建筑电气节能中光伏新能源技术的运用

文／陈敏利 武汉华中科大建筑规划设计研究院有限公司 湖北武汉 430074

引言：

当前建筑工程对石化能源的需求量始终处于居高不下阶段。为更好实现建筑工程节能建设目标，确保建筑行业能够在推动地区可持续发展进程中发挥出重要作用，相关工作人员还需要注重关注光伏新能源技术的应用及推广。结合建筑电气节能发展方向，努力探索光伏新能源技术的路径，确保光伏新能源技术能够在控制建筑工程实际能耗量，实现建筑行业可持续发展目标中发挥出重要作用。

1、光伏新能源技术概念

从实质角度分析，光伏新能源技术就是光伏发电技术的一种，可以将光能转变为电能供各领域生产经营建设所用，有效缓解石化能源紧张矛盾问题。光伏能源具备无污染、运行成本低、使用周期长等显著优势，实际发展速度极快。

光伏新能源系统内部包括太阳能电池、充放电控制系统以及电力负载系统。太阳能电池主要是借助光伏效应，将太阳能转变为电能。受周围环境因素影响，太阳能电池难以始终保持稳定的直流输出，大部分太阳能还需要借助蓄电池储存对外供电。充放电控制系统主要就是在控制系统蓄电池充放电期间，对充电量以及充电时间进行严格管控，避免蓄电池在具体运行期间经常出现损坏问题；逆变器主要是将蓄电池输出的低压直流电转变为电气所需的交流电。

在建筑电气工程中，配合使用光伏新能源技术能够有效提升其他不可再生能源的实际利用率，实现节能增效目标。但由于光伏新能源技术尚且处于理论与实践的完善阶段，需要结合建筑电气工程具体运行需求进行灵活配置。

2、光伏新能源技术应用原则

光伏新能源技术是现阶段新型能源技术体系，在实际应用期间需要严格遵循以下原则：

（1）节能原则。在建筑物工程具体实施过程中，施工单位选择施工材料应以节能性为主要评判标准，确保光伏材料产品具备较高节能效果。采购部门需要对节能材料市场的价格波动情况进行前期分析，使选择的光伏新能源材料能够在增强建筑工程建设综合效益中发挥出重要作用；

（2）控制原则。为充分发挥出光伏新能源技术在建筑电气工程技能设计中的应用重要性，还需要采用合理方式控制工程施工用电量。具体而言，建筑工程施工周期较长，部分施工需要在夜间进行，照明系统需要长时间运行。在没有严格管控照明系统用电资源的情况下，而且会导致电力资源被严重浪费，更会引发光污染，对施工人员人身健康造成不同程度的损害。因此在当前光伏新能源技术应用期间，还应配合使用节能照明灯具，对照明强度进行灵活调控。

3、光伏新能源在建筑电气节能中运用的技术特点分析

（1）光伏新能源技术在建筑电气节能施工中的供电较为稳定。光伏新能源技术的应用是建筑电气系统沿用能源结构发生转变。在供电高峰期应用光伏新能源技术，可以灵活调整供电峰值，从根本上提高供电效率，进一步缓解供电压力，保障建筑电气系统运行期间的安全可靠性，满足各领域生产经营期间的用电要求。

（2）光伏新能源技术的能源清洁性较强。光伏新能源技术主要是利用太阳能发电。在具体应用期间需要始终保持良好的采光条件以及较高的能源发电力。由于光伏发电期间不必消耗任何石化能源，在应用时也不会产生二氧化硫、二氧化碳的污染性气体，具有显著的清洁效益，在推动生态文明社会建设进程中发挥出了重要作用。

光伏新能源技术在建筑电气节能中的应用效率更高。通过将光伏新能源发电系统与建筑电气系统并网设置，可以切实满足大众基本生活需求，从根本上提升建筑电气系统能源实际利用水平，避免在能源传输及应用期间出现大量损耗问题，从根本上提升光伏新能源建筑电气节能系统综合运行水平。

