光伏新能源技术在建筑电气节能中的应用研究

2022-11-26天津企宏腾科技有限公司王升义

电力设备管理 2022年11期

天津企宏腾科技有限公司王升义

建筑使用过程中，通常需要消耗大量电力能源，不仅需要投入大量使用成本，而且还会对环境造成较大破坏。而随着经济的不断增长，人类的思维理念出现了较大变化，逐渐对节能环保产生了更好的要求，这一背景下，建筑领域提出了建筑电气节能的理念，以降低建筑能耗的使用量，减少环境的破坏。而想要达到这一目的，则需要建筑电气节能设计时加强对光伏新能源技术的应用。现代建筑工程建设时，有效对建筑电气节能进行设计对整个工程的建设与施工具有重要意义。

一是减少电力能源的使用。随着社会的迅猛发展，建筑物当中的电力设备数量在不断增加，如空调系统、电视机、冰箱等，而这些电力设备运行时需要大量电能予以提供支持，使得电力能源消耗量巨大。且一些人对电力设备应用时缺少节约用电的意识，很容易出现能源浪费的问题，不利于现代社会更好地发展。通过建筑电气节能设计后，可加强对电力设备控制，最大程度上降低电气设备的用电量，从而减少电能的消耗量。与此同时，也可以利用其他一些能源代替电力能源，也可达到节能降耗的目的[1]。

二是加强对环境的保护。目前我国依然以煤炭发电为主，导致电力能源生产时会产生大量的有害物质，对自然环境造成巨大破坏。而当建筑电气节能后可减少对电力能源的需求量，降低煤炭资源的燃烧少，从而见识少污染物的排放量；三是建筑使用成本。建筑对电力能源需求量降低之后，将会大大降低能源方面的投入成本，使得建筑具有更高的经济效益。

1 光伏新能源技术概述

1.1 概念解释

现代社会快速发展的今天，逐渐出现了很多先进的科学技术，光伏新能源技术是较为常见的一种，被广泛建筑、电子等各个领域，为现代社会更好的发展提供帮助。该技术原理为：利用太阳能技术构建出太阳能电池组，之后利用其对太阳能进行采集，并利用相应的科学及技术予以处理，使其转变成一定的电能，然后在逆变器的处理后形成适当大小的交流电，以符合社会各界对电力能源的要求。实际应该用时，可针对环境情况合理对光伏新能源系统予以调控，日间采集太阳能并将其转化成电能，晚间则将电能释放出来，用于人的日常生活[2]。

1.2 技术特点

该技术主要存在三方面特点：实际性。城市化建设进程的不断加快，使得建筑工程数量与规模逐渐增加，为了确保这些建筑在实际当中发挥出最大的作用，需要加强电气系统的设计。而电气系统设计过程中，通常先设计出多个不同的方案，之后以此为基础，从经济、安全、节能等角度出发全面进行对比，从而选择出最佳的电气方案，以保证电气方案符合建筑电气系统的实际需求；适用性。建筑电气系统设计前，通常会对现场予以调查，根据调查结果，结合其他方面收集到的资料，设计出适用性较强的电气方案，予以提升整个电气系统的安全性；优化性。科研工作的开展，会得到更多与光伏新能源技术相关的先进技术，有效将这些先进技术融入到现有建筑电气节能系统内，可逐渐提升建筑节能性能，使得光伏技新能源技术发挥出更大的作用。

1.3 技术优势

相对于传统建筑电气节能技术来说，光伏新能源技术具有诸多优势，具体包括：

更强的环保效益。传统建筑使用时，会消耗大量煤炭、石油等自然能源，这些能源燃烧过程中将会产生大量的污染物，如有毒废气、重金属废水等，对自然环境造成严重破坏。虽然，通常传统建筑电气节能技术的应用，在一定程度上降低了自然能源的消耗量，但并不是很明显，也会对环境带来较大的破坏。而应用光伏新能源技术后，可最大程度上利用太阳能替代自然能源，太阳能使用过程中，不会产生任何污染物，从而大大降低了对环境的破坏[3]。

