分布式光伏发电在民用建筑中的应用分析.pdf

中文科技期刊数据库（引文版）工程技术 25 分布式光伏发电在民用建筑中的应用分析 王封力 贵州省建设工程消防设计审查验收技术服务中心，贵州 贵阳 550000 摘要：摘要：本文首先介绍了分布式光伏发电技术的工作原理，然后阐述了分布式光伏发电技术的系统组成。随后探讨了分布式光伏发电在住宅、商业建筑以及公共设施等不同类型建筑中的应用情况。最后分析了分布式光伏发电系统在民用建筑中的优势，包括环境效益、经济效益和对可持续发展的推动作用。期望本文能为相关领域的学者和决策者提供有益的参考和帮助。关键词：关键词：分布式光伏发电；民用建筑；可持续发展 中图分类号：中图分类号：TM615 0 引言 随着全球能源需求的不断增长和环境问题的日益凸显，寻求可持续的能源解决方案成为全球关注的焦点。可再生能源作为一种清洁、无污染、可持续的能源形式，越来越受到各国政府和社会的重视。光伏发电作为可再生能源的重要组成部分，因其零排放、可再生、分布式等特点，受到了广泛关注和应用。分布式光伏发电相较于传统的中央化电网系统，分布式光伏发电具有许多显著优势。深入研究和分析分布式光伏发电在民用建筑中的应用情况和效果，对于推进可再生能源技术的进步和促进清洁能源的广泛应用具有重要意义。1 分布式光伏发电技术综述 1.1 分布式光伏发电的工作原理 光能转换是分布式光伏发电的核心过程。光伏电池是光能转换的基本单元，它由半导体材料制成，当太阳光照射到光伏电池表面时，光子激发了电池中的电子，使得电子脱离原子束缚形成电子-空穴对。这些电子和空穴被电场分离，导致电流产生。通过将大量光伏电池连接成光伏阵列，可以实现更高的能量转换效率。光伏电池可以使用单晶硅、多晶硅、薄膜等不同材料制造，各自具有优缺点，根据实际应用需求选用不同的类型。直流电能输出是光伏发电系统的下一步。光伏阵列产生的电流是直流电流，但在实际应用中经常需要交流电流，因为交流电流在输送和分配时更加便捷高效。为了实现这一转换，需要使用逆变器来将直流电转换为交流电。逆变器是分布式光伏系统中的关键元件，它能够调整输出电压和频率，以便将产生的电能与公共电网相匹配。通过逆变器的转换，光伏发电系统可以实现将直流电能输出到电力网中，为用户提供电力供应。电能注入是分布式光伏发电的最终阶段。将光伏发电系统连接到电力网后，通过电能计量装置对发电的电能进行计量，并将其注入到电力网中。光伏发电系统就能够实现与传统发电方式的互联互通，成为电力系统的一部分。随着分布式光伏发电系统的普及和推广，可再生能源的利用率不断提高，能源结构也逐渐朝着更加清洁和可持续的方向发展。1.2 分布式光伏发电的系统组成 光伏电池阵列是分布式光伏发电系统的核心组件。光伏电池阵列是由多个光伏电池单元组成的，这些电池单元采用高效的光伏材料，如单晶硅、多晶硅或非晶硅，用于将太阳光转化为电能。分布式光伏电池阵列的特点是其分散布置在各个不同的地点，例如屋顶、墙面、农田或工业厂房等，因此能够更充分地利用可用的空间资源，减少能源损耗，并降低输送电力的损耗。逆变器是分布式光伏发电系统的另一个重要组成部分。由于光伏电池输出的电流是直流电（DC），而电力用户通常使用交流电（AC）来驱动各种设备，因此需要逆变器将光伏电池阵列输出的直流电转换为交流电。逆变器不仅实现了直流到交流的转换，还能对电能进行调节和控制，确保分布式光伏发电系统的稳定运行。中文科技期刊数据库（引文版）工程技术 26 电能储存系统是分布式光伏发电系统的重要组成部分。由于太阳能发电存在不稳定性和间歇性，当光伏电池阵列产生的电能超过电力用户需求时，多余的电能可以储存在电能储存系统中，以备日后使用。电能储存系统可以采用各种技术，如电池储能系统、超级电容器、抽水蓄能等。通过电能储存系统，分布式光伏发电系统能够提高能源利用率，实现自给自足或者实现电力的供需平衡。2 民用建筑中分布式光伏发电系统的应用 2.1 分布式光伏发电在住宅建筑中的应用 分布式光伏发电系统在住宅屋顶的应用。住宅屋顶是光伏发电系统的理想安装位置，因为它们通常有足够的空间来容纳太阳能电池板。通过安装光伏发电板在屋顶上，家庭可以自主地发电并将其用于满足家庭用电需求。这种能源自给自足的方法可以大幅度减少家庭对传统电网的依赖，降低能源开支，并减少温室气体排放。