新能源光伏發(fā)電助力建筑電氣節(jié)能減排分析

齊文英

（山西五建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030009）

0 引言

在我國生態(tài)文明建設(shè)以及可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略背景下，建筑工程項(xiàng)目也開始向著低碳、節(jié)能、環(huán)保的方向發(fā)展。通過對新能源光伏發(fā)電技術(shù)的有效應(yīng)用可以達(dá)到這一目標(biāo)，有助于推動建筑行業(yè)不斷向好發(fā)展。因此，有必要對新能源光伏發(fā)電助力建筑電氣節(jié)能減排的應(yīng)用策略做出深入分析和探討。

1 新能源光伏發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀及其優(yōu)勢

光伏發(fā)電技術(shù)是借助半導(dǎo)體界面具備的光生伏特效應(yīng)而有效地將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N先進(jìn)技術(shù)手段。其中太陽能電池屬于核心元件，其通過串聯(lián)后并做好封裝保護(hù)能夠形成面積相對較大的太陽電池組件，再有效地配合一些功率控制器等相關(guān)部件，便能夠構(gòu)成光伏發(fā)電裝置[1]。

1.1 現(xiàn)狀

進(jìn)入2021年后，我國光伏發(fā)電行業(yè)仍然保持高歌猛進(jìn)的狀態(tài)，無論是制造端、應(yīng)用端還是進(jìn)出口均增長迅速（表1）。據(jù)統(tǒng)計(jì)2021年，國內(nèi)整體實(shí)際光伏發(fā)電量已經(jīng)達(dá)到了3259億kW·h，相較于2020年增加648億千瓦時(shí)，實(shí)際同比增長24.82%，其在2021年全國全年總發(fā)電量中占比約為4.0%。

表1 2016 —2021年國內(nèi)新能源光伏發(fā)電量及增速

對于光伏市場方面，同樣呈現(xiàn)出良好的增長態(tài)勢（表2）。國內(nèi)2020年實(shí)際新增的一系列光伏并網(wǎng)裝機(jī)容量大約為48.2GW，相較于2019年增加18.09GW，實(shí)際同比增長60.1%；2021年裝機(jī)容量約為54.88GW，相較于2020年增加6.68GW，實(shí)際同比增長13.9%，同時(shí)我國新增裝機(jī)容量穩(wěn)居世界第一。

表2 2016 —2021年國內(nèi)光伏發(fā)電新增裝機(jī)量及增速

1.2 優(yōu)勢

1.2.1 實(shí)際占地面積小，安全環(huán)保

對于新能源光伏發(fā)電來講，其發(fā)電設(shè)備不受資源分布地域的限制，可利用建筑屋面的優(yōu)勢；或者安裝在建筑外墻以及一些其他采光較好的位置，實(shí)際所占空間不大。此外，光伏新能源具備良好的綠色環(huán)保特性，實(shí)際發(fā)電過程中不存在任何污染物，能源也比較容易進(jìn)行采集，可以滿足我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略以及生態(tài)文明建設(shè)的要求[2]。

1.2.2 能夠減少資源浪費(fèi)

光伏發(fā)電主要是借助太陽能以及建筑并網(wǎng)來進(jìn)行發(fā)電，所以不需要消耗燃料或者是架設(shè)長距離的輸電線路，并且能夠就地發(fā)電以及供電，能夠避免電能在實(shí)際開展長距離運(yùn)輸時(shí)產(chǎn)生損耗問題，從而減少電能、電線等各類資源和能源的浪費(fèi)。此外實(shí)際建設(shè)周期短，建筑獲取能源等待時(shí)間短，可以切實(shí)滿足人們的日常生活以及工作需求。

1.2.3 能夠保證供電安全性

通過對新能源光伏發(fā)電的運(yùn)用，可以將一些多余的電量進(jìn)行儲存，并且將其有效地輸送到電網(wǎng)，合理調(diào)節(jié)電網(wǎng)輸出量，能夠保證供電安全，使得供電可靠性得到進(jìn)一步提升。

2 案例概述

案例工程為國內(nèi)某科研樓建筑工程，為切實(shí)保證建筑內(nèi)部電氣可以達(dá)到節(jié)能減排的效果，該工程對新能源光伏發(fā)電進(jìn)行了選用，實(shí)際裝設(shè)容量為3MW的光伏發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)設(shè)備的具體安裝位置為建筑屋頂，主要選用光伏板陣列，借助電網(wǎng)以及光伏方陣的有效并聯(lián)，來達(dá)到電力能源方面的穩(wěn)定供應(yīng)。為了降低成本，該工程未設(shè)置蓄電池組，對于該系統(tǒng)產(chǎn)生的電能來講，能夠有效地應(yīng)用于建筑當(dāng)中的生產(chǎn)工作、試驗(yàn)用電還有日常照明和相應(yīng)的應(yīng)急照明等，將多余電能可以全部有效地饋入至電網(wǎng)。由于該工程借助新能源光伏發(fā)電使得建筑電氣節(jié)能減排效果大大提升，所以文章便以該工程為例針對新能源光伏發(fā)電如何助力建筑電氣節(jié)能減排做出深入探討。

