光伏新能源技術在電氣節能中的應用效果調研分析

摘 "要：為提升清潔能源的利用效率，并研究光伏新能源在電氣節能中的應用效果。該文通過對多個光伏發電項目的應用進行調研和分析，并結合實際案例對不同光伏發電項目的應用效果進行評價。結果表明，在電氣節能中應用光伏新能源技術具有安全性無污染、供電穩定、減少能源消耗等明顯優勢。說明在電氣節能中應用光伏發電技術，能夠有效提升清潔能源的利用效率。并且光伏發電系統的長期投資回報率明顯優于傳統發電系統。

關鍵詞：光伏新能源技術；電氣節能；光伏大棚；光伏幕墻；光伏屋頂

中圖分類號：TU85 " " "文獻標志碼：A " " " " "文章編號：2095-2945（2024）20-0021-04

Abstract： In order to improve the utilization efficiency of clean energy， and study the application effect of photovoltaic new energy in electrical energy saving. In this paper， the applications of several photovoltaic power generation projects are investigated and analyzed， and the application effects of different photovoltaic power generation projects are evaluated with practical cases. The results show that the application of photovoltaic new energy technology in electrical energy saving has obvious advantages such as safety and no pollution， stable power supply， reducing energy consumption and so on. It shows that the application of photovoltaic technology in electrical energy saving can effectively improve the utilization efficiency of clean energy， and the long-term return on investment of photovoltaic power generation system is obviously better than that of traditional power generation system.

Keywords： photovoltaic new energy technology; electrical energy saving; photovoltaic greenhouse; photovoltaic curtain wall; photovoltaic roof

在我國能源危機和環境污染問題逐漸嚴重的背景下，清潔能源的利用與開發已經成為各個國家的重點發展方向。光伏新能源技術憑借其可再生、分布式等特點，成為電氣節能領域的重要技術手段之一。因此，詳細分析電氣節能中光伏新能源技術的具體應用具有十分重要的現實意義。

1 "電氣節能的重要性

在現代社會中電氣節能對于我國社會的發展具有重要意義。

電氣節能與我國環境保護息息相關。在工業化和城市化進程不斷加快的背景下，傳統能源的消耗量也大幅增加，進而對環境造成了巨大壓力。而如果采取一定的電氣節能手段，就可以有效減緩由于傳統能源消耗對環境造成的污染。比如，在燈具的使用上，使用節能燈具，或者通過改進電動機系統提升電氣設備的整體能效，進而降低人們的電力需求，減少發電廠的排放，進而降低環境負擔。

電氣節能可以有效促進我國的資源利用和經濟發展[1]。社會的快速發展離不開能源資源的支持，而電氣節能手段能夠直接減少能源資源的使用量，這樣一來就可以最大程度延長傳統能源的使用壽命，確保經濟的穩定發展。而且我國一直以來都存在能源不足的情況，許多能源還需要從其他國家進口，如果能夠全面采取電氣節能手段，也可以在一定程度上減少對進口能源的依賴。同時，通過提高能源利用效率，還能夠為國家和企業節約大量的能源成本，在提高經濟效益的同時，也能推動清潔能源技術的發展與應用。這對于提高能源利用效率、促進資源綜合利用有著重要的意義。

電氣節能與人民生活密切相關。目前電力已經成為我們生活中不可缺少的能源之一。而電氣節能手段則可以在延長電氣設備使用壽命的同時降低用電成本，進而提升人們的整體生活品質。

2 "光伏新能源技術的概念和優勢

2.1 "光伏新能源技術的概念

2.1.1 "光伏新能源技術的發電原理

光伏新能源技術又被稱作光伏發電技術，主要通過光伏組件進行光電轉化，以光伏特效應作為發電原理（發電原理示意圖如圖1所示）。在自然光光照充足的情況下，光伏組件可以將太陽光輻射能量進行持續吸收，在利用截流子不同位置不均一特性，在內部形成截流子。之后，截流子在內部由于空穴密度分布不均勻，出現漂移效應與擴散效應，最終形成電力，為不同電器提供電能，而且利用光伏發電技術，還可以將多余的電力反饋給電網[2]。

2.1.2 "系統組成

光伏新能源技術分為并網型與獨立型，不同型號的系統組成也有所不同。

1）并網型光伏發電系統。這種發電系統中主要由并網逆變器、控制器和光伏陣列組成，可以在供電充足的時候將多余電力輸出到電網，但是如果光伏發電系統無法滿足設備的正常用電需求，還需要電網為其提供一定的電力。首先，并網逆變器的主要功能是將光伏陣列發出的直流電轉換成交流電并輸入到電網中。通常來說，并網逆變器需要具備通信功能，以便在系統工作時與電力公司進行數據交換，便于進行遠程監測、故障診斷和運行管理。其次，控制器。控制器一般來說集成在并網逆變器中，需要復雜光伏發電系統的基本運行。比如工作人員可以通過控制器調節光伏陣列的輸出功率和電壓。最后，光伏陣列。光伏陣列是由多個光伏組件串聯并聯而成，主要用于將太陽能轉換為電能。光伏陣列的性能直接影響了光伏發電系統的整體發電效率和運行穩定性。合理布局和配置光伏陣列是確保系統高效發電的重要因素[3]。

