光伏發(fā)電助力建筑電氣節(jié)能減排策略探究

黃夏冰

廣西壯族自治區(qū)建筑科學研究設計院 廣西 南寧 530000

光伏與建筑的結合不應僅考慮光伏裝機量，還需考慮光伏發(fā)電建材與建筑設計、城市環(huán)境風貌、區(qū)域文化元素等的關系。應利用光伏發(fā)電建材可靈活定制顏色、圖案、尺寸、形狀、結構厚度、透光度等優(yōu)勢，將光伏建材產(chǎn)品融入建筑設計。光電建材需滿足“安全、好看、好用、耐用、經(jīng)濟”五大條件，與常見光伏電站中的光伏組件相比，建筑中應用的光電建材產(chǎn)品要求更高。光電建材產(chǎn)品在滿足安全的前提下，既要滿足業(yè)主、建筑設計師對美觀、透光度、尺寸等方面的要求，又要堅固耐用，具備較強的發(fā)電能力和經(jīng)濟性。但若同時滿足以上要求，難度較大。隨著我國“碳達峰”“碳中和”目標的提出，各行各業(yè)向綠色低碳轉型。建筑作為碳排放大戶，無疑成為推動“雙碳”目標實現(xiàn)的重要影響因素。在此背景下，建筑行業(yè)綠色轉型發(fā)展使光伏發(fā)電在建筑電氣中迎來了全新的發(fā)展機遇[1]。

1 光伏發(fā)電概述

光伏發(fā)電主要借助半導體中產(chǎn)生的光生伏特效應實現(xiàn)光電能源轉換，光伏發(fā)電系統(tǒng)主體結構由太陽能電池板（組件）、控制電路和逆變電路等單元構成，另有傳感器對各電路元件進行監(jiān)控。太陽能電池板可采用串聯(lián)方式裝配，形成面積較大的聯(lián)合電池組件，再加上功率控制器等部件，可以構成光伏發(fā)電裝置。在項目全過程，管理人員應針對項目特點展開全面分析，在實施光伏發(fā)電項目管理工作時，應從多個角度分析，確保施工的可行性、經(jīng)濟性。在項目設計工作中，管理人員應秉持著嚴謹?shù)睦砟顚嵤┕芾?，將項目策劃工作提上日程。無論是項目設計環(huán)節(jié)，還是運行環(huán)節(jié)，都要及時執(zhí)行管理工作，明確工作中存在的漏洞，并不斷完善工作。在光伏發(fā)電項目中開展項目管理，除了能夠提升信息的流通率，還可以減少不良事件的發(fā)生率。應從管理工作的質量入手，采取相應措施解決管理效率不足的問題，保證項目質量。

2 建筑電氣節(jié)能減排中光伏新能源發(fā)電助力的優(yōu)勢

在我國“雙碳”目標背景下，建筑行業(yè)的節(jié)能降碳是重中之重。建筑行業(yè)必須大力發(fā)展綠色建筑，有效降低建筑能耗，使建筑從“高能耗建筑”向“低能耗建筑”“近零能耗”,甚至“產(chǎn)能建筑”升級，助力我國能源結構轉型及建筑行業(yè)綠色低碳發(fā)展。由此，光伏建筑一體化(BIPV)成為實現(xiàn)這一重大目標的關鍵路徑。

2.1 新能源的光伏發(fā)電技術特點

光伏發(fā)電技術相比于傳統(tǒng)的發(fā)電技術而言，其技術原理和結構簡單，建設周期較短，運行維護簡單，可應用范圍廣。光伏電站采用模塊化設計，系統(tǒng)擴展性強，容量可靈活調節(jié)，規(guī)模從數(shù)W到數(shù)GW，安裝簡單方便。這就代表著光伏電站基本可實現(xiàn)無人值守，成本較低。光伏發(fā)電在運行中不消耗常規(guī)能源，不受資源分布等條件約束，受光照強度和地形影響較小，可以使得能源使用效果能夠得到高效提升[2]。

2.2 占地面積小、安全性高且沒有污染

在建筑之中運用新能源光伏發(fā)電的方式為建筑工程提供電能，具有占地面積小、安全性高和沒有污染的應用優(yōu)勢，這樣發(fā)電設備即可以被運用到建筑內(nèi)外墻之中，也可有效地節(jié)省建筑使用空間，使其能夠得到綠色無污染的高效運用。這樣在實地發(fā)電的過程之中，新能源光伏發(fā)電技術將能夠得到更加高效的應用。此外，相關的建筑工程部門還需注重對建筑電氣設備以及對新能源光伏發(fā)電設備的維護和保養(yǎng)，使其使用壽命無限延長和滿足至少25年的質保周期，避免光伏發(fā)電技術使用中產(chǎn)生的各種問題，使其能夠更加安全高效的應用。

