新能源光伏发电助力建筑电气节能减排分析

齐文英

（山西五建集团有限公司，山西 太原 030009）

0 引言

在我国生态文明建设以及可持续发展战略背景下，建筑工程项目也开始向着低碳、节能、环保的方向发展。通过对新能源光伏发电技术的有效应用可以达到这一目标，有助于推动建筑行业不断向好发展。因此，有必要对新能源光伏发电助力建筑电气节能减排的应用策略做出深入分析和探讨。

1 新能源光伏发电发展现状及其优势

光伏发电技术是借助半导体界面具备的光生伏特效应而有效地将光能转变为电能的一种先进技术手段。其中太阳能电池属于核心元件，其通过串联后并做好封装保护能够形成面积相对较大的太阳电池组件，再有效地配合一些功率控制器等相关部件，便能够构成光伏发电装置[1]。

1.1 现状

进入2021年后，我国光伏发电行业仍然保持高歌猛进的状态，无论是制造端、应用端还是进出口均增长迅速（表1）。据统计2021年，国内整体实际光伏发电量已经达到了3259亿kW·h，相较于2020年增加648亿千瓦时，实际同比增长24.82%，其在2021年全国全年总发电量中占比约为4.0%。

表1 2016 —2021年国内新能源光伏发电量及增速

对于光伏市场方面，同样呈现出良好的增长态势（表2）。国内2020年实际新增的一系列光伏并网装机容量大约为48.2GW，相较于2019年增加18.09GW，实际同比增长60.1%；2021年装机容量约为54.88GW，相较于2020年增加6.68GW，实际同比增长13.9%，同时我国新增装机容量稳居世界第一。

表2 2016 —2021年国内光伏发电新增装机量及增速

1.2 优势

1.2.1 实际占地面积小，安全环保

对于新能源光伏发电来讲，其发电设备不受资源分布地域的限制，可利用建筑屋面的优势；或者安装在建筑外墙以及一些其他采光较好的位置，实际所占空间不大。此外，光伏新能源具备良好的绿色环保特性，实际发电过程中不存在任何污染物，能源也比较容易进行采集，可以满足我国可持续发展战略以及生态文明建设的要求[2]。

1.2.2 能够减少资源浪费

光伏发电主要是借助太阳能以及建筑并网来进行发电，所以不需要消耗燃料或者是架设长距离的输电线路，并且能够就地发电以及供电，能够避免电能在实际开展长距离运输时产生损耗问题，从而减少电能、电线等各类资源和能源的浪费。此外实际建设周期短，建筑获取能源等待时间短，可以切实满足人们的日常生活以及工作需求。

1.2.3 能够保证供电安全性

通过对新能源光伏发电的运用，可以将一些多余的电量进行储存，并且将其有效地输送到电网，合理调节电网输出量，能够保证供电安全，使得供电可靠性得到进一步提升。

2 案例概述

案例工程为国内某科研楼建筑工程，为切实保证建筑内部电气可以达到节能减排的效果，该工程对新能源光伏发电进行了选用，实际装设容量为3MW的光伏发电系统。该系统设备的具体安装位置为建筑屋顶，主要选用光伏板阵列，借助电网以及光伏方阵的有效并联，来达到电力能源方面的稳定供应。为了降低成本，该工程未设置蓄电池组，对于该系统产生的电能来讲，能够有效地应用于建筑当中的生产工作、试验用电还有日常照明和相应的应急照明等，将多余电能可以全部有效地馈入至电网。由于该工程借助新能源光伏发电使得建筑电气节能减排效果大大提升，所以文章便以该工程为例针对新能源光伏发电如何助力建筑电气节能减排做出深入探讨。

3 新能源光伏发电技术应用要点

3.1 光伏发电的应用要点

（1）在实际安装光伏发电系统之前，想要有效采集太阳光，提高其电能转变效率，必须要确保建筑物周围的一些其他物体不会对太阳光线进行遮挡[3]。

（2）如果是大范围安装新能源光伏发电装置，应该确保施工场地足够大，以此确保光伏设备不会与其他物体出现碰撞问题，同时还需要在周围设置一些保护装置，从而减少发电装置在实际接收太阳能过程中受到其他外界因素的干扰，并且避免设备出现损坏问题。

（3）对于新能源光伏发电系统来讲，需要确保电池板可以有效地接收到充足的光线，如此方可确保实际接收的太阳能足够均匀，进而可以稳定高效地进行发电，这便强调施工人员在实际开展太阳能电池板安装作业时要合理明确太阳的具体照射角度。

（4）在新能源光伏发电系统投入使用后，为了确保其能够持续有效地为建筑各项电气设备输送电能，必须要定期开展检查工作，特别是在恶劣天气时，需要提前做好设备的维护以及检修工作，对有可能出现的影响因素或者是安全隐患等及时进行处理。

（5）由于新能源光伏发电系统的总效率一般与逆变器效率以及光伏阵列效率还有交流并网效率有直接关系，所以在光伏发电系统实际运行过程中，需要加大对周围环境还有相关设备设施的监控力度，并且安装好相应的防雷接地装置。在实际发电过程中，要尽可能地对多台并网逆变器进行监控，动态化地收集逆变器详细的日常发电信息等，除此之外，还需要借助环境传感器有效地收集辐照量以及温度等数据，以此作为分析实际发电量提供参考和依据[4]。

