建筑电气设计中的再生能源利用技术研究

建筑电气设计中的再生能源利用技术研究

黄英

江苏可立特工程设计研究有限公司南京分公司，江苏省210000

摘要：随着社会积极的发展与进步，对空间以及能源的利用方式也提出了更高的要求，因此光伏建设一体化再生能源利用方式就此形成。社会经济的发展离不开资源和能源的应用，由于大多数的能源与资源都是不可再生的，那么实现社会经济的可持续发展，是目前全世界各个国家关注研究的问题。建筑行业在推动国家经济方面有重要意义，电气设计已经突破了原有的约束，其中最重要的一项技术就是太阳能光伏建筑一体化技术。建筑电气设计在电能资源中的作用非常突出，建筑电气设计也因此面临着巨大的挑战，太阳能光伏发电技术应用越来越广泛，我国的电气设计也因此得到了更好的发展。本文针对太阳能光伏建筑的概念、应用原则、作用等进行剖析，并分析其在建筑电气设计中的应用效果。

关键词：建筑电气设计；可再生能源利用技术；太阳能光伏发电；应用效果

社会的发展必然会带来资源和能源的消耗，因此资源和能源的紧张问题也日渐突出各行各业现阶段的发展都因此受到了极大的阻碍。当前阶段，我国建筑行业中的电气设计已经利用科技手段取代了传统的模式，其中太阳能光伏发电技术得到了良好的应用。可再生能源利用技术在电气设计中的应用，不仅能够提高电气设计整体水平，也能改善我国的能源紧张问题，同时也推动了节能减排行业的发展太阳能作为可再生能源，已经被越来越多的人认可和使用，太阳能在我国建筑电气设计中缺乏具体的标准因此其应用受到了一定程度的限制太阳能技术主要包括光伏发电技术、光热转换技术两个领域。由于可再生能源发出的电为直流电，可直接为建筑内的LED灯、直流充电桩等直流用电设备供电，对降低成本有积极的作用。

一、关于太阳能光伏建筑一体化概述

太阳能光伏建筑一体化从结构上来分析，太阳能光伏技术就是通过方阵模式，在建筑表层构建一个系统、立体的太阳能矩阵。这个矩阵是一个独立系统，承受着建筑的日常能源消耗并且还可接入到国家电网中，输入自身转化的能源来达到一定的经济效益。在设计矩阵的时候，不仅要考虑矩阵最大能源转换率，还要符合建筑的设计理念，保证其安全性、美观性和环保性。光伏矩阵与建筑结合不会占用额外的用地，因此安装方式受到建筑行业的欢迎。

二、太阳能光伏建筑一体化的优势

首先，太阳能光伏建筑一体化在能源转化过程中不会形成污染物，设备还可以重复利用，因此具有绿色环保的特点，对保护生态环境有积极的作用。第二，太阳能光伏建筑一体化设备一般用于建筑物屋顶、外墙等部位，不仅发挥建筑效能还能节约太阳能方阵所占用的空间。第三，相比太阳能发电站，其直接建设在屋顶和外墙上，产生的能源也主要作用于建筑自身消耗或邻近区域供电需求，不需要架设能源输送线路从而节约了成本。第四，方阵设计中，不仅融入了相应的文化元素还融入了设计理念，具有极高的艺术性。第五，太阳能矩阵的特性，能够将光伏构件做成建筑材料从而节约材料成本。第六，太阳能技术是一项高科技领域，在建筑外墙中应用，也凸显着我国科技的发展水平[1]。

三、太阳能光伏建设一体化技术应用的注意事项

在实践应用中，要充分发挥太阳能光伏建设的效果就要考虑好一系列的注意事项，才能促进建筑电气设计的改善。比如说，在设计某个光伏建筑的过程中，要充分考虑环境因素、光伏组件角度、阵列布置、以及其他负载情况等。在外观设计中，需要注意的不仅是城市自身的文化因素，还要凸显出建筑的具体功能。

（一）日照量的问题

太阳能光伏技术中，日照量是重要的因素，直接影响着电站建设水平，太阳能光伏建筑也是一样的。在设计的时候，根据往年的日照量数据，能够获得最佳的建设位置以及线路走向。

（二）光伏组件的倾斜角度

太阳与水平地面之间的角度基本都是倾斜的，太阳能电池板要与太阳保持一定的角度才能发挥好作用，故要计算出最佳的倾斜角度。设计一个能够自动跟随太阳角度的感应器有重要意义，能够自动的调整光伏板的倾斜角度，不过对光伏建筑来说，要想落实这一想法也有一定的难度[2]。

（三）组件之间的电压问题

由于每个电池板的大小型号有差异，其电压也有一定的差异。那么就可以统一组件的型号来解决这一问题。

（四）电池板自身消耗

太阳能电池板在工作中会消耗部分电能，因此整个系统的输出电能也会减少。换句话说，电池板本身会消耗一部分自身转化的电能，设计系统的时候需要考虑到电池板自身消耗的问题，并且将消耗降到最小。