在建筑电气节能中应用光伏新能源技术，工作人员需要着重关注太阳能电池板的选择。太阳能电池板是光伏新能源系统重要组成部分，太阳能电池板运行水平可直接影响到太阳能资源实际利用率。现阶段电池板可以分为有晶硅电池板、无晶硅电池板2种类型。在电池板实际应用过程中，需要结合建设工程实际运行要求，选择适宜的电池板结构。晶硅太阳能电池板是太阳能光伏发电系统中的常见电池的结构。单晶硅电池转化效率通常为14%～18%，多晶体转化效率为11%～16%；非晶硅太阳能电池可实现大范围生产及安装，但电能转换效率较低，始终维持在6%～10%的转化效率，低于晶硅太阳能电池。随非晶硅太阳能电池使用时间的延长，其光电效率会逐步衰减，运行期间的稳定性始终处于有待提升阶段。

要求合理设置太阳能光伏电池板阵列以及倾斜角度。在太阳能电池板接受太阳能光照范围及光照强度的情况下，应合理设置阵列方式以及倾斜角度，着重考虑建筑遮挡，对光电转化的影响。太阳能电池安装过程中，需要合理设置光照时间，确保设备能够最大限度接受太阳光辐射量，实现对太阳能的充分利用。阵列倾斜角度也可影响到转化效率，因此需要在安装时严格计算太阳能辐射变化，在太阳能资源进行合理应用。在设计阵列倾斜角度过程中，也需要对角度值进行严格计算。

4、传统建筑电气节能设计存在的问题

4.1 照明设计问题

在建筑电气工程运行期间，节能降耗目标的实现需要体现在建筑施工用电量控制方面。通过在照明节能系统建筑工程施工过程中，控制电力资源实际消耗量。但由于部分企业仅关注施工质量及效率，没有重点关注建筑照明系统设计工作，导致建筑工程节能效果始终处于有待提升阶段。因没有做好窗户设计工作，导致建筑工程整体透光度不足，在白天也需要打开照明设施。建筑内部照明设施没有使用节能设备，各类电器的功率较大，实际能耗量更高。

因此在现有建筑设计期间，需设置合理层建筑工程墙窗面积比，建筑室内空间始终处于良好的照明状态。窗墙面积比需要控制在0.2～0.5之间，并在具体设计时着重分析建筑工程所在区域的太阳辐射量、阳光射入角度以及季风方向。窗墙面积比也与采暖空调的能耗量密切相关，可以通过适当缩小面积比例，降低空调实际能耗量。着重提升门窗结构的气密性，采用具备良好密封效果的密封条，避免室外冷空气进入室内。控制玻璃辐射通过率，在玻璃表面敷设具有反射功能的镀膜。根据太阳光照高度及角度选择适宜的门窗遮阳手段，控制阳光直射进入室内。

4.2 监控设备不合理

现阶段大众对建筑工程运营期间的安全性也提出了更高要求，要求建筑内电气设备应始终处于安全可靠的运行范围内。建筑内部安装了许多具备监控功能的电气系统，磁吸电器系统需要长时间运营，实际耗电量最大。由于没有合理设置监控位置，导致建筑电能支出增长，在后期运维期间的成本浪费较为严重。

在现有建筑节能电气设备应用过程中，借助计算机，对各施工数据进行详细分析，从根本上提升施工数据计算的精准度。结合建设工程自体运行要求，合理安装监控设备，进一步扩大监控内电气设备的监控覆盖面。

建筑工程内节能技术升级工作应当严格遵循以人为本原则，通过设置精密的控制电气开关，从根本上提升电气工程施工及后期运营期间的安全效应。

通过将先进的监测管理技术及联网技术结合在一起，配合 GPS精准定位设施，使节能联合方式的积极作用能够被充分发挥出来。在具体施工期间应用节能技术的应用能够最大限度减少人力及物力资源的浪费量，实现远程控制目标，降低施工全过程质量问题及安全事故发生几率。

4.3 通风设计不合理

建筑工程中不合理的通风设计也会导致建筑用电量增加，建筑能源消耗量进一步增长。现有大众对暖通空调系统运行要求更高，需要在原暖通系统结构基础上进行不断优化，从根本上提高建筑工程通风设计水平。

建筑工程制冷与采暖的负荷计算工作更为复杂，需要严格遵照国家及有关部门颁布的暖通设计规范，使室内温度始终控制在设计范围之内。通常情况下，建筑工程设计温度需在12～15℃之间，应当将空调温度控制在26～27℃。不同种类建筑工程或生产空间对温度的要求不同，因此需要做好暖通运行负荷计算工作，确保后期工业生产质量能够得到有效管控。

