建筑电气节能中光伏新能源技术的运用

杨臻

（中国能源建设集团云南省电力设计院有限公司，云南 昆明 650051）

随着全球能源危机加剧和环保意识提高，建筑电气节能问题日益受到关注。传统建筑电气设计存在能源浪费和环境污染等问题，亟需采取新节能手段。光伏新能源技术是近年来备受瞩目节能手段之一，其运用在建筑电气中应用已经成为一种趋势。光伏屋顶、光伏幕墙、光伏温室等技术的应用，可有效地减少建筑用电量和能源消耗，同时具有经济性强、安全环保、维护成本低等优点。本文将对建筑电气节能中光伏新能源技术的运用进行详细论述，旨在为建筑电气节能提供新的思路和方向。

1 光伏新能源技术概述

1.1 光伏新能源技术概念

光伏新能源技术是指利用太阳能发电技术，也被称为太阳能光伏技术。其基本原理是利用太阳能将光能转化为电能，通过太阳能电池板吸收光能，使电子产生运动，从而产生电流。光伏技术应用范围非常广泛，可用于屋顶、大型电站、汽车等多种场合。此外，光伏技术还具有无污染、无噪音、寿命长、维护方便等优点，是一种非常环保和可持续能源形式。近年来，光伏技术得到了广泛应用和发展，包括单晶硅、多晶硅、非晶硅等多种光伏电池技术。同时，太阳能电池板制造成本不断降低，使得光伏技术应用更加广泛。

1.2 光伏新能源技术应用的原则分析

（1）环境适应性原则。光伏新能源技术应用的首要原则是要适应不同环境条件。不同环境条件对光伏系统设计和选用电池板类型等方面都有影响。例如，安装在高温和多风地区，需选用能够适应高温和高风速电池板，以保证系统正常运行。（2）经济可行性原则。光伏新能源技术应用要考虑经济可行性。光伏系统的投资成本、运行维护成本、电能产出等方面都需进行充分的经济评估，以确保光伏系统建设和运行能够实现经济效益。（3）技术可靠性原则。光伏新能源技术应用要考虑技术可靠性。光伏系统需在不同环境条件下运行，要求系统具有较高稳定性和可靠性。光伏系统设计、制造和安装都需符合相应技术标准和规范，以确保系统的可靠性和稳定性。（4）可持续性原则。光伏新能源技术的应用要考虑可持续性。光伏系统的建设和运行应该尽可能减少对环境影响，例如，减少对土地占用、减少对水资源消耗等。同时，应该注重光伏电池板回收利用，以减少对环境污染。

2 光伏能源在建筑电气中应用优势分析

2.1 安全环保

光伏能源是一种低电压、直流电源，不同于传统交流电，安全性更高。此外，光伏系统电路设计和安装都需符合相应安全标准和规范，以确保系统的安全运行。光伏能源不会排放有害物质和温室气体，不会对环境造成污染。同时，光伏系统的运行不需耗费任何能源，是一种零排放、零污染绿色能源。光伏能源是一种可再生能源，不会消耗任何自然资源，具有可持续性。光伏电池板寿命长，一般可使用25年以上，且可回收再利用，减少了对环境负担。此外，光伏能源安装方式灵活多样，可应用于不同类型建筑物和地形，具有很强适应性。此外，光伏系统可根据需要进行扩容或减容，以满足不同用电需求。

2.2 经济性强

光伏系统一旦安装完毕，其运行成本非常低，不需进行大量维护和保养。光伏电池板的寿命长，一般可使用25年以上，而电池板的维护费用相对较低，这使得光伏能源的总体运营成本更加低廉。光伏能源是一种基于太阳能可再生能源，其可持续性和长期可靠性极高，因此可带来长期经济效益。此外，一旦光伏系统安装完毕，其发电成本相对固定，不会像化石燃料发电一样受到燃料价格波动影响，因此，能够为建筑物提供稳定电力支持。此外，许多国家和地区为了推广光伏能源应用，在政策层面上提供了一系列的优惠政策，例如税收减免、补贴等，这些政策可有效地降低光伏能源的建设和使用成本。光伏能源发电设备通常安装在建筑物屋顶或外墙等空闲场所，可有效地利用这些空间资源，不需占用建筑物其他场所，因此，在一定程度上减少了建筑物的占地面积和建设成本。

