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建筑电气节能设计中光伏新能源技术的应用

申双

湖北省人才发展集团有限公司,湖北省武汉市,430000

摘要: 将光伏新能源技术应用于建筑电气节能设计,无污染,能源浪费少,可以提高供电设施的安全性和稳定性,减少电气设备的占地面积,对促进建筑电气工程的健康、可持续发展具有重要作用。本文通过对光伏新能源技术的研究,发现该技术具有供电可靠、高效节能、低碳环保等价值,推动了我国建筑行业可持续发展。
关键词: 建筑电气;节能设计;光伏新能源技术
DOI:10.12721/ccn.2024.157002
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现代建筑电气工程中,光伏新能源技术已得到广泛应用,通过收集太阳辐射能并转换电能,供电给终端负荷设备,有利于提高建筑电气系统节能系数,降低建筑实际使用成本。然而,光伏新能源技术当前处于起步发展阶段,技术应用活动缺乏历史经验可循,在系统搭建、运行管理期间面临诸多问题。通过对光伏新能源技术的研究,可以有效改善建筑电气运行,降低能耗,降低维护成本,进而促进建筑行业的可持续发展。

1、光伏新能源技术概述

1.1光伏新能源技术概念和系统组成

太阳能是一种清洁能源,在实际应用过程中不会产生污染问题,在利用太阳能资源时,要根据太阳照射的特点和角度,合理安装和使用太阳能设备。光伏新能源发电技术应用过程中主要是利用太阳能电池组件,完成太阳能资源收集之后,再转化为电能[1]。利用光伏系统的逆变器还可以转化直流电和交流电。并网型光伏发电系统主要由并网逆变器、控制器和光伏阵列组成,可以在供电充足的时候将多余电力输出到电网,但是如果光伏发电系统无法满足设备的正常用电需求,还需要电网为其提供一定的电力。通常来说,并网逆变器需要具备通信功能,以便在系统工作时与电力公司进行数据交换,便于进行远程监测、故障诊断和运行管理。光伏阵列的性能直接影响了光伏发电系统的整体发电效率和运行稳定性。合理布局和配置光伏阵列是确保系统高效发电的重要因素。独立型光伏发电系统主要由蓄电池组、光伏组件、控制器等组成。光伏组件负责收集太阳能,并将光能转化为电能,如果太阳光充足,多余的电能将输出到蓄电池组中,作为备用电源。独立型光伏发电系统可以不间断地向设备进行供电,在白天由光伏组件供电,在阴雨天气或者夜间则会由蓄电池组提供电力。该系统的优点是设计人员可以根据设备的功耗调整电池组,避免了能量储存和释放的损失。

1.2光伏新能源技术应用原则

光伏新能源技术作为一种新兴的能源使用方式,光伏新能源技术的使用必须遵循节约能源的原则。相关施工队伍在建筑建材的选用上,应本着节能的理念,选用价格低廉的光伏建材,这类产品应具有质量高、节能效果好等优点;采购部门要了解有关节能建材的行情,保证物料在使用后能够降低能耗[2]。此外,还要对总体用电进行综合控制,在日常的生活和生产过程中都要进行长时间的光照,若不合理地使用这种方法,就会造成电能资源的浪费,而且还会造成光的污染。针对这种情况,企业管理者应科学控制家庭和企业的日常用电量,采用节能灯,并需要合理调整夜间照明强度。

2、建筑电气节能设计中的光伏新能源技术应用策略

2.1一体化形式

在建筑电气工程中,光伏新能源技术以光伏建筑一体化作为应用形式,把光伏系统、建筑结构进行整合处理,无需占用额外的建筑使用面积与工程地块,具体分为光伏幕墙、光伏天窗、光伏遮阳板及光伏屋顶等形式,不同形式下的技术应用效果、适用条件略有不同,设计人员需要根据工程情况选择恰当的一体化应用形式。光伏幕墙也被称为光电幕墙,有着改善建筑外立面造型效果、光伏组件不易损坏、具备足够光伏铺设面积的优势,但也存在光伏组件与高透光玻璃板材采购价格高昂、幕墙有效日照时间偏少、光电转换效率低的局限性。光伏天窗和光伏幕墙的技术原理较为相似,选用高透光率玻璃材料作为采光窗,在玻璃内部嵌入光伏组件,在满足建筑自然采光需求的前提下,利用光生伏特效应,持续把太阳能转换为电能。光伏天窗形式有着削弱直射阳光、系统结构简单的优势,但光伏系统输出功率较小,无法满足建筑电气供电需要,可以搭配采取光伏天窗和其他一体化形式,重点考虑光伏天窗对室内有效采光量造成的影响[3]。在建筑外窗、阳台、露台等部位设置遮阳构件,以太阳能电池板作为遮阳构件,或是在构件表面紧密铺贴光伏组件,使得遮阳构件同时具备遮阳防晒、光伏发电的复合使用功能。设计人员在建筑屋顶部位搭设光伏阵列,保持光伏组件与屋顶表面紧密贴合状态,避免光伏组件在风力作用下出现晃动、倾斜、错位问题。根据应用情况来看,光伏屋顶系统的综合表现最佳,有效日照时间较长、造价成本低廉、系统结构简单、工艺技术成熟,保证光伏阵列的重量在屋顶施工层的可承受范围内,无需过多考虑光伏系统与建筑结构的适应性,这是目前光伏建筑组合最常见的形式。

