前言
这是一份美国加利福尼亚州能源委员会推出的指导光伏系统安装的规范，它代表了当前发达国家屋顶光伏系统安装的水平。我们把这个手册翻译出来，希望能为我国的同行在建设屋顶光伏电站时提供参考。
光伏发电系统是将太阳光直接转换成电流。住宅光伏系统以光伏屋顶的形式可以满足住户部分或者全部的日常用电需求，光伏系统还可以配置备用蓄电池，可以在电网停电时对负载继续供电。
该手册主要针对家用并网光伏系统提出了一系列设计和安装等方面的解决方案，并为安装者提供了如何选择光伏产品的方法和指南，帮助他们准确安装家用光伏发电系统，从而使设计系统发挥潜能。
一、安装屋顶光伏系统要遵循的基本步骤
1．确保屋顶或其他安装位置的面积大小可以容纳将要安装的光伏系统。
2．安装时，需要检查屋顶是否能够承受外加光伏系统的质量，必要时还需要增强屋顶的承重能力。
3. 根据建筑屋顶的设计标准，妥善处理屋顶。
4．严格按照规范和步骤安装设备。
5．正确、良好地设置接地系统，能有效避免雷击。
6．检查系统运行是否良好。
7．确保设计和相关设备能够满足当地电网的并网需求。
8．最后，由权威检测机构或电力部门对系统进行全面检测。
二、系统设计的相关问题
光伏发电系统的种类：一种是与公共电网并联而没有备用蓄电池进行储能的光伏发电系统：另一种是与公共电网并联同时也有备用蓄电池作为补充的光伏发电系统。
1．无蓄电池的并网系统
这种系统在电网可用的情况下才能运行。因为电网的电能损耗非常小，所以这种系统一般来说可以为用户节省更多的电费开支。然而，倘若电力中断，这个系统将会完全关闭，直到电网恢复，如图1所示。
一个蓄电池备用系统除了包含无蓄电池并网系统中的所有元件之外，还需要增加蓄电池和蓄电池组、蓄电池充电控制器、为特殊要求高保障负载供电的配电盘等部件。
三、屋顶光伏系统的安装
1．屋顶结构
最方便和最适当装置光伏阵列的地方是在建筑物的屋顶。对于斜面屋顶，光伏阵列应该被安装在屋顶上并且和屋顶的表面平行，用支架隔开数厘米以达到冷却的目的。如果是水平屋项，还可以设计出一种优化倾斜角度的支架结构，并把它安装在屋顶上。屋顶安装光伏系统必须注意屋顶结构和屋顶防渗透层的密封性。一般而言，每100瓦光伏组件都要求有一个支撑托架。对于一栋新建筑，支撑托架通常在安装屋顶盖板之后、加装屋顶防水材料之前进行安装。负责阵列安装系统的工作人员在安装屋顶时就可以安装支撑托架。
砖瓦屋顶在结构上往往被设计成接近于它的负重能力极限。在这种情况下，屋顶结构必须得到加强，以承受额外的光伏系统重量，或将砖瓦屋顶改变成专门带状的区域安装光伏阵列。如果把砖瓦屋顶转变成较轻的屋面产品，就没有必要加强屋顶结构，因为这种屋顶和光伏阵列的合成质量要轻于被取代的砖瓦屋面产品的质量。
2．遮荫结构
能够替代屋顶安装的是遮荫结构安装光伏系统。这种遮荫结构可能是一个天井或双层的遮阳网格，在这些地方，光伏阵列成了遮阳物。这些遮阳系统可以支持小型或大型的光伏系统。
这种带光伏系统的建筑比标准的天井覆盖成本稍有不同，特别是光伏阵列作为部分或全部遮荫屋顶。如果光伏阵列安装的角度比一般的遮阳结构陡峭一些，那么就有必要对屋顶结构进行改进以适应风力载荷。光伏阵列的质量是15～25千克／平方米，这个质量在遮荫支持结构的负重极限之内。安装屋顶支架的相关劳动力开支可以计入整个天井覆盖建设的成本之中。全部建设成本很可能要高于在屋顶安装的成本，但是这种遮荫结构产生的价值经常会抵消那些多出的成本。
要考虑的其他问题包括：简化阵列的维护，组件的接线、导线的连接必须保持美观，不能种植爬藤植物或者必须勤修剪这些爬藤植物以保持组件及其接线不受干扰。
3．光伏建筑一体化(BIPV)
另一种类型的系统是用建筑一体化的光伏阵列取代了一些传统的屋面产品。安装使用这类产品必须注意要确保正确安装并使之达到必要的防火等级，并要求合理安装以避免屋顶漏水。
四、估算系统输出
1．标准测试条件
太阳能电池组件产生直流电。太阳能电池组件的直流输出被制造商在标准测试条件下标定。虽然这些条件在工厂里很容易实现，并且允许产品相互之间有差别，但是要对其在户外条件运行时的输出功率进行评估，就要对这些数据进行修正。标准测试条件是太阳能电池温度25℃，太阳辐射强度为1000瓦／平方米(通常称为峰值阳光强度，相当于晴朗的夏天中午的辐射强度)，以及当穿过大气质量为1．5AM时被过滤的太阳光谱(ASTM标准光谱)。制造商把在标准测试条件下测定的输出功率为100瓦的太阳能电池组件称之为“100瓦的太阳电池组件”。这个电池组件的标定功率允许和实际值有4-5％的偏差。这就意味着95瓦的组件仍然被称为是“100瓦的组件”。做保守一点的设计，应该使用较低输出功率值作为依据(用95瓦未代替100瓦)。
2．温度影响
组件的输出功率随着组件温度的升高而减小。当太阳光直射屋顶光伏组件时，组件内部温度会达到5O℃～75℃。对于单晶硅组件来说，温度升高将导致组件功率下降至实际功率的89％。因此，100瓦的组件在春天或秋天的正午被充足的阳光照射时，运行中只能产生大约85瓦(95瓦×0.89=85瓦)的功率。
3．污物和尘埃影响
太阳能电池板表面的污物和尘埃的堆积将影响阳光的透射，并导致输出功率减少。大部分地区都有雨季和旱季。虽然在雨季时，雨水能对组件表面的污垢和灰尘进行有效清理，但是要更加全面充分地估算系统，就要考虑到在旱季的时候由于电池板表面的污物所造成的功率减少。每年一般由于尘埃因素所造成的系统功率下降为原额定值的93％。因此，这个“100瓦的组件”在表面有尘土堆积的情况下运行的平均功率为79瓦(85瓦X0.93=79瓦)。
4．匹配和线路损失
整体光伏阵列输出的最大功率一般会小于单个光伏组件输出的最大功率之和。这种差异是由太阳能光伏组件的不一致性造成的，也被称作组件搭配误差，这将导致系统损失至少2％的电能。此外，电能也会损失在线路系统的内阻上，这部分损失应该保持在最低的限度之内，但是，很难把这部分损失降低到系统在正午的时候功率达到峰值，之后在下午的时候又逐渐降低，到夜晚功率将返回零值，这种变化归因于太阳辐射强度的变化和太阳角度(相对于太阳能电池组件)的变化。
屋顶的倾斜度和朝向会影响太阳光照射到组件表面的角度，这些影响的具体体现如表1所示，说明如果当地光伏阵列放置坡度在7：12的屋顶上，面向正南的修正因数为100，当屋顶的倾斜角能量的3％以下。一个合理的损失系数应该是5％。