随着现代社会发展技术的不断发展和进步，更新速度迅速，对居民生活水平的要求逐年显著提高，大功率照明等电气设施系统的设备，城市单元空调用电设备和各类高科技智能用电设施的配置和使用日益集中，将导致我国单位建筑能耗总量显著或急剧增加，建筑用电将迅速成为我国现代城市日常生活用电中日益重要的建筑用电。2018年，建筑能耗综合设计运营体系的建筑能耗总规模仅占当年实现全国能源社会消耗总资源的22%左右。深化实践是落实当前加快建设新中国特色清洁节能能源城市要求，大力构建清洁、环保、生态和谐社会的基本理论思路。要进一步采取综合措施，积极降低建筑能耗。目前，分布式太阳能产品已成为我国光伏建筑能耗的主要形式之一。大规模有效应用、推广、开发和大规模建设的分布式节能光伏建筑，采用直接就地加工生产、直接发电利用或间接就地收集、储存和再利用光伏电源的绿色经济模式，甚至可以说，分布式光伏建筑用户已经完全转变为光伏建筑能源作为主要资源的最直接生产者。

1BIPV及直流供电电气节能设计主要原则和内容

1.1BIPV及直流供电电气节能设计主要原则

与其他广泛使用光伏作为传统建材技术的新型太阳能建筑系统相比，光伏组件的结构将与现代光伏建材技术的整体结构有机结合，也就是说，光伏系统的建筑一体化建筑设计也是世界上最新的一种新型建筑设计技术。低压建筑光伏储能智能直流电源系统由高效分布式光伏储能系统、低压直流分布式光伏发电厂、储能系统、低压建筑节能管理系统模块和智能直流负荷控制器。它可以快速显著地提高中国现代智能电网中固定低压电网系统的负载效率，降低建筑传统电网的运行和能源成本，提高住宅建筑的能源质量和安全供应标准，大幅降低我国现代住宅建筑的能耗标准。设计必须严格遵循中国建筑的几个独特的基本原则。

（1） 必须满足光伏建筑的功能要求。首先，光伏组件必须完全满足BIPV建筑系统对光伏建筑材料组件的要求。电气系统的设计和布置应充分满足各种复杂建筑功能系统对电源功能的综合要求，确保建筑电源稳定、安全、可靠运行。（2）必须满足各种建筑结构的安全防护要求。光伏组件产品的安全使用环境和工程安装设计必须满足一般建材工程和各类建筑工程项目的一般安全要求，避免人为造成的严重安全隐患。模块串联后，可以形成极高的电压，通过电源逆变器输出和直流电源线连接整个中、高、低压电网。因此，设计中应特别注意在BIPV建筑工程中应用的光伏系统的安装和设计不应造成人身触电和事故。同时，还必须注意满足相关建筑电气防火标准和建筑防雷装置的设计规范。（3） 满足最大限度地提高可持续可再生能源利用效率和全面提高建设项目能源效率的要求。应考虑配备一个综合利用建筑分布式能源的管理服务系统，该系统具有综合能效管理、分析和评估功能，以及对不同建筑的产能和能耗进行综合管理和调度，最大限度地利用建筑物的光伏能源发电，减少现有建筑资源的直接能源再消耗，以达到最佳效果。（4） 以满足其经济和合法要求。在制定光伏建筑设计实施方案和光伏太阳能常数供应设备的节能规划设计时，首先要对能源消耗的经济因素进行合理、科学、可靠的预测和分析，以确保：太阳能项目能够满足建筑管理中合理能耗的要求。根据光伏建筑物用户的发电实际负荷需求预测和效益预测结果分析正确选择太阳能光伏系统产品的生产安装建设规模、安装设备位置范围等，避免建筑物在设计不充分合理需要的安装位置大量使用太阳能光伏组件，造成生产效益严重低下，并有效保证光伏直流系统供电项目的综合节能效果。

1.2BIPV和直流供电节能设计主要内容

节能工程是指按照节能的四个基本前提和原则，确保供电完全满足既有建筑的功能要求，合理、科学、系统地进行建筑的最优能源和供电设计，电气照明和辅助照明、建筑设备系统和智能控制以及各种智能设备系统的设备组合，确保安保系统可靠运行、经济安全、投资合理、高效使用和节能。采取科学、有序、科学的措施，逐步降低单位能源系统的资源消耗，提高系统的综合高效能源利用率，目的不仅仅是引进一些可以直接重复利用和循环利用的新能源技术，或者以牺牲各种能源密集型建筑系统现有系统的其他技术功能要求为代价，人为地节约一些能源的使用成本，从而降低其系统综合高效利用的能效标准。节能建筑改造工程设计规范节能部分的主要规定如下：

（1） 太阳能建筑光伏系统集成系统，实现光伏发电厂系统与太阳能建筑的有机完美集成，最大限度地提高光伏能源利用效率；（2） 设计高性能固定太阳能供电系统，合理设计和确定光伏发电系统架构和电压水平，降低直接功耗水平；（3） 附加直流大功率光伏供电系统可与各种大功率光伏电气设备配套使用，如大功率暖通空调、照明、办公系统等相关设备，可采用辅助太阳能直流供电技术，提高生产效率；（4） 在供热、制冷、光伏风力发电、变频供电等系统能耗、监控系统其他能效运行负荷等方面采用实时能效监控系统；（5） 采用节能高效的节能照明管理系统，使节能照明设计合理高效，采用新型高效的固定变频照明灯具，进一步节能，提高建筑能效指标；（6） 该系统采用了多项节能控制技术系统，包括智能建筑控制系统的节能监控和多个在线设备、照明设备的节能监测和控制等。

