建筑電氣節能中光伏新能源技術的運用

文／陳敏利 武漢華中科大建筑規劃設計研究院有限公司 湖北武漢 430074

引言：

當前建筑工程對石化能源的需求量始終處于居高不下階段。為更好實現建筑工程節能建設目標，確保建筑行業能夠在推動地區可持續發展進程中發揮出重要作用，相關工作人員還需要注重關注光伏新能源技術的應用及推廣。結合建筑電氣節能發展方向，努力探索光伏新能源技術的路徑，確保光伏新能源技術能夠在控制建筑工程實際能耗量，實現建筑行業可持續發展目標中發揮出重要作用。

1、光伏新能源技術概念

從實質角度分析，光伏新能源技術就是光伏發電技術的一種，可以將光能轉變為電能供各領域生產經營建設所用，有效緩解石化能源緊張矛盾問題。光伏能源具備無污染、運行成本低、使用周期長等顯著優勢，實際發展速度極快。

光伏新能源系統內部包括太陽能電池、充放電控制系統以及電力負載系統。太陽能電池主要是借助光伏效應，將太陽能轉變為電能。受周圍環境因素影響，太陽能電池難以始終保持穩定的直流輸出，大部分太陽能還需要借助蓄電池儲存對外供電。充放電控制系統主要就是在控制系統蓄電池充放電期間，對充電量以及充電時間進行嚴格管控，避免蓄電池在具體運行期間經常出現損壞問題；逆變器主要是將蓄電池輸出的低壓直流電轉變為電氣所需的交流電。

在建筑電氣工程中，配合使用光伏新能源技術能夠有效提升其他不可再生能源的實際利用率，實現節能增效目標。但由于光伏新能源技術尚且處于理論與實踐的完善階段，需要結合建筑電氣工程具體運行需求進行靈活配置。

2、光伏新能源技術應用原則

光伏新能源技術是現階段新型能源技術體系，在實際應用期間需要嚴格遵循以下原則：

（1）節能原則。在建筑物工程具體實施過程中，施工單位選擇施工材料應以節能性為主要評判標準，確保光伏材料產品具備較高節能效果。采購部門需要對節能材料市場的價格波動情況進行前期分析，使選擇的光伏新能源材料能夠在增強建筑工程建設綜合效益中發揮出重要作用；

（2）控制原則。為充分發揮出光伏新能源技術在建筑電氣工程技能設計中的應用重要性，還需要采用合理方式控制工程施工用電量。具體而言，建筑工程施工周期較長，部分施工需要在夜間進行，照明系統需要長時間運行。在沒有嚴格管控照明系統用電資源的情況下，而且會導致電力資源被嚴重浪費，更會引發光污染，對施工人員人身健康造成不同程度的損害。因此在當前光伏新能源技術應用期間，還應配合使用節能照明燈具，對照明強度進行靈活調控。

3、光伏新能源在建筑電氣節能中運用的技術特點分析

（1）光伏新能源技術在建筑電氣節能施工中的供電較為穩定。光伏新能源技術的應用是建筑電氣系統沿用能源結構發生轉變。在供電高峰期應用光伏新能源技術，可以靈活調整供電峰值，從根本上提高供電效率，進一步緩解供電壓力，保障建筑電氣系統運行期間的安全可靠性，滿足各領域生產經營期間的用電要求。

（2）光伏新能源技術的能源清潔性較強。光伏新能源技術主要是利用太陽能發電。在具體應用期間需要始終保持良好的采光條件以及較高的能源發電力。由于光伏發電期間不必消耗任何石化能源，在應用時也不會產生二氧化硫、二氧化碳的污染性氣體，具有顯著的清潔效益，在推動生態文明社會建設進程中發揮出了重要作用。

光伏新能源技術在建筑電氣節能中的應用效率更高。通過將光伏新能源發電系統與建筑電氣系統并網設置，可以切實滿足大眾基本生活需求，從根本上提升建筑電氣系統能源實際利用水平，避免在能源傳輸及應用期間出現大量損耗問題，從根本上提升光伏新能源建筑電氣節能系統綜合運行水平。

