黃夏冰

廣西壯族自治區(qū)建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院 廣西 南寧 530000

光伏與建筑的結(jié)合不應(yīng)僅考慮光伏裝機(jī)量，還需考慮光伏發(fā)電建材與建筑設(shè)計(jì)、城市環(huán)境風(fēng)貌、區(qū)域文化元素等的關(guān)系。應(yīng)利用光伏發(fā)電建材可靈活定制顏色、圖案、尺寸、形狀、結(jié)構(gòu)厚度、透光度等優(yōu)勢(shì)，將光伏建材產(chǎn)品融入建筑設(shè)計(jì)。光電建材需滿足“安全、好看、好用、耐用、經(jīng)濟(jì)”五大條件，與常見(jiàn)光伏電站中的光伏組件相比，建筑中應(yīng)用的光電建材產(chǎn)品要求更高。光電建材產(chǎn)品在滿足安全的前提下，既要滿足業(yè)主、建筑設(shè)計(jì)師對(duì)美觀、透光度、尺寸等方面的要求，又要堅(jiān)固耐用，具備較強(qiáng)的發(fā)電能力和經(jīng)濟(jì)性。但若同時(shí)滿足以上要求，難度較大。隨著我國(guó)“碳達(dá)峰”“碳中和”目標(biāo)的提出，各行各業(yè)向綠色低碳轉(zhuǎn)型。建筑作為碳排放大戶，無(wú)疑成為推動(dòng)“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的重要影響因素。在此背景下，建筑行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展使光伏發(fā)電在建筑電氣中迎來(lái)了全新的發(fā)展機(jī)遇[1]。

1 光伏發(fā)電概述

光伏發(fā)電主要借助半導(dǎo)體中產(chǎn)生的光生伏特效應(yīng)實(shí)現(xiàn)光電能源轉(zhuǎn)換，光伏發(fā)電系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)由太陽(yáng)能電池板（組件）、控制電路和逆變電路等單元構(gòu)成，另有傳感器對(duì)各電路元件進(jìn)行監(jiān)控。太陽(yáng)能電池板可采用串聯(lián)方式裝配，形成面積較大的聯(lián)合電池組件，再加上功率控制器等部件，可以構(gòu)成光伏發(fā)電裝置。在項(xiàng)目全過(guò)程，管理人員應(yīng)針對(duì)項(xiàng)目特點(diǎn)展開(kāi)全面分析，在實(shí)施光伏發(fā)電項(xiàng)目管理工作時(shí)，應(yīng)從多個(gè)角度分析，確保施工的可行性、經(jīng)濟(jì)性。在項(xiàng)目設(shè)計(jì)工作中，管理人員應(yīng)秉持著嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦砟顚?shí)施管理，將項(xiàng)目策劃工作提上日程。無(wú)論是項(xiàng)目設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，還是運(yùn)行環(huán)節(jié)，都要及時(shí)執(zhí)行管理工作，明確工作中存在的漏洞，并不斷完善工作。在光伏發(fā)電項(xiàng)目中開(kāi)展項(xiàng)目管理，除了能夠提升信息的流通率，還可以減少不良事件的發(fā)生率。應(yīng)從管理工作的質(zhì)量入手，采取相應(yīng)措施解決管理效率不足的問(wèn)題，保證項(xiàng)目質(zhì)量。

2 建筑電氣節(jié)能減排中光伏新能源發(fā)電助力的優(yōu)勢(shì)

在我國(guó)“雙碳”目標(biāo)背景下，建筑行業(yè)的節(jié)能降碳是重中之重。建筑行業(yè)必須大力發(fā)展綠色建筑，有效降低建筑能耗，使建筑從“高能耗建筑”向“低能耗建筑”“近零能耗”,甚至“產(chǎn)能建筑”升級(jí)，助力我國(guó)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型及建筑行業(yè)綠色低碳發(fā)展。由此，光伏建筑一體化(BIPV)成為實(shí)現(xiàn)這一重大目標(biāo)的關(guān)鍵路徑。

2.1 新能源的光伏發(fā)電技術(shù)特點(diǎn)

光伏發(fā)電技術(shù)相比于傳統(tǒng)的發(fā)電技術(shù)而言，其技術(shù)原理和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，建設(shè)周期較短，運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單，可應(yīng)用范圍廣。光伏電站采用模塊化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)擴(kuò)展性強(qiáng)，容量可靈活調(diào)節(jié)，規(guī)模從數(shù)W到數(shù)GW，安裝簡(jiǎn)單方便。這就代表著光伏電站基本可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，成本較低。光伏發(fā)電在運(yùn)行中不消耗常規(guī)能源，不受資源分布等條件約束，受光照強(qiáng)度和地形影響較小，可以使得能源使用效果能夠得到高效提升[2]。