2.3 電量耗損小，提高了能源使用效率

相比于傳統(tǒng)的新能源光伏發(fā)電技術而言，這種技術對于電量的損耗小，可有效地提高能源的使用效率。所以將其運用到建筑電氣工程之中，可有效地滿足居民生活電能使用需求，并有效地降低電能運行的損耗問題，這可以促進建筑電氣節(jié)能減排目標的有效實現(xiàn)。還需對建筑電網(wǎng)的合理運用，對光伏發(fā)電的合理分配，使其能滿足建筑電氣工程中各個施工環(huán)節(jié)對于電氣設備的運用所需，有效地實現(xiàn)降低電能損耗的目標，發(fā)揮出太陽能這種可再生能源的利用價值，有效地助力建筑電氣節(jié)能減排目標的實現(xiàn)。

2.4 安全與可靠的供電

光伏發(fā)電企業(yè)要做好項目管理工作，降低各種質量安全問題的可能性，提高項目管理水平，保證可靠的供電。在開展建筑電氣工程建設的過程之中，運用新能源光伏發(fā)電的方式，可以為建筑提供安全與可靠的供電效果，因為多余的電量可以有效地傳輸?shù)诫娋W(wǎng)，相關的電能管理人員還可以運用控制器，對電量輸出進行有效的管理，自然就能保障電能得到高效地運用，避免其使用過程中所產(chǎn)生的被過度損耗，或是無法被規(guī)范化運用的問題。所以，相關的建筑工程部門應意識到新能源光伏發(fā)電的這一應用優(yōu)勢，發(fā)揮出其安全與可靠的應用價值，不斷加強對建筑電氣節(jié)能減排發(fā)展的助力。

3 光伏發(fā)電在建筑電氣應用策略

在實際應用中，光伏發(fā)電設備在施工結束后無須投入較高的運行維護成本。2010年以后，國際市場上的光伏組件材料價格呈現(xiàn)下滑趨勢，對整個光伏項目的投資情況造成影響，使其成本逐漸降低。出于對稅金、折舊等因素的考慮，光伏發(fā)電設備能夠在使用25年后回收成本。與屋頂光伏電站相比，地面光伏電站的施工成本更高；與晶體硅光伏技術相比，薄膜光伏技術的施工成本更低。國內(nèi)的光伏發(fā)電項目應充分考慮現(xiàn)實情況，全面分析多種因素，著眼于勘測數(shù)據(jù)，選擇可行性最強的施工方案。

3.1 加強圖紙設計與審核

設計人員應將更多注意力集中在光伏發(fā)電項目圖紙設計中，真正落實設計審核工作，需要認識到多層次審核模式帶來的積極影響，通過不同的角度進行審核管理，及時找出審核隱患，分析造成審核隱患的影響因素，制訂合理的措施解決問題，提升審核管理控制效果。光伏發(fā)電項目圖紙的設計還需注重細節(jié)，需要分析設計方案有無脫離現(xiàn)實情況，確保設計方案考慮了周圍環(huán)境，并提前判斷可能存在的不良問題，規(guī)避設計隱患。

3.2 主接線設計應用

在設計光伏電站的主接線時，工作人員需綜合考慮電站裝機大小、場站布置、接入系統(tǒng)的主要方式及電氣設備特點等。當光伏電站以35千伏或者更高的等級進行升壓時，通常其內(nèi)部接線有1級或2級升壓的情況，此時，需從經(jīng)濟性與技術性兩方面出發(fā)進行分析。光伏電站只需使用恰當技術，即可從外網(wǎng)引入電量。當光伏電站規(guī)模、占地面積較大時，電纜降壓也較大，其選取的電纜截面也較大，此時，逆變區(qū)內(nèi)用電將從箱變低壓側進行接引，兩個相近的箱變可作為彼此的備用裝置。當光伏電站規(guī)模較小，占地也較小時，在其逆變區(qū)內(nèi)，符合用電且使用低壓配電裝置接引即可。

