建筑電氣節(jié)能中光伏新能源技術(shù)的運用

文／陳敏利 武漢華中科大建筑規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司 湖北武漢 430074

引言：

當(dāng)前建筑工程對石化能源的需求量始終處于居高不下階段。為更好實現(xiàn)建筑工程節(jié)能建設(shè)目標，確保建筑行業(yè)能夠在推動地區(qū)可持續(xù)發(fā)展進程中發(fā)揮出重要作用，相關(guān)工作人員還需要注重關(guān)注光伏新能源技術(shù)的應(yīng)用及推廣。結(jié)合建筑電氣節(jié)能發(fā)展方向，努力探索光伏新能源技術(shù)的路徑，確保光伏新能源技術(shù)能夠在控制建筑工程實際能耗量，實現(xiàn)建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展目標中發(fā)揮出重要作用。

1、光伏新能源技術(shù)概念

從實質(zhì)角度分析，光伏新能源技術(shù)就是光伏發(fā)電技術(shù)的一種，可以將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芄└黝I(lǐng)域生產(chǎn)經(jīng)營建設(shè)所用，有效緩解石化能源緊張矛盾問題。光伏能源具備無污染、運行成本低、使用周期長等顯著優(yōu)勢，實際發(fā)展速度極快。

光伏新能源系統(tǒng)內(nèi)部包括太陽能電池、充放電控制系統(tǒng)以及電力負載系統(tǒng)。太陽能電池主要是借助光伏效應(yīng)，將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋Ｊ苤車h(huán)境因素影響，太陽能電池難以始終保持穩(wěn)定的直流輸出，大部分太陽能還需要借助蓄電池儲存對外供電。充放電控制系統(tǒng)主要就是在控制系統(tǒng)蓄電池充放電期間，對充電量以及充電時間進行嚴格管控，避免蓄電池在具體運行期間經(jīng)常出現(xiàn)損壞問題；逆變器主要是將蓄電池輸出的低壓直流電轉(zhuǎn)變?yōu)殡姎馑璧慕涣麟姟?/p>

在建筑電氣工程中，配合使用光伏新能源技術(shù)能夠有效提升其他不可再生能源的實際利用率，實現(xiàn)節(jié)能增效目標。但由于光伏新能源技術(shù)尚且處于理論與實踐的完善階段，需要結(jié)合建筑電氣工程具體運行需求進行靈活配置。

2、光伏新能源技術(shù)應(yīng)用原則

光伏新能源技術(shù)是現(xiàn)階段新型能源技術(shù)體系，在實際應(yīng)用期間需要嚴格遵循以下原則：

（1）節(jié)能原則。在建筑物工程具體實施過程中，施工單位選擇施工材料應(yīng)以節(jié)能性為主要評判標準，確保光伏材料產(chǎn)品具備較高節(jié)能效果。采購部門需要對節(jié)能材料市場的價格波動情況進行前期分析，使選擇的光伏新能源材料能夠在增強建筑工程建設(shè)綜合效益中發(fā)揮出重要作用；

（2）控制原則。為充分發(fā)揮出光伏新能源技術(shù)在建筑電氣工程技能設(shè)計中的應(yīng)用重要性，還需要采用合理方式控制工程施工用電量。具體而言，建筑工程施工周期較長，部分施工需要在夜間進行，照明系統(tǒng)需要長時間運行。在沒有嚴格管控照明系統(tǒng)用電資源的情況下，而且會導(dǎo)致電力資源被嚴重浪費，更會引發(fā)光污染，對施工人員人身健康造成不同程度的損害。因此在當(dāng)前光伏新能源技術(shù)應(yīng)用期間，還應(yīng)配合使用節(jié)能照明燈具，對照明強度進行靈活調(diào)控。

