光伏新能源技術在建筑電氣節(jié)能中的應用

毛曉娟

蘭州石化職業(yè)技術大學，甘肅蘭州，730000

0 引言

隨著全球對環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的關注度不斷提高，新能源技術的應用變得越來越重要。在建筑行業(yè)，電氣節(jié)能是減少能源消耗和碳排放的重要手段之一。因此，將光伏新能源技術應用于建筑電氣節(jié)能中具有重要的研究意義。

第一，全球能源需求不斷增長，傳統(tǒng)的化石能源供應面臨壓力。同時，能源的過度消耗也會造成空氣污染，從而影響氣候變化，因此，尋找可再生能源替代化石能源迫在眉睫。

第二，建筑領域中的能源消耗是全領域中能源消耗的重要領域之一。根據(jù)國際能源機構的數(shù)據(jù)，建筑領域的能源消耗占全球總能源消耗的30%以上。因此，在建筑行業(yè)應用光伏新能源電氣節(jié)能技術具有重要的節(jié)能潛力。

第三，光伏新能源技術作為一種可再生能源技術，具有廣闊的應用前景。光伏發(fā)電系統(tǒng)可以減少對傳統(tǒng)能源的依賴，提高能源獨立性，降低能源供應的風險。光伏發(fā)電系統(tǒng)的壽命通常在25年以上，在使用過程中不需要維護成本，具有較長的經(jīng)濟壽命。

綜上所述，將光伏新能源技術應用于建筑電氣節(jié)能中具有重要的研究背景和應用前景。通過研究和應用光伏新能源技術，可以提高建筑的能源效率，減少能源消耗和碳排放，促進可持續(xù)發(fā)展。

1 研究目的和意義

將光伏新能源技術應用于建筑電氣節(jié)能具有重要的研究目的和意義，主要包括以下幾個方面。

①節(jié)能減排：建筑領域是能源消耗的重要領域之一，通過應用光伏新能源技術可以減少對傳統(tǒng)能源的依賴，降低建筑的能耗和碳排放，實現(xiàn)節(jié)能減排的目標。

②可持續(xù)發(fā)展：光伏新能源技術是一種可再生能源技術，具有無污染、可再生、分布式等優(yōu)點，可以促進可持續(xù)發(fā)展，減緩能源危機和環(huán)境污染問題。

③提高建筑效益：應用光伏新能源技術可以減少能源的浪費，降低能源成本，從而提高建筑的經(jīng)濟效益。

④推動技術創(chuàng)新：光伏新能源技術在建筑電氣節(jié)能中的應用需要涉及多個領域的技術創(chuàng)新，如光伏材料、光伏電池、光伏系統(tǒng)集成等，可以推動相關技術的發(fā)展和創(chuàng)新。

⑤提升社會形象：應用光伏新能源技術可以提升建筑的社會形象，展示企業(yè)或機構對環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的承諾，增強社會責任感。

首先，本文介紹了光伏新能源技術的定義、原理和發(fā)展歷程，以及其在建筑電氣節(jié)能中的優(yōu)勢和局限性。其次，文章分析了光伏新能源技術與建筑電氣系統(tǒng)更好地集成需要考慮的問題。接下來，本文詳細闡述了光伏新能源技術在建筑電氣節(jié)能中的應用，包括屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)、光伏幕墻、光伏路燈、光伏電梯、光伏空調、光伏儲能系統(tǒng)等方面。最后，通過對實際案例的分析，本文進一步驗證了光伏新能源技術在建筑電氣節(jié)能中的有效性和實用性。同時，對光伏新能源技術在建筑電氣節(jié)能中的未來發(fā)展進行了展望。

2 光伏新能源技術概述

2.1 光伏新能源技術的定義和原理

光伏新能源技術是指利用太陽能轉化為電能的技術，它是一種可再生能源技術，具有無污染、可持續(xù)、分布式等優(yōu)點，光伏新能源技術的核心是光伏電池，它是一種能夠將太陽能直接轉化為電能的半導體器件。其工作原理基于半導體材料的光電效應，當太陽光照射到半導體材料上時，光子的能量可以被半導體材料吸收，使得半導體材料中的電子獲得足夠的能量而發(fā)生躍遷，從價帶躍遷至導帶，從而形成自由電子和空穴。在半導體材料內(nèi)部，自由電子和空穴會在電場的作用下，分別向半導體材料的兩端移動，從而形成電流。光伏新能源技術的應用非常廣泛，包括分布式發(fā)電、集中式發(fā)電、光伏建筑一體化等。其中，分布式發(fā)電是指將光伏電池安裝在建筑物屋頂或其他場所，通過逆變器將直流電轉換為交流電，供應給建筑物內(nèi)部使用。