2.2选用高效率设备

通过使用先进的材料、设计和制造技术,在相同负载条件下,与传统变压器相比,高效变压器可以显著减少铁和铜的损耗,从而提高能源效率。如采用非晶态合金作为变压器核心材料的高效变压器,其空载损耗比传统硅钢材料变压器低30%~40%,负载损耗也有所下降。高效变压器通常设计有更佳的冷却系统,以优化运行温度,进一步降低能耗。在低损耗导线材料方面,采用具有高导电性能的材料,如铜或铝合金,能有效减少输电过程中的电阻损耗。相比传统材料,这些高导电性材料在相同电流密度下的电阻更小,能显著降低线路损耗。以某型号的铜导线为例,其在传输相同电量时的能耗比标准铝导线低5%~10%,表明在长期运行中,高导电性能的导线材料对于降低系统能耗、提高传输效率具有显著影响[4]。综合考虑变压器和导线材料的选择对供配电系统整体能效的影响,采用高效变压器和低损耗导线材料成为实现节能目标的有效策略。研究数据表明,将传统变压器替换为高效变压器,在系统全寿命周期内可节约的能耗高达15%~20%,同时能减少相应的温室气体排放。在线材选择方面,通过优化线材直径和材料类型,可以根据具体的传输距离和负载要求,有效降低线路的整体能耗。

2.3合理设计光伏阵列

在光伏阵列的设计过程中,要结合当地的天气条件和发电场地的实际情况,设计出科学的光伏阵列。需要保证光伏阵列的输出功率能够满足用户用电需求,还要保证发电场地的合理规划,从而使光伏阵列能够在最佳位置上发挥最大作用。在实际应用过程中,光伏阵列的安装位置需要考虑光照强度与周围环境情况,在此基础上将其设计成圆形或方形结构。此外,还要结合当地天气条件,选择合适的太阳能电池板类型[5]。除此之外,还需要对光伏阵列进行科学布局。在光伏阵列的布局中,要将其安排在最佳位置上,使光伏阵列的整体利用率得到提高,进而有效促进电气节能效果的提高。

结束语

综上所述,随着中国社会经济的不断发展,人们的生活水平也在不断提高,人们对电力资源的需求也在不断增加。从光伏新能源技术特点方面来看,具备绿色环保、节能效果好等优势,能够有效降低电能损耗,利用科学的技术手段对电力资源进行合理利用,从而促进电力资源的合理使用。在今后的工作中,还需要不断探索和研究光伏新能源技术在建筑电力节能设计方面的应用方法和技巧。

参考文献:

[1]杨波.光伏新能源技术在建筑电气节能中的运用探讨[J].电子元器件与信息技术,2021,5(12):20-21.DOI:10.19772/j.cnki.2096-4455.2021.12.009.

[2]范宏宇.光伏新能源技术在建筑电气节能中的运用[J].资源节约与环保,2021,(07):7-8.DOI:10.16317/j.cnki.12-1377/x.2021.07.007.

[3]刘振兴.光伏新能源技术在建筑电气节能设计中的应用[J].通信电源技术,2019,36(06):118-119.DOI:10.19399/j.cnki.tpt.2019.06.051.

[4]高义龙.浅析光伏新能源技术在建筑电气节能中的运用[J].四川水泥,2018,(10):135.

[5]王宏尧.光伏新能源技术在建筑电气节能中的运用[J].低碳世界,2017,(08):88-89.DOI:10.16844/j.cnki.cn10-1007/tk.2017.08.057.