3、光伏新能源在建筑電氣節(jié)能中運用的技術(shù)特點分析

（1）光伏新能源技術(shù)在建筑電氣節(jié)能施工中的供電較為穩(wěn)定。光伏新能源技術(shù)的應(yīng)用是建筑電氣系統(tǒng)沿用能源結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變。在供電高峰期應(yīng)用光伏新能源技術(shù)，可以靈活調(diào)整供電峰值，從根本上提高供電效率，進一步緩解供電壓力，保障建筑電氣系統(tǒng)運行期間的安全可靠性，滿足各領(lǐng)域生產(chǎn)經(jīng)營期間的用電要求。

（2）光伏新能源技術(shù)的能源清潔性較強。光伏新能源技術(shù)主要是利用太陽能發(fā)電。在具體應(yīng)用期間需要始終保持良好的采光條件以及較高的能源發(fā)電力。由于光伏發(fā)電期間不必消耗任何石化能源，在應(yīng)用時也不會產(chǎn)生二氧化硫、二氧化碳的污染性氣體，具有顯著的清潔效益，在推動生態(tài)文明社會建設(shè)進程中發(fā)揮出了重要作用。

光伏新能源技術(shù)在建筑電氣節(jié)能中的應(yīng)用效率更高。通過將光伏新能源發(fā)電系統(tǒng)與建筑電氣系統(tǒng)并網(wǎng)設(shè)置，可以切實滿足大眾基本生活需求，從根本上提升建筑電氣系統(tǒng)能源實際利用水平，避免在能源傳輸及應(yīng)用期間出現(xiàn)大量損耗問題，從根本上提升光伏新能源建筑電氣節(jié)能系統(tǒng)綜合運行水平。

在建筑電氣節(jié)能中應(yīng)用光伏新能源技術(shù)，工作人員需要著重關(guān)注太陽能電池板的選擇。太陽能電池板是光伏新能源系統(tǒng)重要組成部分，太陽能電池板運行水平可直接影響到太陽能資源實際利用率?，F(xiàn)階段電池板可以分為有晶硅電池板、無晶硅電池板2種類型。在電池板實際應(yīng)用過程中，需要結(jié)合建設(shè)工程實際運行要求，選擇適宜的電池板結(jié)構(gòu)。晶硅太陽能電池板是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的常見電池的結(jié)構(gòu)。單晶硅電池轉(zhuǎn)化效率通常為14%～18%，多晶體轉(zhuǎn)化效率為11%～16%；非晶硅太陽能電池可實現(xiàn)大范圍生產(chǎn)及安裝，但電能轉(zhuǎn)換效率較低，始終維持在6%～10%的轉(zhuǎn)化效率，低于晶硅太陽能電池。隨非晶硅太陽能電池使用時間的延長，其光電效率會逐步衰減，運行期間的穩(wěn)定性始終處于有待提升階段。

要求合理設(shè)置太陽能光伏電池板陣列以及傾斜角度。在太陽能電池板接受太陽能光照范圍及光照強度的情況下，應(yīng)合理設(shè)置陣列方式以及傾斜角度，著重考慮建筑遮擋，對光電轉(zhuǎn)化的影響。太陽能電池安裝過程中，需要合理設(shè)置光照時間，確保設(shè)備能夠最大限度接受太陽光輻射量，實現(xiàn)對太陽能的充分利用。陣列傾斜角度也可影響到轉(zhuǎn)化效率，因此需要在安裝時嚴格計算太陽能輻射變化，在太陽能資源進行合理應(yīng)用。在設(shè)計陣列傾斜角度過程中，也需要對角度值進行嚴格計算。

4、傳統(tǒng)建筑電氣節(jié)能設(shè)計存在的問題

4.1 照明設(shè)計問題

在建筑電氣工程運行期間，節(jié)能降耗目標的實現(xiàn)需要體現(xiàn)在建筑施工用電量控制方面。通過在照明節(jié)能系統(tǒng)建筑工程施工過程中，控制電力資源實際消耗量。但由于部分企業(yè)僅關(guān)注施工質(zhì)量及效率，沒有重點關(guān)注建筑照明系統(tǒng)設(shè)計工作，導(dǎo)致建筑工程節(jié)能效果始終處于有待提升階段。因沒有做好窗戶設(shè)計工作，導(dǎo)致建筑工程整體透光度不足，在白天也需要打開照明設(shè)施。建筑內(nèi)部照明設(shè)施沒有使用節(jié)能設(shè)備，各類電器的功率較大，實際能耗量更高。