暖通系统中的冷热源机组数量应保持在合理范围之内。在暖通系统运行负荷高峰段，机组极易在长期高负荷运转的情况下出现故障问题，需合理增加冷热源机组数量，确保每台机组承受的负荷压力均处于合理范围之内。为满足经济利益最大化的目标，冷热源机组数量也不宜过多，增强后期系统运维期工作的可行性与便捷度，控制系统运行时的资源消耗量。

保障建筑工程内部环境通风性能良好，也是暖通的重要功能之一。在建筑工程通风设计过程中，需要细致分析工种类别、流程转换、建筑工程布置要求，选择适宜的控制通风方式。具体来说，同一工种的建筑工程可以选用全室通风方式，保障通风效果，控制资源消耗量；不同工种建筑工程需要分析建筑工程内散热情况、污染情况，做好排风除尘工作，缩小因通风导致的污染蔓延范围。在建筑工程对散热要求较低的情况下，可以在屋顶处安装自然采光及通风设施，结合热流上升作用，最大限度控制动力消耗量。

5、光伏新能源技术在建筑电气节能设计中的应用意义

5.1 环保效益显著

通过将光伏新能源技术应用在建筑电气节能设计工作中，能够切实保障建筑工程整体工作效益。现阶段社会逐渐趋向于生态文明化建设，大众逐步认识到保护生态环境的重要性。国家及有关部门也针对建筑电气系统建设与运行环节制定出了专项管控对策，最大限度控制能源污染问题。光伏新能源系统在实际运行期间以太阳能为主，而太阳能不会在发电时产生污染气体和污染物质，实际环保效益更为显著，能够在推动建筑绿色节能发展中发挥出重要作用。

5.2 运营成本较低

太阳能资源具有可再生性特征，并可始终保持持续供应。我国土地面积大，通过合理设置太阳能光伏系统，就可以将大量的太阳能转变为供建筑电气系统正常运行的电力资源。利用光伏材料，对能源进行高质高效转化。将光伏材料应用在屋顶或者建筑墙体外侧，在最大限度收集太阳能基础上，增强建筑整体美观性。

5.3 节能效果良好

光伏新能源发电系统可以安装于建筑结构的屋面及外墙处，不会占据有限的建筑内部空间。在建筑电气系统实际运行过程中，普通居民用电量较少，通过合理设计光伏新能源系统，太阳能转化成的电能完全可供日常生活所需。同时，光伏发电中的蓄能电池也可以在夜间将白天转换成的太阳能电力资源持续供给，最大限度控制了电网运输期间的耗能量。

5.4 供电安全可得根本上保障

供电安全可直接影响到建筑电气系统运行效果，与大众生产生活质量息息相关。如没有加强供电安全管控力度，电气系统经常出现故障问题，将会严重影响到期间经济效益，导致实际运营成本被严重浪费。而使用光伏新能源技术，故障发生几率较低，因此可以从根本上保障供电的安全性。但为将光伏发电系统故障问题发生几率控制在最低范围之内，相关部门还需要注重电气社会运营工作，制定出专项可行的运维技术方案。

做好电气设备预防性维护，在保障设备运行安全的同时，采用预防性设备维护理念，将维护工作前置化。配合使用先进检测技术，对设备运行状态进行实时检测。定期对最容易出现故障问题的设备及零部件进行检修，将电气设备故障问题控制在最低范围之内，切实保障电力系统运行水平。

光伏发电设备运行过程中，严重设备故障问题通常是由小故障问题累积形成。设备故障问题发生前的运行状态会发生变化，运行参数数值与标准状态也会存在一定差距。因此为从根本上保障电气设备运维水平，使电力资源能够实现平稳供应目标，工作人员还需要做好电气设备状态维护工作。对设备运行状态及运行标准参数进行对比分析。力争及时发现设备故障预兆，并对设备状态发生情况进行预先处理，避免更为严重的故障问题出现，影响到变电站电力资源传输水平。