2.2 占地面積小、安全性高且沒(méi)有污染

在建筑之中運(yùn)用新能源光伏發(fā)電的方式為建筑工程提供電能，具有占地面積小、安全性高和沒(méi)有污染的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，這樣發(fā)電設(shè)備即可以被運(yùn)用到建筑內(nèi)外墻之中，也可有效地節(jié)省建筑使用空間，使其能夠得到綠色無(wú)污染的高效運(yùn)用。這樣在實(shí)地發(fā)電的過(guò)程之中，新能源光伏發(fā)電技術(shù)將能夠得到更加高效的應(yīng)用。此外，相關(guān)的建筑工程部門(mén)還需注重對(duì)建筑電氣設(shè)備以及對(duì)新能源光伏發(fā)電設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)，使其使用壽命無(wú)限延長(zhǎng)和滿足至少25年的質(zhì)保周期，避免光伏發(fā)電技術(shù)使用中產(chǎn)生的各種問(wèn)題，使其能夠更加安全高效的應(yīng)用。

2.3 電量耗損小，提高了能源使用效率

相比于傳統(tǒng)的新能源光伏發(fā)電技術(shù)而言，這種技術(shù)對(duì)于電量的損耗小，可有效地提高能源的使用效率。所以將其運(yùn)用到建筑電氣工程之中，可有效地滿足居民生活電能使用需求，并有效地降低電能運(yùn)行的損耗問(wèn)題，這可以促進(jìn)建筑電氣節(jié)能減排目標(biāo)的有效實(shí)現(xiàn)。還需對(duì)建筑電網(wǎng)的合理運(yùn)用，對(duì)光伏發(fā)電的合理分配，使其能滿足建筑電氣工程中各個(gè)施工環(huán)節(jié)對(duì)于電氣設(shè)備的運(yùn)用所需，有效地實(shí)現(xiàn)降低電能損耗的目標(biāo)，發(fā)揮出太陽(yáng)能這種可再生能源的利用價(jià)值，有效地助力建筑電氣節(jié)能減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

2.4 安全與可靠的供電

光伏發(fā)電企業(yè)要做好項(xiàng)目管理工作，降低各種質(zhì)量安全問(wèn)題的可能性，提高項(xiàng)目管理水平，保證可靠的供電。在開(kāi)展建筑電氣工程建設(shè)的過(guò)程之中，運(yùn)用新能源光伏發(fā)電的方式，可以為建筑提供安全與可靠的供電效果，因?yàn)槎嘤嗟碾娏靠梢杂行У貍鬏數(shù)诫娋W(wǎng)，相關(guān)的電能管理人員還可以運(yùn)用控制器，對(duì)電量輸出進(jìn)行有效的管理，自然就能保障電能得到高效地運(yùn)用，避免其使用過(guò)程中所產(chǎn)生的被過(guò)度損耗，或是無(wú)法被規(guī)范化運(yùn)用的問(wèn)題。所以，相關(guān)的建筑工程部門(mén)應(yīng)意識(shí)到新能源光伏發(fā)電的這一應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，發(fā)揮出其安全與可靠的應(yīng)用價(jià)值，不斷加強(qiáng)對(duì)建筑電氣節(jié)能減排發(fā)展的助力。

3 光伏發(fā)電在建筑電氣應(yīng)用策略

在實(shí)際應(yīng)用中，光伏發(fā)電設(shè)備在施工結(jié)束后無(wú)須投入較高的運(yùn)行維護(hù)成本。2010年以后，國(guó)際市場(chǎng)上的光伏組件材料價(jià)格呈現(xiàn)下滑趨勢(shì)，對(duì)整個(gè)光伏項(xiàng)目的投資情況造成影響，使其成本逐漸降低。出于對(duì)稅金、折舊等因素的考慮，光伏發(fā)電設(shè)備能夠在使用25年后回收成本。與屋頂光伏電站相比，地面光伏電站的施工成本更高；與晶體硅光伏技術(shù)相比，薄膜光伏技術(shù)的施工成本更低。國(guó)內(nèi)的光伏發(fā)電項(xiàng)目應(yīng)充分考慮現(xiàn)實(shí)情況，全面分析多種因素，著眼于勘測(cè)數(shù)據(jù)，選擇可行性最強(qiáng)的施工方案。