使用成本降低。煤炭、石油等作为一种自然资源，需要花费大量资金来购买这些自然资源，导致建筑建设、使用成本居高不下。而太阳能是一种取之不尽的能源，可以直接进行采集与使用，无需投入这些成本，只要花费一定资金采购相应设备即可。而随着科学技术的发展，光伏设备性能逐渐上升，价格不断下降，使得光伏能源使用过成本显著降低。

节能效益更加良好。建筑物光伏发电系统中，太阳能光伏板可固定在屋顶空旷处，不需要占用建筑内部的使用空间，有效降低建筑空间的占用率。与此同时，在日间与晚间，光伏设备会根据建筑的使用情况不断对发电与放电进行调节，以满足建筑物对常规电能的需求量，因而具有更高的节能效益。

1.4 光伏新能源的核心技术

选取电池板。光伏新能源系统当中，电池板是其中最古眼见的组成部分，其性能的好坏直接关系到整个光伏发电系统的运行效率。所以在建筑光伏新能源系统开发时，应针对建筑工程的需求，结合经济性、适用性等原则，选取最佳的电池板。现代社会当中，存在多种不同类型的电池板，多晶硅光伏组件是性能较为良好，需要的太阳能较少，且性价比较高的一种，因而大部分建筑工程均采用该类型电池板。

电池板列阵。选取出电池板后，若未能合理列阵也将会影响电池板对太阳能的采集，进而降低整个光伏发电系统的运行效率。所以在光伏发电系统构建时，应针对建筑特点，结合地理位置、光照时间等情况，合理对电池板列阵；太阳能辐射量计算。通过光伏阵列水平面太阳能辐射量的计算，可计推导出整个系统的发电量，具体计算公式为：EP=[sin（α+β）/sinα]×S+D。其中，EP为太阳能的辐射量，即发电量；α为中午太阳高度角；β为系统倾斜度；S为水平面太阳直接辐射量；D为散射辐射量。

2 光伏新能源技术在建筑电气节能中的具体应用

2.1 光伏屋顶

现在建筑工程领域，通常会利用光伏新能源技术构建出光伏屋顶，即在空旷的建筑屋顶上方，安装于固定各种光伏设备，通过这些设备自动采集太阳能，并通过一定的转化后，使太阳能转变成符合电力系统应用的交流电。

光伏设备安装时应选择空旷的屋顶，以保证太阳能的采集效率，若屋顶存在大量遮挡物，导致太阳光无法直接照射到光伏设备上，影响设备对太阳能的采集，从而干扰光伏设备的应用效果[4]；在整个建筑物当中，屋顶接受阳光照射的时间最多，使得屋顶可以采集到最多的太阳能，且屋面结构的不同，也会使太阳能采集量存在一定差异。其中，相对于垂直立面来说，水平与倾斜面采集的太阳能更多一些，尤其是在建设步伐不断加快的城市当中，随着及建筑物的逐渐增加，外墙遮挡问题愈加严重，若在墙体固定光伏设备，则会使得设备难以采集充足的太阳能。所以，需要选择屋顶作为光伏设备的固定场所。

光伏屋面的构建，主要是在太阳与建筑间形成过渡层，从而赋予建筑更强的保温性，减少建筑的能耗量[5]。对于多层建筑和高层建筑来说，外墙作为与太阳光接触面积最大的外表面。为合理利用墙面实现收集太阳能，可以通过应用合适的墙体构造与材料，比如与太阳能电池一体化的玻璃幕墙、透明绝热材料以及附加于墙面的集热器等等，可以实现有效的建筑能耗，实现保温；光伏新能源发电的早期，即将其应用到了建筑屋顶建设当中，经过多年的发展使得光伏屋顶技术非常的成熟与完善，因而应用得更加广泛。

