光伏新能源技術(shù)在電氣節(jié)能中的應(yīng)用效果調(diào)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(jié)能中的應(yīng)用效果。該文通過對多個光伏發(fā)電項目的應(yīng)用進行調(diào)研和分析，并結(jié)合實際案例對不同光伏發(fā)電項目的應(yīng)用效果進行評價。結(jié)果表明，在電氣節(jié)能中應(yīng)用光伏新能源技術(shù)具有安全性無污染、供電穩(wěn)定、減少能源消耗等明顯優(yōu)勢。說明在電氣節(jié)能中應(yīng)用光伏發(fā)電技術(shù)，能夠有效提升清潔能源的利用效率。并且光伏發(fā)電系統(tǒng)的長期投資回報率明顯優(yōu)于傳統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：光伏新能源技術(shù)；電氣節(jié)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(huán)境污染問題逐漸嚴重的背景下，清潔能源的利用與開發(fā)已經(jīng)成為各個國家的重點發(fā)展方向。光伏新能源技術(shù)憑借其可再生、分布式等特點，成為電氣節(jié)能領(lǐng)域的重要技術(shù)手段之一。因此，詳細分析電氣節(jié)能中光伏新能源技術(shù)的具體應(yīng)用具有十分重要的現(xiàn)實意義。

1 "電氣節(jié)能的重要性

在現(xiàn)代社會中電氣節(jié)能對于我國社會的發(fā)展具有重要意義。

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

電氣節(jié)能可以有效促進我國的資源利用和經(jīng)濟發(fā)展[1]。社會的快速發(fā)展離不開能源資源的支持，而電氣節(jié)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(tǒng)能源的使用壽命，確保經(jīng)濟的穩(wěn)定發(fā)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(jié)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(yè)節(jié)約大量的能源成本，在提高經(jīng)濟效益的同時，也能推動清潔能源技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)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(jié)能與人民生活密切相關(guān)。目前電力已經(jīng)成為我們生活中不可缺少的能源之一。而電氣節(jié)能手段則可以在延長電氣設(shè)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(zhì)。

2 "光伏新能源技術(shù)的概念和優(yōu)勢

2.1 "光伏新能源技術(shù)的概念

2.1.1 "光伏新能源技術(shù)的發(fā)電原理

光伏新能源技術(shù)又被稱作光伏發(fā)電技術(shù)，主要通過光伏組件進行光電轉(zhuǎn)化，以光伏特效應(yīng)作為發(fā)電原理（發(fā)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(xù)吸收，在利用截流子不同位置不均一特性，在內(nèi)部形成截流子。之后，截流子在內(nèi)部由于空穴密度分布不均勻，出現(xiàn)漂移效應(yīng)與擴散效應(yīng)，最終形成電力，為不同電器提供電能，而且利用光伏發(fā)電技術(shù)，還可以將多余的電力反饋給電網(wǎng)[2]。

2.1.2 "系統(tǒng)組成

光伏新能源技術(shù)分為并網(wǎng)型與獨立型，不同型號的系統(tǒng)組成也有所不同。

1）并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)。這種發(fā)電系統(tǒng)中主要由并網(wǎng)逆變器、控制器和光伏陣列組成，可以在供電充足的時候?qū)⒍嘤嚯娏敵龅诫娋W(wǎng)，但是如果光伏發(fā)電系統(tǒng)無法滿足設(shè)備的正常用電需求，還需要電網(wǎng)為其提供一定的電力。首先，并網(wǎng)逆變器的主要功能是將光伏陣列發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)換成交流電并輸入到電網(wǎng)中。通常來說，并網(wǎng)逆變器需要具備通信功能，以便在系統(tǒng)工作時與電力公司進行數(shù)據(jù)交換，便于進行遠程監(jiān)測、故障診斷和運行管理。其次，控制器?？刂破饕话銇碚f集成在并網(wǎng)逆變器中，需要復(fù)雜光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本運行。比如工作人員可以通過控制器調(diào)節(jié)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(lián)并聯(lián)而成，主要用于將太陽能轉(zhuǎn)換為電能。光伏陣列的性能直接影響了光伏發(fā)電系統(tǒng)的整體發(fā)電效率和運行穩(wěn)定性。合理布局和配置光伏陣列是確保系統(tǒng)高效發(fā)電的重要因素[3]。

