光伏建筑项目低压直流供电电气节能研究

王超

国家电投集团杭州新能源生产运营有限公司 浙江 311200

摘要:针对缺乏全面、系统的光伏建筑低压直流配电节能设计指导思想的现状，提出了光伏建筑低压直流供电系统电气节能设计的主要原则满足建筑功能需求、符合建筑安全要求、满足可再生能源最大化利用与提高能效的要求以及满足经济合理要求，并详解了节能设计的主要内容。按照此原则进行光伏建筑一体化项目的电气节能设计，针对项目的基本情况和光伏建筑的光伏发电特点设计配套的光伏系统; 设计适合此建筑的低压直流供电架构及电气节能方案;并配备了直流用电负荷。通过该项目的设计和建设，说明了此电气节能设计原则对光伏建筑一体化及低压直流供电节能设计技术的应用和推广所具有的指导意义。

关键词: 光伏建筑一体化; 直流供电; 节能设计; 直流负荷; 能效管理

分布式光伏发电、电池储能，以及LED照明、变频空调、电动汽车充电等直流负荷逐渐普及，1.5 kV以下低压直流供电在民用建筑和市政基础设施供电等领域的应用价值，受到了国内外的广泛关注。虽然直流供电已经在轨道交通、通信和后备电源等行业长期广泛使用，但在主要面向普通非专业用户的民用领域，大多还处于前期研究和实验示范阶段。由于工程应用经验匮乏，对电压等级、接地方式以及电气安全防护等系统设计方案，还未形成比较统一的意见。

1BIPV 及直流供电电气节能设计主要原则和内容

1.1BIPV 及直流供电电气节能设计主要原则

与采用传统建材的建筑相比，光伏组件和建筑的有机融合即光伏建筑一体化是新型的技术。光伏建筑直流供电系统，由光伏系统、低压直流供电系统、储能系统、能效管理系统及智能直流负荷组成，具有可靠、绿色、安全、高效、智慧的特征，在提高建筑低压供电效率、降低建筑运行成本、提高建筑用能品质及降低建筑能耗等多方面都发挥着重要的作用。设计需要遵循一些特有的原则。

（1）满足建筑功能需求

首先光伏组件要满足BIPV建筑对于建材的要求电气系统设计要满足各种建筑功能的用电需求，保证供电稳定、安全、可靠。

（2）符合建筑安全要求

光伏组件的使用和安装必须满足建材和建筑的安全性要求，避免造成安全隐患。组件串联后形成高电压，并通过逆变器和供电线路连接中低压电网，所以应特别注意 BIPV 建筑上的光伏系统设计不得引起电击事故，同时，还需要满足建筑防火和防雷设计规范。

(3)满足可再生能源最大化利用和提高能效要求

应配备建筑综合能源管理系统，具备能效管理、分析功能，综合调度建筑产能、用能，达到最大化利用光伏发电，降低建筑的能源消耗的效果。

(4)满足经济合理要求

在光伏建筑及直流供电节能设计时，应该进行科学的经济性预测分析，确保项目满足经济合理要求。根据建筑物的实际需求和预测分析选择光伏系统的安装规模、安装位置等，避免在不合理的位置使用光伏组件，造成效益低下，并保证直流供电的节能效果。

1．2 BIPV 和直流供电节能设计主要内容

节能是在充分满足建筑物功能要求的前提下，合理进行供电、电气照明、建筑设备及系统控制的设计，确保安全可靠、经济合理、高效节能。科学的减少能源消耗，提高能源利用率，而不是为了引入可再生能源或者节约能源而牺牲建筑物的功能要求，降低其使用标准。

光伏建筑及直流供电节能设计的主要内容如下:

(1)光伏建筑一体化———光伏发电系统和建筑有机融合，光伏利用最大化;

(2)直流供电系统———合理确定供电系统架构、电压等级，降低供电能耗等;

(3)直流供电电气设备———采用高效电器如暖通、照明、办公等设备，利用直流供电提高效率;

(4)能效监管系统———供热、供冷、光伏发电、直流供电系统和各种负荷能效监管;

(5)节能高效照明———合理设计照明，并采用高效直流供电灯具进一步提高能效;

(6)采用节能控制技术———智能楼控系统多联机节能控制、照明节能控制等;