如果分布式光伏发电系统产生的电量超过家庭的需求，多余的电力还可以出售给电网，为家庭创造额外的收入来源。分布式光伏发电系统结合能量储存技术在住宅中的应用。太阳能发电的一个主要挑战是它的间歇性，因为在夜间或阴天时，太阳能电池板无法产生电力。为了解决这一问题，许多住宅开始采用能量储存系统，如电池存储设备。这些电池可以在白天储存多余的太阳能电力，并在夜间或低能量产出时释放电力。借助能量储存技术，住宅可以实现全天候的绿色电力供应，更好地利用太阳能资源。分布式光伏发电系统在住宅微电网中的应用。随着能源技术的发展，越来越多的住宅开始建立微电网系统，将多个住宅组织在一个小型的能源网络中。分布式光伏发电系统在这样的微电网中发挥着关键作用。每个住宅都可以安装自己的光伏发电系统，并通过智能电网技术将多余的能量共享给其他住宅。在这种方式下，整个微电网可以更加高效地利用太阳能资源，并在必要时相互支援。2.2 分布式光伏发电在商业建筑中的应用 分布式光伏发电系统为商业建筑提供了绿色能源解决方案。商业建筑通常需要大量的能源来满足日常运营需求，而传统能源大多依赖于化石燃料，导致环境污染和温室气体排放。相比之下，光伏发电系统通过转换太阳能为清洁能源，可以显著减少碳排放，对抑制气候变化和改善环境质量有着积极的贡献。商业建筑安装分布式光伏发电系统后，可以自给自足地产生电力，降低对传统电力网的依赖程度，从而实现更加环保的能源供应。分布式光伏发电系统为商业建筑提供了可观的经济收益。尽管在初期投资上可能较高，但随着技术进步和规模效应的发挥，光伏发电系统的成本逐渐降低。商业建筑安装光伏发电系统可以将多余的电力出售给电网，实现电力的“卖出”和“买入”，从而形成额外的经济收入。一些地区还提供政府激励措施，如税收减免和补贴，鼓励商业建筑安装光伏发电系统。通过这些激励政策和降低电力采购成本，商业建筑可以在运营中获得可观的节能成本优势。分布式光伏发电系统提升了商业建筑的可持续发展能力。随着全球对可持续发展的日益重视，企业越来越需要展示其对环境和社会的责任感。商业建筑安装光伏发电系统可以成为企业可持续发展战略的重要一环，帮助企业在公众和客户中树立良好的形象。商业建筑通过自主发电，减少了对能源市场波动的敏感度，提高了企业能源供应的可靠性和稳定性，从而增强了商业建筑的竞争力。2.3 分布式光伏发电在公共设施中的应用 分布式光伏发电系统为公共设施提供了可持续的能源解决方案。公共设施如学校、医院、图书馆等在日常运营过程中需要大量的电力供应，传统能源依赖于化石燃料，会导致环境污染和气候变化等问题。而光伏发电系统依托太阳能资源，通过转换太阳辐射为电能，实现了清洁能源的生产。在光伏发电系统的支持下，公共设施可以减少对传统电力来源的依赖，大大降低碳排放，推动可持续能源的利用，从而为社区创造一个更为清洁和健康的生活环境。分布式光伏发电系统提高了公共设施的能源安全性。在传统能源供应系统中，大规模的能源供应网络容易受到自然灾害、技术故障或人为破坏等因素的影响，从而导致能源供应的中断。采用分布式光伏发电系统，公共设施可以在建筑屋顶或其他可利用空间上安装光伏电池板，将电能从本地产生并用于自身消耗。这种地方性的能源供应模式有效降低了能源输送过程中的损耗和风险，提高了公共设施能源供应的可靠性中文科技期刊数据库（引文版）工程技术 27 和安全性。分布式光伏发电系统提升了公共设施的节能效率和经济效益。公共设施通常具有较大的用电需求，如果仅依赖传统电力供应，高昂的电费将成为负担。而安装分布式光伏发电系统后，公共设施可以在白天充分利用太阳能资源，产生电力供应自身用电，同时多余的电力还可以卖给电网，实现“卖电挂网”。通过这种方式，公共设施可以大幅减少用电成本，并在一定程度上实现能源的自给自足，进一步提高公共设施的经济效益。3 分布式光伏发电系统在民用建筑中的优势 3.1 减少碳排放和环境影响 分布式光伏发电系统能够显著减少碳排放。与传统的化石燃料发电相比，光伏发电不涉及化石燃料的燃烧过程，因此不会释放大量的二氧化碳和其他温室气体。光伏发电是一种零排放的能源形式，它将太阳光直接转化为电能，没有燃烧过程，因此能够有效降低建筑的碳排放量。采用分布式光伏发电系统是降低碳排放的可行途径，对应对气候变化和减轻全球暖化现象具有重要意义。分布式光伏发电系统有助于减少对自然资源的过度开采。