3.1 加強(qiáng)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)與審核

設(shè)計(jì)人員應(yīng)將更多注意力集中在光伏發(fā)電項(xiàng)目圖紙?jiān)O(shè)計(jì)中，真正落實(shí)設(shè)計(jì)審核工作，需要認(rèn)識(shí)到多層次審核模式帶來(lái)的積極影響，通過(guò)不同的角度進(jìn)行審核管理，及時(shí)找出審核隱患，分析造成審核隱患的影響因素，制訂合理的措施解決問(wèn)題，提升審核管理控制效果。光伏發(fā)電項(xiàng)目圖紙的設(shè)計(jì)還需注重細(xì)節(jié)，需要分析設(shè)計(jì)方案有無(wú)脫離現(xiàn)實(shí)情況，確保設(shè)計(jì)方案考慮了周?chē)h(huán)境，并提前判斷可能存在的不良問(wèn)題，規(guī)避設(shè)計(jì)隱患。

3.2 主接線設(shè)計(jì)應(yīng)用

在設(shè)計(jì)光伏電站的主接線時(shí)，工作人員需綜合考慮電站裝機(jī)大小、場(chǎng)站布置、接入系統(tǒng)的主要方式及電氣設(shè)備特點(diǎn)等。當(dāng)光伏電站以35千伏或者更高的等級(jí)進(jìn)行升壓時(shí)，通常其內(nèi)部接線有1級(jí)或2級(jí)升壓的情況，此時(shí)，需從經(jīng)濟(jì)性與技術(shù)性兩方面出發(fā)進(jìn)行分析。光伏電站只需使用恰當(dāng)技術(shù)，即可從外網(wǎng)引入電量。當(dāng)光伏電站規(guī)模、占地面積較大時(shí)，電纜降壓也較大，其選取的電纜截面也較大，此時(shí)，逆變區(qū)內(nèi)用電將從箱變低壓側(cè)進(jìn)行接引，兩個(gè)相近的箱變可作為彼此的備用裝置。當(dāng)光伏電站規(guī)模較小，占地也較小時(shí)，在其逆變區(qū)內(nèi)，符合用電且使用低壓配電裝置接引即可。

3.3 防雷接地設(shè)計(jì)應(yīng)用

光伏電站的防雷設(shè)計(jì)應(yīng)在遵循法規(guī)、規(guī)范的前提下，根據(jù)其內(nèi)部、外部情況綜合考慮，是光伏電站電氣設(shè)計(jì)的重要一環(huán)。其具體防雷設(shè)計(jì)須注意以下兩點(diǎn)：（1）直擊雷防護(hù)。在并網(wǎng)發(fā)電過(guò)程中，光伏設(shè)備如電池組件等分布十分廣泛，且高度差別較小，若設(shè)置獨(dú)立避雷裝置保護(hù)的范圍過(guò)小，大量設(shè)置又將大幅提升建設(shè)成本，不符合經(jīng)濟(jì)性，且由于占位較多，易設(shè)計(jì)不當(dāng)，導(dǎo)致出現(xiàn)遮蔽陽(yáng)光、降低發(fā)電效率的情況。光伏陣列屬于三級(jí)防雷建筑物，可以使用金屬構(gòu)架連接的方式，故可以有效連接方陣支架上的所有金屬結(jié)構(gòu)、所有電池組件與接地網(wǎng)，通過(guò)此種連接方式實(shí)現(xiàn)防直擊雷。（2）感應(yīng)雷防護(hù)。光伏電站中的防感應(yīng)雷系統(tǒng)主要工作就是防止感應(yīng)雷通過(guò)外界線路入侵室內(nèi)設(shè)備，感應(yīng)雷由靜電感應(yīng)與電磁感應(yīng)產(chǎn)生，由于其形成感應(yīng)雷電壓的概率較高，故對(duì)建筑內(nèi)設(shè)備威脅較大，需重點(diǎn)防范。感應(yīng)雷主要通過(guò)以下兩個(gè)途徑侵入光伏系統(tǒng)：第一，由光伏系統(tǒng)組件方陣直流線路侵入；第二，由交流并網(wǎng)供電線路侵入，設(shè)計(jì)時(shí)需從以上兩點(diǎn)入手。在設(shè)計(jì)大型并網(wǎng)光伏電站電氣設(shè)計(jì)時(shí)，電站的防雷接地設(shè)計(jì)極為重要，可在箱式變電器高壓側(cè)放置避雷器，避免箱式變電站耦合過(guò)電壓?jiǎn)栴}的同時(shí)，預(yù)防感應(yīng)雷導(dǎo)致的過(guò)電壓對(duì)光伏電站中的設(shè)備產(chǎn)生破壞[3]。

