光伏新能源技術在建筑電氣節(jié)能中的應用研究

天津企宏騰科技有限公司 王升義

建筑使用過程中，通常需要消耗大量電力能源，不僅需要投入大量使用成本，而且還會對環(huán)境造成較大破壞。而隨著經濟的不斷增長，人類的思維理念出現了較大變化，逐漸對節(jié)能環(huán)保產生了更好的要求，這一背景下，建筑領域提出了建筑電氣節(jié)能的理念，以降低建筑能耗的使用量，減少環(huán)境的破壞。而想要達到這一目的，則需要建筑電氣節(jié)能設計時加強對光伏新能源技術的應用。現代建筑工程建設時，有效對建筑電氣節(jié)能進行設計對整個工程的建設與施工具有重要意義。

一是減少電力能源的使用。隨著社會的迅猛發(fā)展，建筑物當中的電力設備數量在不斷增加，如空調系統(tǒng)、電視機、冰箱等，而這些電力設備運行時需要大量電能予以提供支持，使得電力能源消耗量巨大。且一些人對電力設備應用時缺少節(jié)約用電的意識，很容易出現能源浪費的問題，不利于現代社會更好地發(fā)展。通過建筑電氣節(jié)能設計后，可加強對電力設備控制，最大程度上降低電氣設備的用電量，從而減少電能的消耗量。與此同時，也可以利用其他一些能源代替電力能源，也可達到節(jié)能降耗的目的[1]。

二是加強對環(huán)境的保護。目前我國依然以煤炭發(fā)電為主，導致電力能源生產時會產生大量的有害物質，對自然環(huán)境造成巨大破壞。而當建筑電氣節(jié)能后可減少對電力能源的需求量，降低煤炭資源的燃燒少，從而見識少污染物的排放量；三是建筑使用成本。建筑對電力能源需求量降低之后，將會大大降低能源方面的投入成本，使得建筑具有更高的經濟效益。

1 光伏新能源技術概述

1.1 概念解釋

現代社會快速發(fā)展的今天，逐漸出現了很多先進的科學技術，光伏新能源技術是較為常見的一種，被廣泛建筑、電子等各個領域，為現代社會更好的發(fā)展提供幫助。該技術原理為：利用太陽能技術構建出太陽能電池組，之后利用其對太陽能進行采集，并利用相應的科學及技術予以處理，使其轉變成一定的電能，然后在逆變器的處理后形成適當大小的交流電，以符合社會各界對電力能源的要求。實際應該用時，可針對環(huán)境情況合理對光伏新能源系統(tǒng)予以調控，日間采集太陽能并將其轉化成電能，晚間則將電能釋放出來，用于人的日常生活[2]。

1.2 技術特點

該技術主要存在三方面特點：實際性。城市化建設進程的不斷加快，使得建筑工程數量與規(guī)模逐漸增加，為了確保這些建筑在實際當中發(fā)揮出最大的作用，需要加強電氣系統(tǒng)的設計。而電氣系統(tǒng)設計過程中，通常先設計出多個不同的方案，之后以此為基礎，從經濟、安全、節(jié)能等角度出發(fā)全面進行對比，從而選擇出最佳的電氣方案，以保證電氣方案符合建筑電氣系統(tǒng)的實際需求；適用性。建筑電氣系統(tǒng)設計前，通常會對現場予以調查，根據調查結果，結合其他方面收集到的資料，設計出適用性較強的電氣方案，予以提升整個電氣系統(tǒng)的安全性；優(yōu)化性。科研工作的開展，會得到更多與光伏新能源技術相關的先進技術，有效將這些先進技術融入到現有建筑電氣節(jié)能系統(tǒng)內，可逐漸提升建筑節(jié)能性能，使得光伏技新能源技術發(fā)揮出更大的作用。

1.3 技術優(yōu)勢

相對于傳統(tǒng)建筑電氣節(jié)能技術來說，光伏新能源技術具有諸多優(yōu)勢，具體包括：

更強的環(huán)保效益。傳統(tǒng)建筑使用時，會消耗大量煤炭、石油等自然能源，這些能源燃燒過程中將會產生大量的污染物，如有毒廢氣、重金屬廢水等，對自然環(huán)境造成嚴重破壞。雖然，通常傳統(tǒng)建筑電氣節(jié)能技術的應用，在一定程度上降低了自然能源的消耗量，但并不是很明顯，也會對環(huán)境帶來較大的破壞。而應用光伏新能源技術后，可最大程度上利用太陽能替代自然能源，太陽能使用過程中，不會產生任何污染物，從而大大降低了對環(huán)境的破壞[3]。

