光伏發電助力建筑電氣節能減排策略探究

黃夏冰

廣西壯族自治區建筑科學研究設計院 廣西 南寧 530000

光伏與建筑的結合不應僅考慮光伏裝機量，還需考慮光伏發電建材與建筑設計、城市環境風貌、區域文化元素等的關系。應利用光伏發電建材可靈活定制顏色、圖案、尺寸、形狀、結構厚度、透光度等優勢，將光伏建材產品融入建筑設計。光電建材需滿足“安全、好看、好用、耐用、經濟”五大條件，與常見光伏電站中的光伏組件相比，建筑中應用的光電建材產品要求更高。光電建材產品在滿足安全的前提下，既要滿足業主、建筑設計師對美觀、透光度、尺寸等方面的要求，又要堅固耐用，具備較強的發電能力和經濟性。但若同時滿足以上要求，難度較大。隨著我國“碳達峰”“碳中和”目標的提出，各行各業向綠色低碳轉型。建筑作為碳排放大戶，無疑成為推動“雙碳”目標實現的重要影響因素。在此背景下，建筑行業綠色轉型發展使光伏發電在建筑電氣中迎來了全新的發展機遇[1]。

1 光伏發電概述

光伏發電主要借助半導體中產生的光生伏特效應實現光電能源轉換，光伏發電系統主體結構由太陽能電池板（組件）、控制電路和逆變電路等單元構成，另有傳感器對各電路元件進行監控。太陽能電池板可采用串聯方式裝配，形成面積較大的聯合電池組件，再加上功率控制器等部件，可以構成光伏發電裝置。在項目全過程，管理人員應針對項目特點展開全面分析，在實施光伏發電項目管理工作時，應從多個角度分析，確保施工的可行性、經濟性。在項目設計工作中，管理人員應秉持著嚴謹的理念實施管理，將項目策劃工作提上日程。無論是項目設計環節，還是運行環節，都要及時執行管理工作，明確工作中存在的漏洞，并不斷完善工作。在光伏發電項目中開展項目管理，除了能夠提升信息的流通率，還可以減少不良事件的發生率。應從管理工作的質量入手，采取相應措施解決管理效率不足的問題，保證項目質量。

2 建筑電氣節能減排中光伏新能源發電助力的優勢

在我國“雙碳”目標背景下，建筑行業的節能降碳是重中之重。建筑行業必須大力發展綠色建筑，有效降低建筑能耗，使建筑從“高能耗建筑”向“低能耗建筑”“近零能耗”,甚至“產能建筑”升級，助力我國能源結構轉型及建筑行業綠色低碳發展。由此，光伏建筑一體化(BIPV)成為實現這一重大目標的關鍵路徑。

2.1 新能源的光伏發電技術特點

光伏發電技術相比于傳統的發電技術而言，其技術原理和結構簡單，建設周期較短，運行維護簡單，可應用范圍廣。光伏電站采用模塊化設計，系統擴展性強，容量可靈活調節，規模從數W到數GW，安裝簡單方便。這就代表著光伏電站基本可實現無人值守，成本較低。光伏發電在運行中不消耗常規能源，不受資源分布等條件約束，受光照強度和地形影響較小，可以使得能源使用效果能夠得到高效提升[2]。

2.2 占地面積小、安全性高且沒有污染

在建筑之中運用新能源光伏發電的方式為建筑工程提供電能，具有占地面積小、安全性高和沒有污染的應用優勢，這樣發電設備即可以被運用到建筑內外墻之中，也可有效地節省建筑使用空間，使其能夠得到綠色無污染的高效運用。這樣在實地發電的過程之中，新能源光伏發電技術將能夠得到更加高效的應用。此外，相關的建筑工程部門還需注重對建筑電氣設備以及對新能源光伏發電設備的維護和保養，使其使用壽命無限延長和滿足至少25年的質保周期，避免光伏發電技術使用中產生的各種問題，使其能夠更加安全高效的應用。

2.3 電量耗損小，提高了能源使用效率

相比于傳統的新能源光伏發電技術而言，這種技術對于電量的損耗小，可有效地提高能源的使用效率。所以將其運用到建筑電氣工程之中，可有效地滿足居民生活電能使用需求，并有效地降低電能運行的損耗問題，這可以促進建筑電氣節能減排目標的有效實現。還需對建筑電網的合理運用，對光伏發電的合理分配，使其能滿足建筑電氣工程中各個施工環節對于電氣設備的運用所需，有效地實現降低電能損耗的目標，發揮出太陽能這種可再生能源的利用價值，有效地助力建筑電氣節能減排目標的實現。