因此在現(xiàn)有建筑設(shè)計期間，需設(shè)置合理層建筑工程墻窗面積比，建筑室內(nèi)空間始終處于良好的照明狀態(tài)。窗墻面積比需要控制在0.2～0.5之間，并在具體設(shè)計時著重分析建筑工程所在區(qū)域的太陽輻射量、陽光射入角度以及季風(fēng)方向。窗墻面積比也與采暖空調(diào)的能耗量密切相關(guān)，可以通過適當(dāng)縮小面積比例，降低空調(diào)實際能耗量。著重提升門窗結(jié)構(gòu)的氣密性，采用具備良好密封效果的密封條，避免室外冷空氣進入室內(nèi)?？刂撇Ａл椛渫ㄟ^率，在玻璃表面敷設(shè)具有反射功能的鍍膜。根據(jù)太陽光照高度及角度選擇適宜的門窗遮陽手段，控制陽光直射進入室內(nèi)。

4.2 監(jiān)控設(shè)備不合理

現(xiàn)階段大眾對建筑工程運營期間的安全性也提出了更高要求，要求建筑內(nèi)電氣設(shè)備應(yīng)始終處于安全可靠的運行范圍內(nèi)。建筑內(nèi)部安裝了許多具備監(jiān)控功能的電氣系統(tǒng)，磁吸電器系統(tǒng)需要長時間運營，實際耗電量最大。由于沒有合理設(shè)置監(jiān)控位置，導(dǎo)致建筑電能支出增長，在后期運維期間的成本浪費較為嚴重。

在現(xiàn)有建筑節(jié)能電氣設(shè)備應(yīng)用過程中，借助計算機，對各施工數(shù)據(jù)進行詳細分析，從根本上提升施工數(shù)據(jù)計算的精準度。結(jié)合建設(shè)工程自體運行要求，合理安裝監(jiān)控設(shè)備，進一步擴大監(jiān)控內(nèi)電氣設(shè)備的監(jiān)控覆蓋面。

建筑工程內(nèi)節(jié)能技術(shù)升級工作應(yīng)當(dāng)嚴格遵循以人為本原則，通過設(shè)置精密的控制電氣開關(guān)，從根本上提升電氣工程施工及后期運營期間的安全效應(yīng)。

通過將先進的監(jiān)測管理技術(shù)及聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合在一起，配合 GPS精準定位設(shè)施，使節(jié)能聯(lián)合方式的積極作用能夠被充分發(fā)揮出來。在具體施工期間應(yīng)用節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用能夠最大限度減少人力及物力資源的浪費量，實現(xiàn)遠程控制目標，降低施工全過程質(zhì)量問題及安全事故發(fā)生幾率。

4.3 通風(fēng)設(shè)計不合理

建筑工程中不合理的通風(fēng)設(shè)計也會導(dǎo)致建筑用電量增加，建筑能源消耗量進一步增長。現(xiàn)有大眾對暖通空調(diào)系統(tǒng)運行要求更高，需要在原暖通系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進行不斷優(yōu)化，從根本上提高建筑工程通風(fēng)設(shè)計水平。

建筑工程制冷與采暖的負荷計算工作更為復(fù)雜，需要嚴格遵照國家及有關(guān)部門頒布的暖通設(shè)計規(guī)范，使室內(nèi)溫度始終控制在設(shè)計范圍之內(nèi)。通常情況下，建筑工程設(shè)計溫度需在12～15℃之間，應(yīng)當(dāng)將空調(diào)溫度控制在26～27℃。不同種類建筑工程或生產(chǎn)空間對溫度的要求不同，因此需要做好暖通運行負荷計算工作，確保后期工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量能夠得到有效管控。