2）獨立型光伏發電系統。獨立型光伏發電系統主要由蓄電池組、光伏組件、控制器等組成（圖2）。光伏組件負責收集太陽能，并將光能轉化為電能，如果太陽光充足，多余的電能將輸出到蓄電池組中，作為備用電源。在電能轉化完畢之后，由逆變器將直流電轉化為交流電，作為設備的正常用電。獨立型光伏發電系統可以不間斷地向設備進行供電，在白天由光伏組件供電，在陰雨天氣或者夜間則會由蓄電池組提供電力。這種系統的優勢在于設計人員可以根據設備的用電量對蓄電池組進行調節，避免電能的存儲釋放損失。

2.2 "光伏新能源技術在電氣節能中的優勢

2.2.1 "安全無污染

光伏發電過程中以太陽能為能源，不會產生溫室氣體和其他有害氣體，不會對大氣環境造成污染，有利于改善環境空氣質量，減少大氣污染物排放，從而有助于保護生態環境和緩解全球氣候變化。同時，在光伏發電過程中也不會有噪音、振動等污染，可以最大程度上減少傳統發電系統帶來的污染。

2.2.2 "供電穩定

并網型光伏發電系統可以與電網進行連接，也可以作為獨立系統為設備進行供電。這樣一來就可以從根本上解決傳統電能的遠距離傳輸導致的供電不穩問題。同時，光伏發電系統還可以在城鄉供電不平衡和電力需求高峰期時提供補充能源，為供電系統的可靠性和穩定性作出貢獻。

2.2.3 "有助于減少能源消耗

光伏發電系統可以將太陽能直接轉化為電能，這種供電方式可以滿足建筑物的常規用電系統，讓建筑物擺脫傳統能源的消耗，避免能源浪費，進而實現能源供給結構的優化升級，推動能源生產和消費模式朝著清潔、低碳、可持續的方向發展[4]。

3 "電氣節能中光伏新能源技術的實踐

3.1 "光伏大棚技術

相比于傳統的農業大棚，光伏大棚技術的應用可以利用光伏發電為農業生產創造額外收益。目前光伏農業大棚主要有以下幾種：①陽光房式光伏農業大棚。在這種光伏農業大棚中，光伏發電組件通常在大棚的南側，北側屋頂部位采用普通夾膠玻璃，南北側立面采用鋼化玻璃。這種大棚的建造成本較高，但是由于其裝機量大，所以可以添加其他的輔助設備，構建生態農業和觀光旅游一體化的智慧型農業大棚。②塑料大棚外加裝太陽能組件。這種大棚建造難度較小，而且成本低廉，其頂部采用的還是普通塑料膜，在棚內使用普通鋁合金，組件支架采用熱鍍鋅鋼。③簡易式光伏大棚。這種類型的大棚采用隱框單坡采光頂結構，前后鋼結構立柱基礎為鋼筋混凝土基礎，頂棚支撐結構為主次檀條方格的布置形式。這種類型的大棚建造難度不大，而且裝機量適中，屬于經濟適用型大棚。大棚光伏如圖3所示。

與傳統的大棚相比，光伏農業大棚的種植周期可達一年3～4次，而且可以通過加裝其他設備實現棚內溫濕度的智能調節。同時，在光伏大棚中，由于其棚頂會進行特殊改造，所以能夠在一定程度上過濾有害光線，讓植物能夠更好地吸收陽光。其次，普通大棚的塑料薄膜一般為一年的使用期限，在廢棄之后會對環境造成污染，而光伏農業大棚的平均使用期限為25年，并且可以做到無污染、零排放[5]。

實踐案例：某食用菌菇種植場，根據光伏發電需要陽光、食用菌菇生長要遮光的原理，使用的光伏農業大棚技術，將光伏電站與食用菌菇種植技術結合，在不改變原有的土地情況下，提高的土地的利用率，實現發電和收菇的效益疊加。該種植大棚采用陽光房式光伏農業大棚，占地1236畝（1畝約等于667 m2），分3期建設，目前一期建設已完成并投入使用。共建設發菌棚45個、生產棚135個，發展香菇160萬袋，解決了200余人的就業問題。目前光伏農業大棚已經可以供應菌菇種植的日常用電，并且采用的是并網型光伏發電技術，可以將剩余電力輸送到電網中，在解決周邊地區日常用電問題的同時還能為種植人員帶來額外的收益。

3.2 "光伏幕墻技術

光伏幕墻技術主要應用在建筑的玻璃幕墻上，采用光伏組件作為建筑的玻璃幕墻，可以在保持建筑原有功能的基礎上，滿足建筑的美觀、安全等需求。結合光伏發電技術，將太陽能轉化為電能，滿足建筑日常電力需要。同時，光伏幕墻還可以為建筑提供一定的熱能，在太陽能轉化的過程中會產生熱能，而光伏幕墻技術可以將這些熱能收集起來，在非供暖季節提供熱水滿足用戶的日常使用需求，進而提升能源的利用效率，改善建筑的耗能結構，推動建筑節能技術的發展。