2）獨立型光伏發(fā)電系統(tǒng)。獨立型光伏發(fā)電系統(tǒng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)化完畢之后，由逆變器將直流電轉(zhuǎn)化為交流電，作為設(shè)備的正常用電。獨立型光伏發(fā)電系統(tǒng)可以不間斷地向設(shè)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(tǒng)的優(yōu)勢在于設(shè)計人員可以根據(jù)設(shè)備的用電量對蓄電池組進行調(diào)節(jié)，避免電能的存儲釋放損失。

2.2 "光伏新能源技術(shù)在電氣節(jié)能中的優(yōu)勢

2.2.1 "安全無污染

光伏發(fā)電過程中以太陽能為能源，不會產(chǎn)生溫室氣體和其他有害氣體，不會對大氣環(huán)境造成污染，有利于改善環(huán)境空氣質(zhì)量，減少大氣污染物排放，從而有助于保護生態(tài)環(huán)境和緩解全球氣候變化。同時，在光伏發(fā)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(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)帶來的污染。

2.2.2 "供電穩(wěn)定

并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)可以與電網(wǎng)進行連接，也可以作為獨立系統(tǒng)為設(shè)備進行供電。這樣一來就可以從根本上解決傳統(tǒng)電能的遠距離傳輸導(dǎo)致的供電不穩(wěn)問題。同時，光伏發(fā)電系統(tǒng)還可以在城鄉(xiāng)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(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性作出貢獻。

2.2.3 "有助于減少能源消耗

光伏發(fā)電系統(tǒng)可以將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能，這種供電方式可以滿足建筑物的常規(guī)用電系統(tǒng)，讓建筑物擺脫傳統(tǒng)能源的消耗，避免能源浪費，進而實現(xiàn)能源供給結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級，推動能源生產(chǎn)和消費模式朝著清潔、低碳、可持續(xù)的方向發(fā)展[4]。

3 "電氣節(jié)能中光伏新能源技術(shù)的實踐

3.1 "光伏大棚技術(shù)

相比于傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大棚，光伏大棚技術(shù)的應(yīng)用可以利用光伏發(fā)電為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)創(chuàng)造額外收益。目前光伏農(nóng)業(yè)大棚主要有以下幾種：①陽光房式光伏農(nóng)業(yè)大棚。在這種光伏農(nóng)業(yè)大棚中，光伏發(fā)電組件通常在大棚的南側(cè)，北側(cè)屋頂部位采用普通夾膠玻璃，南北側(cè)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(shè)備，構(gòu)建生態(tài)農(nóng)業(yè)和觀光旅游一體化的智慧型農(nóng)業(yè)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(nèi)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(jié)構(gòu)，前后鋼結(jié)構(gòu)立柱基礎(chǔ)為鋼筋混凝土基礎(chǔ)，頂棚支撐結(jié)構(gòu)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(jīng)濟適用型大棚。大棚光伏如圖3所示。

與傳統(tǒng)的大棚相比，光伏農(nóng)業(yè)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(shè)備實現(xiàn)棚內(nèi)溫濕度的智能調(diào)節(jié)。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(huán)境造成污染，而光伏農(nóng)業(yè)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(jù)光伏發(fā)電需要陽光、食用菌菇生長要遮光的原理，使用的光伏農(nóng)業(yè)大棚技術(shù)，將光伏電站與食用菌菇種植技術(shù)結(jié)合，在不改變原有的土地情況下，提高的土地的利用率，實現(xiàn)發(fā)電和收菇的效益疊加。該種植大棚采用陽光房式光伏農(nóng)業(yè)大棚，占地1236畝（1畝約等于667 m2），分3期建設(shè)，目前一期建設(shè)已完成并投入使用。共建設(shè)發(fā)菌棚45個、生產(chǎn)棚135個，發(fā)展香菇160萬袋，解決了200余人的就業(yè)問題。目前光伏農(nóng)業(yè)大棚已經(jīng)可以供應(yīng)菌菇種植的日常用電，并且采用的是并網(wǎng)型光伏發(fā)電技術(shù)，可以將剩余電力輸送到電網(wǎng)中，在解決周邊地區(qū)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(shù)

