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光伏新能源技术在电气节能中的应用效果调研分析

2024-07-11 53 上传者：管理员

摘要：为提升清洁能源的利用效率，并研究光伏新能源在电气节能中的应用效果。该文通过对多个光伏发电项目的应用进行调研和分析，并结合实际案例对不同光伏发电项目的应用效果进行评价。结果表明，在电气节能中应用光伏新能源技术具有安全性无污染、供电稳定、减少能源消耗等明显优势。说明在电气节能中应用光伏发电技术，能够有效提升清洁能源的利用效率。并且光伏发电系统的长期投资回报率明显优于传统发电系统。

关键词：
光伏大棚
光伏屋顶
光伏幕墙
光伏新能源技术
电气节能
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在我国能源危机和环境污染问题逐渐严重的背景下，清洁能源的利用与开发已经成为各个国家的重点发展方向。光伏新能源技术凭借其可再生、分布式等特点，成为电气节能领域的重要技术手段之一。因此，详细分析电气节能中光伏新能源技术的具体应用具有十分重要的现实意义。

1、电气节能的重要性

在现代社会中电气节能对于我国社会的发展具有重要意义。

电气节能与我国环境保护息息相关。在工业化和城市化进程不断加快的背景下，传统能源的消耗量也大幅增加，进而对环境造成了巨大压力。而如果采取一定的电气节能手段，就可以有效减缓由于传统能源消耗对环境造成的污染。比如，在灯具的使用上，使用节能灯具，或者通过改进电动机系统提升电气设备的整体能效，进而降低人们的电力需求，减少发电厂的排放，进而降低环境负担。

电气节能可以有效促进我国的资源利用和经济发展[1]。社会的快速发展离不开能源资源的支持，而电气节能手段能够直接减少能源资源的使用量，这样一来就可以最大程度延长传统能源的使用寿命，确保经济的稳定发展。而且我国一直以来都存在能源不足的情况，许多能源还需要从其他国家进口，如果能够全面采取电气节能手段，也可以在一定程度上减少对进口能源的依赖。同时，通过提高能源利用效率，还能够为国家和企业节约大量的能源成本，在提高经济效益的同时，也能推动清洁能源技术的发展与应用。这对于提高能源利用效率、促进资源综合利用有着重要的意义。

电气节能与人民生活密切相关。目前电力已经成为我们生活中不可缺少的能源之一。而电气节能手段则可以在延长电气设备使用寿命的同时降低用电成本，进而提升人们的整体生活品质。

2、光伏新能源技术的概念和优势

2.1光伏新能源技术的概念

2.1.1光伏新能源技术的发电原理

光伏新能源技术又被称作光伏发电技术，主要通过光伏组件进行光电转化，以光伏特效应作为发电原理（发电原理示意图如图1所示）。在自然光光照充足的情况下，光伏组件可以将太阳光辐射能量进行持续吸收，在利用截流子不同位置不均一特性，在内部形成截流子。之后，截流子在内部由于空穴密度分布不均匀，出现漂移效应与扩散效应，最终形成电力，为不同电器提供电能，而且利用光伏发电技术，还可以将多余的电力反馈给电网[2]。

图1光伏发电技术的基本原理

2.1.2系统组成

光伏新能源技术分为并网型与独立型，不同型号的系统组成也有所不同。

1）并网型光伏发电系统。这种发电系统中主要由并网逆变器、控制器和光伏阵列组成，可以在供电充足的时候将多余电力输出到电网，但是如果光伏发电系统无法满足设备的正常用电需求，还需要电网为其提供一定的电力。首先，并网逆变器的主要功能是将光伏阵列发出的直流电转换成交流电并输入到电网中。通常来说，并网逆变器需要具备通信功能，以便在系统工作时与电力公司进行数据交换，便于进行远程监测、故障诊断和运行管理。其次，控制器。控制器一般来说集成在并网逆变器中，需要复杂光伏发电系统的基本运行。比如工作人员可以通过控制器调节光伏阵列的输出功率和电压。最后，光伏阵列。光伏阵列是由多个光伏组件串联并联而成，主要用于将太阳能转换为电能。光伏阵列的性能直接影响了光伏发电系统的整体发电效率和运行稳定性。合理布局和配置光伏阵列是确保系统高效发电的重要因素[3]。

2）独立型光伏发电系统。独立型光伏发电系统主要由蓄电池组、光伏组件、控制器等组成（图2）。光伏组件负责收集太阳能，并将光能转化为电能，如果太阳光充足，多余的电能将输出到蓄电池组中，作为备用电源。在电能转化完毕之后，由逆变器将直流电转化为交流电，作为设备的正常用电。独立型光伏发电系统可以不间断地向设备进行供电，在白天由光伏组件供电，在阴雨天气或者夜间则会由蓄电池组提供电力。这种系统的优势在于设计人员可以根据设备的用电量对蓄电池组进行调节，避免电能的存储释放损失。