3.4 電纜敷設(shè)設(shè)計(jì)應(yīng)用

大中型光伏電站的規(guī)模較大，其內(nèi)部各區(qū)域光伏發(fā)電母線與發(fā)電模塊如采用輻式連接，可將各區(qū)域發(fā)電模塊發(fā)生故障時(shí)的損失降至最小，但卻增加了開(kāi)關(guān)柜及電纜數(shù)量。采用“T”式連接，可以較大程度上節(jié)省開(kāi)關(guān)柜及電纜數(shù)量。工作人員可根據(jù)具體經(jīng)濟(jì)技術(shù)情況確定集電線路數(shù)量。部分建筑項(xiàng)目光伏電站需采用綜合的敷設(shè)方案，如電纜橋架加直埋敷設(shè)，電纜橋架可順地勢(shì)敷設(shè)，利用了地形優(yōu)勢(shì)，但為保護(hù)電纜，其橋架最好采用玻璃鋼橋架或鍍鋅橋架。平地的光伏電站光伏陣列區(qū)域電纜則宜使用直埋敷設(shè)，直埋應(yīng)設(shè)置于凍土之下，地面光伏電站多位于西北區(qū)域，凍土多且深，進(jìn)行直埋時(shí)工程量巨大。此種情況采用耐寒電纜較為合適，在由凍土層向非凍土層敷設(shè)時(shí)加裝電纜保護(hù)管，用以保護(hù)電纜不受損害。這樣操作可以在保護(hù)電纜安全運(yùn)行的同時(shí)，減少工程的經(jīng)濟(jì)壓力。

3.5 光伏陣列支架設(shè)計(jì)應(yīng)用

光伏支架直接決定著電氣設(shè)計(jì)的使用效率，影響光伏組件的運(yùn)行安全、建設(shè)耗資及破損率。當(dāng)前，大型地面光伏電站光伏支架可選用兩類(lèi)：固定傾角式與逐日跟蹤式。逐日跟蹤式的效果與太陽(yáng)輻射的散射輻射關(guān)系密切，散射輻射比例越大，其效果越差。但其靈活性更強(qiáng)，可以使光伏方陣表面按照太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行活動(dòng)，可接收更多的光能量，提高發(fā)電量，減少光伏組件的使用量，降低工程建造成本。而固定傾角式比跟蹤式單體的經(jīng)濟(jì)性更高。其組裝后組件傾角與方向不能調(diào)整，較為死板，當(dāng)太陽(yáng)光無(wú)法很好地照射方陣時(shí)，也無(wú)法進(jìn)行活動(dòng)，需布置多個(gè)、多方向。故在選擇光伏電站光伏支架，從電站自身情況考慮才能最大限度地降低工程成本，提升發(fā)電效率。如光線較好，方陣處可長(zhǎng)時(shí)間大面積受到陽(yáng)光輻射時(shí)，采用固定傾角式將合理地降低工程造價(jià)；若光線變化情況較大，方陣無(wú)法在一個(gè)方向長(zhǎng)時(shí)間大面積接收陽(yáng)光輻射時(shí)，選擇逐日跟蹤式則更有利[4]。

4 將新能源光伏發(fā)電運(yùn)用到建筑電氣工程中的注意事項(xiàng)

當(dāng)前，很多建筑師對(duì)光伏產(chǎn)品的印象僅停留在藍(lán)色或黑色晶硅光伏板階段，無(wú)論是色彩外觀、分格尺寸、結(jié)構(gòu)厚度，還是透光度、安全性、熱工系數(shù)等方面，建筑師皆較為排斥，但品類(lèi)豐富的碲化鎘光伏發(fā)電建材產(chǎn)品及其應(yīng)用案例逐漸吸引了設(shè)計(jì)師的眼球。光伏產(chǎn)品要想與建筑行業(yè)及建筑師產(chǎn)生聯(lián)系，首先需要研發(fā)生產(chǎn)可滿足建筑行業(yè)要求的光伏發(fā)電建材產(chǎn)品；其次是光伏產(chǎn)品應(yīng)在建筑行業(yè)展會(huì)及論壇活動(dòng)中多亮相，使更多建筑師看到產(chǎn)品實(shí)物，了解產(chǎn)品的技術(shù)性能；第三，光伏產(chǎn)品應(yīng)實(shí)現(xiàn)不同場(chǎng)景的項(xiàng)目應(yīng)用，就其代表性項(xiàng)目、安裝方式、發(fā)電節(jié)能效果、經(jīng)濟(jì)性等內(nèi)容也需經(jīng)常與建筑師交流分享，使建筑師直觀了解光電建材產(chǎn)品的應(yīng)用效果。