暖通系統(tǒng)中的冷熱源機組數(shù)量應(yīng)保持在合理范圍之內(nèi)。在暖通系統(tǒng)運行負荷高峰段，機組極易在長期高負荷運轉(zhuǎn)的情況下出現(xiàn)故障問題，需合理增加冷熱源機組數(shù)量，確保每臺機組承受的負荷壓力均處于合理范圍之內(nèi)。為滿足經(jīng)濟利益最大化的目標，冷熱源機組數(shù)量也不宜過多，增強后期系統(tǒng)運維期工作的可行性與便捷度，控制系統(tǒng)運行時的資源消耗量。

保障建筑工程內(nèi)部環(huán)境通風(fēng)性能良好，也是暖通的重要功能之一。在建筑工程通風(fēng)設(shè)計過程中，需要細致分析工種類別、流程轉(zhuǎn)換、建筑工程布置要求，選擇適宜的控制通風(fēng)方式。具體來說，同一工種的建筑工程可以選用全室通風(fēng)方式，保障通風(fēng)效果，控制資源消耗量；不同工種建筑工程需要分析建筑工程內(nèi)散熱情況、污染情況，做好排風(fēng)除塵工作，縮小因通風(fēng)導(dǎo)致的污染蔓延范圍。在建筑工程對散熱要求較低的情況下，可以在屋頂處安裝自然采光及通風(fēng)設(shè)施，結(jié)合熱流上升作用，最大限度控制動力消耗量。

5、光伏新能源技術(shù)在建筑電氣節(jié)能設(shè)計中的應(yīng)用意義

5.1 環(huán)保效益顯著

通過將光伏新能源技術(shù)應(yīng)用在建筑電氣節(jié)能設(shè)計工作中，能夠切實保障建筑工程整體工作效益。現(xiàn)階段社會逐漸趨向于生態(tài)文明化建設(shè)，大眾逐步認識到保護生態(tài)環(huán)境的重要性。國家及有關(guān)部門也針對建筑電氣系統(tǒng)建設(shè)與運行環(huán)節(jié)制定出了專項管控對策，最大限度控制能源污染問題。光伏新能源系統(tǒng)在實際運行期間以太陽能為主，而太陽能不會在發(fā)電時產(chǎn)生污染氣體和污染物質(zhì)，實際環(huán)保效益更為顯著，能夠在推動建筑綠色節(jié)能發(fā)展中發(fā)揮出重要作用。

5.2 運營成本較低

太陽能資源具有可再生性特征，并可始終保持持續(xù)供應(yīng)。我國土地面積大，通過合理設(shè)置太陽能光伏系統(tǒng)，就可以將大量的太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)楣┙ㄖ姎庀到y(tǒng)正常運行的電力資源。利用光伏材料，對能源進行高質(zhì)高效轉(zhuǎn)化。將光伏材料應(yīng)用在屋頂或者建筑墻體外側(cè)，在最大限度收集太陽能基礎(chǔ)上，增強建筑整體美觀性。

5.3 節(jié)能效果良好

光伏新能源發(fā)電系統(tǒng)可以安裝于建筑結(jié)構(gòu)的屋面及外墻處，不會占據(jù)有限的建筑內(nèi)部空間。在建筑電氣系統(tǒng)實際運行過程中，普通居民用電量較少，通過合理設(shè)計光伏新能源系統(tǒng)，太陽能轉(zhuǎn)化成的電能完全可供日常生活所需。同時，光伏發(fā)電中的蓄能電池也可以在夜間將白天轉(zhuǎn)換成的太陽能電力資源持續(xù)供給，最大限度控制了電網(wǎng)運輸期間的耗能量。