2.2 光伏新能源技術的發(fā)展歷程

1839年，法國科學家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了半導體材料的光電效應，這為光伏電池的發(fā)明奠定了基礎。1954年，美國貝爾實驗室成功研制出第一塊實用的單晶硅光伏電池，效率為4%左右。20世紀70年代，隨著石油危機的爆發(fā)，人們開始重視可再生能源的開發(fā)和利用，光伏新能源技術得到了快速發(fā)展。20世紀80年代，光伏電池的效率不斷提高，成本不斷降低，逐漸開始實現(xiàn)商業(yè)化應用[1]。21世紀初，隨著全球對可再生能源的需求不斷增加，光伏新能源技術得到了更廣泛的應用，成為全球最重要的可再生能源之一。

總的來說，光伏新能源技術的發(fā)展歷程是一個不斷創(chuàng)新和進步的過程，隨著技術的不斷提高和成本的不斷降低，光伏新能源技術將會在未來的能源發(fā)展中發(fā)揮更加重要的作用。

2.3 光伏新能源技術的優(yōu)勢和局限性

光伏新能源技術具有以下優(yōu)勢：太陽能是一種可再生能源，應用光伏新能源技術就不會像化石燃料一樣面臨能源枯竭的問題。其次，光伏新能源發(fā)電過程中不會對環(huán)境產(chǎn)生污染，是一種綠色的資源，另外，光伏發(fā)電系統(tǒng)可以根據(jù)需要進行分布式、集中式、光伏建筑一體化安裝，安裝具有靈活性。光伏發(fā)電系統(tǒng)的壽命通常在20年以上，具有較高的可靠性。

然而，光伏新能源技術也存在一些局限性：目前光伏發(fā)電系統(tǒng)的成本仍然相對較高，需要政府或企業(yè)提供一定的補貼才能實現(xiàn)商業(yè)化應用；光伏電池的能量密度相對較低，應用在建筑行業(yè)中需要較大的面積才能產(chǎn)生足夠的電力；光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量也會受到天氣的影響，在陰雨天氣或夜晚無法產(chǎn)生大量的電力；光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電力需要進行存儲，目前存儲技術仍然存在一定的局限性。

3 光伏新能源技術與建筑電氣系統(tǒng)更好地集成需要考慮的問題

①設計優(yōu)化：在建筑設計階段，就需要考慮如何將光伏新能源技術與建筑電氣系統(tǒng)更好地集成。例如，在建筑的屋頂、外墻、窗戶等位置安裝光伏電池板，以便最大限度地利用太陽能。

②系統(tǒng)集成：將光伏新能源技術與建筑電氣系統(tǒng)集成需要考慮多個方面，例如，光伏電池板的布局、電纜的鋪設、逆變器的安裝等。

③控制系統(tǒng)：為了實現(xiàn)光伏新能源技術與建筑電氣系統(tǒng)的有效集成，需要建立一個智能控制系統(tǒng)，以便對光伏電池板的輸出功率進行監(jiān)測和控制，以確保系統(tǒng)的高效運行。

④能源管理：為了更好地利用光伏新能源技術，需要建立一個能源管理系統(tǒng)，以便對建筑的能源消耗進行監(jiān)測和管理，以最大限度地減少能源浪費。

⑤政策支持：政府可以出臺相關政策，鼓勵建筑業(yè)主采用光伏新能源技術，并提供一定的財政補貼，以降低建筑業(yè)主的投資成本。

4 光伏新能源技術在建筑電氣節(jié)能中的應用

①屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)：它由多個光伏電池組成，能夠將太陽能轉化為直流電。屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)可以與建筑的電氣系統(tǒng)集成，實現(xiàn)自給自足的電力供應，降低建筑的能耗和碳排放。通過屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)，家庭或企業(yè)可以利用太陽能發(fā)電，減少對傳統(tǒng)能源的依賴，降低能源成本，同時也有助于減少溫室氣體排放，保護環(huán)境。

②光伏幕墻[2]：它是一種將太陽能發(fā)電技術與建筑幕墻相結合的新型建筑材料。它通常由光伏電池、玻璃板、框架等組成，能夠將太陽能轉化為電能，同時也具有建筑裝飾的功能。光伏幕墻不僅可以發(fā)電，還可以起到遮陽、隔熱、隔音等作用，提高建筑的能效。