图2独立型光伏发电系统

2.2光伏新能源技术在电气节能中的优势

2.2.1安全无污染

光伏发电过程中以太阳能为能源，不会产生温室气体和其他有害气体，不会对大气环境造成污染，有利于改善环境空气质量，减少大气污染物排放，从而有助于保护生态环境和缓解全球气候变化。同时，在光伏发电过程中也不会有噪音、振动等污染，可以最大程度上减少传统发电系统带来的污染。

2.2.2供电稳定

并网型光伏发电系统可以与电网进行连接，也可以作为独立系统为设备进行供电。这样一来就可以从根本上解决传统电能的远距离传输导致的供电不稳问题。同时，光伏发电系统还可以在城乡供电不平衡和电力需求高峰期时提供补充能源，为供电系统的可靠性和稳定性作出贡献。

2.2.3有助于减少能源消耗

光伏发电系统可以将太阳能直接转化为电能，这种供电方式可以满足建筑物的常规用电系统，让建筑物摆脱传统能源的消耗，避免能源浪费，进而实现能源供给结构的优化升级，推动能源生产和消费模式朝着清洁、低碳、可持续的方向发展[4]。

3、电气节能中光伏新能源技术的实践

3.1光伏大棚技术

相比于传统的农业大棚，光伏大棚技术的应用可以利用光伏发电为农业生产创造额外收益。目前光伏农业大棚主要有以下几种：①阳光房式光伏农业大棚。在这种光伏农业大棚中，光伏发电组件通常在大棚的南侧，北侧屋顶部位采用普通夹胶玻璃，南北侧立面采用钢化玻璃。这种大棚的建造成本较高，但是由于其装机量大，所以可以添加其他的辅助设备，构建生态农业和观光旅游一体化的智慧型农业大棚。②塑料大棚外加装太阳能组件。这种大棚建造难度较小，而且成本低廉，其顶部采用的还是普通塑料膜，在棚内使用普通铝合金，组件支架采用热镀锌钢。③简易式光伏大棚。这种类型的大棚采用隐框单坡采光顶结构，前后钢结构立柱基础为钢筋混凝土基础，顶棚支撑结构为主次檀条方格的布置形式。这种类型的大棚建造难度不大，而且装机量适中，属于经济适用型大棚。大棚光伏如图3所示。

图3大棚光伏

与传统的大棚相比，光伏农业大棚的种植周期可达一年3～4次，而且可以通过加装其他设备实现棚内温湿度的智能调节。同时，在光伏大棚中，由于其棚顶会进行特殊改造，所以能够在一定程度上过滤有害光线，让植物能够更好地吸收阳光。其次，普通大棚的塑料薄膜一般为一年的使用期限，在废弃之后会对环境造成污染，而光伏农业大棚的平均使用期限为25年，并且可以做到无污染、零排放[5]。

实践案例：某食用菌菇种植场，根据光伏发电需要阳光、食用菌菇生长要遮光的原理，使用的光伏农业大棚技术，将光伏电站与食用菌菇种植技术结合，在不改变原有的土地情况下，提高的土地的利用率，实现发电和收菇的效益叠加。该种植大棚采用阳光房式光伏农业大棚，占地1236亩（1亩约等于667 m2），分3期建设，目前一期建设已完成并投入使用。共建设发菌棚45个、生产棚135个，发展香菇160万袋，解决了200余人的就业问题。目前光伏农业大棚已经可以供应菌菇种植的日常用电，并且采用的是并网型光伏发电技术，可以将剩余电力输送到电网中，在解决周边地区日常用电问题的同时还能为种植人员带来额外的收益。

3.2光伏幕墙技术

光伏幕墙技术主要应用在建筑的玻璃幕墙上，采用光伏组件作为建筑的玻璃幕墙，可以在保持建筑原有功能的基础上，满足建筑的美观、安全等需求。结合光伏发电技术，将太阳能转化为电能，满足建筑日常电力需要。同时，光伏幕墙还可以为建筑提供一定的热能，在太阳能转化的过程中会产生热能，而光伏幕墙技术可以将这些热能收集起来，在非供暖季节提供热水满足用户的日常使用需求，进而提升能源的利用效率，改善建筑的耗能结构，推动建筑节能技术的发展。