3 新能源光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 光伏發(fā)電的應(yīng)用要點(diǎn)

（1）在實(shí)際安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)之前，想要有效采集太陽光，提高其電能轉(zhuǎn)變效率，必須要確保建筑物周圍的一些其他物體不會對太陽光線進(jìn)行遮擋[3]。

（2）如果是大范圍安裝新能源光伏發(fā)電裝置，應(yīng)該確保施工場地足夠大，以此確保光伏設(shè)備不會與其他物體出現(xiàn)碰撞問題，同時(shí)還需要在周圍設(shè)置一些保護(hù)裝置，從而減少發(fā)電裝置在實(shí)際接收太陽能過程中受到其他外界因素的干擾，并且避免設(shè)備出現(xiàn)損壞問題。

（3）對于新能源光伏發(fā)電系統(tǒng)來講，需要確保電池板可以有效地接收到充足的光線，如此方可確保實(shí)際接收的太陽能足夠均勻，進(jìn)而可以穩(wěn)定高效地進(jìn)行發(fā)電，這便強(qiáng)調(diào)施工人員在實(shí)際開展太陽能電池板安裝作業(yè)時(shí)要合理明確太陽的具體照射角度。

（4）在新能源光伏發(fā)電系統(tǒng)投入使用后，為了確保其能夠持續(xù)有效地為建筑各項(xiàng)電氣設(shè)備輸送電能，必須要定期開展檢查工作，特別是在惡劣天氣時(shí)，需要提前做好設(shè)備的維護(hù)以及檢修工作，對有可能出現(xiàn)的影響因素或者是安全隱患等及時(shí)進(jìn)行處理。

（5）由于新能源光伏發(fā)電系統(tǒng)的總效率一般與逆變器效率以及光伏陣列效率還有交流并網(wǎng)效率有直接關(guān)系，所以在光伏發(fā)電系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過程中，需要加大對周圍環(huán)境還有相關(guān)設(shè)備設(shè)施的監(jiān)控力度，并且安裝好相應(yīng)的防雷接地裝置。在實(shí)際發(fā)電過程中，要盡可能地對多臺并網(wǎng)逆變器進(jìn)行監(jiān)控，動態(tài)化地收集逆變器詳細(xì)的日常發(fā)電信息等，除此之外，還需要借助環(huán)境傳感器有效地收集輻照量以及溫度等數(shù)據(jù)，以此作為分析實(shí)際發(fā)電量提供參考和依據(jù)[4]。

3.2 做好電池板選擇工作

太陽能電池板屬于新能源光伏發(fā)電的一個(gè)核心內(nèi)容。所選太陽能電池板的實(shí)際轉(zhuǎn)化效率可以對光伏發(fā)電轉(zhuǎn)化效率產(chǎn)生直接影響。所以實(shí)際在建筑電氣工程中應(yīng)用新能源光伏發(fā)電系統(tǒng)時(shí)，需要對太陽能電池板進(jìn)行合理選用，現(xiàn)階段國內(nèi)光伏電池組件主要包括兩種，即晶硅太陽能電池以及非晶硅太陽能電池[5]。

（1）晶硅太陽能電池。此類電池可以劃分為單晶硅和多晶硅太陽能電池，目前來看國內(nèi)光伏組件生產(chǎn)方面也主要以兩者為主。通常情況下，多晶硅電池片的效率處于12%～16%，對于單晶硅電池片來講，其效率在13%～18%。

（2）非晶硅太陽能電池。此類電池生產(chǎn)成本低，便于大規(guī)模生產(chǎn)，但這種電池的實(shí)際轉(zhuǎn)化效率相對較低，通常在6%～10%，所以應(yīng)用場合相對較為局限，目前在建筑方面很少使用。

案例工程實(shí)際選用的是成本相對較低以及生產(chǎn)效率較高的多晶硅新能源光伏組件。具體參數(shù)為：峰值功率為165Wp；實(shí)際峰值電壓為24V；峰值電流為7A。

3.3 做好線材選擇工作

在對新能源光伏發(fā)電進(jìn)行應(yīng)用的過程中，優(yōu)選線材屬于主要內(nèi)容，其可以提高電能應(yīng)用效率，增強(qiáng)建筑電氣節(jié)能減排效果。在實(shí)際選擇線材時(shí)，需要結(jié)合不同的線路段（表3）選用不同的線材。

表3 建筑電氣節(jié)能中光伏系統(tǒng)不同線路段

（1）對于光伏板以及逆變器之間的直流線來講，其屬于整個(gè)線纜當(dāng)中實(shí)際成本占比最高的一個(gè)內(nèi)容，同時(shí)也是需要采用專用耐壓等級達(dá)到1000V以上的光伏線纜。由于其工作電壓相對較高（一般在600V左右），所以一旦絕緣層不達(dá)標(biāo)，容易擊穿線皮，從而導(dǎo)致短路或者是起火等問題出現(xiàn)，這便強(qiáng)調(diào)要盡可能地選用耐壓等級達(dá)到1000V以上的線纜。一般可選用4mm2銅芯線[6]。