3.3 防雷接地設計應用

光伏電站的防雷設計應在遵循法規(guī)、規(guī)范的前提下，根據(jù)其內(nèi)部、外部情況綜合考慮，是光伏電站電氣設計的重要一環(huán)。其具體防雷設計須注意以下兩點：（1）直擊雷防護。在并網(wǎng)發(fā)電過程中，光伏設備如電池組件等分布十分廣泛，且高度差別較小，若設置獨立避雷裝置保護的范圍過小，大量設置又將大幅提升建設成本，不符合經(jīng)濟性，且由于占位較多，易設計不當，導致出現(xiàn)遮蔽陽光、降低發(fā)電效率的情況。光伏陣列屬于三級防雷建筑物，可以使用金屬構架連接的方式，故可以有效連接方陣支架上的所有金屬結構、所有電池組件與接地網(wǎng)，通過此種連接方式實現(xiàn)防直擊雷。（2）感應雷防護。光伏電站中的防感應雷系統(tǒng)主要工作就是防止感應雷通過外界線路入侵室內(nèi)設備，感應雷由靜電感應與電磁感應產(chǎn)生，由于其形成感應雷電壓的概率較高，故對建筑內(nèi)設備威脅較大，需重點防范。感應雷主要通過以下兩個途徑侵入光伏系統(tǒng)：第一，由光伏系統(tǒng)組件方陣直流線路侵入；第二，由交流并網(wǎng)供電線路侵入，設計時需從以上兩點入手。在設計大型并網(wǎng)光伏電站電氣設計時，電站的防雷接地設計極為重要，可在箱式變電器高壓側放置避雷器，避免箱式變電站耦合過電壓問題的同時，預防感應雷導致的過電壓對光伏電站中的設備產(chǎn)生破壞[3]。

3.4 電纜敷設設計應用

大中型光伏電站的規(guī)模較大，其內(nèi)部各區(qū)域光伏發(fā)電母線與發(fā)電模塊如采用輻式連接，可將各區(qū)域發(fā)電模塊發(fā)生故障時的損失降至最小，但卻增加了開關柜及電纜數(shù)量。采用“T”式連接，可以較大程度上節(jié)省開關柜及電纜數(shù)量。工作人員可根據(jù)具體經(jīng)濟技術情況確定集電線路數(shù)量。部分建筑項目光伏電站需采用綜合的敷設方案，如電纜橋架加直埋敷設，電纜橋架可順地勢敷設，利用了地形優(yōu)勢，但為保護電纜，其橋架最好采用玻璃鋼橋架或鍍鋅橋架。平地的光伏電站光伏陣列區(qū)域電纜則宜使用直埋敷設，直埋應設置于凍土之下，地面光伏電站多位于西北區(qū)域，凍土多且深，進行直埋時工程量巨大。此種情況采用耐寒電纜較為合適，在由凍土層向非凍土層敷設時加裝電纜保護管，用以保護電纜不受損害。這樣操作可以在保護電纜安全運行的同時，減少工程的經(jīng)濟壓力。

3.5 光伏陣列支架設計應用

光伏支架直接決定著電氣設計的使用效率，影響光伏組件的運行安全、建設耗資及破損率。當前，大型地面光伏電站光伏支架可選用兩類：固定傾角式與逐日跟蹤式。逐日跟蹤式的效果與太陽輻射的散射輻射關系密切，散射輻射比例越大，其效果越差。但其靈活性更強，可以使光伏方陣表面按照太陽運動規(guī)律進行活動，可接收更多的光能量，提高發(fā)電量，減少光伏組件的使用量，降低工程建造成本。而固定傾角式比跟蹤式單體的經(jīng)濟性更高。其組裝后組件傾角與方向不能調整，較為死板，當太陽光無法很好地照射方陣時，也無法進行活動，需布置多個、多方向。故在選擇光伏電站光伏支架，從電站自身情況考慮才能最大限度地降低工程成本，提升發(fā)電效率。如光線較好，方陣處可長時間大面積受到陽光輻射時，采用固定傾角式將合理地降低工程造價；若光線變化情況較大，方陣無法在一個方向長時間大面積接收陽光輻射時，選擇逐日跟蹤式則更有利[4]。

