光伏技術在建筑電氣節能中的應用

張雁洋洋

中鐵第五勘察設計院集團有限公司烏魯木齊分院 新疆 烏魯木齊 830000

電氣系統是所有建筑中耗能最大的部分。近年來，隨著我國建設事業的迅速發展，建筑能源消耗也呈上升趨勢。為推動我國建筑業健康、可持續發展，必須強化建筑節能設計，實現建筑工程節能降耗。將光伏技術引入到建筑節能設計中，將極大地提升建筑的節能效率，推動建筑產業的長期發展。

1 光伏技術及工作原理

光伏技術是指通過太陽能輻射，將光能直接轉化成電能的一種技術。光伏技術的主要應用是太陽能電池，也被應用于太陽能電池板、太陽能電池組、太陽能光伏系統等領域，光伏技術的核心是光伏材料的使用。光伏電池是太陽光電轉換的核心。它是由一層P型半導體和一層N型半導體組成，通過P-N結的形成將光能轉化為電能。當太陽光照射到光伏電池上時，電池板內部受到激勵，電子從半導體帶中躍遷到導帶中，形成電流并輸出電能。光伏電池板并聯或串聯安裝形成的光伏組件，通過光伏逆變器將直流電轉化為交流電，以滿足家居、商業及公共用途的用電需求。光伏技術已應用于多個領域，如屋頂太陽能板、太陽能路燈、太陽能水泵等，成為現代清潔能源的一個重要組成部分。

2 建筑電氣節能的特性需求

2.1 實用性

在中國，建筑電氣節能是一個重要的發展趨勢，越來越多的建筑都需要找到更適合的電氣能源，從而達到節能的目的，而將其它能源轉換成電能就是其中之一。所以，在普通的建筑電氣節能中，首先要考慮的是轉換設備的效果，它是否能夠把其它能量轉換成真正所需的電能。除此之外，還要考慮到在轉換的過程中，會不會出現過度的消耗，會不會為了完成目標能量的轉換而出現不實際的損耗。所以，在建筑電氣節能方面，需要轉換后的能量能夠滿足實際需要，從而實現建筑電氣的“節能”。從當前的角度來看，新能源是一個比較好的選擇，其中，光伏、水電、風電等能源在建筑電氣節能方面都可以基本滿足實際需求。

2.2 合理性

從合理性角度來看，水電、風能、光伏能更符合實際情況。其中，風力發電對環境的要求比較高，通常需要比較開闊的區域來形成強大的風力，并且需要比較平坦的區域來便于安裝采集設備；水力方面，需要在地面有較大落差的地方設立裝置，以方便采集；而太陽能，對天氣、晝夜等方面的影響更大，受到的影響也更大。所以，新能源在某種程度上都會被各種因素所限制，在實際應用過程中，仍會出現一些不合理的地方，要想將其更好地應用到建筑電氣節能領域，就必須要不斷地去克服這些不合理的地方。

2.3 進步性

從更長遠的角度出發，必須先滿足實際的要求，然后才能繼續考慮今后的發展，因此，在利用電能的過程中，要考慮到各種因素，例如：用電設備的額定功率，各個部門和地區的用電狀況，不同時期的用電需求等等，這些都要求專業人士有針對性的進行方案設計，全面考慮不同的能量轉換，對比不同的方法的長遠收益，以最優的用電效益，設計出符合要求的建筑節能方案，實現長期的節能減排目標。

3 光伏技術在建筑電氣節能中的應用優勢

3.1 占地面積小

相比傳統的發電方式，如火電、水電等，光伏能實現分布式、分散式供電，不僅取消了傳統電力站建設所需的大面積土地，也不需要考慮輸電線路的影響，使建筑設備占地面積更小，采用更加靈活，可以增加建筑物在限定面積內的發電能力。光伏建筑一般在建筑的外墻或屋頂進行搭建，不占用地面面積，既不影響電站布局，也不影響土地的垂直空間利用。在不會拓寬土地面積的情況下，實現了擴大建筑物能提供的能源量的目的。因此，光伏建筑節能系統可節省大量土地，使用壽命也長，經濟效益穩定。

3.2 來源應用廣泛

光伏技術源自太陽輻射能，太陽可以被各地消費，而且無需地理限制。在光照充足的情況下，光伏電池板就可以進行電力轉換。因此，光伏技術源源不斷地為建筑電氣節能提供能源。光伏技術應用廣泛，從龐大的電力系統到小型的照明系統，從城市建筑到鄉村住宅都可以應用。在建筑中，光伏技術可以以各種形式出現，包括屋頂、立面和腳手架式構架，使得在不同類型的建筑中都可以得到應用。此外，還可以將光伏技術與其他技術進行結合，如太陽能熱水器、空氣集熱器等，實現對建筑物能源的全面利用，達到更加高效的節能目的。