5.4 供電安全可得根本上保障

供電安全可直接影響到建筑電氣系統(tǒng)運行效果，與大眾生產(chǎn)生活質(zhì)量息息相關(guān)。如沒有加強供電安全管控力度，電氣系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)故障問題，將會嚴重影響到期間經(jīng)濟效益，導(dǎo)致實際運營成本被嚴重浪費。而使用光伏新能源技術(shù)，故障發(fā)生幾率較低，因此可以從根本上保障供電的安全性。但為將光伏發(fā)電系統(tǒng)故障問題發(fā)生幾率控制在最低范圍之內(nèi)，相關(guān)部門還需要注重電氣社會運營工作，制定出專項可行的運維技術(shù)方案。

做好電氣設(shè)備預(yù)防性維護，在保障設(shè)備運行安全的同時，采用預(yù)防性設(shè)備維護理念，將維護工作前置化。配合使用先進檢測技術(shù)，對設(shè)備運行狀態(tài)進行實時檢測。定期對最容易出現(xiàn)故障問題的設(shè)備及零部件進行檢修，將電氣設(shè)備故障問題控制在最低范圍之內(nèi)，切實保障電力系統(tǒng)運行水平。

光伏發(fā)電設(shè)備運行過程中，嚴重設(shè)備故障問題通常是由小故障問題累積形成。設(shè)備故障問題發(fā)生前的運行狀態(tài)會發(fā)生變化，運行參數(shù)數(shù)值與標準狀態(tài)也會存在一定差距。因此為從根本上保障電氣設(shè)備運維水平，使電力資源能夠?qū)崿F(xiàn)平穩(wěn)供應(yīng)目標，工作人員還需要做好電氣設(shè)備狀態(tài)維護工作。對設(shè)備運行狀態(tài)及運行標準參數(shù)進行對比分析。力爭及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障預(yù)兆，并對設(shè)備狀態(tài)發(fā)生情況進行預(yù)先處理，避免更為嚴重的故障問題出現(xiàn)，影響到變電站電力資源傳輸水平。

6、光伏新能源技術(shù)在建筑電氣節(jié)能設(shè)計中的有效運用

6.1 光伏屋頂

光伏屋頂是較為常見的光伏新能源技術(shù)。當(dāng)前建筑工程整體趨向于智能化、綠色化方向發(fā)展。在許多工程建設(shè)工作開展期間均使用了光伏屋頂結(jié)構(gòu)，通過將光伏新能源設(shè)施安裝在屋頂處，擴大太陽能采集覆蓋面，避免太陽能光伏設(shè)備受到風(fēng)力因素影響。由于光伏設(shè)備與屋頂結(jié)構(gòu)有機融為一體，也有效減少了屋頂施工期間的材料用量，具備更為顯著的經(jīng)濟效益。

在現(xiàn)有工程建設(shè)期間，屋頂是建筑外立面空閑面積最大的區(qū)域，因此具備良好的光伏新能源發(fā)電設(shè)備安裝條件。在建筑物外表面處，屋頂同樣也是吸收太陽能輻射最多的區(qū)域。屋頂水平面或斜面獲得的太陽能輻射量遠遠超過建筑垂直立面獲得的輻射量?，F(xiàn)階段城市化發(fā)展進程日漸加快，城市內(nèi)部建筑物密度更高，許多建筑物外墻遮擋較為嚴重，并不適用于安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)，光伏發(fā)電效率始終處于有待提升階段。

通過分析現(xiàn)有建筑工程觀賞價值，通過在屋頂安裝光伏新能源發(fā)電設(shè)施，對城市景觀建設(shè)的影響較小，并可實現(xiàn)大規(guī)模安裝目標。雖然獨立光伏建筑立面能夠獲得較好的發(fā)展效果，但在城市大規(guī)模使用過程中，勢必會影響到建筑物整體風(fēng)格。針對已經(jīng)建成的城區(qū)，在屋頂進行光伏新能源改造工作的優(yōu)勢更為顯著。同時，外墻光伏電池的反射光如沒有進行嚴格處理，也會出現(xiàn)光污染問題。

