光伏发电助力建筑电气节能减排策略探究

黄夏冰

广西壮族自治区建筑科学研究设计院 广西 南宁 530000

光伏与建筑的结合不应仅考虑光伏装机量，还需考虑光伏发电建材与建筑设计、城市环境风貌、区域文化元素等的关系。应利用光伏发电建材可灵活定制颜色、图案、尺寸、形状、结构厚度、透光度等优势，将光伏建材产品融入建筑设计。光电建材需满足“安全、好看、好用、耐用、经济”五大条件，与常见光伏电站中的光伏组件相比，建筑中应用的光电建材产品要求更高。光电建材产品在满足安全的前提下，既要满足业主、建筑设计师对美观、透光度、尺寸等方面的要求，又要坚固耐用，具备较强的发电能力和经济性。但若同时满足以上要求，难度较大。随着我国“碳达峰”“碳中和”目标的提出，各行各业向绿色低碳转型。建筑作为碳排放大户，无疑成为推动“双碳”目标实现的重要影响因素。在此背景下，建筑行业绿色转型发展使光伏发电在建筑电气中迎来了全新的发展机遇[1]。

1 光伏发电概述

光伏发电主要借助半导体中产生的光生伏特效应实现光电能源转换，光伏发电系统主体结构由太阳能电池板（组件）、控制电路和逆变电路等单元构成，另有传感器对各电路元件进行监控。太阳能电池板可采用串联方式装配，形成面积较大的联合电池组件，再加上功率控制器等部件，可以构成光伏发电装置。在项目全过程，管理人员应针对项目特点展开全面分析，在实施光伏发电项目管理工作时，应从多个角度分析，确保施工的可行性、经济性。在项目设计工作中，管理人员应秉持着严谨的理念实施管理，将项目策划工作提上日程。无论是项目设计环节，还是运行环节，都要及时执行管理工作，明确工作中存在的漏洞，并不断完善工作。在光伏发电项目中开展项目管理，除了能够提升信息的流通率，还可以减少不良事件的发生率。应从管理工作的质量入手，采取相应措施解决管理效率不足的问题，保证项目质量。

2 建筑电气节能减排中光伏新能源发电助力的优势

在我国“双碳”目标背景下，建筑行业的节能降碳是重中之重。建筑行业必须大力发展绿色建筑，有效降低建筑能耗，使建筑从“高能耗建筑”向“低能耗建筑”“近零能耗”,甚至“产能建筑”升级，助力我国能源结构转型及建筑行业绿色低碳发展。由此，光伏建筑一体化(BIPV)成为实现这一重大目标的关键路径。

2.1 新能源的光伏发电技术特点

光伏发电技术相比于传统的发电技术而言，其技术原理和结构简单，建设周期较短，运行维护简单，可应用范围广。光伏电站采用模块化设计，系统扩展性强，容量可灵活调节，规模从数W到数GW，安装简单方便。这就代表着光伏电站基本可实现无人值守，成本较低。光伏发电在运行中不消耗常规能源，不受资源分布等条件约束，受光照强度和地形影响较小，可以使得能源使用效果能够得到高效提升[2]。

2.2 占地面积小、安全性高且没有污染

在建筑之中运用新能源光伏发电的方式为建筑工程提供电能，具有占地面积小、安全性高和没有污染的应用优势，这样发电设备即可以被运用到建筑内外墙之中，也可有效地节省建筑使用空间，使其能够得到绿色无污染的高效运用。这样在实地发电的过程之中，新能源光伏发电技术将能够得到更加高效的应用。此外，相关的建筑工程部门还需注重对建筑电气设备以及对新能源光伏发电设备的维护和保养，使其使用寿命无限延长和满足至少25年的质保周期，避免光伏发电技术使用中产生的各种问题，使其能够更加安全高效的应用。

2.3 电量耗损小，提高了能源使用效率

相比于传统的新能源光伏发电技术而言，这种技术对于电量的损耗小，可有效地提高能源的使用效率。所以将其运用到建筑电气工程之中，可有效地满足居民生活电能使用需求，并有效地降低电能运行的损耗问题，这可以促进建筑电气节能减排目标的有效实现。还需对建筑电网的合理运用，对光伏发电的合理分配，使其能满足建筑电气工程中各个施工环节对于电气设备的运用所需，有效地实现降低电能损耗的目标，发挥出太阳能这种可再生能源的利用价值，有效地助力建筑电气节能减排目标的实现。