（1）作為建筑工程部門(mén)的管理者和決策者，應(yīng)正確地認(rèn)識(shí)到新能源光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用的好壞，直接關(guān)乎建筑電氣節(jié)能減排的終極目標(biāo)，應(yīng)對(duì)整個(gè)工程部門(mén)人員進(jìn)行有效的培訓(xùn)，使其都能認(rèn)識(shí)到新能源光伏發(fā)電技術(shù)的重要價(jià)值，以及節(jié)能減排發(fā)展的必要性，進(jìn)行對(duì)光伏發(fā)電技術(shù)、節(jié)能材料和節(jié)能技術(shù)的合理運(yùn)用，保障節(jié)能減排的發(fā)展目標(biāo)能真正被落實(shí)到實(shí)處，促使建筑電氣節(jié)能減排發(fā)展目標(biāo)更好地實(shí)現(xiàn)，使得建筑工程能夠得到節(jié)能環(huán)保的發(fā)展，加強(qiáng)對(duì)我國(guó)健康生態(tài)環(huán)境的保護(hù)[5]。

（2）應(yīng)對(duì)光伏發(fā)電工作人員進(jìn)行嚴(yán)格的選拔，要掌握光伏發(fā)電的核心技術(shù)，以自己的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和工作經(jīng)驗(yàn)，合理地運(yùn)用新能源光伏發(fā)電技術(shù)開(kāi)展建筑工程工作，使得工程所需的電能都能夠經(jīng)由光伏發(fā)電得到有效地供給，使得建筑電氣節(jié)能減排的助力效果能夠不斷提升。同時(shí)，還需加強(qiáng)對(duì)光伏發(fā)電工作人員，以及部門(mén)中工作人員的施工管理，使其既能對(duì)建筑工程的節(jié)能環(huán)保要求進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，嚴(yán)格地按照施工方案開(kāi)展施工工作，也能夠最大程度地發(fā)揮出光伏發(fā)電的核心價(jià)值，降低建筑建設(shè)中所需運(yùn)用的電能和施工成本，使其能夠?qū)⒏鞣N環(huán)保建筑設(shè)計(jì)的策略合理運(yùn)用到工程建設(shè)之中，隨之不斷提高建筑電氣節(jié)能減排的發(fā)展目標(biāo)。

（3）建筑工程部門(mén)應(yīng)健全與完善光伏發(fā)電工作要求，落實(shí)相關(guān)的工作責(zé)任制度，避免工作人員機(jī)械化的、無(wú)安全意識(shí)的開(kāi)展施工工作，不考慮施工場(chǎng)地和外部環(huán)境等因素，對(duì)于光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用影響，盲目地運(yùn)用光伏發(fā)電技術(shù)，使光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值無(wú)法得到有效發(fā)揮的不良工作現(xiàn)象。而是使得所有的工作人員都能肩負(fù)起自己的工作責(zé)任，正確地制定將光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用到建筑工程中的施工方案，提前做好相關(guān)的文檔設(shè)計(jì)和用電方案，嚴(yán)格地按照方案進(jìn)行相應(yīng)的光伏發(fā)電工作，使得光伏發(fā)電工作人員能與施工人員進(jìn)行有效的技術(shù)交底，也使得所有工作人員都能?chē)?yán)格地按照規(guī)范化的制度要求開(kāi)展工作，保障光伏發(fā)電技術(shù)能夠在建筑工程中發(fā)揮出實(shí)際價(jià)值，也使得建筑電氣能真正節(jié)能減排的發(fā)展和節(jié)能環(huán)保高效的運(yùn)用，促使建筑企業(yè)持續(xù)良性發(fā)展。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上，將新能源光伏發(fā)電合理地運(yùn)用到建筑電氣工程之中，可有效地助力建筑電氣節(jié)能減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。相關(guān)的建筑工程部門(mén)應(yīng)正確認(rèn)識(shí)到光伏發(fā)電的重要價(jià)值和優(yōu)勢(shì)，將其合理地運(yùn)用到建筑工程之中，以降低能源的損耗度，降低工程的環(huán)境污染，提高能源的使用效率和效果，使得我國(guó)的能源和環(huán)境都能夠得到更加高效地保護(hù)，從而促使建筑行業(yè)健康綠色的發(fā)展，為我國(guó)建筑行業(yè)和光伏行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。