光伏新能源技術(shù)在建筑電氣節(jié)能中的應(yīng)用

毛曉娟

蘭州石化職業(yè)技術(shù)大學(xué)，甘肅蘭州，730000

0 引言

隨著全球?qū)Νh(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的關(guān)注度不斷提高，新能源技術(shù)的應(yīng)用變得越來越重要。在建筑行業(yè)，電氣節(jié)能是減少能源消耗和碳排放的重要手段之一。因此，將光伏新能源技術(shù)應(yīng)用于建筑電氣節(jié)能中具有重要的研究意義。

第一，全球能源需求不斷增長，傳統(tǒng)的化石能源供應(yīng)面臨壓力。同時，能源的過度消耗也會造成空氣污染，從而影響氣候變化，因此，尋找可再生能源替代化石能源迫在眉睫。

第二，建筑領(lǐng)域中的能源消耗是全領(lǐng)域中能源消耗的重要領(lǐng)域之一。根據(jù)國際能源機構(gòu)的數(shù)據(jù)，建筑領(lǐng)域的能源消耗占全球總能源消耗的30%以上。因此，在建筑行業(yè)應(yīng)用光伏新能源電氣節(jié)能技術(shù)具有重要的節(jié)能潛力。

第三，光伏新能源技術(shù)作為一種可再生能源技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。光伏發(fā)電系統(tǒng)可以減少對傳統(tǒng)能源的依賴，提高能源獨立性，降低能源供應(yīng)的風(fēng)險。光伏發(fā)電系統(tǒng)的壽命通常在25年以上，在使用過程中不需要維護成本，具有較長的經(jīng)濟壽命。

綜上所述，將光伏新能源技術(shù)應(yīng)用于建筑電氣節(jié)能中具有重要的研究背景和應(yīng)用前景。通過研究和應(yīng)用光伏新能源技術(shù)，可以提高建筑的能源效率，減少能源消耗和碳排放，促進可持續(xù)發(fā)展。

1 研究目的和意義

將光伏新能源技術(shù)應(yīng)用于建筑電氣節(jié)能具有重要的研究目的和意義，主要包括以下幾個方面。

①節(jié)能減排：建筑領(lǐng)域是能源消耗的重要領(lǐng)域之一，通過應(yīng)用光伏新能源技術(shù)可以減少對傳統(tǒng)能源的依賴，降低建筑的能耗和碳排放，實現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。

②可持續(xù)發(fā)展：光伏新能源技術(shù)是一種可再生能源技術(shù)，具有無污染、可再生、分布式等優(yōu)點，可以促進可持續(xù)發(fā)展，減緩能源危機和環(huán)境污染問題。

③提高建筑效益：應(yīng)用光伏新能源技術(shù)可以減少能源的浪費，降低能源成本，從而提高建筑的經(jīng)濟效益。

④推動技術(shù)創(chuàng)新：光伏新能源技術(shù)在建筑電氣節(jié)能中的應(yīng)用需要涉及多個領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新，如光伏材料、光伏電池、光伏系統(tǒng)集成等，可以推動相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新。

⑤提升社會形象：應(yīng)用光伏新能源技術(shù)可以提升建筑的社會形象，展示企業(yè)或機構(gòu)對環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的承諾，增強社會責(zé)任感。

首先，本文介紹了光伏新能源技術(shù)的定義、原理和發(fā)展歷程，以及其在建筑電氣節(jié)能中的優(yōu)勢和局限性。其次，文章分析了光伏新能源技術(shù)與建筑電氣系統(tǒng)更好地集成需要考慮的問題。接下來，本文詳細(xì)闡述了光伏新能源技術(shù)在建筑電氣節(jié)能中的應(yīng)用，包括屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)、光伏幕墻、光伏路燈、光伏電梯、光伏空調(diào)、光伏儲能系統(tǒng)等方面。最后，通過對實際案例的分析，本文進一步驗證了光伏新能源技術(shù)在建筑電氣節(jié)能中的有效性和實用性。同時，對光伏新能源技術(shù)在建筑電氣節(jié)能中的未來發(fā)展進行了展望。

2 光伏新能源技術(shù)概述

2.1 光伏新能源技術(shù)的定義和原理

光伏新能源技術(shù)是指利用太陽能轉(zhuǎn)化為電能的技術(shù)，它是一種可再生能源技術(shù)，具有無污染、可持續(xù)、分布式等優(yōu)點，光伏新能源技術(shù)的核心是光伏電池，它是一種能夠?qū)⑻柲苤苯愚D(zhuǎn)化為電能的半導(dǎo)體器件。其工作原理基于半導(dǎo)體材料的光電效應(yīng)，當(dāng)太陽光照射到半導(dǎo)體材料上時，光子的能量可以被半導(dǎo)體材料吸收，使得半導(dǎo)體材料中的電子獲得足夠的能量而發(fā)生躍遷，從價帶躍遷至導(dǎo)帶，從而形成自由電子和空穴。在半導(dǎo)體材料內(nèi)部，自由電子和空穴會在電場的作用下，分別向半導(dǎo)體材料的兩端移動，從而形成電流。光伏新能源技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，包括分布式發(fā)電、集中式發(fā)電、光伏建筑一體化等。其中，分布式發(fā)電是指將光伏電池安裝在建筑物屋頂或其他場所，通過逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，供應(yīng)給建筑物內(nèi)部使用。