在建筑電氣節能中應用光伏新能源技術，工作人員需要著重關注太陽能電池板的選擇。太陽能電池板是光伏新能源系統重要組成部分，太陽能電池板運行水平可直接影響到太陽能資源實際利用率。現階段電池板可以分為有晶硅電池板、無晶硅電池板2種類型。在電池板實際應用過程中，需要結合建設工程實際運行要求，選擇適宜的電池板結構。晶硅太陽能電池板是太陽能光伏發電系統中的常見電池的結構。單晶硅電池轉化效率通常為14%～18%，多晶體轉化效率為11%～16%；非晶硅太陽能電池可實現大范圍生產及安裝，但電能轉換效率較低，始終維持在6%～10%的轉化效率，低于晶硅太陽能電池。隨非晶硅太陽能電池使用時間的延長，其光電效率會逐步衰減，運行期間的穩定性始終處于有待提升階段。

要求合理設置太陽能光伏電池板陣列以及傾斜角度。在太陽能電池板接受太陽能光照范圍及光照強度的情況下，應合理設置陣列方式以及傾斜角度，著重考慮建筑遮擋，對光電轉化的影響。太陽能電池安裝過程中，需要合理設置光照時間，確保設備能夠最大限度接受太陽光輻射量，實現對太陽能的充分利用。陣列傾斜角度也可影響到轉化效率，因此需要在安裝時嚴格計算太陽能輻射變化，在太陽能資源進行合理應用。在設計陣列傾斜角度過程中，也需要對角度值進行嚴格計算。

4、傳統建筑電氣節能設計存在的問題

4.1 照明設計問題

在建筑電氣工程運行期間，節能降耗目標的實現需要體現在建筑施工用電量控制方面。通過在照明節能系統建筑工程施工過程中，控制電力資源實際消耗量。但由于部分企業僅關注施工質量及效率，沒有重點關注建筑照明系統設計工作，導致建筑工程節能效果始終處于有待提升階段。因沒有做好窗戶設計工作，導致建筑工程整體透光度不足，在白天也需要打開照明設施。建筑內部照明設施沒有使用節能設備，各類電器的功率較大，實際能耗量更高。

因此在現有建筑設計期間，需設置合理層建筑工程墻窗面積比，建筑室內空間始終處于良好的照明狀態。窗墻面積比需要控制在0.2～0.5之間，并在具體設計時著重分析建筑工程所在區域的太陽輻射量、陽光射入角度以及季風方向。窗墻面積比也與采暖空調的能耗量密切相關，可以通過適當縮小面積比例，降低空調實際能耗量。著重提升門窗結構的氣密性，采用具備良好密封效果的密封條，避免室外冷空氣進入室內。控制玻璃輻射通過率，在玻璃表面敷設具有反射功能的鍍膜。根據太陽光照高度及角度選擇適宜的門窗遮陽手段，控制陽光直射進入室內。

4.2 監控設備不合理

現階段大眾對建筑工程運營期間的安全性也提出了更高要求，要求建筑內電氣設備應始終處于安全可靠的運行范圍內。建筑內部安裝了許多具備監控功能的電氣系統，磁吸電器系統需要長時間運營，實際耗電量最大。由于沒有合理設置監控位置，導致建筑電能支出增長，在后期運維期間的成本浪費較為嚴重。

在現有建筑節能電氣設備應用過程中，借助計算機，對各施工數據進行詳細分析，從根本上提升施工數據計算的精準度。結合建設工程自體運行要求，合理安裝監控設備，進一步擴大監控內電氣設備的監控覆蓋面。

建筑工程內節能技術升級工作應當嚴格遵循以人為本原則，通過設置精密的控制電氣開關，從根本上提升電氣工程施工及后期運營期間的安全效應。

通過將先進的監測管理技術及聯網技術結合在一起，配合 GPS精準定位設施，使節能聯合方式的積極作用能夠被充分發揮出來。在具體施工期間應用節能技術的應用能夠最大限度減少人力及物力資源的浪費量，實現遠程控制目標，降低施工全過程質量問題及安全事故發生幾率。

4.3 通風設計不合理

建筑工程中不合理的通風設計也會導致建筑用電量增加，建筑能源消耗量進一步增長。現有大眾對暖通空調系統運行要求更高，需要在原暖通系統結構基礎上進行不斷優化，從根本上提高建筑工程通風設計水平。

建筑工程制冷與采暖的負荷計算工作更為復雜，需要嚴格遵照國家及有關部門頒布的暖通設計規范，使室內溫度始終控制在設計范圍之內。通常情況下，建筑工程設計溫度需在12～15℃之間，應當將空調溫度控制在26～27℃。不同種類建筑工程或生產空間對溫度的要求不同，因此需要做好暖通運行負荷計算工作，確保后期工業生產質量能夠得到有效管控。

