本文分析了首都博物館300kW太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)中的安裝和并網(wǎng)的技術(shù)要點(diǎn)，最終達(dá)到了建筑與太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的系統(tǒng)集成。

　　1 太陽(yáng)能利用是建筑節(jié)能的必然趨勢(shì)

　　目前，全球建筑物自身能耗約占世界總能耗的三分之一左右。因此，建筑應(yīng)該是主要的節(jié)能領(lǐng)域。

　　節(jié)能，就是探討如何最大限度地減少能量浪費(fèi)。從使用能源的目的和方式進(jìn)行劃分，節(jié)能可以分成直接節(jié)能，廣義節(jié)能和潛在節(jié)能三種類型。

　　直接節(jié)能，指的是減少不合理的需求來(lái)節(jié)約能耗。例如，白天關(guān)路燈，風(fēng)管少漏風(fēng)，下雨不澆花。一句話，直接節(jié)能就是根本不應(yīng)該消耗的能源堅(jiān)決不消耗。

　　廣義節(jié)能，則是指在滿足需要的前提下提高能源的利用率，從而減少應(yīng)該耗費(fèi)的那部分能源的消耗。例如，空氣熱回收設(shè)備的利用，保溫墻體材料的應(yīng)用，光照度的合理調(diào)控，生活用水的“二次利用”等。

　　潛在節(jié)能，是把能夠利用的能源盡可能地利用起來(lái)。例如，美國(guó)有些建筑利用公共走廊地毯下安裝的踏板，將人體走路時(shí)的重力作用帶動(dòng)發(fā)電機(jī)的中心軸，解決走廊等的照明。在可以預(yù)期的將來(lái)，潛在節(jié)能將有極大的發(fā)展。

　　然而，在建筑節(jié)能中存在著一種表面化現(xiàn)象。即簡(jiǎn)單地以能耗費(fèi)用作為節(jié)能標(biāo)志。只看建筑運(yùn)行的一次能耗形式，不考慮這種能耗形式在制造、以及轉(zhuǎn)換過(guò)程的總能耗。譬如，冰蓄冷技術(shù)。不僅在它的設(shè)備制造中材料提煉、加工需要能耗，在其運(yùn)行中由電到冰、由冰到冷的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中都存在著能耗。因而，表面的舒緩高峰電力和電費(fèi)開(kāi)支的多少，并不意味著資源消耗的節(jié)省。

　　我們追求的是對(duì)全人類而言的總能源的節(jié)約。因此，新型能源形式的引進(jìn)是引發(fā)綠色能源革命和綠色建筑革命的交匯點(diǎn)，是節(jié)能的主流。其中將太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用于建筑就是未來(lái)的發(fā)展方向，就像石油形成今天的人類機(jī)會(huì)一樣。

　　太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)可以有效地利用建筑物屋頂和幕墻，無(wú)需占用寶貴的土地資源，這對(duì)于土地昂貴的城市尤為重要。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)可原地發(fā)電，原地使用，減少了電力輸送的線路損耗。由于太陽(yáng)能發(fā)電板陣列一般安裝在屋頂及墻面上直接吸收太陽(yáng)能，因此太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)同時(shí)降低了墻面及屋頂?shù)臏厣?，減輕了建筑的空調(diào)負(fù)荷，降低了空調(diào)的能耗。

　　太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的各種彩色光伏組件，可以取代和節(jié)約昂貴的外飾材料（如玻璃幕墻等），使建筑物的外觀統(tǒng)一協(xié)調(diào)，美化建筑環(huán)境；太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)正是在白天用電高峰期供電，從而舒緩高峰電力需求，這對(duì)于高峰電力緊張地區(qū)及無(wú)電少電地區(qū)更為重要。配備蓄電池后，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)除了確保自身用電外，還能夠滿足安全用電設(shè)施的不斷電要求。