2.2 光伏新能源技術(shù)的發(fā)展歷程

1839年，法國科學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了半導(dǎo)體材料的光電效應(yīng)，這為光伏電池的發(fā)明奠定了基礎(chǔ)。1954年，美國貝爾實驗室成功研制出第一塊實用的單晶硅光伏電池，效率為4%左右。20世紀(jì)70年代，隨著石油危機的爆發(fā)，人們開始重視可再生能源的開發(fā)和利用，光伏新能源技術(shù)得到了快速發(fā)展。20世紀(jì)80年代，光伏電池的效率不斷提高，成本不斷降低，逐漸開始實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用[1]。21世紀(jì)初，隨著全球?qū)稍偕茉吹男枨蟛粩嘣黾樱夥履茉醇夹g(shù)得到了更廣泛的應(yīng)用，成為全球最重要的可再生能源之一。

總的來說，光伏新能源技術(shù)的發(fā)展歷程是一個不斷創(chuàng)新和進步的過程，隨著技術(shù)的不斷提高和成本的不斷降低，光伏新能源技術(shù)將會在未來的能源發(fā)展中發(fā)揮更加重要的作用。

2.3 光伏新能源技術(shù)的優(yōu)勢和局限性

光伏新能源技術(shù)具有以下優(yōu)勢：太陽能是一種可再生能源，應(yīng)用光伏新能源技術(shù)就不會像化石燃料一樣面臨能源枯竭的問題。其次，光伏新能源發(fā)電過程中不會對環(huán)境產(chǎn)生污染，是一種綠色的資源，另外，光伏發(fā)電系統(tǒng)可以根據(jù)需要進行分布式、集中式、光伏建筑一體化安裝，安裝具有靈活性。光伏發(fā)電系統(tǒng)的壽命通常在20年以上，具有較高的可靠性。

然而，光伏新能源技術(shù)也存在一些局限性：目前光伏發(fā)電系統(tǒng)的成本仍然相對較高，需要政府或企業(yè)提供一定的補貼才能實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用；光伏電池的能量密度相對較低，應(yīng)用在建筑行業(yè)中需要較大的面積才能產(chǎn)生足夠的電力；光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量也會受到天氣的影響，在陰雨天氣或夜晚無法產(chǎn)生大量的電力；光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電力需要進行存儲，目前存儲技術(shù)仍然存在一定的局限性。

3 光伏新能源技術(shù)與建筑電氣系統(tǒng)更好地集成需要考慮的問題

①設(shè)計優(yōu)化：在建筑設(shè)計階段，就需要考慮如何將光伏新能源技術(shù)與建筑電氣系統(tǒng)更好地集成。例如，在建筑的屋頂、外墻、窗戶等位置安裝光伏電池板，以便最大限度地利用太陽能。

②系統(tǒng)集成：將光伏新能源技術(shù)與建筑電氣系統(tǒng)集成需要考慮多個方面，例如，光伏電池板的布局、電纜的鋪設(shè)、逆變器的安裝等。

③控制系統(tǒng)：為了實現(xiàn)光伏新能源技術(shù)與建筑電氣系統(tǒng)的有效集成，需要建立一個智能控制系統(tǒng)，以便對光伏電池板的輸出功率進行監(jiān)測和控制，以確保系統(tǒng)的高效運行。

④能源管理：為了更好地利用光伏新能源技術(shù)，需要建立一個能源管理系統(tǒng)，以便對建筑的能源消耗進行監(jiān)測和管理，以最大限度地減少能源浪費。

⑤政策支持：政府可以出臺相關(guān)政策，鼓勵建筑業(yè)主采用光伏新能源技術(shù)，并提供一定的財政補貼，以降低建筑業(yè)主的投資成本。

4 光伏新能源技術(shù)在建筑電氣節(jié)能中的應(yīng)用

①屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)：它由多個光伏電池組成，能夠?qū)⑻柲苻D(zhuǎn)化為直流電。屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)可以與建筑的電氣系統(tǒng)集成，實現(xiàn)自給自足的電力供應(yīng)，降低建筑的能耗和碳排放。通過屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)，家庭或企業(yè)可以利用太陽能發(fā)電，減少對傳統(tǒng)能源的依賴，降低能源成本，同時也有助于減少溫室氣體排放，保護環(huán)境。

②光伏幕墻[2]：它是一種將太陽能發(fā)電技術(shù)與建筑幕墻相結(jié)合的新型建筑材料。它通常由光伏電池、玻璃板、框架等組成，能夠?qū)⑻柲苻D(zhuǎn)化為電能，同時也具有建筑裝飾的功能。光伏幕墻不僅可以發(fā)電，還可以起到遮陽、隔熱、隔音等作用，提高建筑的能效。

