光伏新能源技术在校园建筑设计中的应用

光伏新能源技术在校园建筑设计中的应用

罗道亨

同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司200000

身份证号码：430211198910060018

摘要：当前，我国经济发展十分迅速，随着可持续发展与低碳环保战略理念的提出，光伏新能源技术在现代建筑工程中得到广泛应用，由光伏系统持续把光能转换为电能，为末端电气设备供电，有利于缓解电网负荷高峰时段供需矛盾，减少建筑总体使用成本，改善生态环境质量。但光伏新能源技术应用时间较短，在建筑电气工程中的应用效果有待提升，并且在运行期间面临诸多问题。因此，需加大对光伏新能源技术的研究力度，深入挖掘建筑电气节能潜力。

关键词：光伏新能源技术;校园建筑设计;应用

引言

近年来，国内外都高度重视建筑电气节能的问题，光伏新能源作为一种可再生能源具有广阔的应用前景。本文从光伏新能源的特点出发，着重介绍了光伏新能源在校园建筑电气节能中的应用。笔者通过研究光伏新能源的基本原理，阐述了光伏新能源在建筑物中的应用方式，并对目前国内外光伏新能源在校园建筑中的实际应用情况进行了分析，对光伏新能源在校园建筑物中的应用前景进行了展望，并为建筑企业如何利用光伏新能源推动电气节能出谋划策。

1建筑电气节能减排和光伏新能源的特点

（1）建筑电气节能技术。建筑电气节能减排是指在建筑电气系统设计和运行过程中，采用先进的技术和管理措施，降低能源消耗，减少碳排放。主要措施包括优化电气系统设计、提高设备能效、合理配置无功补偿装置、控制谐波含量等。随着“双碳”目标的提出，以及绿色发展理念的在建筑领域的逐步渗透，建筑电气节能减排设计已经成为建筑电气设计的研究重点。（2）光伏新能源技术。光伏新能源是指利用光伏电池将太阳能转换为电能的一种可再生能源。光伏新能源具有清洁、环保、可再生等特点，是实现能源可持续发展的重要途径。在建筑领域，光伏新能源的应用可以降低建筑能耗，减少碳排放，推动绿色建筑发展。

2光伏新能源技术在校园建筑设计中的应用[罗道亨1]

2.1采取建筑一体化光伏设计策略

建筑一体化光 伏设计是在建筑设计阶段就将光伏发电系统纳入考 虑，实现建筑与光伏的完美结合。首先，在建筑外 观的设计上，应采用美观、耐用的光伏组件，如彩 色光伏板、曲面光伏组件等，使光伏发电系统与建 筑外观相协调。其次，应根据建筑物的朝向、阴影 遮挡等因素，优化光伏组件的布局，提高太阳能利 用率。在建筑节能设计中，应兼顾建筑节能与光伏 发电，采用高性能保温材料、合理窗户尺寸等建筑 节能措施，降低建筑能耗，提高光伏发电效益。最 后，可持续创新光伏建筑一体化技术，研究新型光 伏建筑一体化技术，如光伏瓦、光伏幕墙等，通过 应用新技术，实现建筑与光伏的高效融合。

2.1光伏大棚

光伏大棚是一种专门为光伏项目设计的建筑物，它可以有效避免光伏组件受到风、雨、雪、日晒等天气影响的情况。此外，光伏大棚可以提高光伏组件的性能，使其能够充分发挥出其能量潜力。光伏大棚可以有效利用太阳辐射能来加热空气或水。它通常由一个或多个平面的太阳能集热器组成，这些集热器可以是平板式、翻转式或折叠式的。光伏大棚适宜在阳光充足、气候宜人的地区建设。如果是建设在气候太冷或太热的地区，那么光伏大棚的效率会降低。此外，光伏大棚要求地面平整、无遮挡物，因此，在选址上也要慎重考虑。首先，要考虑地形因素。光伏大棚的建设一般在平原地区，这样能够充分利用太阳辐射。气候条件也是影响光伏大棚建设的重要因素。一般来说，光伏大棚适宜在气候温和、日照充足、雨量适中的地区建设，除了要考虑建设地区之外，还要考虑建设成本。目前，光伏大棚的建设成本较高，因此要充分考虑资金方面的问题。在建设周期方面，由于光伏大棚的建设工程较为复杂，一般情况下建设周期较长。要想建设一座成功的光伏大棚，就必须要考虑地形因素、气候条件、建设成本以及建设周期等因素。光伏大棚的应用越来越广泛，是顺应可持续经济发展潮流的重要经济举措，未来还将继续受到大家的关注。[罗道亨2]

2.2逆变器的设计[罗道亨3]

在系统设计中，应该从以下几个方面进行考虑。（1）系统容量。光伏发电系统中通常包含多块光伏组件，在实际安装过程中，应该对太阳能电池组件的功率以及安装位置进行详细分析，确保逆变器能够稳定的工作。（2）运行模式选择。为了保证逆变器能够稳定工作，还需要对其运行模式进行选择。光伏发电系统主要有两种运行模式：MPPT和最大功率点跟踪。其中MPPT模式可以使光伏电池组件产生的直流电转变成交流电，从而使其输出电能；而最大功率点跟踪模式则是使光伏电池组件产生的直流电转变成交流电，从而使其输出电能。（3）孤岛检测装置。孤岛检测装置主要是用来检测光伏系统中是否出现故障，以确保光伏系统能够正常运行。（4）防雷保护设计。为了提高系统的安全性和可靠性，应该对光伏发电系统进行防雷保护设计。一般采用防雷器对电路进行保护，能够有效避免由于雷击而造成的严重后果。