传统能源产业对化石燃料的需求导致了大规模的矿产开采和能源开采，这对自然环境造成了巨大影响。与之相比，光伏发电系统主要依赖太阳能资源，太阳光的采集并不需要开采大量矿产资源。通过采用分布式光伏发电系统，可以减少对矿产资源的需求，避免进一步破坏土地、水源和生态系统。分布式光伏发电系统在降低能源运输损耗和供应稳定性方面具有优势。传统的中央化电网需要将能源从发电厂输送到不同的民用建筑，其中会有较大的能源损耗。而分布式光伏发电系统在建筑顶面或周围就近发电，无需进行长距离输送，从而减少能源运输损耗。分布式系统采用多个发电单元联网运行，增加了能源供应的稳定性。3.2 降低电费支出和能源成本 分布式光伏发电系统可以实现自给自足的能源供应，从而降低了电费支出。传统的民用建筑通常依赖于中央化的电网供电，电费由电力公司根据每月用电量进行计费。然而一旦建筑安装了分布式光伏发电系统，它就能够自主地产生部分或全部所需电能。在日照充足的情况下，这些系统能够满足建筑内部的用电需求，甚至产生多余的电能可以向电网输送，从而产生电费结余。分布式光伏发电系统在长期运行中能够显著降低能源成本。光伏发电系统虽然在初期投资较大，但其运营维护成本较低，且具有较长的使用寿命。太阳能资源是免费、可再生的，不需要像化石燃料一样进行购买和采购。一旦光伏系统投入使用，其运行成本主要包括日常的维护和保养，以及可能需要更换的部分。传统能源的成本受到国际市场价格波动、供应不稳定等因素的影响，而分布式光伏发电系统能够稳定地提供电能。分布式光伏发电系统鼓励节能意识和电能管理，进一步降低能源成本。由于太阳能资源是有限的，建筑业主倾向于更加珍惜和高效地使用自产的电能。因此，在安装分布式光伏发电系统后，建筑业主通常会更加关注节能措施，例如优化电器设备的使用、采用节能照明和空调系统，以减少对电能的消耗。这种节能行为不仅有利于延长分布式光伏发电系统的使用寿命，还可以进一步降低能源成本。3.3 促进可再生能源的利用 分布式光伏发电系统作为一种分散式能源生产方式，能够在建筑内部就近产生电能。传统的中央化电网主要依赖于大型发电厂集中产生能源，并通过长距离输电向各地供应电能。然而，这种集中式的能源生产方式存在能源损耗、输电损耗等问题，也增加了对传统能源的依赖。分布式光伏发电系统可以在建筑顶面、墙面或周围安装太阳能电池板，直接将太阳能转化为电能，无需经过长距离输电，减少了能源损耗。分布式光伏发电系统能够充分利用建筑空间，提高可再生能源的装机容量。随着城市化的进程，建筑用地日益稀缺，传统大型可再生能源发电项目往往需要大面积的土地。相比之下，分布式光伏发电系统可以灵活地安装在民用建筑的屋顶、墙面、阳台等空间上，利用建筑本身的空间资源。这种分布式布局的特点使得大量分散的建筑能够共同形成庞大的可再生能源发电网络。分布式光伏发电系统在可再生能源的宣传和推广方面发挥了积极的示范作用。安装在民用建筑上的光伏发电系统往往处于公众视野中，被众多人所注意。中文科技期刊数据库（引文版）工程技术 28 当公众看到建筑物上装有太阳能电池板并成功地转化太阳能为电能时，将产生积极的可再生能源认知。这种可见性使得分布式光伏发电系统成为可再生能源的鲜活样本，激发了更多人对可再生能源的兴趣和认可。4 结语 随着全球对环保意识的不断增强和可再生能源的迫切需求，分布式光伏发电系统作为一种清洁、可再生的能源解决方案，日益受到政府、企业和公众的广泛认可和重视。其优势在于通过充分利用太阳能资源，为民用建筑提供可持续、清洁的能源供应，同时显著降低碳排放和环境影响。只有通过政府、企业和公众的共同努力，一起克服各种困难，充分发挥分布式光伏发电的优势，才能实现绿色、智能、可持续的未来能源体系。相信通过全球各方的积极合作，分布式光伏发电将在未来扮演更为重要的角色，为人类社会的可持续发展做出更大的贡献。参考文献 1王海燕,张立.分布式光伏发电在城市民用建筑中的经济性分析J.电力学报,2019,30(4):86-92.2朱丽丽,.分布式光伏发电在乡村民用建筑中的可行性研究J.能源科学与工程,2018,20(3):76-82.3李华,吴明.分布式光伏发电在民用建筑中的应用分析J.电力科技与环保,2020,38(4):82-87.作者简介：作者简介：王封力，男，苗族，本科，贵州省建设工程消防设计审查验收技术服务中心工程师，研究方向为建筑电气，消防工程，消防技术推广。