2.4 安全与可靠的供电

光伏发电企业要做好项目管理工作，降低各种质量安全问题的可能性，提高项目管理水平，保证可靠的供电。在开展建筑电气工程建设的过程之中，运用新能源光伏发电的方式，可以为建筑提供安全与可靠的供电效果，因为多余的电量可以有效地传输到电网，相关的电能管理人员还可以运用控制器，对电量输出进行有效的管理，自然就能保障电能得到高效地运用，避免其使用过程中所产生的被过度损耗，或是无法被规范化运用的问题。所以，相关的建筑工程部门应意识到新能源光伏发电的这一应用优势，发挥出其安全与可靠的应用价值，不断加强对建筑电气节能减排发展的助力。

3 光伏发电在建筑电气应用策略

在实际应用中，光伏发电设备在施工结束后无须投入较高的运行维护成本。2010年以后，国际市场上的光伏组件材料价格呈现下滑趋势，对整个光伏项目的投资情况造成影响，使其成本逐渐降低。出于对税金、折旧等因素的考虑，光伏发电设备能够在使用25年后回收成本。与屋顶光伏电站相比，地面光伏电站的施工成本更高；与晶体硅光伏技术相比，薄膜光伏技术的施工成本更低。国内的光伏发电项目应充分考虑现实情况，全面分析多种因素，着眼于勘测数据，选择可行性最强的施工方案。

3.1 加强图纸设计与审核

设计人员应将更多注意力集中在光伏发电项目图纸设计中，真正落实设计审核工作，需要认识到多层次审核模式带来的积极影响，通过不同的角度进行审核管理，及时找出审核隐患，分析造成审核隐患的影响因素，制订合理的措施解决问题，提升审核管理控制效果。光伏发电项目图纸的设计还需注重细节，需要分析设计方案有无脱离现实情况，确保设计方案考虑了周围环境，并提前判断可能存在的不良问题，规避设计隐患。

3.2 主接线设计应用

在设计光伏电站的主接线时，工作人员需综合考虑电站装机大小、场站布置、接入系统的主要方式及电气设备特点等。当光伏电站以35千伏或者更高的等级进行升压时，通常其内部接线有1级或2级升压的情况，此时，需从经济性与技术性两方面出发进行分析。光伏电站只需使用恰当技术，即可从外网引入电量。当光伏电站规模、占地面积较大时，电缆降压也较大，其选取的电缆截面也较大，此时，逆变区内用电将从箱变低压侧进行接引，两个相近的箱变可作为彼此的备用装置。当光伏电站规模较小，占地也较小时，在其逆变区内，符合用电且使用低压配电装置接引即可。

3.3 防雷接地设计应用

光伏电站的防雷设计应在遵循法规、规范的前提下，根据其内部、外部情况综合考虑，是光伏电站电气设计的重要一环。其具体防雷设计须注意以下两点：（1）直击雷防护。在并网发电过程中，光伏设备如电池组件等分布十分广泛，且高度差别较小，若设置独立避雷装置保护的范围过小，大量设置又将大幅提升建设成本，不符合经济性，且由于占位较多，易设计不当，导致出现遮蔽阳光、降低发电效率的情况。光伏阵列属于三级防雷建筑物，可以使用金属构架连接的方式，故可以有效连接方阵支架上的所有金属结构、所有电池组件与接地网，通过此种连接方式实现防直击雷。（2）感应雷防护。光伏电站中的防感应雷系统主要工作就是防止感应雷通过外界线路入侵室内设备，感应雷由静电感应与电磁感应产生，由于其形成感应雷电压的概率较高，故对建筑内设备威胁较大，需重点防范。感应雷主要通过以下两个途径侵入光伏系统：第一，由光伏系统组件方阵直流线路侵入；第二，由交流并网供电线路侵入，设计时需从以上两点入手。在设计大型并网光伏电站电气设计时，电站的防雷接地设计极为重要，可在箱式变电器高压侧放置避雷器，避免箱式变电站耦合过电压问题的同时，预防感应雷导致的过电压对光伏电站中的设备产生破坏[3]。

3.4 电缆敷设设计应用

大中型光伏电站的规模较大，其内部各区域光伏发电母线与发电模块如采用辐式连接，可将各区域发电模块发生故障时的损失降至最小，但却增加了开关柜及电缆数量。采用“T”式连接，可以较大程度上节省开关柜及电缆数量。工作人员可根据具体经济技术情况确定集电线路数量。部分建筑项目光伏电站需采用综合的敷设方案，如电缆桥架加直埋敷设，电缆桥架可顺地势敷设，利用了地形优势，但为保护电缆，其桥架最好采用玻璃钢桥架或镀锌桥架。平地的光伏电站光伏阵列区域电缆则宜使用直埋敷设，直埋应设置于冻土之下，地面光伏电站多位于西北区域，冻土多且深，进行直埋时工程量巨大。此种情况采用耐寒电缆较为合适，在由冻土层向非冻土层敷设时加装电缆保护管，用以保护电缆不受损害。这样操作可以在保护电缆安全运行的同时，减少工程的经济压力。