使用成本降低。煤炭、石油等作為一種自然資源，需要花費大量資金來購買這些自然資源，導致建筑建設、使用成本居高不下。而太陽能是一種取之不盡的能源，可以直接進行采集與使用，無需投入這些成本，只要花費一定資金采購相應設備即可。而隨著科學技術的發(fā)展，光伏設備性能逐漸上升，價格不斷下降，使得光伏能源使用過成本顯著降低。

節(jié)能效益更加良好。建筑物光伏發(fā)電系統(tǒng)中，太陽能光伏板可固定在屋頂空曠處，不需要占用建筑內部的使用空間，有效降低建筑空間的占用率。與此同時，在日間與晚間，光伏設備會根據建筑的使用情況不斷對發(fā)電與放電進行調節(jié)，以滿足建筑物對常規(guī)電能的需求量，因而具有更高的節(jié)能效益。

1.4 光伏新能源的核心技術

選取電池板。光伏新能源系統(tǒng)當中，電池板是其中最古眼見的組成部分，其性能的好壞直接關系到整個光伏發(fā)電系統(tǒng)的運行效率。所以在建筑光伏新能源系統(tǒng)開發(fā)時，應針對建筑工程的需求，結合經濟性、適用性等原則，選取最佳的電池板。現代社會當中，存在多種不同類型的電池板，多晶硅光伏組件是性能較為良好，需要的太陽能較少，且性價比較高的一種，因而大部分建筑工程均采用該類型電池板。

電池板列陣。選取出電池板后，若未能合理列陣也將會影響電池板對太陽能的采集，進而降低整個光伏發(fā)電系統(tǒng)的運行效率。所以在光伏發(fā)電系統(tǒng)構建時，應針對建筑特點，結合地理位置、光照時間等情況，合理對電池板列陣；太陽能輻射量計算。通過光伏陣列水平面太陽能輻射量的計算，可計推導出整個系統(tǒng)的發(fā)電量，具體計算公式為：EP=[sin（α+β）/sinα]×S+D。其中，EP為太陽能的輻射量，即發(fā)電量；α為中午太陽高度角；β為系統(tǒng)傾斜度；S為水平面太陽直接輻射量；D為散射輻射量。

2 光伏新能源技術在建筑電氣節(jié)能中的具體應用

2.1 光伏屋頂

現在建筑工程領域，通常會利用光伏新能源技術構建出光伏屋頂，即在空曠的建筑屋頂上方，安裝于固定各種光伏設備，通過這些設備自動采集太陽能，并通過一定的轉化后，使太陽能轉變成符合電力系統(tǒng)應用的交流電。

光伏設備安裝時應選擇空曠的屋頂，以保證太陽能的采集效率，若屋頂存在大量遮擋物，導致太陽光無法直接照射到光伏設備上，影響設備對太陽能的采集，從而干擾光伏設備的應用效果[4]；在整個建筑物當中，屋頂接受陽光照射的時間最多，使得屋頂可以采集到最多的太陽能，且屋面結構的不同，也會使太陽能采集量存在一定差異。其中，相對于垂直立面來說，水平與傾斜面采集的太陽能更多一些，尤其是在建設步伐不斷加快的城市當中，隨著及建筑物的逐漸增加，外墻遮擋問題愈加嚴重，若在墻體固定光伏設備，則會使得設備難以采集充足的太陽能。所以，需要選擇屋頂作為光伏設備的固定場所。

光伏屋面的構建，主要是在太陽與建筑間形成過渡層，從而賦予建筑更強的保溫性，減少建筑的能耗量[5]。對于多層建筑和高層建筑來說，外墻作為與太陽光接觸面積最大的外表面。為合理利用墻面實現收集太陽能，可以通過應用合適的墻體構造與材料，比如與太陽能電池一體化的玻璃幕墻、透明絕熱材料以及附加于墻面的集熱器等等，可以實現有效的建筑能耗，實現保溫；光伏新能源發(fā)電的早期，即將其應用到了建筑屋頂建設當中，經過多年的發(fā)展使得光伏屋頂技術非常的成熟與完善，因而應用得更加廣泛。

