新能源光伏发电助力建筑电气节能减排分析

许晓强

杭州云启建筑设计有限公司 浙江省杭州市 310000

摘要：我国提出二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。在建筑领域，光伏、光热、热泵等众多可再生能源技术路线均能对碳目标做出贡献。在各种新能源占主导地位情况下，光伏发电是促进建筑领域早日实现“双碳”目标的必要途径。本文主要对新能源光伏发电助力建筑电气节能减排进行分析。

关键词：新能源；光伏发电；建筑；节能

引言

传统技术构建下的建筑，无论从建造或是使用都要依赖于能源消耗。未来，随着各类技术水平的提高，通过建筑本身材料、屋顶界面等，通过吸收太阳能转化成光与热，既有温度的控制，又有光线的导入，用这种方法去减少能源消耗，今天的科学技术已经指出了可能性，光伏设备的转换效率也在不断地提高，将新能源光伏发电应用于建筑电气设计与施工中，从而实现节能减排目标，进而实现相关经济效益的提升。

1基本含义

光伏新能源技术是一种新兴技术，与传统能源技术相比具有新颖性。传统能源大部分都是不可再生能源，消耗殆尽后无法恢复而光伏是一种新型绿色可再生能源，可以将太阳能转换成电能。光伏新能源技术是人类发展史上的一大突破，是人类能源利用的一项进步。具体来说，光伏新能源技术可以利用太阳能集热器收集光能，并且不需要提供其他能量；将收集的能量被转换器转换成电能，然后通过电力转换装置输送到千家万户，可以满足居民生产生活需求。光伏新能源技术主要包括采集、储能、转化、转移太阳能的相关技术。光伏发电系统按照与公共电网的关系分为：并网光伏发电系统、离网光伏发电系统；按照储能装置形式分为：带储能装置系统、不带储能装置系统；按照与建筑物的关系分为BIPV（光伏建筑一体化）和BAPV（附着在建筑物上的光伏发电系统）两大类。民用建筑较为常用的就是并网光伏发电不带储能装置的系统，采用自发自用，余电上网的方式，而离网带储能装置的光伏发电系统一般用于电力供应不稳定的区域。

2新能源光伏发电助力建筑电气节能减排分析

2.1（BAPV）太阳能屋顶分布式光伏发电系统

屋顶分布式光伏发电系统是一种光伏新能源技术的应用方式，随着建筑数量的增加和建筑高度的提升，此系统在很多高层建筑中应用频繁。将太阳能电池板安装在屋面上，可以最大程度吸收阳光，既可以减少屋面暴晒程度，又能降低风力对屋面的侵蚀，与此同时，还能减少屋面工程的材料使用量，从而提高工程建设的经济效益。在屋顶上安装光伏系统，就像在建筑和太阳之间搭建了一个过渡层，既可以提高建筑的保温效果，又可以降低建筑的能源消耗。从安装面积来说，屋顶是整座建筑空余空间最多的区域，且采光条件非常好，非常适合安装光伏新能源技术设备。并且屋顶可以吸收更多的阳光，屋顶的水平面和倾斜面的辐射比垂直面的辐射大得多。在一些大城市，高楼林立，建筑密度比较大，在屋顶上安装太阳能电池不仅方便，还可以实现批量安装，不会造成土地资源的浪费。目前，太阳能屋顶技术已经相当成熟，其安装和维修都十分便捷，并且太阳能屋顶具有高产出、低成本、规模化的诸多优势，而且屋面分布式光伏发电系统具有就近发电、就近转换、就近并网、就近使用的特点。尽管太阳能屋顶分布式光伏发电系统能起到很好的作用，然而民用建筑的屋面可利用率有限，无法承载更大规模的碳目标需求，这一需求将从屋面应用延伸至墙面应用。此外，若不正确处理太阳能电池板的反光问题，会引发严重的光污染问题，从而影响居民的正常生活，这也是安装太阳能电池板时需要考虑的问题。