光伏幕墻技術(shù)主要應(yīng)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(chǔ)上，滿足建筑的美觀、安全等需求。結(jié)合光伏發(fā)電技術(shù)，將太陽能轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化的過程中會產(chǎn)生熱能，而光伏幕墻技術(shù)可以將這些熱能收集起來，在非供暖季節(jié)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(jié)構(gòu)，推動建筑節(jié)能技術(shù)的發(fā)展。

在城市建設(shè)方面也可以使用光伏幕墻技術(shù)。在現(xiàn)代化城市的建設(shè)過程中，可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)成為重點發(fā)展目標。而光伏幕墻技術(shù)的應(yīng)用不僅能夠改善城市環(huán)境，還可以提升城市的整體形象。比如某城市在建設(shè)過程中通過大規(guī)模推廣光伏幕墻技術(shù)，在城市中形成了一張張光伏“能源網(wǎng)”，為城市能源供應(yīng)和環(huán)境改善提供有力支持，是城市綠色發(fā)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(qū)的改造難題，提出了光伏幕墻技術(shù)的改造方案。該城市截至2021年有1.6億m2的老舊小區(qū)改造任務(wù)，在老舊小區(qū)中電線排放十分混亂，因此，采用這項技術(shù)為建筑提供電能，在改造老舊建筑的同時解決了電力供應(yīng)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(fā)電，又可以在視覺上美化建筑，實現(xiàn)了環(huán)保和美觀兼顧。同時，這些光伏幕墻還為老舊小區(qū)注入了新的活力和科技感，提升了整個社區(qū)的形象，有利于改善居住環(huán)境。在改造完成之后，小區(qū)的整體供電已經(jīng)無需使用電網(wǎng)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(qū)照明使用，降低了用電成本，為居民提供了更為環(huán)保和經(jīng)濟的能源選擇。

3.3 "光伏屋頂技術(shù)

光伏屋頂技術(shù)又叫做屋頂太陽能光伏發(fā)電，主要是將可以產(chǎn)生電力的光伏組件安裝在建筑的屋頂，這種系統(tǒng)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(shù)整體體積較小，而且具有更高的發(fā)電容量。在這項技術(shù)應(yīng)用過程中，需要考慮一年中光照的時間、當?shù)氐奶鞖鉅顩r和屋頂?shù)钠露纫约翱v橫比等因素。光伏屋頂技術(shù)可以應(yīng)用在工業(yè)和商業(yè)用電領(lǐng)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(shù)也可以在城市建設(shè)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(xiàn)停車場和體育館的自給自足，并為城市電網(wǎng)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(shù)，該項目總裝機量800 kW，安裝光伏組件2 750片。設(shè)計團隊首先進行了屋頂結(jié)構(gòu)的光伏適應(yīng)性評估，確定了能夠支持光伏板安裝的區(qū)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(shè)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(zhuǎn)化為可用的交流電能。接著，通過智能監(jiān)控系統(tǒng)實時監(jiān)測光伏發(fā)電的情況，以確保電力生產(chǎn)的效率和安全。最后，通過與電網(wǎng)連接，將多余的電能納入城市電網(wǎng)，有效降低了工廠的用電成本。在該項目并網(wǎng)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(fā)電達5 000 kWh，全年可以節(jié)約電費近100萬元，預(yù)計3年收回成本，在降低對傳統(tǒng)能源依賴的基礎(chǔ)上，成功推動了工廠向低碳、環(huán)保方向發(fā)展。

4 "結(jié)束語

光伏新能源技術(shù)作為一種綠色、清潔的能源形式，具有巨大的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。通過本文的實踐分析，我們發(fā)現(xiàn)光伏新能源技術(shù)不僅具有較高的環(huán)保性，而且在節(jié)能減排方面也有明顯的優(yōu)勢。然而，在推廣應(yīng)用中仍然面臨著各方面的挑戰(zhàn)。因此，建議進一步加強對光伏新能源技術(shù)的研發(fā)和推廣力度，以促進光伏新能源技術(shù)在電氣節(jié)能中的廣泛應(yīng)用，為推動電氣領(lǐng)域的清潔能源轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展作出貢獻。

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