暖通系統中的冷熱源機組數量應保持在合理范圍之內。在暖通系統運行負荷高峰段，機組極易在長期高負荷運轉的情況下出現故障問題，需合理增加冷熱源機組數量，確保每臺機組承受的負荷壓力均處于合理范圍之內。為滿足經濟利益最大化的目標，冷熱源機組數量也不宜過多，增強后期系統運維期工作的可行性與便捷度，控制系統運行時的資源消耗量。

保障建筑工程內部環境通風性能良好，也是暖通的重要功能之一。在建筑工程通風設計過程中，需要細致分析工種類別、流程轉換、建筑工程布置要求，選擇適宜的控制通風方式。具體來說，同一工種的建筑工程可以選用全室通風方式，保障通風效果，控制資源消耗量；不同工種建筑工程需要分析建筑工程內散熱情況、污染情況，做好排風除塵工作，縮小因通風導致的污染蔓延范圍。在建筑工程對散熱要求較低的情況下，可以在屋頂處安裝自然采光及通風設施，結合熱流上升作用，最大限度控制動力消耗量。

5、光伏新能源技術在建筑電氣節能設計中的應用意義

5.1 環保效益顯著

通過將光伏新能源技術應用在建筑電氣節能設計工作中，能夠切實保障建筑工程整體工作效益。現階段社會逐漸趨向于生態文明化建設，大眾逐步認識到保護生態環境的重要性。國家及有關部門也針對建筑電氣系統建設與運行環節制定出了專項管控對策，最大限度控制能源污染問題。光伏新能源系統在實際運行期間以太陽能為主，而太陽能不會在發電時產生污染氣體和污染物質，實際環保效益更為顯著，能夠在推動建筑綠色節能發展中發揮出重要作用。

5.2 運營成本較低

太陽能資源具有可再生性特征，并可始終保持持續供應。我國土地面積大，通過合理設置太陽能光伏系統，就可以將大量的太陽能轉變為供建筑電氣系統正常運行的電力資源。利用光伏材料，對能源進行高質高效轉化。將光伏材料應用在屋頂或者建筑墻體外側，在最大限度收集太陽能基礎上，增強建筑整體美觀性。

5.3 節能效果良好

光伏新能源發電系統可以安裝于建筑結構的屋面及外墻處，不會占據有限的建筑內部空間。在建筑電氣系統實際運行過程中，普通居民用電量較少，通過合理設計光伏新能源系統，太陽能轉化成的電能完全可供日常生活所需。同時，光伏發電中的蓄能電池也可以在夜間將白天轉換成的太陽能電力資源持續供給，最大限度控制了電網運輸期間的耗能量。

5.4 供電安全可得根本上保障

供電安全可直接影響到建筑電氣系統運行效果，與大眾生產生活質量息息相關。如沒有加強供電安全管控力度，電氣系統經常出現故障問題，將會嚴重影響到期間經濟效益，導致實際運營成本被嚴重浪費。而使用光伏新能源技術，故障發生幾率較低，因此可以從根本上保障供電的安全性。但為將光伏發電系統故障問題發生幾率控制在最低范圍之內，相關部門還需要注重電氣社會運營工作，制定出專項可行的運維技術方案。

做好電氣設備預防性維護，在保障設備運行安全的同時，采用預防性設備維護理念，將維護工作前置化。配合使用先進檢測技術，對設備運行狀態進行實時檢測。定期對最容易出現故障問題的設備及零部件進行檢修，將電氣設備故障問題控制在最低范圍之內，切實保障電力系統運行水平。

光伏發電設備運行過程中，嚴重設備故障問題通常是由小故障問題累積形成。設備故障問題發生前的運行狀態會發生變化，運行參數數值與標準狀態也會存在一定差距。因此為從根本上保障電氣設備運維水平，使電力資源能夠實現平穩供應目標，工作人員還需要做好電氣設備狀態維護工作。對設備運行狀態及運行標準參數進行對比分析。力爭及時發現設備故障預兆，并對設備狀態發生情況進行預先處理，避免更為嚴重的故障問題出現，影響到變電站電力資源傳輸水平。