2光伏发电技术在建筑电气节能中的应用

在新能源中，光伏能源是一种相对理想的新型能源，零污染和噪音，从经济方面考虑，该能源具有故障发生率比较低，建设周期比较短，维护非常方便等特点，所以在建筑电气节能中光伏能源得到了非常广泛的应用。现阶段，在我国光伏能源主要分为光电和光热，其中光热能源就是把光伏能源当作建筑供热热源，为人们的日常生活和工作提供采暖和供热需求光热的源就是把光伏能源作为建筑供热能源，为人们的日常生活和工作提供采暖和供执需求，例如:大阳能空调，其中在建筑雷气节能设计中以光电能源应用为主。这一能源主要是使用半导体光伏效应获取电能，为建筑工程提供应急照明，生产用电以及试验用电等各个方面的用电需求。

对于建筑电气节能设计过程中光伏建筑一体化是一种趋势，就是在建筑围护结构中安装太阳能发电的方阵，从而为建筑提供日常生活和工作需要的电力能源。在光伏建筑一体化中光伏发电技术包含以下几个方面

2.1透光技术的应用

在建筑中，顶部光伏采光是最常用的方式，效果也非常的显著。在顶部进行采光，一方面，太阳相当于直射在顶部，能够使太阳能的吸收率得到提高，便玻璃幕墙不能对阳光进行足够吸收的弊端得以解决:另一方面，在顶部进行采光时，还要对没有遮挡或者遮挡率比较低的地方进行选择，这样能够保证最大的吸收太阳能。除此之外，为了能够对太阳能进行最大化的吸收，在安装时可以选择透明度比较高的材质。对太阳能光伏采光顶进行利用，能够使太阳能对建筑物的幅射大幅降低，进而增大建筑物的受光率，并且起到对阳光进行遮挡的作用。

2.2光伏器性作为屋顶材料

阳光昭时，就算是在冬天，也能够实现白天日照，从而提高大阳能的使用效密。另外，屋顶材料的光伏器件能够通过施工与屋面结构进行连接，从而能够有效地种制大风以及易风雨等方面所产生的影响。最后使用大阳能电池组件代替屋面保温陷热，不仅能够保护建筑物面，防止受到影响，同时也能够有效地控制整体的应用成本，因此进一步加强对其的研究非常有必要。

2.3光热发电

在建筑物中对太阳能光热加以利用进行发电，不再使用传统的发电方式，可以避免便用昂贵的硅品光电转换工艺，从而便发电的成本得到减少。而且，利用光热发电还有将太阳能加热的水储存起来的优点，即使没有光照，也可以将汽轮带动发电好几个小时。利用光热进行发电时，充分合理的利用资源，发挥资源的价值，在技术和资金条件的允许下，还可以综合利用多种能源，进行互补发电，也可以考虑联合热电站进行发电。

2.4光伏幕墙技术的应用

如今，光伏建筑一体化主要是光伏幕墙在建筑中的应用。光伏幕墙技术主要是在玻璃幕墙夹层中压入光伏方阵，在玻璃幕墙内使用双玻璃光伏组件来替代普通的材料，从而能够使其具备相应的功能，包括隔音、隔热以及安全等方面，光伏玻璃幕墙能够最大程度利用太阳能，有效地达到绿色控制作用，因此建筑光伏一体化技术也是未来主要的发展方向，需要重点加强该部分的研究。

结论

光伏建筑一体化及低压直流供电是建筑行业内的新兴技术，在提高建筑供电效率、降低建筑运行成本、提高建筑用能品质及降低建筑能耗等多方面都发挥着重要的作用。为大力推广光伏建筑一体化和直流供电技术在城市建筑，尤其是公共建筑上的应用为光伏建筑一体化和直流供电电气节能的应用和研究提供一些有价值的参考与借鉴。

参考文献

［1］黄兢业，栗惠，陈雪琴，等．低压直流国内外标准化综述［J］．、电器与能效管理技术，2018(22):6－11．

［2］王福林，江亿．建筑全直流供电和分布式蓄电关键技术及效益分析［J］．建筑电气，2016，35(4):16－20．

［3］清华大学建筑节能研究中心．中国建筑节能年度发展研究报告［M］．北京:中国建筑工业出版社，2020．