电气节能中光伏新能源的节能技术研究及效益分析.pdf

总第2 2 9 期2023年第7 期绿色发展电气节能中光伏新能源的节能技术研究及效益分析张永胜（甘肃省建筑设计研究院有限公司，甘肃兰州7 30 0 0 0)摘要：根据光伏发电原理提出了温度和光照强度对光伏新能源系统发电的影响，并在Matlab和Simulink软件下进行了仿真论证，之后在某工业企业当中进行电气光伏新能源节能系统改造，并对改造效益进行分析。关键词：光伏发电；仿真；节能系统改造中图分类号：TM6150引言现阶段，日益严重的能源匮乏、环境污染问题给社会经济的稳步增长带来了巨大的威胁，为了更好地应对此种情况，推动社会的可持续发展。我国也加大了在新能源方面的研究和应用,太阳能作为一种清洁再生能源一直受到人们的广泛关注，将基于太阳能所研发的光伏技术应用在各行业当中，不仅能够有效地降低经营成本,提高经济收益，同时也有利于自然生态环境的建设1。但在光伏新能源的实际应用过程中,很多因素会对光伏发电效果产生影响,因此根据实际情况建立完善的光伏新能源系统对降低能耗、提高经济收益有着重要的价值。1光伏发电原理光伏发电是当前应用最广泛的一种发电形式，在电力生产过程中主要通过硅晶电池实现太阳能向电能的转化,之后利用控制器将得到的直流电转化为交流电,并且控制器也可以实现对交流电的调节。目前光伏发电系统主要有离网光伏发电、并网光伏发电和分布式光伏发电三种。但无论哪种发电形式，均会受到外界环境的影响,因此加强对光伏发电影响因素的研究,对提高电气节能效果也有着重要的意义2 。2光伏新能源节能效果影响因素研究光伏发电主要是利用太阳能产生电能的技术,因此主要对光照强度、温度对光伏新能源节能效果的影响情况进行分析。在具体分析过程中,利用matlab软件建立仿真模型，模拟不同光照强度和温度下光伏电池电压与功率的关系。2.1仿真模型的建立本次仿真主要在Matlab和Simulink软件下进行，光伏电池模型建立主要参数如下：额定功率设置为10 0 W，工作电压设置为18 V,工作电流为5.5A，开路电压为2 2.6 V,短路电流为6.2 2 A。2.2仿真本次研究主要分析不同光照强度和温度下光伏新能源节能效果的实际情况,因此在仿真模拟过程中收稿日期：2 0 2 3-0 3-2 3作者简介：张永胜（19 9 0 一），男，甘肃甘谷人，本科，毕业于中国矿业大学，电气工程师（供配电）,研究方向为建筑电气。现代工业经济和信息化Modern Industrial Economy and Informationization文献标识码：A在Simmulink中输人不同的光照强度和温度。在探究光照强度对光伏新能源节能效果影响当中,设置恒定温度为2 5，光照强度分别设置为6 0 0 W/m700W/m、800W/m900W/m、10 0 0 W/m，仿真结果如图1所示。在探究温度对光伏新能源节能效果的影响当中，设置恒定光照强度10 0 0 W/m,温度分别设置为2 5、30、40、50，仿真结果如图1所示。M/率图12 5时，不同光照强度下光伏新能源发电电压与功率的关系由图1可知，在温度不变的情况下，光伏新能源在发电过程中随着光照强度的增大,同等电压下所发出的功率更高。由图2 可知，在光照强度不变的情况下，光伏新能源在发电过程中随着温度的升高,同等电压下所发出的功率更高。这也表明温度越高、光照强度越大,光伏新能源发电效率越高。3电气节能中光伏新能源的节能技术应用效益研究某工业企业在日常生产过程中对电力需求量较大，因此在2 0 2 1年公司整体进行了光伏节能电气改造，以此来降低生产能源成本投人，具体改造方案如下。3.1太阳能电池板的选型目前，在我国光伏产业当中，太阳能电池单体种类主要有：非硅光伏电池、晶体硅与非晶体硅光伏电池。其中晶体硅光伏电池是企业和科研单位的首要选择对象，从晶体硅光伏电池层面来看，主要可以分为Total 229No.7,2023D0I:10.16525/ki.14-1362/n.2023.07.059文章编号：2 0 9 5-0 7 48(2 0 2 3)0 7-0 17 4-0 21000W/m000W/600W/m7.00.W/m600.W/ml电压/V2023年第7 期图2 光照强度为10 0 0 W/m时，不同温度下光伏新能源发电电压与功率的关系单晶硅和多晶硅两种光伏电池。其中由单晶硅制成的太阳能电池板太阳能转换率能够达到15%17%，氮气制造耗能和成本相对较高，在某工业企业当中并不适用,因此本次选用以多晶硅材料为主的太阳能电池板，该种电池板太阳能转换率为13%15%，制造成本和耗能相对较低，符合某工业企业的资金改造情况。3.2光伏电池板安装方式为了更好地利用光能,科学的安装光伏电池板也是提高光伏发电效率,降低企业能耗的重要途径。现阶段，光伏电池板安装方式主要有三种，分别为固定式、单轴跟踪式以及双轴跟踪式。其中固定式是将光伏电池板固定安装在某一个位置，并处于静止不动，该种安装方式应用最为广泛，该种安装方式简单，安全性能高，同样也是三种安装方式成本最低的一种。单轴跟踪安装形式主要是借助单轴自动跟踪器对光伏电池板的角度进行动态化调整，调整主要是根据外界光照强度的变化而改变，相比较固定式安装方式最多可提高30%的发电量。当前单轴自动跟踪安装方式也分为单轴跟踪和极单轴跟踪,极单轴跟踪安装方式由于施工成本较高,容易受到外界大风的影响,因此应用并不广泛。双轴跟踪安装方式是上下左右根据太阳光的照射情况可以向各个方向，双轴系统可以最大限度地把太阳所辐射的光能利用起来。