6、光伏新能源技術在建筑電氣節能設計中的有效運用

6.1 光伏屋頂

光伏屋頂是較為常見的光伏新能源技術。當前建筑工程整體趨向于智能化、綠色化方向發展。在許多工程建設工作開展期間均使用了光伏屋頂結構，通過將光伏新能源設施安裝在屋頂處，擴大太陽能采集覆蓋面，避免太陽能光伏設備受到風力因素影響。由于光伏設備與屋頂結構有機融為一體，也有效減少了屋頂施工期間的材料用量，具備更為顯著的經濟效益。

在現有工程建設期間，屋頂是建筑外立面空閑面積最大的區域，因此具備良好的光伏新能源發電設備安裝條件。在建筑物外表面處，屋頂同樣也是吸收太陽能輻射最多的區域。屋頂水平面或斜面獲得的太陽能輻射量遠遠超過建筑垂直立面獲得的輻射量。現階段城市化發展進程日漸加快，城市內部建筑物密度更高，許多建筑物外墻遮擋較為嚴重，并不適用于安裝光伏發電系統，光伏發電效率始終處于有待提升階段。

通過分析現有建筑工程觀賞價值，通過在屋頂安裝光伏新能源發電設施，對城市景觀建設的影響較小，并可實現大規模安裝目標。雖然獨立光伏建筑立面能夠獲得較好的發展效果，但在城市大規模使用過程中，勢必會影響到建筑物整體風格。針對已經建成的城區，在屋頂進行光伏新能源改造工作的優勢更為顯著。同時，外墻光伏電池的反射光如沒有進行嚴格處理，也會出現光污染問題。

在屋面安裝光伏系統，可以在陽光及建筑物之間增加一個過渡層，從根本上提高建筑物整體的保溫隔熱性能，有效控制建筑物整體能耗壓。

現有太陽能屋頂施工技術最為成熟，安裝及維護效率能夠得到根本性保障，實際建設成本較低，具有十分顯著的推廣價值。

6.2 光伏幕墻

光伏幕墻結構主要就是在建筑圍護結構外表面設置光伏發電系統。或將光伏發電材料直接取代建筑幕墻結構。通過建設光伏幕墻，能夠代替傳統光伏材料，減少建筑工程運行時間的能耗量。修建太陽能墻面能夠阻斷外界噪聲，改善大眾生活質量。同時，光伏材料也可以控制墻體自身溫度，遮擋太陽光，過濾熱量，使建筑的室內溫度始終處于恒溫狀態。

值得注意的是，在光伏幕墻系統設計運行過程中，需要著重分析建筑工程所在地區太陽能輻射特征、周邊環境溫度特征等因素，制定出更為可靠的光伏幕墻系統設計方案，確保光伏幕墻結構能夠在實現建設工程節能增效目標中發揮出重要作用。

6.3 光伏大棚

現有光伏大棚主要應用在農產品培養過程中，如花卉養殖、林業生產、果樹生產等方面。由于植被對光照、溫度的要求更高，通過借助光伏大棚結構，可進一步延長光照時間。先進光伏材料也具備更為良好的防風及防水效果。如光伏大棚中的PVB夾膠膜可以吸收多余紫外線，殺滅害蟲，從根本上提高農作物產量，增強農產品生產質量和安全。

在農業大棚制造期間使用光伏技術，主要就是將光伏發電系統安裝在大棚處，確保大棚具備太陽能發電功能，屬于綜合性較強的農業開發模式。經實際調查研究發現，我國光伏大棚、日光溫室等建筑面積逐步擴大，從根本上提升農產品生產質量的效率意義更大。

借助光能發電設備可以滿足農作物生產期間的灌溉設施、補光燈、照明設施等專業資源供應需求，最大限度節約土地資源。在農業大棚建設時會存在保溫及升溫的情況，夏季許多農作物生長會受不利影響，因此可以借助光伏技術，有效隔絕夏季較多的紅外線，防止過高溫度使植物生長受不利影響。

結語：

總而言之，當前建筑電氣工程運行期間的消耗量依然在全國總消耗量中占據巨大比重。為在保障電氣工程安全高效運行的前提下控制資源消耗量，相關管理部門需要積極推廣光伏新能源技術。結合建筑電氣工程具體節能要求以及原有節能設計中存在的各類問題，不斷優化工程設計方案內容。現有國內光伏新能源技術體系較為成熟，但與發達國家相比依然存在一定差距，需要不斷積累光伏新能源技術應用經驗，切實優化建筑能源結構，促進建筑工程可持續發展。