保效果，是今后发展光伏建筑一体化的趋势，如图3-16所示。
2.光伏屋面系统的分类
光伏屋面系统可分为两个大类，即并网光伏屋面系统与离网光伏屋面系统。
（1）并网光伏屋面系统。并网光伏屋面系统由光伏组件、并网逆变器和控制装置组成。光伏组件将太阳能转化为直流电能，通过并网逆变将直流电能转化为与电网同频同相的交流电能供给负载使用并馈入电网。
图3-15 建筑与光伏系统相结合
图3-16 光伏建筑一体化（BIPV）
（2）离网光伏屋面系统。离网光伏屋面系统由光伏组件、逆变器、控制装置、蓄电池组成。以光伏电池板为发电部件，控制器对所发的电能进行调节和控制，一方面将调整后的能量送往直流负载或交流负载；另一方面将多余的能量送往蓄电池组储存，当所发的电不能满足负载需要时，控制器又将蓄电池的电能送往负载。蓄电池充满电后，控制器要控制蓄电池不被过充。当蓄电池所储存的电能放完时，控制器要控制蓄电池不被过放电，以保护蓄电池。蓄电池可以储能，以便在夜间或阴雨天保证负载用电。
3.太阳能光伏建筑的优点
（1）可以有效地利用建筑物屋面和幕墙，无须占用土地资源。
（2）可原地发电、原地用电，在一定距离范围内可以节省电站送电网的投资。对于联网系统，光伏阵列所发电力既可供给本建筑物负载使用，也可送入电网。
（3）光伏发电系统在白天阳光照射时发电，该时段也是电网用电高峰期，从而舒缓高峰电力需求。(www.xing528.com)
（4）光伏组件一般安装在建筑的屋面及墙的南立面上直接吸收太阳能，可以降低墙面及屋面的温升。
（5）并网光伏发电系统没有噪声，没有污染物排放，不消耗任何燃料，绿色环保。
4.太阳能光伏系统的主要组成部分
（1）建材。适合的建材有瓦、砖、防水卷材、玻璃、不锈钢等。其中，防水卷材适合类型有TPO、EPDM（三元乙丙橡胶）、PVC、改性沥青卷材。对于前三类高分子卷材，可用胶直接将光伏组件与卷材冷粘贴，操作简单、便利；与改性沥青的粘结有待试验。
（2）光伏组件（太阳能电池）。
1）太阳能电池根据所用材料的不同可分为硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池、有机太阳能电池。其中，硅太阳能电池目前发展得最为成熟，在应用中居主导地位。
2）硅太阳能电池可分为晶体硅电池和非晶体硅电池两类。晶体硅电池厚，薄膜电池属于非晶体硅电池，其厚度不足晶体硅太阳能电池厚度的1/100，这就大大降低了制造成本，增加了用途。
（3）主要参数。主要参数包括额定功率、热转化率（％）、工作电压（V）、工作电流（A）、最大输出电压、电池组质量、厚度（mm）。
（4）适用条件。安装温度为10℃～40℃，屋面最高温度不超过85℃。
（5）光伏阵列的设计。并网发电系统的光伏阵列设计需要考虑以下几点：
1）光伏阵列朝向。光伏阵列正向赤道是其获得最多太阳辐射能的主要条件之一。一般方阵朝向正南（方阵垂直面与正南的夹角为0°）。系统的光伏阵列处于北半球，一般取正南偏西，方位角＝[一天中负荷的峰值时刻（24小时制）－12]×15＋（经度－116）。
2）光伏阵列倾角。在并网发电系统中，光伏阵列相对于水平面的倾角一般应该遵循使阵列获得全年最多太阳辐射能的设计原则。电池板厂商会根据不同地区的地理位置及气象环境提供最佳的安装角度。
3）光伏组件串联数量的设计依据。逆变器在并网发电时，光伏阵列必须实现最大功率点跟踪控制，以便光伏阵列在任何当前日照下不断获得最大功率输出。
（6）逆变器（并网器）。从技术上说，逆变器属于技术成熟的产品，早已在电子产品中得到广泛应用，如通信电源、不间断电源（Uninterruptible Power Supply，UPS）等。随着风力发电与太阳能发电技术的发展、应用与推广，逆变器成为风、光发电系统中必不可少的一环，早已实现大规模应用。逆变器与光伏组件的匹配，主要考虑输入电压范围、最大输入电流、输入功率等。
（7）控制器。有的厂商产品中，控制器与逆变器是一体的，尤其在并网系统中。在离网系统中往往设计单独的控制器。并网系统中控制器的主要功能为电流监控、系统保护、通信等。离网系统中控制器还多加了对蓄电池的控制功能，如充放电管理、电路切换等。
（8）蓄电池。常用电池为铅酸免维护电池，单个电池电压为12V，可以根据需要串联或并联。蓄电池主要参数指标有电池容量（以安时数表示）、充电电压、工作电压、开路电压、使用寿命。
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