（五）光伏系统的维护

光伏板一般位于屋顶或外墙，清洁工作有一定难度，光伏板在使用过程中会表面积尘，影响发电效率。实际使用中应考虑清洗方式，能使维护人员做到定期清洗光伏板。

（六）系统所处环境

对光伏系统来说，环境也是一个重要的因素，比如系统所处环境是否有遮挡物、温度湿度是否会对系统造成影响，综合分析问题后制定合理的解决方案，就可以将电池板的功能发挥出来。

四、太阳能光伏建筑设计重点

光伏建筑的本质就是绿色建筑，太阳能光伏发电技术的应用，特别是能源需求量不断提高的情况下，形成了光伏建筑的理念。光伏建筑包括建筑与光伏矩阵的结合和建筑与光伏发电的结合。第一，就系统构造及安全性来说，设计要考虑到系统安全和固定组件连接两个部分。首先，系统结构安全。很多光伏建筑都是高层建筑，楼层越高的风力越大，比如地面风力超过5级后，若是采用传统的器械必然会留下安全隐患，从而损害系统的正常运行；其次，固定组件连接。连接系统组件的过程需要将组件固定在连接点的位置上，安装前要考虑到结构特点，计算出最佳数据，比如光伏组件寿命、建筑寿命等。因此可以将光伏组件作为建筑材料，用于屋顶或外墙。并且还要充分考虑到材料的韧性，通过提高韧性来提高系统的抗风能力，保证光伏系统不会发生变形

[3]。第二，针对组件与矩阵设计来说，需要考虑到太阳能对光伏组件造成的影响、系统中各个元素的性能等。对太阳能造成影响的元素包括大气环境、海拔等，因此太阳能无时无刻都处于变化的过程中，会影响光伏组件的电能转换。对于客观存在的因素，需要采取针对性的措施来解决，不过对光伏组件来说，光伏板的倾斜角度、光伏板间距离、表面清洁度、电池转化率都是电气设计需要考虑的重点问题。结合建筑的实际情况，固定式光伏组件、集成屋顶对太阳辐射接受有限，设计的时候就要注意这一问题，在做好物理维护的同时，计算好矩阵的最佳位置。

五、太阳能光伏技术在建筑电气设计中的应用实例

（一）工程概括

以某综合楼建筑举例分析，一共有五层高，一层为展厅和更衣室，二层及以上为办公区域。建筑规划设计中，需要满足《GB55015 建筑节能与可再生能源利用通用规范》的要求，新建建筑应安装太阳能系统。根据工程的实际情况，对比太阳能热水系统和太阳能光伏发电系统，考虑安全性和实用性，选择设置太阳能光伏发电系统。

（二）技术应用

在该工程中，太阳能光伏发电主要为照明负荷提供电能。设计过程中要考虑到经济性、可靠性、实用性、合理性，科学的进行系统配置，保证系统得到稳定、健康、可持续的发展，满足建筑的照明用电需求。因此要尽量控制太阳能电池组件功率，从而加强对成本的控制，提高经济效益[4]。

第一，确定光伏发电系统的规模和布置。该建筑的屋顶除室外空调机组、水箱和楼梯间外，无其他遮挡物且的空闲区域较多，因此可以安装太阳能电池板。光伏组件竖装且成排布置，为了避免出现遮挡，正确安装太阳能光伏组件，保证早9点到下午3点每一排光伏组件不会被其他排光伏组件遮挡，通过软件对遮挡问题进行分析，前后两排光伏组件的距离在2.8米就可以满足要求。光伏组件一共使用了92块，安装容量为50.6kWp。第二，确定光伏发电的应用范围。太阳能属于补充电源，是一种绿色能源，能够为人们的生产、生活、工作等提供源源不断的能源，考虑其稳定性，目前主要用于三级负荷中的照明用电。

六、小结 

    对于光伏建筑设计中需要注意的问题进行了分析，能够了解问题形成的原因，从而深入探讨光伏建筑的建设与应用，制定符合我国国情的电气设计方案，促进太阳能光伏等可再生能源利用技术更好地发展。

参考文献：

[1]杨昊明,王菁,李厥瑾.绿色节能技术在民用建筑电气设计中的应用研究[J].居业,2020(08):12-13.

[2]陈昕.太阳能光伏发电技术对建筑电气设计的影响[J].通信电源技术,2020,37(12):70-72.

[3]董道臣.太阳能光伏发电技术对建筑电气设计的影响[J].门窗,2019(15):129-130.

[4]贾宇向,宋艳.太阳能在中高层建筑电气设计中的应用[J].建筑节能,2014,42(09):27-28+33.