6、光伏新能源技术在建筑电气节能设计中的有效运用

6.1 光伏屋顶

光伏屋顶是较为常见的光伏新能源技术。当前建筑工程整体趋向于智能化、绿色化方向发展。在许多工程建设工作开展期间均使用了光伏屋顶结构，通过将光伏新能源设施安装在屋顶处，扩大太阳能采集覆盖面，避免太阳能光伏设备受到风力因素影响。由于光伏设备与屋顶结构有机融为一体，也有效减少了屋顶施工期间的材料用量，具备更为显著的经济效益。

在现有工程建设期间，屋顶是建筑外立面空闲面积最大的区域，因此具备良好的光伏新能源发电设备安装条件。在建筑物外表面处，屋顶同样也是吸收太阳能辐射最多的区域。屋顶水平面或斜面获得的太阳能辐射量远远超过建筑垂直立面获得的辐射量。现阶段城市化发展进程日渐加快，城市内部建筑物密度更高，许多建筑物外墙遮挡较为严重，并不适用于安装光伏发电系统，光伏发电效率始终处于有待提升阶段。

通过分析现有建筑工程观赏价值，通过在屋顶安装光伏新能源发电设施，对城市景观建设的影响较小，并可实现大规模安装目标。虽然独立光伏建筑立面能够获得较好的发展效果，但在城市大规模使用过程中，势必会影响到建筑物整体风格。针对已经建成的城区，在屋顶进行光伏新能源改造工作的优势更为显著。同时，外墙光伏电池的反射光如没有进行严格处理，也会出现光污染问题。

在屋面安装光伏系统，可以在阳光及建筑物之间增加一个过渡层，从根本上提高建筑物整体的保温隔热性能，有效控制建筑物整体能耗压。

现有太阳能屋顶施工技术最为成熟，安装及维护效率能够得到根本性保障，实际建设成本较低，具有十分显著的推广价值。

6.2 光伏幕墙

光伏幕墙结构主要就是在建筑围护结构外表面设置光伏发电系统。或将光伏发电材料直接取代建筑幕墙结构。通过建设光伏幕墙，能够代替传统光伏材料，减少建筑工程运行时间的能耗量。修建太阳能墙面能够阻断外界噪声，改善大众生活质量。同时，光伏材料也可以控制墙体自身温度，遮挡太阳光，过滤热量，使建筑的室内温度始终处于恒温状态。

值得注意的是，在光伏幕墙系统设计运行过程中，需要着重分析建筑工程所在地区太阳能辐射特征、周边环境温度特征等因素，制定出更为可靠的光伏幕墙系统设计方案，确保光伏幕墙结构能够在实现建设工程节能增效目标中发挥出重要作用。

6.3 光伏大棚

现有光伏大棚主要应用在农产品培养过程中，如花卉养殖、林业生产、果树生产等方面。由于植被对光照、温度的要求更高，通过借助光伏大棚结构，可进一步延长光照时间。先进光伏材料也具备更为良好的防风及防水效果。如光伏大棚中的PVB夹胶膜可以吸收多余紫外线，杀灭害虫，从根本上提高农作物产量，增强农产品生产质量和安全。

在农业大棚制造期间使用光伏技术，主要就是将光伏发电系统安装在大棚处，确保大棚具备太阳能发电功能，属于综合性较强的农业开发模式。经实际调查研究发现，我国光伏大棚、日光温室等建筑面积逐步扩大，从根本上提升农产品生产质量的效率意义更大。

借助光能发电设备可以满足农作物生产期间的灌溉设施、补光灯、照明设施等专业资源供应需求，最大限度节约土地资源。在农业大棚建设时会存在保温及升温的情况，夏季许多农作物生长会受不利影响，因此可以借助光伏技术，有效隔绝夏季较多的红外线，防止过高温度使植物生长受不利影响。

结语：

总而言之，当前建筑电气工程运行期间的消耗量依然在全国总消耗量中占据巨大比重。为在保障电气工程安全高效运行的前提下控制资源消耗量，相关管理部门需要积极推广光伏新能源技术。结合建筑电气工程具体节能要求以及原有节能设计中存在的各类问题，不断优化工程设计方案内容。现有国内光伏新能源技术体系较为成熟，但与发达国家相比依然存在一定差距，需要不断积累光伏新能源技术应用经验，切实优化建筑能源结构，促进建筑工程可持续发展。