随着我国“十四五”节能减排工作的陆续实施,光伏应用市场迅速增长。光伏与建筑行业的结合意味着建筑业从消极的节能向积极的产能迈步,逐渐进入建筑节能与产能并举的时代,对实现节能减排、保护环境等目标有重要的现实意义。同时,随着光伏产业的迅速发展,光伏与建筑的一体化设计也越来越普遍,其中,光伏与建筑屋顶的一体化设计最为常见。然而,我国现阶段光伏一体化的程度较低,对于光伏屋顶一体化设计的理论研究较少,针对光伏节能减碳效益的研究工作也集中在光伏的发电特性,忽略了光伏组件在采光、隔热等方面对建筑室内能耗的影响。而不合理的设计不仅会影响光伏发电量,降低光伏建筑的综合减碳效益,也会对建筑室内环境造成不良影响。因此,开展建筑屋顶与太阳能光伏系统一体化设计研究,从低碳视角下对光伏屋顶的设计参数进行优化,能够深化光伏系统与建筑的整合程度,优化光伏屋顶的减碳效益,对国家光伏产业的发展和节能减排工作的实施起到积极的推动作用。本文首先通过查阅相关政策、标准和法规来阐述光伏建筑一体化的意义和重要性,并对光伏产业发展现状及光伏屋顶在国内外各类建筑中的应用现状进行调研,分析光伏屋顶一体化的应用特点及其存在的问题,为开展建筑屋顶与太阳能光伏系统一体化设计策略分析与低碳导向下的优化设计研究打下坚实基础。其次,对光伏一体化的设计原则及光伏系统设计的影响因素进行分析,探讨了光伏组件的选型设计。并通过引用大量实例进行论证与分析,从三个方面提出了建筑屋顶与太阳能光伏系统一体化设计策略,包括屋顶功能与光伏系统一体化设计策略、屋顶造型与光伏系统一体化设计策略和屋顶风格表现与光伏系统一体化设计策略等。第三,探讨了低碳导向下建筑屋顶与太阳能光伏系统一体化设计优化。本研究对光伏屋顶的减碳因素进行分析,结合Design Builder模拟软件,建立分析模型,从屋顶造型因素、光伏阵列因素及光伏组件因素等方面分别进行单一变量和多变量的组合,并模拟不同设计方案的各项建筑能耗和使用阶段的碳排放总量,得出碳排放最低的情况下,单一变量的最优值和多项变量的最优组合。同时,引入碳排放敏感性指数这一概念,将不同设计策略中的单一变量和多变量组合方案对碳排放量的影响程度进行排序,清晰的指出了减碳策略的差异性。为低碳导向下光伏屋顶一体化形式及相关技术的应用提供了适宜的细部设计参数以供参考。最后,以临沂市某实验小学食堂及风雨操场设计为例,将上述研究成果应用于该项目中,根据前文的分析结果对案例建筑进行光伏屋顶一体化设计优化。并对该项目进行优化设计前后的建筑碳排放量进行模拟对比。结果表明,临沂市某实验小学食堂及风雨操场建筑屋顶与光伏系统一体化设计优化后,有效降低了室内能耗及建筑碳排放量。因此,该研究成果可对推动低碳导向下建筑屋顶与太阳能光伏系统一体化设计工作提供参考和借鉴意义。