3.5 光伏阵列支架设计应用

光伏支架直接决定着电气设计的使用效率，影响光伏组件的运行安全、建设耗资及破损率。当前，大型地面光伏电站光伏支架可选用两类：固定倾角式与逐日跟踪式。逐日跟踪式的效果与太阳辐射的散射辐射关系密切，散射辐射比例越大，其效果越差。但其灵活性更强，可以使光伏方阵表面按照太阳运动规律进行活动，可接收更多的光能量，提高发电量，减少光伏组件的使用量，降低工程建造成本。而固定倾角式比跟踪式单体的经济性更高。其组装后组件倾角与方向不能调整，较为死板，当太阳光无法很好地照射方阵时，也无法进行活动，需布置多个、多方向。故在选择光伏电站光伏支架，从电站自身情况考虑才能最大限度地降低工程成本，提升发电效率。如光线较好，方阵处可长时间大面积受到阳光辐射时，采用固定倾角式将合理地降低工程造价；若光线变化情况较大，方阵无法在一个方向长时间大面积接收阳光辐射时，选择逐日跟踪式则更有利[4]。

4 将新能源光伏发电运用到建筑电气工程中的注意事项

当前，很多建筑师对光伏产品的印象仅停留在蓝色或黑色晶硅光伏板阶段，无论是色彩外观、分格尺寸、结构厚度，还是透光度、安全性、热工系数等方面，建筑师皆较为排斥，但品类丰富的碲化镉光伏发电建材产品及其应用案例逐渐吸引了设计师的眼球。光伏产品要想与建筑行业及建筑师产生联系，首先需要研发生产可满足建筑行业要求的光伏发电建材产品；其次是光伏产品应在建筑行业展会及论坛活动中多亮相，使更多建筑师看到产品实物，了解产品的技术性能；第三，光伏产品应实现不同场景的项目应用，就其代表性项目、安装方式、发电节能效果、经济性等内容也需经常与建筑师交流分享，使建筑师直观了解光电建材产品的应用效果。

（1）作为建筑工程部门的管理者和决策者，应正确地认识到新能源光伏发电技术应用的好坏，直接关乎建筑电气节能减排的终极目标，应对整个工程部门人员进行有效的培训，使其都能认识到新能源光伏发电技术的重要价值，以及节能减排发展的必要性，进行对光伏发电技术、节能材料和节能技术的合理运用，保障节能减排的发展目标能真正被落实到实处，促使建筑电气节能减排发展目标更好地实现，使得建筑工程能够得到节能环保的发展，加强对我国健康生态环境的保护[5]。

（2）应对光伏发电工作人员进行严格的选拔，要掌握光伏发电的核心技术，以自己的专业知识和工作经验，合理地运用新能源光伏发电技术开展建筑工程工作，使得工程所需的电能都能够经由光伏发电得到有效地供给，使得建筑电气节能减排的助力效果能够不断提升。同时，还需加强对光伏发电工作人员，以及部门中工作人员的施工管理，使其既能对建筑工程的节能环保要求进行优化设计，严格地按照施工方案开展施工工作，也能够最大程度地发挥出光伏发电的核心价值，降低建筑建设中所需运用的电能和施工成本，使其能够将各种环保建筑设计的策略合理运用到工程建设之中，随之不断提高建筑电气节能减排的发展目标。

（3）建筑工程部门应健全与完善光伏发电工作要求，落实相关的工作责任制度，避免工作人员机械化的、无安全意识的开展施工工作，不考虑施工场地和外部环境等因素，对于光伏发电技术的应用影响，盲目地运用光伏发电技术，使光伏发电技术的应用价值无法得到有效发挥的不良工作现象。而是使得所有的工作人员都能肩负起自己的工作责任，正确地制定将光伏发电技术应用到建筑工程中的施工方案，提前做好相关的文档设计和用电方案，严格地按照方案进行相应的光伏发电工作，使得光伏发电工作人员能与施工人员进行有效的技术交底，也使得所有工作人员都能严格地按照规范化的制度要求开展工作，保障光伏发电技术能够在建筑工程中发挥出实际价值，也使得建筑电气能真正节能减排的发展和节能环保高效的运用，促使建筑企业持续良性发展。

5 结语

综上，将新能源光伏发电合理地运用到建筑电气工程之中，可有效地助力建筑电气节能减排目标的实现。相关的建筑工程部门应正确认识到光伏发电的重要价值和优势，将其合理地运用到建筑工程之中，以降低能源的损耗度，降低工程的环境污染，提高能源的使用效率和效果，使得我国的能源和环境都能够得到更加高效地保护，从而促使建筑行业健康绿色的发展，为我国建筑行业和光伏行业的可持续发展目标的实现奠定坚实的基础。