③光伏路燈：將光伏電池安裝在路燈上，可以利用太陽能發(fā)電。

④光伏電梯：將光伏電池安裝在電梯井道或電梯轎廂頂部，利用太陽能發(fā)電，為電梯提供電力供應(yīng)。

⑤光伏空調(diào)：它是一種利用太陽能發(fā)電來提供空調(diào)制冷或制熱的設(shè)備。將光伏電池安裝在空調(diào)室外機上，利用太陽能發(fā)電，為空調(diào)提供電力供應(yīng)。控制器用于管理光伏空調(diào)的充電和放電過程，確保蓄電池的正常運行[3]。

⑥光伏儲能系統(tǒng)：它是一種將太陽能發(fā)電與儲能技術(shù)相結(jié)合的系統(tǒng)，它可以將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，并將電能儲存起來，以備后續(xù)使用。將光伏電池與儲能設(shè)備（如電池、超級電容器等）結(jié)合，形成光伏儲能系統(tǒng)。

5 案例分析

5.1 案例一：上海世博會中國館

上海世博會中國館是中國光伏建筑一體化的標(biāo)志性工程之一，中國館的屋頂采用了光伏建筑一體化技術(shù)，將光伏電池集成在屋頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)中，形成了一個整體。這種技術(shù)不光提高了光伏電池的效率，也減少了建筑的能耗，降低了建筑的碳排放。上海世博會中國館的光伏發(fā)電系統(tǒng)總裝機容量為3.12兆瓦[4]，每年可發(fā)電約280萬千瓦時，相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約900噸，減少二氧化碳排放約2500噸。

5.2 案例二：深圳國際低碳城

深圳國際低碳城是一個采用了多種光伏新能源技術(shù)的項目，實現(xiàn)了建筑的自給自足和零碳排放。該項目采用了光伏幕墻、光伏屋頂、光伏路燈等多種光伏新能源技術(shù)，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，為建筑提供電力供應(yīng)。這些光伏技術(shù)的應(yīng)用不僅可以提高建筑的自給自足能力，還可以減少建筑的碳排放，降低建筑的能耗。

深圳國際低碳城的光伏發(fā)電系統(tǒng)總裝機容量為5.3兆瓦，每年可發(fā)電約600萬千瓦時，相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約1800噸，減少二氧化碳排放約5000噸。

5.3 案例三：北京奧運會鳥巢

北京奧運會鳥巢是中國光伏建筑一體化的另一個標(biāo)志性工程，該項目的屋頂安裝了大量的光伏電池，利用太陽能發(fā)電，為建筑提供電力供應(yīng)。北京奧運會鳥巢的光伏發(fā)電系統(tǒng)總裝機容量為0.13兆瓦[5]，每年可發(fā)電約15萬千瓦時，相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約50噸，減少二氧化碳排放約120噸。

6 結(jié)論與展望

光伏新能源技術(shù)能夠?qū)⑻柲苻D(zhuǎn)化為電能，為建筑提供清潔、可再生的能源，有效降低建筑的能耗，實現(xiàn)建筑的電氣節(jié)能。相比傳統(tǒng)的化石能源，光伏新能源技術(shù)不會產(chǎn)生污染環(huán)境的有害物質(zhì)，對環(huán)境更加友好，有利于可持續(xù)發(fā)展。盡管初期投資較高，但長期來看，光伏新能源技術(shù)能夠通過降低能源成本和減少能源消耗為建筑帶來經(jīng)濟效益。光伏新能源技術(shù)的應(yīng)用可以使建筑更具科技感和現(xiàn)代感，提升建筑的品質(zhì)和價值。政府對光伏新能源技術(shù)的應(yīng)用給予了一定的政策支持，如補貼、稅收優(yōu)惠等，有利于推動其在建筑電氣節(jié)能中的廣泛應(yīng)用。

隨著光伏電池技術(shù)的不斷改進，其轉(zhuǎn)換效率將會進一步提高，從而提高光伏系統(tǒng)的發(fā)電能力。除了在屋頂和外墻安裝光伏電池板外，未來光伏新能源技術(shù)還可以應(yīng)用于窗戶、天窗、遮陽棚等建筑部位，進一步提高建筑的能源利用效率。未來的光伏新能源系統(tǒng)將能夠?qū)崿F(xiàn)智能化的能源管理，根據(jù)建筑的能源需求和天氣條件自動調(diào)整光伏電池板的輸出功率，以達到最佳的節(jié)能效果。未來的光伏新能源系統(tǒng)將與其他可再生能源（如風(fēng)能、地?zé)崮艿龋┫嘟Y(jié)合，形成更加穩(wěn)定和可靠的能源供應(yīng)體系。未來的光伏電池板將采用更加美觀和多樣化的設(shè)計，以滿足不同建筑風(fēng)格和審美需求，使其更好地融入建筑環(huán)境。