太阳能在中高层建筑电气设计中的应用

太阳能在中高层建筑电气设计中的应用

毛中民

（昆明市农业科学研究院：650034）

摘要：为了促进节能减排行业的发展，太阳能作为可再生能源，在中高层建筑电气设计中，应用越来越广泛。目前太阳能在我国中高层建筑电气设计领域中因没有具体的国家行业标准应用受到了局限。太阳能技术在中高层建筑设计中的应用主要体现在光伏发电技术和光热转换技术两个领域。尤其是，在公共照明系统设计中，太阳能和发光二极管（LED）因具有相同的直流特质，可实现无缝整合，所以可采用以直流终端架构为基础、以太阳能为能源、以LED为应用终端的系统，从经济效益来看，也可大大降低成本。

关键词：太阳能；中高层建筑；直流终端架构；光伏发电

引言：

在全球气候变暖的危机影响下，世界各国对降低温室气体排放空前重视，我国也把节能减排作为当前政府的重要工作。我国已明确提出要建设节约型社会，并提出以尽可能少的资源消耗获得最大的经济和社会收益，保障经济社会可持续发展。节能在另一方面来说，意味着尽可能利用可再生能源。太阳能作为“取之不尽，用之不竭”的最清洁的可再生能源，在科技高速发展的今天，逐渐被开发利用，特别是在中高层建筑设计中，应用越来越广泛。目前，太阳能技术在中高层建筑设计中的应用主要体现在光伏发电技术和光热转换技术两个领域。其中，光伏发电技术是通过太阳能电池将太阳能转化为电能，如太阳能照明和太阳能发电，在中高层建筑电气设计中主要用于太阳能路灯、太阳能庭院灯、太阳能草坪灯等；而光热转换技术是通过集热器把太阳能转换为热能，例如太阳能生活热水、太阳能空调、太阳能供暖系统等。

1太阳能在建筑电气设计中存在的问题

在政策法规方面，太阳能建筑电气设计行业还没有出台系统行业标准，需尽快颁布实施国家标准，这样太阳能利用产品在生产、安装以及应用等方面才有

法可依，有章可循；在技术方案方面，为了保证系统日后的正常使用，太阳能工程技术人员需提前考虑是否设计专用供电线路，而供电线路所需的原始的技术参数、工艺要求和辅助用电总容量，都应由建筑电气设计人员提供；在施工方面，太阳能技术人员在安装太阳能设备时，应与土建工程施工同步，这样既可达到低成本，也可起到高质量的效果；另外，要采取相应的防护措施，确保太阳能供电系统能长期使用。

2太阳能供电系统设计

目前，在中高层建筑中如大型超市、商场、医院、学校、车站、地下车库等众多的照明场合都需要白天用电，而且用电量相当高，尤其是在冬夏两季，如在冬季的雾霾天，白天也会形成用电高峰。而当前的太阳能照明系统大多是白天用蓄电池积蓄、存储电能，晚上通过控制器对电光源供电；这样的照明系统已经远远达不到用电需求，所以急需一种新型的光伏供电节能照明系统，不仅能在白天直接对电光源供电，同时，还可以把多余的太阳能存储下来，为夜间提供照明。

2.1太阳能光电原理

太阳能光电技术具有较高的成本，不像光热技术那么普及。太阳能发电系统的光电转化率可达到19%～35%，它由逆变器、控制器、蓄电池组成。其中，逆变

器为太阳能光电技术的核心部件，它主要把直流电转换成交流电以供交流负荷使用。而控制器用来调节和控制所发的电能，既可把调整后的电能量直接送往直流负载或交流负载，还可把多余的能量送往蓄电池组存储，这样当负载需要更多的电，控制器又把蓄电池的电能送往负载。

2.2以太阳能为能源、LED为应用终端的公共照明

系统设计由于太阳能直接供应直流电，LED是以直流电工作，所以我们可以采用以太阳能为能源，LED为应用终端的公共照明系统。这种照明系统配置低、电路简单、成本低，大大提高了整个系统的性价比。太阳能和LED因具有相同的直流特质，可实现无缝整合，另外直流电力架构的伏安特性相对简单，非常适合在其之上建立分布式的能源应用系统。在中高层建筑群中，构建分布式太阳能系统，可充分利用原有线路以及闲置的空间来布置太阳能组件，为高层

建筑中的普通应急照明系统、智能小区景观照明、地下车库等公共区域提供照明。同时，为使公共照明系统达到比较高的能效，可采用智能控制系统，实现有人时照明，无人时关闭照明或调至半亮状态。从经济效益来看，新建项目的回收时间小于3年，而在原有基础上改造时间也大概在3～5年左右，另外由于线路上传输距离短，对线路的要求低，可充分利用原有线路，大大降低了成本。太阳能应用在中高层建筑LED照明系统中的整体架构设计。分布式直流架构主要由控制器、太阳能组件和负载组成。分布式直流架构的设计和处理的优点在于配置灵活和组网方便，干线电流小，并且能够实现可靠性和冗余度高等优点，以期实现太阳能应用在LED照明系统中以更低廉的成本输出直流电力。太阳能应用在小区路灯和楼道LED照明系统中的设计。系统由分布式控制器、分布式太阳能组件、分布式光伏电站、楼道照明及蓄电池组成。其中，分布式光伏电站为太阳能应用在小区路灯和楼道LED照明系统的核心部件。由于现代智能小区有着绿化面积大、建筑楼层数多的特点，所以在太阳能组件设计的时候，特别要注意太阳能光伏组件避免被绿植和建筑遮挡，而我们设计的分布式直流架构可以让此类问题得以解决，在实际安装和布置的过程中，可以灵活设计，保证太阳能供电组件能够无遮挡地正常工作，而在遮挡比较多的时候，挑选适当的位置设置分布式光伏电站，再接入分布直流总线，实现太阳能光伏组件正常足量的能源供应。

3结语

综上所述，大力发展太阳能技术是我国乃至全世界发展可再生能源，实现建筑能源管理的必然趋势。综合合理运用太阳能对于提高我国可再生能源应用比重，调整能源结构，节能减排等具有重大意义。就目前而言，以太阳能为能源、LED为应用终端的公共照明系统设计，在中高层建筑中逐渐得到广泛的应用。太阳能在我国中高层建筑电气设计领域中的应用水平还有待提高，利用太阳能进行建筑节能的意识有待加强。另外，采用太阳能的设计尽管前期投入较大，但其运行费用较低。我国正相继制定优惠政策，使其投入成本降低，鼓励设计人员在设计中多采用再生能源。

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