2.3 节能、能源消耗小

光伏能源利用太阳能发电，不需消耗任何燃料，不会产生二氧化碳等污染物，是一种非常清洁的能源形式。因此，光伏能源的应用可大大减少对化石燃料等有限资源的消耗，节能效果明显。其次，光伏系统通常配备智能控制系统，能够实现对电能精细调控和分配，最大限度地避免能源浪费。通过对光伏系统监控和管理，可更加有效地控制建筑电气能耗，减少能源消耗。最后，光伏系统的发电量通常与日照强度和季节变化等因素有关，存在间歇性。因此，光伏系统通常会与储能技术相结合，例如电池储能等，将白天获得的能量储存起来，以供晚上或天气不佳时使用。这样就可更加充分地利用光伏系统发电能力，减少对传统能源依赖。

3 传统建筑电气设计过程中常见问题分析

3.1 照明设计问题

传统建筑电气设计过程中，照明设计往往过分强调照度水平，而忽视了照明质量。在实际使用中，人们会感到过亮或过暗，造成不适感和浪费能源的问题。由于设计师缺乏对人们行为习惯、情感和生理健康的了解，照明方案往往不够合理，导致了照明效果差、能源浪费等问题。传统建筑电气设计中，照明控制方式较为简单，通常只是通过开关控制灯开关，缺乏智能化控制，无法根据环境光线和人体活动情况自动调节照明亮度和开关时间，造成能源浪费和照明质量不佳等问题。此外，传统建筑电气设计中，照明节能措施往往只是简单采用节能灯具和光线感应器等设备，而缺乏更加系统和全面节能措施，例如，优化建筑立面、设置自然采光和遮阳等。综上所述，传统建筑电气设计过程中照明设计存在许多问题，这些问题不仅会导致能源浪费，同时也会对人们生理健康和心理感受产生负面影响。因此，在未来建筑电气设计中，应该更加注重照明质量和照明控制智能化，同时采用更加全面和科学的节能措施，以实现更加优秀的照明效果和可持续的能源利用。

3.2 监控系统不合理

传统建筑电气设计中，监控系统设计缺乏统一标准，导致设计方案难以衡量、评估和比较，同时也限制了监控系统可扩展性和可维护性。此外，传统建筑电气设计中，监控系统通常只有一种单一方式，例如，人工值班、手动开关等，缺乏自动化、智能化和多元化设计方案，难以满足现代化建筑对监控系统的多样化需求。同时，在传统建筑电气设计中，监控系统通常采用传统的监控设备，如摄像头、传感器等，这些设备效率低、成本高，同时也很难满足现代化建筑对安全监控高效性和可靠性要求。最后，在传统建筑电气设计中，监控系统数据管理和分析能力不足，数据分散、分析不到位，导致监控数据的可信度、准确度和时效性不佳，无法为决策提供有效的数据支持。

3.3 通风系统不合理

在传统建筑电气设计过程中，通风系统不合理存在以下一些问题：（1）设计不足。在传统建筑电气设计中，通风系统的设计往往缺乏足够考虑和计划，常常出现通风不良、气流不畅等问题，从而导致室内空气质量下降，影响人们生活和工作。（2）能耗过高。在传统建筑电气设计中，通风系统通常采用机械通风方式，其能耗较高，而且设备使用寿命较短，同时机械通风还会造成噪声污染和二次污染等问题。（3）配置不合理。在传统建筑电气设计中，通风系统配置往往不合理，通风设备数量和位置安排不当，导致通风效果不佳，浪费能源和金钱。（4）控制不当。在传统建筑电气设计中，通风系统控制方法较为简单，往往采用人工控制或传统的定时控制方式，难以实现精准的控制和调节，导致通风效果不佳，能耗过高。

4 建筑电气节能中光伏新能源技术的运用策略

4.1 光伏屋顶

光伏屋顶技术是指在建筑物的屋顶安装太阳能电池板，利用太阳能电池板将太阳能转化为电能，供给建筑物所需电力，从而实现建筑电气节能。下面详细论述光伏屋顶技术在建筑电气节能中运用。光伏屋顶技术能够将太阳能转化为电能，为建筑物提供电力，避免了对传统能源消耗，减少了化石燃料使用以及环境污染和碳的排放，实现了能源节约。光伏屋顶技术能够利用太阳能发电，避免了使用化石燃料，因此不会产生二氧化碳等有害气体，不会对环境造成污染，具有环保节能特点。

