本文分析了首都博物館300kW太陽能光伏系統(tǒng)工程設計中的安裝和并網(wǎng)的技術要點，最終達到了建筑與太陽能光伏系統(tǒng)的系統(tǒng)集成。

　　1 太陽能利用是建筑節(jié)能的必然趨勢

　　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，建筑應該是主要的節(jié)能領域。

　　節(jié)能，就是探討如何最大限度地減少能量浪費。從使用能源的目的和方式進行劃分，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節(jié)約能耗。例如，白天關路燈，風管少漏風，下雨不澆花。一句話，直接節(jié)能就是根本不應該消耗的能源堅決不消耗。

　　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，從而減少應該耗費的那部分能源的消耗。例如，空氣熱回收設備的利用，保溫墻體材料的應用，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。例如，美國有些建筑利用公共走廊地毯下安裝的踏板，將人體走路時的重力作用帶動發(fā)電機的中心軸，解決走廊等的照明。在可以預期的將來，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。即簡單地以能耗費用作為節(jié)能標志。只看建筑運行的一次能耗形式，不考慮這種能耗形式在制造、以及轉換過程的總能耗。譬如，冰蓄冷技術。不僅在它的設備制造中材料提煉、加工需要能耗，在其運行中由電到冰、由冰到冷的能量轉換過程中都存在著能耗。因而，表面的舒緩高峰電力和電費開支的多少，并不意味著資源消耗的節(jié)省。

　　我們追求的是對全人類而言的總能源的節(jié)約。因此，新型能源形式的引進是引發(fā)綠色能源革命和綠色建筑革命的交匯點，是節(jié)能的主流。其中將太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)應用于建筑就是未來的發(fā)展方向，就像石油形成今天的人類機會一樣。

　　太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)可以有效地利用建筑物屋頂和幕墻，無需占用寶貴的土地資源，這對于土地昂貴的城市尤為重要。太陽能光伏發(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。由于太陽能發(fā)電板陣列一般安裝在屋頂及墻面上直接吸收太陽能，因此太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)同時降低了墻面及屋頂?shù)臏厣?，減輕了建筑的空調(diào)負荷，降低了空調(diào)的能耗。

　　太陽能光伏發(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，這對于高峰電力緊張地區(qū)及無電少電地區(qū)更為重要。配備蓄電池后，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)除了確保自身用電外，還能夠滿足安全用電設施的不斷電要求。

　　我國政府十分重視太陽能的綜合開發(fā)與利用。先后將太陽能列入新能源和可再生能源技術發(fā)展的研究開發(fā)與利用戰(zhàn)略重點。早在1999年國家有關部門就將開發(fā)高效率、低成本的太陽能集熱、光伏技術列為優(yōu)先發(fā)展的高技術產(chǎn)業(yè)化重點領域。根據(jù)國家1996－2020年太陽能光電發(fā)展計劃，我國2020年的太陽能光電總容量將達到300Mw。

　　我國從80年代開始實驗被動太陽能的熱利用。然而，被動太陽能利用只是簡單地直接轉換為生活用水的加溫，停留在低水平應用層。它與智能化系統(tǒng)也沒有發(fā)生什么關系。而太陽能發(fā)電技術這個典型的主動型潛在節(jié)能，將會對智能化系統(tǒng)提出更高、更深的技術要求，要求智能化系統(tǒng)深化與供能設備、發(fā)電設備的系統(tǒng)集成，保證整個建筑內(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，平均標準日照時間為4-5小時。理論上每平方米日照面積可達1,000W能量，屬太陽能資源豐富地區(qū)。

　　首博新館作為北京的標志性建筑物，是市政府奧運工程配套項目中的重點工程。為了更好地將建筑與藝術、建筑與高新技術相結合，配合北京2008年奧運會，突出“綠色北京、綠色奧運”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工程業(yè)主委員會在市領導和有關部門的支持下，決定在首博新館建筑屋頂安裝太陽能光伏發(fā)電裝置，使首博新館建設成集節(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。

　　首博新館屋頂設計為平頂挑檐結構，有利于太陽能發(fā)電板的布置與安裝。根據(jù)屋頂平面部分設計，安裝太陽能發(fā)電板的面積5,000平方米強、峰值發(fā)電量達300kW。

　　3 太陽能光伏系統(tǒng)的工程風險

　　建筑是建筑技術與藝術的結晶，在建筑中應用高新技術必須服從建筑的整體設計理念。首博新館不是為建設太陽能系統(tǒng)蓋一個建筑，而原來首都博物館新館建設任務書中并沒有提出安裝太陽能系統(tǒng)的要求。目前的建筑設計和結構設計也沒有考慮屋面上再架設太陽能電池板的結構與荷載、根本沒有設計安裝太陽能電池板的支架接點。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能屋面。因此，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的結構形式必須服從