2.2 光伏幕墙

现代建筑领域快速发展的今天，逐渐将光伏新能源技术应用到幕墙的建设当中，从而建设出了性能良好的光伏幕墙，即在建筑维护结构的外部，建设出相应的光伏幕墙，会直接利用光伏幕墙作为维护结构，以赋予幕墙更加良好的性能，为建筑的使用提供更大的作用。通过光伏幕墙的构建，用光电玻璃替代普通玻璃用于当代建筑幕墙中，能够为光伏光电玻璃提供较大的受光面积，又不需要额外的土地，同时还能省去光电玻璃的支撑结构，可减少对环境的破坏。

对于屋顶面积较小的建筑来说，无法构建出光伏屋顶，这时则可通过建设光伏幕墙的方式，加强对太阳能的应用；光伏幕墙具有一定的隔热功能，可减少阳光对外墙的照射，降低外界热量进入到室内，使室内环境更加舒适。但需要注意的是，光伏幕墙建设时应避免对周边环境造成影响。

2.3 光伏大棚

近年来，光伏新能源技术逐渐应用到农业建筑领域，逐渐出现了大量的光伏大棚，包括家禽养殖棚、蔬菜种植棚、水果生产鹏等多个方面，通过光伏大棚的构建，向大棚内部提供充足的电能与热能，构建出良好的大棚内部环境，为家禽、农作物、水果等的生长提供支持。与此同时，对于光伏材料来说，还具有一定的防风、防水功能，可对大风、大雨进行阻挡，防止大风、大雨对农业生产工作造成干扰。

此外，在光伏材料内添加了一定的PVB夹胶膜，该物质具有较高的紫外线吸收能力，阻隔大棚内部紫外线的进入，防止紫外线对农作物或家禽生长造成影响，为农业生产工作的开展提供支持。对于光伏大棚产出的电能来说，主要应用在三个方面，一是照明系统，用于夜晚向大棚提供充足的亮度，为农户更好地对大棚进行管理提供支持；二是灌溉系统，即为灌溉设备的运行提供电力能源，确保灌溉设备能够正常运营；三是温控系统，即根据外界环境的情况对大棚内部温度进行调节，确保大棚内部温度符合家禽、农作物的生长需求等。

3 光伏新能源技术应用的注意事项

建筑电气节能中对光伏新能源技术进行应用时，需要注意下述几个方面：

光伏发电设备的运行，需要采集充足的光源，因而在设备安装时，应确保其无遮挡物，使光照有效照射到光伏发电设备上。

大规模安装光伏发电设备时，要保证现场具有充足的场地空间，防止各设备间的碰撞，同时在设备周围采取一些配套的保护措施，加强对光伏发电设备的保护，避免硬物、雨水等对设备造成损伤。

为了使光伏发电设备能够采集到充足的阳光，需要工程所处地理位置情况，将设备调节到最佳的角度。

光伏发电设备使用时，为了确保其能够持续不断的向建筑滇西设备传输能源，应安排专业人员予定期予以检查，特别是在大风、大雨等恶劣天气时，更是要加强对光伏发电设备的检查力度，及时发现设备中出现的隐患与故障，并采取科学、合理的方式予以维修，以保证光伏发电设备的良好性。

对于光伏发电系统的总效率来说，通常与逆变器效率、光伏阵列效率与交流并网效率有关，因而在光伏发电系统构建时，应加强对系统及周边环境的监控，连接相应的防雷元件。发电时，对并网逆变器予以检测，动态采集逆变器运行数据，通过对采集数据的整理与分析，判断整个光伏发电系统运行情况，为系统参数的设置与调节提供支持。

针对建筑工程特点，采取科学、合理的方法，将其与光伏发电技术有效融合到一起，降低光伏发电设备的占地面积，使光伏发电设备发挥出最大的作用，以此减少建筑能源的消耗。