光伏屋顶技术在建筑电气节能中运用流程可分为以下几个步骤：（1）方案设计。根据建筑物的使用类型、建筑结构、电气负荷等因素，确定光伏屋顶系统的安装位置、面积、容量等参数，绘制系统的工程图纸和电气图纸。（2）材料选购。根据设计方案要求，选购符合标准太阳能电池板、支架、逆变器、电缆等光伏系统所需材料。（3）安装施工。按照设计方案和电气图纸要求，进行支架安装、太阳能电池板的安装、逆变器安装、电缆敷设等施工工作，确保光伏屋顶系统稳定性和安全性。（4）运行维护。光伏屋顶系统的运行需进行日常维护，如定期检查系统的电池板、逆变器、电缆等设备的运行状态，及时发现和解决故障，确保系统稳定性和安全性。（5）数据监测。光伏屋顶系统运行数据需进行监测和管理，如实时监测系统发电量、功率、电压、电流等数据，进行数据分析，优化系统运行效率和节能效果。

4.2 光伏幕墙

光伏幕墙作为建筑外立面的一部分，其外观美观大方，可为建筑增添美感。同时，由于光伏幕墙能够充分利用太阳能资源，可减少建筑的能源消耗，从而提高建筑节能效果，对环保起到一定作用。光伏幕墙安装维护成本较低，具有经济性。光伏幕墙安装和维护相对较为简单，因此其成本相对较低。而且，由于光伏幕墙能源来源主要是太阳能，因此，在运行过程中不需消耗任何的能源，从而减少了能源消耗成本。

在实际运用中，光伏幕墙技术的运用流程如下：（1）方案设计。根据建筑物的使用类型、建筑结构、电气负荷等因素，确定光伏幕墙系统的安装位置、面积、容量等参数，绘制系统工程图纸和电气图纸。（2）材料选购。根据设计方案要求，选购符合标准太阳能电池板、支架、逆变器、电缆等光伏系统所需材料。（3）安装施工。按照设计方案和电气图纸要求，进行支架安装、太阳能电池板的安装、逆变器的安装、电缆的敷设等施工工作，确保光伏幕墙系统稳定性和安全性。（4）联网调试。完成光伏幕墙系统安装后，进行联网调试和测试，确保系统能够正常运行、输出稳定电能，并能够与电网进行无线连接。

4.3 光伏温室

（1）设计阶段。在设计阶段，需考虑温室材料、结构和安装方式等因素，以确保光伏组件能够安全地安装在温室顶部。同时，需考虑光伏组件布局和倾角，以最大限度地利用太阳能。（2）温室材料选择。温室材料需具有良好光透性和光反射性能，以确保光伏组件可充分地吸收阳光，并将反射光线利用起来。常见的温室材料包括玻璃、聚碳酸酯、透明混凝土等。（3）光伏组件选择。选择合适的光伏组件是确保光伏温室系统能够有效发电的关键。需考虑组件转换效率、耐候性、外观等因素，并结合实际情况确定最适合型号和数量。（4）温室设计。温室设计需充分考虑建筑通风、遮阳、保温等因素，以保证光伏组件正常发电和温室内植物生长。（5）施工和安装。在施工和安装过程中，需严格按照设计要求进行操作，确保光伏组件安装位置和角度符合要求。同时，需注意施工现场安全，避免因为操作不当而导致意外事故。

5 结语

建筑电气节能是未来建筑发展的必然趋势，而光伏新能源技术则是其中不可或缺一部分。光伏屋顶、光伏幕墙、光伏温室等技术应用，可实现建筑电气节能与环保，同时具有经济性强、维护成本低等诸多优点。尽管光伏新能源技术应用还存在一些问题和挑战，如技术成熟度、成本和设计等方面的问题，但随着技术的不断发展和政策的支持，光伏新能源技术将会在建筑电气节能中扮演更加重要的角色。希望本文的论述能够对读者了解和应用光伏新能源技术在建筑电气节能方面提供一些参考和帮助。