4 將新能源光伏發(fā)電運用到建筑電氣工程中的注意事項

當前，很多建筑師對光伏產(chǎn)品的印象僅停留在藍色或黑色晶硅光伏板階段，無論是色彩外觀、分格尺寸、結構厚度，還是透光度、安全性、熱工系數(shù)等方面，建筑師皆較為排斥，但品類豐富的碲化鎘光伏發(fā)電建材產(chǎn)品及其應用案例逐漸吸引了設計師的眼球。光伏產(chǎn)品要想與建筑行業(yè)及建筑師產(chǎn)生聯(lián)系，首先需要研發(fā)生產(chǎn)可滿足建筑行業(yè)要求的光伏發(fā)電建材產(chǎn)品；其次是光伏產(chǎn)品應在建筑行業(yè)展會及論壇活動中多亮相，使更多建筑師看到產(chǎn)品實物，了解產(chǎn)品的技術性能；第三，光伏產(chǎn)品應實現(xiàn)不同場景的項目應用，就其代表性項目、安裝方式、發(fā)電節(jié)能效果、經(jīng)濟性等內(nèi)容也需經(jīng)常與建筑師交流分享，使建筑師直觀了解光電建材產(chǎn)品的應用效果。

（1）作為建筑工程部門的管理者和決策者，應正確地認識到新能源光伏發(fā)電技術應用的好壞，直接關乎建筑電氣節(jié)能減排的終極目標，應對整個工程部門人員進行有效的培訓，使其都能認識到新能源光伏發(fā)電技術的重要價值，以及節(jié)能減排發(fā)展的必要性，進行對光伏發(fā)電技術、節(jié)能材料和節(jié)能技術的合理運用，保障節(jié)能減排的發(fā)展目標能真正被落實到實處，促使建筑電氣節(jié)能減排發(fā)展目標更好地實現(xiàn)，使得建筑工程能夠得到節(jié)能環(huán)保的發(fā)展，加強對我國健康生態(tài)環(huán)境的保護[5]。

（2）應對光伏發(fā)電工作人員進行嚴格的選拔，要掌握光伏發(fā)電的核心技術，以自己的專業(yè)知識和工作經(jīng)驗，合理地運用新能源光伏發(fā)電技術開展建筑工程工作，使得工程所需的電能都能夠經(jīng)由光伏發(fā)電得到有效地供給，使得建筑電氣節(jié)能減排的助力效果能夠不斷提升。同時，還需加強對光伏發(fā)電工作人員，以及部門中工作人員的施工管理，使其既能對建筑工程的節(jié)能環(huán)保要求進行優(yōu)化設計，嚴格地按照施工方案開展施工工作，也能夠最大程度地發(fā)揮出光伏發(fā)電的核心價值，降低建筑建設中所需運用的電能和施工成本，使其能夠將各種環(huán)保建筑設計的策略合理運用到工程建設之中，隨之不斷提高建筑電氣節(jié)能減排的發(fā)展目標。

（3）建筑工程部門應健全與完善光伏發(fā)電工作要求，落實相關的工作責任制度，避免工作人員機械化的、無安全意識的開展施工工作，不考慮施工場地和外部環(huán)境等因素，對于光伏發(fā)電技術的應用影響，盲目地運用光伏發(fā)電技術，使光伏發(fā)電技術的應用價值無法得到有效發(fā)揮的不良工作現(xiàn)象。而是使得所有的工作人員都能肩負起自己的工作責任，正確地制定將光伏發(fā)電技術應用到建筑工程中的施工方案，提前做好相關的文檔設計和用電方案，嚴格地按照方案進行相應的光伏發(fā)電工作，使得光伏發(fā)電工作人員能與施工人員進行有效的技術交底，也使得所有工作人員都能嚴格地按照規(guī)范化的制度要求開展工作，保障光伏發(fā)電技術能夠在建筑工程中發(fā)揮出實際價值，也使得建筑電氣能真正節(jié)能減排的發(fā)展和節(jié)能環(huán)保高效的運用，促使建筑企業(yè)持續(xù)良性發(fā)展。

5 結語

綜上，將新能源光伏發(fā)電合理地運用到建筑電氣工程之中，可有效地助力建筑電氣節(jié)能減排目標的實現(xiàn)。相關的建筑工程部門應正確認識到光伏發(fā)電的重要價值和優(yōu)勢，將其合理地運用到建筑工程之中，以降低能源的損耗度，降低工程的環(huán)境污染，提高能源的使用效率和效果，使得我國的能源和環(huán)境都能夠得到更加高效地保護，從而促使建筑行業(yè)健康綠色的發(fā)展，為我國建筑行業(yè)和光伏行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展目標的實現(xiàn)奠定堅實的基礎。