2.4 安全與可靠的供電

光伏發電企業要做好項目管理工作，降低各種質量安全問題的可能性，提高項目管理水平，保證可靠的供電。在開展建筑電氣工程建設的過程之中，運用新能源光伏發電的方式，可以為建筑提供安全與可靠的供電效果，因為多余的電量可以有效地傳輸到電網，相關的電能管理人員還可以運用控制器，對電量輸出進行有效的管理，自然就能保障電能得到高效地運用，避免其使用過程中所產生的被過度損耗，或是無法被規范化運用的問題。所以，相關的建筑工程部門應意識到新能源光伏發電的這一應用優勢，發揮出其安全與可靠的應用價值，不斷加強對建筑電氣節能減排發展的助力。

3 光伏發電在建筑電氣應用策略

在實際應用中，光伏發電設備在施工結束后無須投入較高的運行維護成本。2010年以后，國際市場上的光伏組件材料價格呈現下滑趨勢，對整個光伏項目的投資情況造成影響，使其成本逐漸降低。出于對稅金、折舊等因素的考慮，光伏發電設備能夠在使用25年后回收成本。與屋頂光伏電站相比，地面光伏電站的施工成本更高；與晶體硅光伏技術相比，薄膜光伏技術的施工成本更低。國內的光伏發電項目應充分考慮現實情況，全面分析多種因素，著眼于勘測數據，選擇可行性最強的施工方案。

3.1 加強圖紙設計與審核

設計人員應將更多注意力集中在光伏發電項目圖紙設計中，真正落實設計審核工作，需要認識到多層次審核模式帶來的積極影響，通過不同的角度進行審核管理，及時找出審核隱患，分析造成審核隱患的影響因素，制訂合理的措施解決問題，提升審核管理控制效果。光伏發電項目圖紙的設計還需注重細節，需要分析設計方案有無脫離現實情況，確保設計方案考慮了周圍環境，并提前判斷可能存在的不良問題，規避設計隱患。

3.2 主接線設計應用

在設計光伏電站的主接線時，工作人員需綜合考慮電站裝機大小、場站布置、接入系統的主要方式及電氣設備特點等。當光伏電站以35千伏或者更高的等級進行升壓時，通常其內部接線有1級或2級升壓的情況，此時，需從經濟性與技術性兩方面出發進行分析。光伏電站只需使用恰當技術，即可從外網引入電量。當光伏電站規模、占地面積較大時，電纜降壓也較大，其選取的電纜截面也較大，此時，逆變區內用電將從箱變低壓側進行接引，兩個相近的箱變可作為彼此的備用裝置。當光伏電站規模較小，占地也較小時，在其逆變區內，符合用電且使用低壓配電裝置接引即可。

3.3 防雷接地設計應用

光伏電站的防雷設計應在遵循法規、規范的前提下，根據其內部、外部情況綜合考慮，是光伏電站電氣設計的重要一環。其具體防雷設計須注意以下兩點：（1）直擊雷防護。在并網發電過程中，光伏設備如電池組件等分布十分廣泛，且高度差別較小，若設置獨立避雷裝置保護的范圍過小，大量設置又將大幅提升建設成本，不符合經濟性，且由于占位較多，易設計不當，導致出現遮蔽陽光、降低發電效率的情況。光伏陣列屬于三級防雷建筑物，可以使用金屬構架連接的方式，故可以有效連接方陣支架上的所有金屬結構、所有電池組件與接地網，通過此種連接方式實現防直擊雷。（2）感應雷防護。光伏電站中的防感應雷系統主要工作就是防止感應雷通過外界線路入侵室內設備，感應雷由靜電感應與電磁感應產生，由于其形成感應雷電壓的概率較高，故對建筑內設備威脅較大，需重點防范。感應雷主要通過以下兩個途徑侵入光伏系統：第一，由光伏系統組件方陣直流線路侵入；第二，由交流并網供電線路侵入，設計時需從以上兩點入手。在設計大型并網光伏電站電氣設計時，電站的防雷接地設計極為重要，可在箱式變電器高壓側放置避雷器，避免箱式變電站耦合過電壓問題的同時，預防感應雷導致的過電壓對光伏電站中的設備產生破壞[3]。

3.4 電纜敷設設計應用

大中型光伏電站的規模較大，其內部各區域光伏發電母線與發電模塊如采用輻式連接，可將各區域發電模塊發生故障時的損失降至最小，但卻增加了開關柜及電纜數量。采用“T”式連接，可以較大程度上節省開關柜及電纜數量。工作人員可根據具體經濟技術情況確定集電線路數量。部分建筑項目光伏電站需采用綜合的敷設方案，如電纜橋架加直埋敷設，電纜橋架可順地勢敷設，利用了地形優勢，但為保護電纜，其橋架最好采用玻璃鋼橋架或鍍鋅橋架。平地的光伏電站光伏陣列區域電纜則宜使用直埋敷設，直埋應設置于凍土之下，地面光伏電站多位于西北區域，凍土多且深，進行直埋時工程量巨大。此種情況采用耐寒電纜較為合適，在由凍土層向非凍土層敷設時加裝電纜保護管，用以保護電纜不受損害。這樣操作可以在保護電纜安全運行的同時，減少工程的經濟壓力。