3.2 做好电池板选择工作

太阳能电池板属于新能源光伏发电的一个核心内容。所选太阳能电池板的实际转化效率可以对光伏发电转化效率产生直接影响。所以实际在建筑电气工程中应用新能源光伏发电系统时，需要对太阳能电池板进行合理选用，现阶段国内光伏电池组件主要包括两种，即晶硅太阳能电池以及非晶硅太阳能电池[5]。

（1）晶硅太阳能电池。此类电池可以划分为单晶硅和多晶硅太阳能电池，目前来看国内光伏组件生产方面也主要以两者为主。通常情况下，多晶硅电池片的效率处于12%～16%，对于单晶硅电池片来讲，其效率在13%～18%。

（2）非晶硅太阳能电池。此类电池生产成本低，便于大规模生产，但这种电池的实际转化效率相对较低，通常在6%～10%，所以应用场合相对较为局限，目前在建筑方面很少使用。

案例工程实际选用的是成本相对较低以及生产效率较高的多晶硅新能源光伏组件。具体参数为：峰值功率为165Wp；实际峰值电压为24V；峰值电流为7A。

3.3 做好线材选择工作

在对新能源光伏发电进行应用的过程中，优选线材属于主要内容，其可以提高电能应用效率，增强建筑电气节能减排效果。在实际选择线材时，需要结合不同的线路段（表3）选用不同的线材。

表3 建筑电气节能中光伏系统不同线路段

（1）对于光伏板以及逆变器之间的直流线来讲，其属于整个线缆当中实际成本占比最高的一个内容，同时也是需要采用专用耐压等级达到1000V以上的光伏线缆。由于其工作电压相对较高（一般在600V左右），所以一旦绝缘层不达标，容易击穿线皮，从而导致短路或者是起火等问题出现，这便强调要尽可能地选用耐压等级达到1000V以上的线缆。一般可选用4mm2铜芯线[6]。

（2）对于逆变器到配电箱以及再到电表端的交流线，同样建议选用铜芯电缆。对于三相四线的接线方式建议直接选用3+1铜芯电缆。如果为了节省成本，也可选用相应的铝芯线，但建议必须要超标配置。

（3）对于电表端到电网之间的交流线，建议选用超配的铝芯线。

（4）对于接地线需要选用超过10mm2的铜芯线，同时地桩方面必须要达到地面深度1.2m以下。

3.4 做好太阳能辐射量计算工作

对于案例工程的光伏阵列来讲，需要依托于实际水平面太阳辐射量，来开展倾斜面的具体辐射量换算工作，从而进行发电量方面的计算分析。如果以倾斜角固定安装阵列这种方式为主，那么对于接收太阳辐射来讲，其能够考虑的影响因素，主要为倾斜角度。所以太阳能实际总辐射量，应该依照式（1）进行计算。

式中：RD——倾斜光伏阵列面实际太阳能整体辐射量；D——散射辐射量；S——水平面来自太阳的直接辐射量；a——中午太阳的具体高度角；b——光伏阵列实际倾角。对于案例工程来讲，在实际开展太阳能辐射值计算工作时，直接利用的是当地气象站提供的实时数据信息，通过计算分析后得出案例工程光伏发电系统能够接收最大辐射量的实际阵列倾斜角主要为45°，所以该工程切实依照45°角开展光伏阵列方面的科学布设工作。

3.5 做好光伏效率计算工作

对于光伏发现系统方面的总体效率来讲，需要根据光伏阵列方面的实际效率、相应逆变装置效率还有交流并网运行效率进行确定。对于光伏阵列实际效率而言，主要指的是在太阳辐射达到1000W/m2时，光伏阵列当中的支流输出功率以及标称功率之间的比值，因为案例工程存在多方面因素的影响以及限制，所以最终得到的效率为85%；对于逆变器效率来讲，主要指的是逆变器本身输出交流电功率以及直流输入功率之间的比值，最终得到的效率为95%；对于交流并网效率，指的是从逆变器方面输出到高压电网的实际传输效率，案例工程主要以生涯变压器效率为主，最终得到的效率为95%。而对于光伏系统总功率为三者的乘积，也就是76.7%。

3.6 做好监测系统建设工作

为了提高建筑电气节能减排成效，在实际建设光伏发电系统过程中，还需要打造一个有关环境方面的监测系统，这样不但有助于提高发电效率以及质量，同时还可以为建筑当中光伏阵列实际运行安全的稳定性以及安全性提供保障。具体做法为，引入监控系统，并且将其与多台并网的相应逆变装置进行有效连接，这样可以随时获取到一切逆变装置的实际累计发电量还有口发电量方面的相关数据信息，同时再利用环境传感装置等开展辐照量、风速还有温度等方面数据信息的收集工作，从而为系统深入地分析实际发电情况提供参考和依据，进而保证建筑电气系统能够有效获取到较高的节能减排成效。

4 结语

近几年低碳节能以及绿色环保理念开始渗透到社会上的各个领域，对于建筑电气系统来讲，其本身作为一个能源消耗相对较大的部分，在节能减排方面有着较大的提升空间，而光伏发电则可以推动其节能减排成效不断提高，还能提高人们对舒适建筑环境的追求。为此，文章以某工程为例针对其光伏发电的应用策略做出了深入研究，经分析验证具备良好可行性，能够有效解决建筑电气设备以来传统电能等其他能源产生的能源消耗量大以及环境污染等问题，大大提升了节能减排效果，值得推广和借鉴。