在城市建设方面也可以使用光伏幕墙技术。在现代化城市的建设过程中，可持续发展已经成为重点发展目标。而光伏幕墙技术的应用不仅能够改善城市环境，还可以提升城市的整体形象。比如某城市在建设过程中通过大规模推广光伏幕墙技术，在城市中形成了一张张光伏“能源网”，为城市能源供应和环境改善提供有力支持，是城市绿色发展的有益探索和实践。光伏幕墙如图4所示。

实践案例：某城市为了解决老旧小区的改造难题，提出了光伏幕墙技术的改造方案。该城市截至2021年有1.6亿m2的老旧小区改造任务，在老旧小区中电线排放十分混乱，因此，采用这项技术为建筑提供电能，在改造老旧建筑的同时解决了电力供应问题。施工团队利用光伏幕墙覆盖老建筑的外墙表面，既能够提供清洁能源发电，又可以在视觉上美化建筑，实现了环保和美观兼顾。同时，这些光伏幕墙还为老旧小区注入了新的活力和科技感，提升了整个社区的形象，有利于改善居住环境。在改造完成之后，小区的整体供电已经无需使用电网中的电力，而且利用蓄电池组可以将白天存储的电力作为晚上小区照明使用，降低了用电成本，为居民提供了更为环保和经济的能源选择。

图4光伏幕墙

3.3光伏屋顶技术

光伏屋顶技术又叫做屋顶太阳能光伏发电，主要是将可以产生电力的光伏组件安装在建筑的屋顶，这种系统主要包括电缆、太阳能逆变器、光伏模块及其他电气附件。与地面安装的光伏电站相比，光伏屋顶技术整体体积较小，而且具有更高的发电容量。在这项技术应用过程中，需要考虑一年中光照的时间、当地的天气状况和屋顶的坡度以及纵横比等因素。光伏屋顶技术可以应用在工业和商业用电领域，这种类型的建筑物屋顶通常都是宽阔且具有良好的光照条件，通过在屋顶空间安装光伏电池板，可以达到100 kW供电量。同时，光伏屋顶技术也可以在城市建设中的公共建筑、停车场、体育馆等大型建筑中使用。比如，在市政公园的停车棚或体育场馆的屋顶上安装光伏电池板，可以实现停车场和体育馆的自给自足，并为城市电网注入更多清洁能源。屋顶光伏如图5所示。

实践案例：位于我国南方的一家大型电子制造厂，建筑面积约60 000 m2，为了有效利用厂房屋顶超过8 000 m2的闲置面积，采用了光伏屋顶技术，该项目总装机量800 kW，安装光伏组件2 750片。设计团队首先进行了屋顶结构的光伏适应性评估，确定了能够支持光伏板安装的区域。之后选择了高效的多晶硅光伏电池板，并进行了工程测量，设计出合理的光伏板布局方案。随后，在屋顶上安装了大面积的光伏电池板，通过逆变器将太阳能转化为可用的交流电能。接着，通过智能监控系统实时监测光伏发电的情况，以确保电力生产的效率和安全。最后，通过与电网连接，将多余的电能纳入城市电网，有效降低了工厂的用电成本。在该项目并网后，全年可为工厂解决标煤4 000 t，减少二氧化碳1 128 t；单日可发电达5 000 kWh，全年可以节约电费近100万元，预计3年收回成本，在降低对传统能源依赖的基础上，成功推动了工厂向低碳、环保方向发展。

图5屋顶光伏

4、结束语

光伏新能源技术作为一种绿色、清洁的能源形式，具有巨大的发展潜力和应用前景。通过本文的实践分析，我们发现光伏新能源技术不仅具有较高的环保性，而且在节能减排方面也有明显的优势。然而，在推广应用中仍然面临着各方面的挑战。因此，建议进一步加强对光伏新能源技术的研发和推广力度，以促进光伏新能源技术在电气节能中的广泛应用，为推动电气领域的清洁能源转型和可持续发展作出贡献。

参考文献:

[1]董传洋,王凯,张伟,等.光伏新能源技术在建筑电气节能中的应用探讨[J].光源与照明,2022(11):68-70.

[2]卢迪.建筑电气节能中光伏新能源技术运用探究[J].建筑发展,2022,6(5):1-3.

[3]徐峰.关于光伏新能源技术在建筑电气节能中的应用[J].装饰装修天地,2022(20):124-126.

[4]刘振兴.光伏新能源技术在建筑电气节能中的应用探讨[J].城市情报,2022(23):95-97.

[5]杨俊丽,李小孟.新能源光伏发电助力建筑电气节能减排分析[J].中国设备工程,2022(19):123-125.

文章来源:石帅.光伏新能源技术在电气节能中的应用效果调研分析[J].科技创新与应用,2024,14(20):21-24.