3.5 光伏陣列支架設計應用

光伏支架直接決定著電氣設計的使用效率，影響光伏組件的運行安全、建設耗資及破損率。當前，大型地面光伏電站光伏支架可選用兩類：固定傾角式與逐日跟蹤式。逐日跟蹤式的效果與太陽輻射的散射輻射關系密切，散射輻射比例越大，其效果越差。但其靈活性更強，可以使光伏方陣表面按照太陽運動規律進行活動，可接收更多的光能量，提高發電量，減少光伏組件的使用量，降低工程建造成本。而固定傾角式比跟蹤式單體的經濟性更高。其組裝后組件傾角與方向不能調整，較為死板，當太陽光無法很好地照射方陣時，也無法進行活動，需布置多個、多方向。故在選擇光伏電站光伏支架，從電站自身情況考慮才能最大限度地降低工程成本，提升發電效率。如光線較好，方陣處可長時間大面積受到陽光輻射時，采用固定傾角式將合理地降低工程造價；若光線變化情況較大，方陣無法在一個方向長時間大面積接收陽光輻射時，選擇逐日跟蹤式則更有利[4]。

4 將新能源光伏發電運用到建筑電氣工程中的注意事項

當前，很多建筑師對光伏產品的印象僅停留在藍色或黑色晶硅光伏板階段，無論是色彩外觀、分格尺寸、結構厚度，還是透光度、安全性、熱工系數等方面，建筑師皆較為排斥，但品類豐富的碲化鎘光伏發電建材產品及其應用案例逐漸吸引了設計師的眼球。光伏產品要想與建筑行業及建筑師產生聯系，首先需要研發生產可滿足建筑行業要求的光伏發電建材產品；其次是光伏產品應在建筑行業展會及論壇活動中多亮相，使更多建筑師看到產品實物，了解產品的技術性能；第三，光伏產品應實現不同場景的項目應用，就其代表性項目、安裝方式、發電節能效果、經濟性等內容也需經常與建筑師交流分享，使建筑師直觀了解光電建材產品的應用效果。

（1）作為建筑工程部門的管理者和決策者，應正確地認識到新能源光伏發電技術應用的好壞，直接關乎建筑電氣節能減排的終極目標，應對整個工程部門人員進行有效的培訓，使其都能認識到新能源光伏發電技術的重要價值，以及節能減排發展的必要性，進行對光伏發電技術、節能材料和節能技術的合理運用，保障節能減排的發展目標能真正被落實到實處，促使建筑電氣節能減排發展目標更好地實現，使得建筑工程能夠得到節能環保的發展，加強對我國健康生態環境的保護[5]。

（2）應對光伏發電工作人員進行嚴格的選拔，要掌握光伏發電的核心技術，以自己的專業知識和工作經驗，合理地運用新能源光伏發電技術開展建筑工程工作，使得工程所需的電能都能夠經由光伏發電得到有效地供給，使得建筑電氣節能減排的助力效果能夠不斷提升。同時，還需加強對光伏發電工作人員，以及部門中工作人員的施工管理，使其既能對建筑工程的節能環保要求進行優化設計，嚴格地按照施工方案開展施工工作，也能夠最大程度地發揮出光伏發電的核心價值，降低建筑建設中所需運用的電能和施工成本，使其能夠將各種環保建筑設計的策略合理運用到工程建設之中，隨之不斷提高建筑電氣節能減排的發展目標。

（3）建筑工程部門應健全與完善光伏發電工作要求，落實相關的工作責任制度，避免工作人員機械化的、無安全意識的開展施工工作，不考慮施工場地和外部環境等因素，對于光伏發電技術的應用影響，盲目地運用光伏發電技術，使光伏發電技術的應用價值無法得到有效發揮的不良工作現象。而是使得所有的工作人員都能肩負起自己的工作責任，正確地制定將光伏發電技術應用到建筑工程中的施工方案，提前做好相關的文檔設計和用電方案，嚴格地按照方案進行相應的光伏發電工作，使得光伏發電工作人員能與施工人員進行有效的技術交底，也使得所有工作人員都能嚴格地按照規范化的制度要求開展工作，保障光伏發電技術能夠在建筑工程中發揮出實際價值，也使得建筑電氣能真正節能減排的發展和節能環保高效的運用，促使建筑企業持續良性發展。

5 結語

綜上，將新能源光伏發電合理地運用到建筑電氣工程之中，可有效地助力建筑電氣節能減排目標的實現。相關的建筑工程部門應正確認識到光伏發電的重要價值和優勢，將其合理地運用到建筑工程之中，以降低能源的損耗度，降低工程的環境污染，提高能源的使用效率和效果，使得我國的能源和環境都能夠得到更加高效地保護，從而促使建筑行業健康綠色的發展，為我國建筑行業和光伏行業的可持續發展目標的實現奠定堅實的基礎。