在屋面安裝光伏系統(tǒng)，可以在陽光及建筑物之間增加一個過渡層，從根本上提高建筑物整體的保溫隔熱性能，有效控制建筑物整體能耗壓。

現(xiàn)有太陽能屋頂施工技術(shù)最為成熟，安裝及維護效率能夠得到根本性保障，實際建設(shè)成本較低，具有十分顯著的推廣價值。

6.2 光伏幕墻

光伏幕墻結(jié)構(gòu)主要就是在建筑圍護結(jié)構(gòu)外表面設(shè)置光伏發(fā)電系統(tǒng)?；?qū)⒐夥l(fā)電材料直接取代建筑幕墻結(jié)構(gòu)。通過建設(shè)光伏幕墻，能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)光伏材料，減少建筑工程運行時間的能耗量。修建太陽能墻面能夠阻斷外界噪聲，改善大眾生活質(zhì)量。同時，光伏材料也可以控制墻體自身溫度，遮擋太陽光，過濾熱量，使建筑的室內(nèi)溫度始終處于恒溫狀態(tài)。

值得注意的是，在光伏幕墻系統(tǒng)設(shè)計運行過程中，需要著重分析建筑工程所在地區(qū)太陽能輻射特征、周邊環(huán)境溫度特征等因素，制定出更為可靠的光伏幕墻系統(tǒng)設(shè)計方案，確保光伏幕墻結(jié)構(gòu)能夠在實現(xiàn)建設(shè)工程節(jié)能增效目標中發(fā)揮出重要作用。

6.3 光伏大棚

現(xiàn)有光伏大棚主要應(yīng)用在農(nóng)產(chǎn)品培養(yǎng)過程中，如花卉養(yǎng)殖、林業(yè)生產(chǎn)、果樹生產(chǎn)等方面。由于植被對光照、溫度的要求更高，通過借助光伏大棚結(jié)構(gòu)，可進一步延長光照時間。先進光伏材料也具備更為良好的防風(fēng)及防水效果。如光伏大棚中的PVB夾膠膜可以吸收多余紫外線，殺滅害蟲，從根本上提高農(nóng)作物產(chǎn)量，增強農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量和安全。

在農(nóng)業(yè)大棚制造期間使用光伏技術(shù)，主要就是將光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝在大棚處，確保大棚具備太陽能發(fā)電功能，屬于綜合性較強的農(nóng)業(yè)開發(fā)模式。經(jīng)實際調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，我國光伏大棚、日光溫室等建筑面積逐步擴大，從根本上提升農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量的效率意義更大。

借助光能發(fā)電設(shè)備可以滿足農(nóng)作物生產(chǎn)期間的灌溉設(shè)施、補光燈、照明設(shè)施等專業(yè)資源供應(yīng)需求，最大限度節(jié)約土地資源。在農(nóng)業(yè)大棚建設(shè)時會存在保溫及升溫的情況，夏季許多農(nóng)作物生長會受不利影響，因此可以借助光伏技術(shù)，有效隔絕夏季較多的紅外線，防止過高溫度使植物生長受不利影響。

結(jié)語：

總而言之，當(dāng)前建筑電氣工程運行期間的消耗量依然在全國總消耗量中占據(jù)巨大比重。為在保障電氣工程安全高效運行的前提下控制資源消耗量，相關(guān)管理部門需要積極推廣光伏新能源技術(shù)。結(jié)合建筑電氣工程具體節(jié)能要求以及原有節(jié)能設(shè)計中存在的各類問題，不斷優(yōu)化工程設(shè)計方案內(nèi)容?，F(xiàn)有國內(nèi)光伏新能源技術(shù)體系較為成熟，但與發(fā)達國家相比依然存在一定差距，需要不斷積累光伏新能源技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗，切實優(yōu)化建筑能源結(jié)構(gòu)，促進建筑工程可持續(xù)發(fā)展。