③光伏路燈：將光伏電池安裝在路燈上，可以利用太陽能發(fā)電。

④光伏電梯：將光伏電池安裝在電梯井道或電梯轎廂頂部，利用太陽能發(fā)電，為電梯提供電力供應。

⑤光伏空調：它是一種利用太陽能發(fā)電來提供空調制冷或制熱的設備。將光伏電池安裝在空調室外機上，利用太陽能發(fā)電，為空調提供電力供應。控制器用于管理光伏空調的充電和放電過程，確保蓄電池的正常運行[3]。

⑥光伏儲能系統(tǒng)：它是一種將太陽能發(fā)電與儲能技術相結合的系統(tǒng)，它可以將太陽能轉化為電能，并將電能儲存起來，以備后續(xù)使用。將光伏電池與儲能設備（如電池、超級電容器等）結合，形成光伏儲能系統(tǒng)。

5 案例分析

5.1 案例一：上海世博會中國館

上海世博會中國館是中國光伏建筑一體化的標志性工程之一，中國館的屋頂采用了光伏建筑一體化技術，將光伏電池集成在屋頂?shù)慕Y構中，形成了一個整體。這種技術不光提高了光伏電池的效率，也減少了建筑的能耗，降低了建筑的碳排放。上海世博會中國館的光伏發(fā)電系統(tǒng)總裝機容量為3.12兆瓦[4]，每年可發(fā)電約280萬千瓦時，相當于節(jié)約標準煤約900噸，減少二氧化碳排放約2500噸。

5.2 案例二：深圳國際低碳城

深圳國際低碳城是一個采用了多種光伏新能源技術的項目，實現(xiàn)了建筑的自給自足和零碳排放。該項目采用了光伏幕墻、光伏屋頂、光伏路燈等多種光伏新能源技術，將太陽能轉化為電能，為建筑提供電力供應。這些光伏技術的應用不僅可以提高建筑的自給自足能力，還可以減少建筑的碳排放，降低建筑的能耗。

深圳國際低碳城的光伏發(fā)電系統(tǒng)總裝機容量為5.3兆瓦，每年可發(fā)電約600萬千瓦時，相當于節(jié)約標準煤約1800噸，減少二氧化碳排放約5000噸。

5.3 案例三：北京奧運會鳥巢

北京奧運會鳥巢是中國光伏建筑一體化的另一個標志性工程，該項目的屋頂安裝了大量的光伏電池，利用太陽能發(fā)電，為建筑提供電力供應。北京奧運會鳥巢的光伏發(fā)電系統(tǒng)總裝機容量為0.13兆瓦[5]，每年可發(fā)電約15萬千瓦時，相當于節(jié)約標準煤約50噸，減少二氧化碳排放約120噸。

6 結論與展望

光伏新能源技術能夠將太陽能轉化為電能，為建筑提供清潔、可再生的能源，有效降低建筑的能耗，實現(xiàn)建筑的電氣節(jié)能。相比傳統(tǒng)的化石能源，光伏新能源技術不會產(chǎn)生污染環(huán)境的有害物質，對環(huán)境更加友好，有利于可持續(xù)發(fā)展。盡管初期投資較高，但長期來看，光伏新能源技術能夠通過降低能源成本和減少能源消耗為建筑帶來經(jīng)濟效益。光伏新能源技術的應用可以使建筑更具科技感和現(xiàn)代感，提升建筑的品質和價值。政府對光伏新能源技術的應用給予了一定的政策支持，如補貼、稅收優(yōu)惠等，有利于推動其在建筑電氣節(jié)能中的廣泛應用。

隨著光伏電池技術的不斷改進，其轉換效率將會進一步提高，從而提高光伏系統(tǒng)的發(fā)電能力。除了在屋頂和外墻安裝光伏電池板外，未來光伏新能源技術還可以應用于窗戶、天窗、遮陽棚等建筑部位，進一步提高建筑的能源利用效率。未來的光伏新能源系統(tǒng)將能夠實現(xiàn)智能化的能源管理，根據(jù)建筑的能源需求和天氣條件自動調整光伏電池板的輸出功率，以達到最佳的節(jié)能效果。未來的光伏新能源系統(tǒng)將與其他可再生能源（如風能、地熱能等）相結合，形成更加穩(wěn)定和可靠的能源供應體系。未來的光伏電池板將采用更加美觀和多樣化的設計，以滿足不同建筑風格和審美需求，使其更好地融入建筑環(huán)境。