2.2 光伏幕墻

現代建筑領域快速發(fā)展的今天，逐漸將光伏新能源技術應用到幕墻的建設當中，從而建設出了性能良好的光伏幕墻，即在建筑維護結構的外部，建設出相應的光伏幕墻，會直接利用光伏幕墻作為維護結構，以賦予幕墻更加良好的性能，為建筑的使用提供更大的作用。通過光伏幕墻的構建，用光電玻璃替代普通玻璃用于當代建筑幕墻中，能夠為光伏光電玻璃提供較大的受光面積，又不需要額外的土地，同時還能省去光電玻璃的支撐結構，可減少對環(huán)境的破壞。

對于屋頂面積較小的建筑來說，無法構建出光伏屋頂，這時則可通過建設光伏幕墻的方式，加強對太陽能的應用；光伏幕墻具有一定的隔熱功能，可減少陽光對外墻的照射，降低外界熱量進入到室內，使室內環(huán)境更加舒適。但需要注意的是，光伏幕墻建設時應避免對周邊環(huán)境造成影響。

2.3 光伏大棚

近年來，光伏新能源技術逐漸應用到農業(yè)建筑領域，逐漸出現了大量的光伏大棚，包括家禽養(yǎng)殖棚、蔬菜種植棚、水果生產鵬等多個方面，通過光伏大棚的構建，向大棚內部提供充足的電能與熱能，構建出良好的大棚內部環(huán)境，為家禽、農作物、水果等的生長提供支持。與此同時，對于光伏材料來說，還具有一定的防風、防水功能，可對大風、大雨進行阻擋，防止大風、大雨對農業(yè)生產工作造成干擾。

此外，在光伏材料內添加了一定的PVB夾膠膜，該物質具有較高的紫外線吸收能力，阻隔大棚內部紫外線的進入，防止紫外線對農作物或家禽生長造成影響，為農業(yè)生產工作的開展提供支持。對于光伏大棚產出的電能來說，主要應用在三個方面，一是照明系統(tǒng)，用于夜晚向大棚提供充足的亮度，為農戶更好地對大棚進行管理提供支持；二是灌溉系統(tǒng)，即為灌溉設備的運行提供電力能源，確保灌溉設備能夠正常運營；三是溫控系統(tǒng)，即根據外界環(huán)境的情況對大棚內部溫度進行調節(jié)，確保大棚內部溫度符合家禽、農作物的生長需求等。

3 光伏新能源技術應用的注意事項

建筑電氣節(jié)能中對光伏新能源技術進行應用時，需要注意下述幾個方面：

光伏發(fā)電設備的運行，需要采集充足的光源，因而在設備安裝時，應確保其無遮擋物，使光照有效照射到光伏發(fā)電設備上。

大規(guī)模安裝光伏發(fā)電設備時，要保證現場具有充足的場地空間，防止各設備間的碰撞，同時在設備周圍采取一些配套的保護措施，加強對光伏發(fā)電設備的保護，避免硬物、雨水等對設備造成損傷。

為了使光伏發(fā)電設備能夠采集到充足的陽光，需要工程所處地理位置情況，將設備調節(jié)到最佳的角度。

光伏發(fā)電設備使用時，為了確保其能夠持續(xù)不斷的向建筑滇西設備傳輸能源，應安排專業(yè)人員予定期予以檢查，特別是在大風、大雨等惡劣天氣時，更是要加強對光伏發(fā)電設備的檢查力度，及時發(fā)現設備中出現的隱患與故障，并采取科學、合理的方式予以維修，以保證光伏發(fā)電設備的良好性。

對于光伏發(fā)電系統(tǒng)的總效率來說，通常與逆變器效率、光伏陣列效率與交流并網效率有關，因而在光伏發(fā)電系統(tǒng)構建時，應加強對系統(tǒng)及周邊環(huán)境的監(jiān)控，連接相應的防雷元件。發(fā)電時，對并網逆變器予以檢測，動態(tài)采集逆變器運行數據，通過對采集數據的整理與分析，判斷整個光伏發(fā)電系統(tǒng)運行情況，為系統(tǒng)參數的設置與調節(jié)提供支持。

針對建筑工程特點，采取科學、合理的方法，將其與光伏發(fā)電技術有效融合到一起，降低光伏發(fā)電設備的占地面積，使光伏發(fā)電設備發(fā)揮出最大的作用，以此減少建筑能源的消耗。

4 結語

光伏新能源技術是現代較為先進的技術，有效將其應用到建筑電氣節(jié)能當中，可降低建筑使用成本，并提升建筑的節(jié)能環(huán)保效益，使建筑在人類日常生活即現代社會更好地發(fā)展當中發(fā)揮出更大作用，進而推動社會向著更加良好的方向發(fā)展。