该种安装方式能够在光照资源较差的地方应用，以此来最大限度地吸收太阳能，相比较固定式安装最大能够提高40%的发电量，但此种安装方式造价较高，并且当前国内安装技术并不成熟。针对此种情况，本次光伏新能源节能改造采用固定式安装方式，以此降低改造项目对企业所产生的经济成本压力。3.3倾角设置光伏电池板倾角的设计关乎到整个改造节能的实际效果，而倾角的设计与不同时间段地方太阳高度角、时角、太阳赤纬角、纬度角、温度等均有联系。因此张永胜：电气节能中光伏新能源的节能技术研究及效益分析90.60.030.%0.电压175本次改造工作相关数据查询主要通过NASA官网查询，将查询到的相关数据导人至PVsyst软件当中模拟太阳能电池板,通过调整电池板角度来查看年太阳能辐射量的具体情况,在模拟过程中，当太阳能电池板倾角为37 时，年光照辐射量最大，可达到17 6 6kWh/m,因此本次改造过程中太阳能电池板安装倾角为37。3.4光伏新能源的节能技术应用效益分析在某工业企业光伏新能源节能改造完成后，每月用电优先光伏新能源发电系统，不足部分首先应用蓄电池中的电能，之后采取电网供电作为补充，蓄电池充放电效率为9 0%。通过对1一12 月运行数据分析统计可知，该系统第一年发电量为9 0.35万kWh,其中3月到10 月发电量占比为8 2.4%，1、2、11、12 月发电量占全年发电量的17.6%，而该企业全年实际用电124.26万kWh，光伏新能源发电量与企业用电实际情况如表1所示。表1光伏新能源发电量与企业用电实际情况月份光伏新能源发电企业实际用量/(万kWh)电(万kWh）电量占比/%13.3325.5536.87410.67510.19611.8978.39811.6997.99106.79114.89122.09总计90.35注：电费计价为0.8 57 4元/kWh。由表1可知，该年度企业实际用电量为12 9.9 6kWh，在5月、6 月、8 月三个月当中光伏新能源发电量大于企业实际用电，其余月份新能源发电量均小于企业实际用电。在5一6 月多出的电能储存在蓄电池当中。经过计算全年用电费用为347 0 2 3.8 5元，如果没有进行光伏新能源改造，所需要的费用为1114277.04元，由此可见改造后整年电气费用降低767253.19元，全年企业能耗降低量达到了6 8.8 6%，由此可见改造节能效果明显。4结论1)对光伏发电原理进行分析，光伏发电系统主要由电池组件、控制器、逆变器以及蓄电池四部分构成。2)在Matlab和Simulink软件下进行光伏新能源系统的仿真，分析温度与光照强度对光伏发电量的影响,结果表明温度不变条件下,光照强度越大,光伏新能源系统发电功率越高；光照强度不变条件下，温度越高，光伏新能源系统发电功率越高。（下转第17 9 页）月度光伏节能电能费用支出元13.1225.3814.3138.7813.8649.5710.9897.188.97113.609.3290.029.45125.829.48123.318.8989.889.7369.7810.3747.1611.4818.21129.96一83978.6275 143.2859960.222 659.18一一一一一一44 735.1380 547.42347 023.852023年第7 期推动节能减排也对钢铁行业的数字化转型有着积极的作用。因此,河北钢铁集团可以引人高效的智慧化能源管理系统、实施先进绿色环保生产技术等方式，提升能源利用效率，减少污染物排放。同时，进一步加大可再生能源的开发与利用,发挥太阳能、风能等新能源的积极作用,提升节能减排的水平。在推进节能减排的过程中，进一步学习与了解数字化管理系统，提升钢铁行业的数字化水平。参考文献1郭再云“双碳”背景下企业节能减排效益分析与评价J.企业改革与管理,2 0 2 2(4):159-16 1.2吕庆，刘颂，刘小杰，等.基于大数据技术的烧结全产线质量智能控制系统J.钢铁,2 0 18,53(7)：1-9.3 王春梅，周东东，徐科，等.综述钢铁行业智能制造的相关技术J.中国冶金,2 0 18,2 8(7):1-7.4黄导.稳步推进超低排放实现钢铁高质量绿色发展J.中国钢铁业,2 0 2 0(12):5152.5 汪礼俊.节能减排，打造数字化循环经济J.上海信息化，2 0 0 9(6):20-22.6陈亮，王宁.我国制造类企业数字化转型升级的挑战和机遇J.An Empirical Analysis of Digital Transformation and Energy Conservation and EmissionReduction in Hebei Iron and Steel Industry under the Double Carbon TargetAbstract:Under the global trend of carbon emission reduction,the proposed double carbon target in China has an important impact onsocial development,industrial upgrading and transformation.Taking the iron and steel industry as an example,we study the relationshipbetween digital transformation and energy saving and