3.3 對于地面的破壞程度較低

常規的非可再生能源工廠常常占據很大的土地，產生很大的排放和廢棄物問題，對于土地和生態環境的破壞也非常嚴重。而光伏技術相比之下會產生更少的破壞效應，降低了對于環境的影響，光伏電池板一般直接安裝在建筑物上，不需要類似挖掘的土地改造工程，不會對土壤和環境產生破壞性影響，可長期提供電力支持，更加環保[1]。

4 建筑電氣的節能現狀

4.1 監控系統

建筑物的監控系統是保障建筑物安全和管理的重要手段之一，在一些傳統建筑物的監控系統設計中，監控設備不夠完善，監控范圍有限，監控設備安裝位置不當等問題。這些問題可能會導致出現死角區域和盲區，從而增加安全隱患。同時，監控數據處理不及時，可能會出現監控數據積累和處理不及時的情況。這樣的情況會增加建筑物的安全隱患，因為監控數據的及時處理對于提前預警和響應異常事件至關重要。

4.2 照明設計不合理

照明系統是建筑電氣設計中最基本的要素之一。在一些建筑設計中，設計師往往只關注建筑物的外觀，而忽略了建筑物內部的光照環境。因此，建筑物的某些區域可能會出現光線不足或過強的情況，或者出現反射、耀眼和影子等問題。在這些條件下，不但會影響使用者的視覺體驗，還可能導致健康問題和事故發生。傳統建筑物的照明系統設計常常依據傳統慣例和經驗來進行，經常出現照明布局不合理的問題。例如，在照明設備的安裝位置上，設計過程中沒有充分考慮不同視覺要求和光源之間的相互作用等問題。在這些情況下，可能會導致照明質量的下降，同時增加能源消耗。

4.3 通風系統設計不合理

通風系統是傳統建筑電氣設計中另一個重要部分，它關系到建筑物內部空氣質量和舒適度。在傳統建筑電氣設計中，通風系統的選擇通常只考慮到能源消耗和初投資等因素，而沒能充分考慮到通風效率和噪聲等問題。因此，選擇不當的通風系統可能會導致空氣品質下降或者噪聲污染等問題。同時，在一些傳統建筑物的設計中，通風系統的布局存在不合理的問題。例如，通風系統采用的是混合風模式，在采暖和通風過程中可能會產生交叉干擾。另外，通風系統的損失和噪聲可能會影響使用者的舒適感。

5 建筑電氣節能中運用光伏技術分析

5.1 光伏屋頂

光伏屋頂屬于一種較為普遍的光伏新能源技術的應用方式，隨著建筑物的數量和高度的不斷增長，經常可以在一些高層建筑中看到光伏屋頂的身影。將光電器件安裝在屋頂上，可使其與采光面積更廣，且與屋頂緊密相連，可防止風對其造成的損害。同時，將其應用于屋頂，還可節省屋頂建筑材料，提高建筑效益。從安裝面積上來說，樓頂是建筑中空余面積較大的一塊，具有較為理想的地理位置，非常適合安裝光伏系統。屋頂可以吸收更多的太陽輻射，并且在屋頂水平面及傾斜面上，所取得的輻射量要比垂直立面要大得多。特別是對于一些高層建筑較多，建筑比較密集，外墻遮擋現象嚴重的大城市來說，在屋頂安裝光伏系統非常方便，而且效果好，還可以實現大規模安裝。將太陽能電池板應用于建筑屋頂，雖能取得良好的節能效果，但若大面積應用，將會對城市環境產生影響。此外，若不加以妥善處理，還可能造成光污染，從而影響到居民的日常生活。這些都是在安裝太陽能電池板時要考慮到的。將太陽能電池裝到屋頂上，相當于在太陽光和建筑物間形成一個過渡，可以提高建筑物的保溫效果，減少建筑物的能耗。當前，光伏屋頂技術的應用已經比較成熟，它的安裝和后期維護都很方便，而且它的效率很高，成本也很低，可以進行大規模的推廣，在世界范圍內的建筑系統中，光伏新能源技術的應用主要是以光伏屋頂為主導。

5.2 光伏幕墻

光伏幕墻一般指的是將光伏發電技術應用于建筑圍護結構外表層，它將建筑外幕墻技術與光伏發電技術進行了完美的融合，光伏幕墻取代了過去的外墻面，既避免了對環境的污染，又十分節能。光伏幕墻的建設也可以起到隔絕外部噪音、改進傳統圍護結構的隔音、保障建筑內部溫度等作用。在對建筑物光伏幕墻系統進行設計的時候，要以實際情況和自己的特性為基礎，將當地的太陽輻射特性和建筑物周圍的環境相結合，只有這樣，才可以將光伏幕墻的性能充分發揮出來，提高節能效果。