　　我國(guó)政府十分重視太陽(yáng)能的綜合開(kāi)發(fā)與利用。先后將太陽(yáng)能列入新能源和可再生能源技術(shù)發(fā)展的研究開(kāi)發(fā)與利用戰(zhàn)略重點(diǎn)。早在1999年國(guó)家有關(guān)部門就將開(kāi)發(fā)高效率、低成本的太陽(yáng)能集熱、光伏技術(shù)列為優(yōu)先發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)領(lǐng)域。根據(jù)國(guó)家1996－2020年太陽(yáng)能光電發(fā)展計(jì)劃，我國(guó)2020年的太陽(yáng)能光電總?cè)萘繉⑦_(dá)到300Mw。

　　我國(guó)從80年代開(kāi)始實(shí)驗(yàn)被動(dòng)太陽(yáng)能的熱利用。然而，被動(dòng)太陽(yáng)能利用只是簡(jiǎn)單地直接轉(zhuǎn)換為生活用水的加溫，停留在低水平應(yīng)用層。它與智能化系統(tǒng)也沒(méi)有發(fā)生什么關(guān)系。而太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)這個(gè)典型的主動(dòng)型潛在節(jié)能，將會(huì)對(duì)智能化系統(tǒng)提出更高、更深的技術(shù)要求，要求智能化系統(tǒng)深化與供能設(shè)備、發(fā)電設(shè)備的系統(tǒng)集成，保證整個(gè)建筑內(nèi)電力的調(diào)配和平衡。

　　2 首都博物館新館的建筑條件

　　北京市位于北緯36度56分，東經(jīng)116度20分地區(qū)。全年日照2,662小時(shí)，平均標(biāo)準(zhǔn)日照時(shí)間為4-5小時(shí)。理論上每平方米日照面積可達(dá)1,000W能量，屬太陽(yáng)能資源豐富地區(qū)。

　　首博新館作為北京的標(biāo)志性建筑物，是市政府奧運(yùn)工程配套項(xiàng)目中的重點(diǎn)工程。為了更好地將建筑與藝術(shù)、建筑與高新技術(shù)相結(jié)合，配合北京2008年奧運(yùn)會(huì)，突出“綠色北京、綠色奧運(yùn)”理念，努力創(chuàng)造綠色、環(huán)保、節(jié)能城市整體形象，首都博物館新館建設(shè)工程業(yè)主委員會(huì)在市領(lǐng)導(dǎo)和有關(guān)部門的支持下，決定在首博新館建筑屋頂安裝太陽(yáng)能光伏發(fā)電裝置，使首博新館建設(shè)成集節(jié)能、環(huán)保與高科技為一體的、充滿現(xiàn)代氣息的博物館，具體而形象地表現(xiàn)太陽(yáng)能資源利用，起到“可持續(xù)發(fā)展”的教育示范作用。

　　首博新館屋頂設(shè)計(jì)為平頂挑檐結(jié)構(gòu)，有利于太陽(yáng)能發(fā)電板的布置與安裝。根據(jù)屋頂平面部分設(shè)計(jì)，安裝太陽(yáng)能發(fā)電板的面積5,000平方米強(qiáng)、峰值發(fā)電量達(dá)300kW。

　　3 太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的工程風(fēng)險(xiǎn)

　　建筑是建筑技術(shù)與藝術(shù)的結(jié)晶，在建筑中應(yīng)用高新技術(shù)必須服從建筑的整體設(shè)計(jì)理念。首博新館不是為建設(shè)太陽(yáng)能系統(tǒng)蓋一個(gè)建筑，而原來(lái)首都博物館新館建設(shè)任務(wù)書中并沒(méi)有提出安裝太陽(yáng)能系統(tǒng)的要求。目前的建筑設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也沒(méi)有考慮屋面上再架設(shè)太陽(yáng)能電池板的結(jié)構(gòu)與荷載、根本沒(méi)有設(shè)計(jì)安裝太陽(yáng)能電池板的支架接點(diǎn)。從建筑外觀、造型的角度，我們也不希望在屋面上再加出一層太陽(yáng)能屋面。因此，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式必須服從