emission reduction in the iron and steel industry of Hebei Province under the constraintsof the double carbon target.The model is used to measure and analyse the degree of coordination between digital transformation and energyconservation and emission reduction in the Hebei iron and steel industry from 2010 to 2020,and to propose corresponding countermeasures inorder to promote the green and low-carbon transformation of the Hebei iron and steel industry and to achieve the synergistic development ofdigital transformation and energy conservation and emission reduction in the industry.Key words:double carbon target;digital transformation;energy saving and emission reduction;coupled and coordinated development(上接第17 5 页)3)对某工业企业进行光伏新能源电气节能改造，经过分析研究最终确定选择多晶硅太阳能电池板，并采用固定安装的方式，安装倾角为37，改造后全年耗电量降低6 8.8 6%，电能经济成本节约7 6 7 2 53.19 元。Energy-saving Technology and Benefit Analysis of Photovoltaic New Energy in Electrical(Gansu Provincial Architectural Design and Research Institute Co.,Ltd.,Lanzhou Gansu 730000,China)Abstract:According to the principle of photovoltaic power generation,the influence of temperature and light intensity on the powergeneration of new photovoltaic energy system is proposed and simulated in matlab and simulink software,and then an electrical photovoltaicnew energy saving system transformation is carried out in an industrial enterprise,and the transformation benefits are analyzed.Key words:photovoltaic power generation;simulation;energy-saving system retrofit范晓萱：“双碳”目标下河北省钢铁行业数字化转型与节能减排的实证分析J.经济体制改革，2 0 2 1（5：9 2-9 8.8孙彦广.钢铁工业数字化、网络化、智能化制造技术发展路线图J.冶金管理,2 0 15(9):4-8.9余嘉洋，王勋，张伟，等.钢铁行业数字化转型综述J.铁合金，2021,52(5):44-48.10吕明元，刘明月，李彦超.大数据应用对河北省钢铁行业绿色转型的影响分析J.河北科技大学学报（社会科学版）,2 0 2 0,2 0(3):3443.11张克森.隐性环境规制与节能减排的关系研究：以中国东部地区20052016年9 5城市面板数据为例J.重庆社会科学，2 0 19(10):80-91.12李兰冰，李焕杰.技术创新、节能减排与城市绿色发展J.软科学,2 0 2 1(11):46-51.13李新，路路，穆献中，等.基于LEAP模型的京津冀地区钢铁行业中长期减排潜力分析J.环境科学研究，2 0 19,32(3)：36 5-37 1.14徐向阳，任明，高俊莲.京津冀地区钢铁行业节能和CO,减排的技术路径J.生态经济，2 0 17,33(11)：38-43.15刘怀平.加快 5G+工业互联网”在钢铁企业环保设施中应用J.中国经济评论,2 0 2 2(4):16-17.(编辑：郭萍茹）Fan Xiaoxuan(Tianjin University of Commerce,Tianjin 300134,China)1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,2 0 2 2,12(9)：2 0 8-2 11.2范宏宇.光伏新能源技术在建筑电气节能中的运用J.资源节约与环保,2 0 2 1(7):7-8.(编辑：白龙)Energy SavingZhang Yongsheng179中国商论,2 0 2 1(2 1)：12 3-12 5.7刘鑫鑫，惠宁.数字经济对中国制造业高质量发展的影响研究参考文献