2.3控制 - 逆变一体机设计

在早期建筑电气工程中，选择在光伏发电系统内独立安装光伏控制器与逆变器，分别起到保护储能蓄电池、转换电流的作用，导致系统结构较为臃肿。如果控制器、逆变器出现运行故障，都会直接影响系统总体工况。因此，为简化系统结构、降低故障率，可选择在光伏发电系统中配备控制 -逆变一体机，一体机由 DC/DC 转换器、DC/AC 逆变器两部分组成。其中，DC/DC 转换器以控制电路为核心，电路输出驱动信号，持续检测输出电压值和指令电压值，根据对比结果获取误差电压，再把误差结果作为驱动信号输出依据，最终由调节器调整输出电压，并在输出电压超过额定值后停止工作。DC/AC 逆变器以控制芯片作为核心，通过单片机控制并网逆变器脉冲宽度，如果对控制性能提出严格要求，则配备具备强大实时处理能力的 DSP 装置，这有利于强化光伏发电系统开关工作能力。

2.4采取建筑一体化光伏设计策略

建筑一体化光 伏设计是在建筑设计阶段就将光伏发电系统纳入考 虑，实现建筑与光伏的完美结合。首先，在建筑外 观的设计上，应采用美观、耐用的光伏组件，如彩 色光伏板、曲面光伏组件等，使光伏发电系统与建 筑外观相协调。其次，应根据建筑物的朝向、阴影 遮挡等因素，优化光伏组件的布局，提高太阳能利 用率。在建筑节能设计中，应兼顾建筑节能与光伏 发电，采用高性能保温材料、合理窗户尺寸等建筑 节能措施，降低建筑能耗，提高光伏发电效益。最 后，可持续创新光伏建筑一体化技术，研究新型光 伏建筑一体化技术，如光伏瓦、光伏幕墙等，通过 应用新技术，实现建筑与光伏的高效融合。

[罗道亨4]2.5推进校园建筑智能化设计

目前，建筑工程中广泛应 用了许多自动化和智能化、科学化和人工化、电气化和控制化 整齐合一的电子通讯技术以及其他智能应用技术等现代科学 技术。这种技术待绿色生态校园建设完成后，根据系统的自动 化属性，可以智能地选择校园内尤其是师生办公室以及教室 内的温度等条件，提高师生日常工作开展的舒适度，以及学生 学习时环境的舒适度。同时自动化智能系统在校园中也可以 用于校园灯光以及其他电子设备的自动开关等功能，可以有 效降低能耗，保证减少电子垃圾的产生。

3经济性分析

3.1建设成本

校园建筑光储直柔系统的建设成本可以分为初始投 资和终身运维成本两项。其中，初始投资主要包括光伏 组件、蓄电池、能量路由器以及各种设备的安装费用； 运维成本主要包括光伏组件的清理修复、蓄电池和能量 路由器等设备的修理更换。为便于对建设成本进行分析， 本节对光伏系统各项成本的现行市场价格进行调研，最后加上对校园光伏系统的运维投 入，以此为基础对校园的光伏建设成本进行预估。光伏系统的设计寿命为 25 年，磷酸铁锂电池每 5 年更换一次。考虑到各类产品设备制造成本逐年降低， 假设电芯价格每 5 年降低 10%。根据上表估算出三所校 园的光储直柔系统建设成本为 87.4 万元、255.1 万元和 251.1 万元。

4.22 经济效益

按照《国家发展改革委关于 2021 年新能源上网电 价政策有关事项的通知》 （发改价格〔2021〕833 号） 要求，2021 年起，对新备案集中式光伏电站、工商业 分布式光伏项目，中央财政不再补贴，实行平价上网。 根据南京市电网销售电价表显示，学校非工业用电的电度电价取 0.59 元 /kWh，南京市燃煤标杆电价为 0.391 元 /kWh，以此为基础计算校园的光伏安装 25 年收益及 回本时间。

结语

综上所述，为建设真正意义上的绿色建筑，最大限度挖掘校园建筑电气系统节能潜力，建筑企业需要全面应用推广光伏新能源技术，由光伏发电系统替代常规电源，结合项目具体情况，选择最佳的形式，提高系统选址的准确性，并科学设计光伏阵列、汇流箱等，结合防雷保护方法，保障光伏发电系统平稳运行。

参考文献

[1] 吴泽坤,张磊,黄卫勇等.建筑电气节能减排措施与光伏新能源技术的应用研究[J].城市建筑空间,2022,29(S2):189-190.

[2] 苏子龙.探讨建筑电气节能减排措施及光伏新能源的应用[J].新型工业化,2022,12(09):208-211.

[3] 何得虎.建筑电气节能减排措施和光伏新能源的应用[J].科技资讯,2022,20(18):50-52.

[罗道亨1]适当增加校园建筑应用光伏技术的现状阐述

[罗道亨2]校园建筑很少运用光伏大棚，可以从光伏板与建筑屋面一体化设计、立面光伏百叶、光伏构件（栏杆扶手，地面光伏板）等方面阐述，光伏幕墙也可以提前到这个部分

[罗道亨3]2.2和2.3是否能适当简化

[罗道亨4]校园建筑很少运用光伏大棚，可以从光伏板与建筑屋面一体化设计、立面光伏百叶、光伏构件（栏杆扶手，地面光伏板）等方面阐述，光伏幕墙也可以提前到这个部分