2.2（BIPV）建筑一体化光伏发电系统设计

建筑一体化光伏系统（BIPV）是指在建筑上安装光伏系统，并通过专门设计，实现光伏系统与建筑的良好结合。光伏建筑与普通建筑的本质区别，就是光伏幕墙（顶）是一个能发电的墙 （顶）。光伏材料的发展经历了多晶硅、单晶硅、非晶硅、碲化镉和铜铟镓硒等等。光伏与建筑是两个各自独立的行业，有各自成熟的规范和要求制约。光伏+建筑，从发展的过程看，首先是光伏对建筑的需要，是光伏将建筑作为光伏安装的载体，是光伏捆绑在建筑上，体现的是发电功能，对于是否满足建筑规范要求在其次。但这不是建筑的需要，甚至不能同时满足两个行业的规范要求。随着光伏材料的发展进步，出现了碲化镉薄膜为代表的这种从生产过程到应用的全环保光伏材料并且符合建筑审美的材料一致性、美观性、和谐和灵活性，尤其是其弱光可发电、对光线入射角和温度不敏感、抗局部遮挡和落灰的性能 ，使得光伏与建筑从结合走向了融合，可以制造出光伏建筑构件，从而建造出光电建筑。建筑也从被动的接受光伏到主动拥抱光伏。因此，符合建筑要求的光伏材料的应用在代表未来节能建筑的最高形态的零能耗被动式建筑中，起到不可或缺作用。那么当下如何进行光伏建筑一体化设计实施呢，笔者认为要分为四步。第一步，在可研阶段，进行地理位置、气候条件、光资源分析、建筑节能分析、可再生能源利用及建筑碳排放分析报告、技术经济性分析（概预算、收益分析、政策奖励及补贴分析计算）；第二步，在方案阶段，建筑师和电气设计师在建筑外观、安装位置与方式、安装规模、系统配置选型（电网条件、负荷性质、系统运行方式）进行设计；第三步，在施工图阶段，发电构件与建筑连接、结构设计、发电系统设计、系统接入点设计、防雷设计、监控系统设计、运维辅助系统设计；第四步，竣工交付，可再生能源利用系统运营管理的技术要求。

2.3并网光伏发电系统

并网光伏发电系统是目前最为常用的系统，其特点是即发即用，省去了复杂又占空间的储能装置。该系统中形成的电流为直流电，接着通过转化装置能够传输交流电，再到达业主的电网当中，通常都会将其安装在屋顶位置，主要是由于屋顶能够更好的吸收到太阳光，而该种电站通常为中小规模，并不具备太高的发电量，只能达到其中部分用户的用电需求，同时由于未得到升压操作，其传输时间更短。系统型式与并网电压等级与系统容量有关，一般有220V并网、380V并网、10（20）KV并网。依据《建筑光伏系统应用技术标准》GB/T51368-2019，容量在8KW与500KW之间，应选择380V并网。故大多民用建筑均在此区间范围内，于是选择380V并网。按并网点位置又分为用户侧并网及电网侧并网光伏发电系统。目前许多设计师，通常会选择电网侧并网系统，但此系统涉及到公共电网，需征得供电局同意，较为复杂，笔者认为对于小容量光伏发电选择用户侧并网自发自用即可，对于大容量，尤其是太阳光照比较充足的地方，可考虑电网侧并网。

结语

总之，利用光伏发电技术改善建筑能量使用情况，可以实现能源可持续发展，从而实现建筑节能减排。为完成我国2030年达到碳排放高峰、2060年达到碳中和的目标，必须强化太阳能等清洁可再生能源在建筑中的推广应用力度。为此，国家和地方推出了一系列规范条文，《建筑节能与可再生能源利用通用规范》GB55015—2021第5.2.1条规定新建建筑应安装太阳能系统。该规范为强制性工程建设标准，全部条文必须严格执行。规范中所讲的“太阳能系统”，包括太阳能热利用系统、太阳能光伏发电系统和太阳能光伏光热（PV/T）系统3类以及浙江省《居住建筑节能设计标准》DB331015-2021第9.0.4的要求，现有居住建筑均须设置太阳能光伏发电系统。

参考文献

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[2]刘晓琳,张阳玉.建筑电气节能中光伏新能源技术的应用[J].中国住宅设施,2021(11):7-8.

[3]赵延哲.光伏新能源技术在建筑电气节能中的应用[J].住宅与房地产,2019(18):282-283.