（2）對于逆變器到配電箱以及再到電表端的交流線，同樣建議選用銅芯電纜。對于三相四線的接線方式建議直接選用3+1銅芯電纜。如果為了節(jié)省成本，也可選用相應(yīng)的鋁芯線，但建議必須要超標(biāo)配置。

（3）對于電表端到電網(wǎng)之間的交流線，建議選用超配的鋁芯線。

（4）對于接地線需要選用超過10mm2的銅芯線，同時(shí)地樁方面必須要達(dá)到地面深度1.2m以下。

3.4 做好太陽能輻射量計(jì)算工作

對于案例工程的光伏陣列來講，需要依托于實(shí)際水平面太陽輻射量，來開展傾斜面的具體輻射量換算工作，從而進(jìn)行發(fā)電量方面的計(jì)算分析。如果以傾斜角固定安裝陣列這種方式為主，那么對于接收太陽輻射來講，其能夠考慮的影響因素，主要為傾斜角度。所以太陽能實(shí)際總輻射量，應(yīng)該依照式（1）進(jìn)行計(jì)算。

式中：RD——傾斜光伏陣列面實(shí)際太陽能整體輻射量；D——散射輻射量；S——水平面來自太陽的直接輻射量；a——中午太陽的具體高度角；b——光伏陣列實(shí)際傾角。對于案例工程來講，在實(shí)際開展太陽能輻射值計(jì)算工作時(shí)，直接利用的是當(dāng)?shù)貧庀笳咎峁┑膶?shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，通過計(jì)算分析后得出案例工程光伏發(fā)電系統(tǒng)能夠接收最大輻射量的實(shí)際陣列傾斜角主要為45°，所以該工程切實(shí)依照45°角開展光伏陣列方面的科學(xué)布設(shè)工作。

3.5 做好光伏效率計(jì)算工作

對于光伏發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)方面的總體效率來講，需要根據(jù)光伏陣列方面的實(shí)際效率、相應(yīng)逆變裝置效率還有交流并網(wǎng)運(yùn)行效率進(jìn)行確定。對于光伏陣列實(shí)際效率而言，主要指的是在太陽輻射達(dá)到1000W/m2時(shí)，光伏陣列當(dāng)中的支流輸出功率以及標(biāo)稱功率之間的比值，因?yàn)榘咐こ檀嬖诙喾矫嬉蛩氐挠绊懸约跋拗?，所以最終得到的效率為85%；對于逆變器效率來講，主要指的是逆變器本身輸出交流電功率以及直流輸入功率之間的比值，最終得到的效率為95%；對于交流并網(wǎng)效率，指的是從逆變器方面輸出到高壓電網(wǎng)的實(shí)際傳輸效率，案例工程主要以生涯變壓器效率為主，最終得到的效率為95%。而對于光伏系統(tǒng)總功率為三者的乘積，也就是76.7%。

3.6 做好監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)工作

為了提高建筑電氣節(jié)能減排成效，在實(shí)際建設(shè)光伏發(fā)電系統(tǒng)過程中，還需要打造一個(gè)有關(guān)環(huán)境方面的監(jiān)測系統(tǒng)，這樣不但有助于提高發(fā)電效率以及質(zhì)量，同時(shí)還可以為建筑當(dāng)中光伏陣列實(shí)際運(yùn)行安全的穩(wěn)定性以及安全性提供保障。具體做法為，引入監(jiān)控系統(tǒng)，并且將其與多臺并網(wǎng)的相應(yīng)逆變裝置進(jìn)行有效連接，這樣可以隨時(shí)獲取到一切逆變裝置的實(shí)際累計(jì)發(fā)電量還有口發(fā)電量方面的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，同時(shí)再利用環(huán)境傳感裝置等開展輻照量、風(fēng)速還有溫度等方面數(shù)據(jù)信息的收集工作，從而為系統(tǒng)深入地分析實(shí)際發(fā)電情況提供參考和依據(jù)，進(jìn)而保證建筑電氣系統(tǒng)能夠有效獲取到較高的節(jié)能減排成效。

4 結(jié)語

近幾年低碳節(jié)能以及綠色環(huán)保理念開始滲透到社會上的各個(gè)領(lǐng)域，對于建筑電氣系統(tǒng)來講，其本身作為一個(gè)能源消耗相對較大的部分，在節(jié)能減排方面有著較大的提升空間，而光伏發(fā)電則可以推動其節(jié)能減排成效不斷提高，還能提高人們對舒適建筑環(huán)境的追求。為此，文章以某工程為例針對其光伏發(fā)電的應(yīng)用策略做出了深入研究，經(jīng)分析驗(yàn)證具備良好可行性，能夠有效解決建筑電氣設(shè)備以來傳統(tǒng)電能等其他能源產(chǎn)生的能源消耗量大以及環(huán)境污染等問題，大大提升了節(jié)能減排效果，值得推廣和借鑒。