在城市建設方面也可以使用光伏幕墻技術。在現代化城市的建設過程中，可持續發展已經成為重點發展目標。而光伏幕墻技術的應用不僅能夠改善城市環境，還可以提升城市的整體形象。比如某城市在建設過程中通過大規模推廣光伏幕墻技術，在城市中形成了一張張光伏“能源網”，為城市能源供應和環境改善提供有力支持，是城市綠色發展的有益探索和實踐。光伏幕墻如圖4所示。

實踐案例：某城市為了解決老舊小區的改造難題，提出了光伏幕墻技術的改造方案。該城市截至2021年有1.6億m2的老舊小區改造任務，在老舊小區中電線排放十分混亂，因此，采用這項技術為建筑提供電能，在改造老舊建筑的同時解決了電力供應問題。施工團隊利用光伏幕墻覆蓋老建筑的外墻表面，既能夠提供清潔能源發電，又可以在視覺上美化建筑，實現了環保和美觀兼顧。同時，這些光伏幕墻還為老舊小區注入了新的活力和科技感，提升了整個社區的形象，有利于改善居住環境。在改造完成之后，小區的整體供電已經無需使用電網中的電力，而且利用蓄電池組可以將白天存儲的電力作為晚上小區照明使用，降低了用電成本，為居民提供了更為環保和經濟的能源選擇。

3.3 "光伏屋頂技術

光伏屋頂技術又叫做屋頂太陽能光伏發電，主要是將可以產生電力的光伏組件安裝在建筑的屋頂，這種系統主要包括電纜、太陽能逆變器、光伏模塊及其他電氣附件。與地面安裝的光伏電站相比，光伏屋頂技術整體體積較小，而且具有更高的發電容量。在這項技術應用過程中，需要考慮一年中光照的時間、當地的天氣狀況和屋頂的坡度以及縱橫比等因素。光伏屋頂技術可以應用在工業和商業用電領域，這種類型的建筑物屋頂通常都是寬闊且具有良好的光照條件，通過在屋頂空間安裝光伏電池板，可以達到100 kW供電量。同時，光伏屋頂技術也可以在城市建設中的公共建筑、停車場、體育館等大型建筑中使用。比如，在市政公園的停車棚或體育場館的屋頂上安裝光伏電池板，可以實現停車場和體育館的自給自足，并為城市電網注入更多清潔能源。屋頂光伏如圖5所示。

實踐案例：位于我國南方的一家大型電子制造廠，建筑面積約60 000 m2，為了有效利用廠房屋頂超過8 000 m2的閑置面積，采用了光伏屋頂技術，該項目總裝機量800 kW，安裝光伏組件2 750片。設計團隊首先進行了屋頂結構的光伏適應性評估，確定了能夠支持光伏板安裝的區域。之后選擇了高效的多晶硅光伏電池板，并進行了工程測量，設計出合理的光伏板布局方案。隨后，在屋頂上安裝了大面積的光伏電池板，通過逆變器將太陽能轉化為可用的交流電能。接著，通過智能監控系統實時監測光伏發電的情況，以確保電力生產的效率和安全。最后，通過與電網連接，將多余的電能納入城市電網，有效降低了工廠的用電成本。在該項目并網后，全年可為工廠解決標煤4 000 t，減少二氧化碳1 128 t；單日可發電達5 000 kWh，全年可以節約電費近100萬元，預計3年收回成本，在降低對傳統能源依賴的基礎上，成功推動了工廠向低碳、環保方向發展。

4 "結束語

光伏新能源技術作為一種綠色、清潔的能源形式，具有巨大的發展潛力和應用前景。通過本文的實踐分析，我們發現光伏新能源技術不僅具有較高的環保性，而且在節能減排方面也有明顯的優勢。然而，在推廣應用中仍然面臨著各方面的挑戰。因此，建議進一步加強對光伏新能源技術的研發和推廣力度，以促進光伏新能源技術在電氣節能中的廣泛應用，為推動電氣領域的清潔能源轉型和可持續發展作出貢獻。

參考文獻：

[1] 董傳洋，王凱，張偉，等.光伏新能源技術在建筑電氣節能中的應用探討[J].光源與照明，2022（11）：68-70.

[2] 盧迪.建筑電氣節能中光伏新能源技術運用探究[J].建筑發展，2022，6（5）：1-3.

[3] 徐峰.關于光伏新能源技術在建筑電氣節能中的應用[J].裝飾裝修天地，2022（20）：124-126.

[4] 劉振興.光伏新能源技術在建筑電氣節能中的應用探討[J].城市情報，2022（23）：95-97.

[5] 楊俊麗，李小孟.新能源光伏發電助力建筑電氣節能減排分析[J].中國設備工程，2022（19）：123-125.