5.3 光伏溫室

當前，光伏溫室已被陸續用于農業生產中，伴隨著人民生活水平的不斷提升，光伏溫室在農業中的應用范圍也在逐步擴展。目前，光伏溫室已經被用于鮮花養殖、畜牧業、林業以及果樹生產等領域。從實際來看，植物的生長對光線的需求非常高，在溫室中采用光伏技術，既可以延長光照時間，又可以保證作物的品質，對食品安全有很大的幫助。將光伏技術應用于農業溫室，既能節約土地資源，又能為溫室內的其它設備提供電能，滿足農戶的生產和生活需要。除此之外，在溫室中，很容易出現保溫和升溫的問題，特別是夏天，氣溫過高，會對蔬菜的正常生長造成不利的影響。而利用光伏技術，利用紅外線將外面的溫度隔離開來，這樣就不會在溫室中產生過多的熱量，能夠確保蔬菜的健康生長。同時，到了冬天，溫室的紅外波段向外輻射的程度也會隨之降低，從而避開了白天和黑夜的巨大溫差，起到了一定的保溫效果。

5.4 輸電線路電氣節約

在建筑電氣節能領域，光伏技術的應用不僅局限于建筑物屋頂、幕墻等領域，輸電線路上同樣可以進行光伏技術的應用。在許多情況下，建筑物和城市垃圾站等設施具有許多小型電氣負載，如弱電傳感器、市政路燈以及需要隨時驅動的智能家居設備等。在這些場景下，如果使用阻隔開關作為輸電線路的電源，將會浪費大量的能源，缺乏高效的電力供應和能源儲存方式。通過在輸電線路上置入光伏電池板等設備，可以實現地面化的電力工程，并利用光伏電池板將太陽能轉化為電能，將能量儲存于電池中。這一方案可以極大地減少城市垃圾站等設施的用能損耗，從而實現節能減排的效果。通過光伏技術的應用，可以向氣候變化和環境污染等方向邁出重要的一步，實現可持續性的發展和節能減排的目標[4]。在實現光伏技術的應用過程中，需要注意選擇優質的光伏電池板和電池組，以實現更加高效的能源利用。同時，還需要合理設計輸電線路的布局和電力儲存系統的配置，以實現更加穩定和可靠的電力供應。只有通過全面、高效的電氣設計和技術實現，才能為城市垃圾站等設施提供更加可靠、節能、環保的電力供應服務，為人民群眾創造更加美好的生活和工作環境，為全球能源問題的解決貢獻力量。

5.5 監控系統

在建筑監控系統中，光伏技術也可以得到廣泛地應用。在這種監控系統中，主要的設備包括攝像機、傳感器和其他監測裝置，可以用于監控建筑物或其周邊的變化。這些設備需要長時間運行以進行數據采集，并傳輸至監視中心。由于監控系統中的設備較多，為了保障其穩定運行，需要必要的電源支撐。而光伏技術可以通過光伏電池板和儲能系統提供電能，以實現監控設備的長期和穩定的運行。光伏發電是一種可再生的能源，可以降低能源消耗并減少對環境的影響。光伏技術提供的電源支撐可以確保監控系統穩定并可靠地運行。利用光伏技術提供的可再生能源進行建筑監控是一種非常經濟實用的辦法。使用光伏技術的監控系統可以節約電力成本，同時也可以保護環境[5]。

5.6 照明系統

在建筑的照明系統中，光伏技術可以作為一種獨立的電力源來提供能源，也可以與城市電力系統進行并網運行，從而實現照明系統的節能和環保。光伏電池板可以安裝在建筑頂部或立面上，以收集太陽能提供電力，并將電力儲存于電池中，供照明系統使用。這種系統不但具有獨立供電的優點，還可以通過與普通電網的并網運行，充分發揮光伏技術的優勢，實現節能和環保。基于光伏技術的照明系統還可以根據實際需要進行系統設計和優化。根據照明光度和照明時間等方面的需求，可以設計出最優化的光伏照明系統。因此，光伏技術的采光利用效率更為高效。此外，光伏技術的采用還能帶來很多其他的好處[6]。

6 結論

綜上所述，隨著時代的發展，建筑行業使用的電器日益增多，建筑電氣節能的重要性日益凸顯，同時也帶來了能源危機與環境污染問題。當前，隨著眾多科研工作者對光伏技術的研究與開發，使新能源發電技術的發展日趨成熟，其應用領域也日趨廣泛。在光伏發電技術產業的應用過程中，需要相關行業人員繼續進行探索，對光伏發電技術的發展進行持續深入，對其缺陷進行改進，將其更好地運用到日常生活中，緩解能源短缺問題。