2光伏建筑项目及低压直流供电节能主要技术

2.1BIPV光伏方阵应用特点

在示范项目建筑设计中安装太阳能光伏组件。光伏安装和组件安装的设计应尽可能有机地集成到太阳能安装建筑的幕墙系统结构中。作为整个太阳能建筑幕墙系统的主要外围或侧盖，要求尽可能实现整个建筑光伏结构的光伏功能。幕墙结构的安全和环境特性、功能和外观的适当设计性能要求。一般来说，我认为，国家规划或设计建设的小型光伏电站建筑光伏系统模块上太阳能光伏系统模块安装位置的实际位置，首先应根据电站建筑设计图纸确定，光伏系统安装的位置是否合理、科学、有效地利用屋顶空间，系统的形式基本上决定了发电厂房光伏系统的实际太阳能装机容量，这可以显著提高太阳能光伏发电和生产系统的效率，降低损耗。在设计和规划屋顶建筑内的太阳能光伏系统时，充分和全面的分析会考虑到建筑能源系统的特点，如转换和使用，以及各种自然气象因素。同时，可以使用pvsyst软件等各种计算软件，实时预测和计算安装在太阳能屋顶结构系统上房屋各主要安装结构位置的屋顶光伏板的发电量，并对系统的节能进行评估。假设本项目东路、西路、南路分别在建筑外墙和屋顶墙上设计或安装100kW太阳能光伏组件，pvsyst设计软件用于计算北京工程电厂的年度性能和项目每月的实际平均发电量。在北京项目中，与中国发电量最高的光伏系统相比，水平放置在屋顶上的光伏系统平均年发电量仅为85%左右，垂直放置在南、东、西立面上的光伏系统平均年总发电量仅为71%左右，分别为52%和53%。

2.2BIPV项目光伏方阵优化设计要点

本研究项目涉及的光伏发电应用系统应属于新型分布式光伏发电系统，采用本地太阳能发电和本地余热吸收系统的设计和运行模式。考虑到组件安装位置固定、安装结构一体化、系统运行维护智能化等诸多特点，提出了以下技术设计要点，以显著提高太阳能发电装置的效率，减少运营资本支出，降低复杂的运营成本：

（1） PV系列幕墙安装方式。光伏组件也可以作为组件的整体结构，与幕墙其他方向的幕墙单元连接，用于安装设计、施工调试、生产组装和加工。为了提高设计和施工照明效果的可靠性，使幕墙施工和布线更加合理方便，在同一方向安装的相应数量的幕墙单元系统中，也可以将7个以上的光伏组件串联单独安装，形成光伏串。并联径流系统安装设计完成后，位于同一建筑幕墙东侧和上方的光伏机组的两个组件也将接入最大光伏控制系统，影响同一光伏装置的最大综合功率分配。（2） 光伏机组的最大集成控制回路和最大功率回路可以改进和配置。本项目设计布局中光伏组件过多，布局主要集中在西屋面、南立面、建筑幕墙的东、西侧。周围建筑环境的照明条件往往非常复杂。考虑到幕墙安装相对经济，设计合理，为了保证每个独立光伏组件可以串联或至少配备一个完全独立的光伏组，最大输入功率通道和输出功率控制电路的成本要求一般较高，因此，在设计中，建筑物幕墙上的立面各主要元件分别划分为至少几个相对独立的光伏单元串联，并通过光伏串联或跑道设计，它们连接到一个最大光伏功率和两个输出电路的功率输入和控制峰值功率，以实现光伏系统最大功率信号的稳定输出，提高建筑物的整体发电量。（3） 光伏幕墙的设计必须加强内部散热。由于光伏组件直接安装或永久放置在BIPV建筑的幕墙上，在低散热工况下，当然，它们的电加热效率低于普通太阳能地面发电厂，光伏组件系统内产生的室内空气温度的骤然急速升高无疑将会迅速导致整个光伏组件系统发电功率的迅速降低。本项研究项目中首先考虑在太阳能幕墙单元体结构布置上考虑采用了隐蔽式结构并结合安装要求设计布置了通风及散热的百叶，为太阳能组件幕墙安装工程提供一个既有的充足合理地利用通风换气与通风散热的空间条件而又同时并不会显著地影响了其内部建筑美观。

2.3低压直流供电架构

低压和恒压储能设备和电力系统的系统结构和电压电容水平与整个建筑的光伏电源装机容量和负载电流，以及装置的工作电流特性和整个储能系统的容量特性直接和严格相关。这对建筑的整体能耗指标有着巨大的直接综合影响，需要深入研究和验证。在传统的交流供电电网结构中，光伏组件发电、储能系统和固定负载逆变器等电源必须经过两级直流逆变器功率转换和交直流、交直流转换（无论能量传输方向）后才能接入主电网。使用变频直流电源系统的架构，如有必要，只需添加两个直流直接功率传输单元或固定级直流和直流转换控制，它可以大大减少直接电力输入装置的损耗，以及由固定转换传输链路转换和交流转换控制引起的转换装置的成本。研究报告还表明，与现有的通用交流伺服控制系统相比，新型直流变频系统功率技术系统可直接将功率效率提高约7%。变频系统的功率可以直接传输、使用和操作。投资和运营的平均综合成本每年可降低至6%左右，预计未来将提高至现有系统可靠性的两倍左右。集成中型太阳能供电系统，示范中心项目内的高、低压及中、低压一体化太阳能供电系统分别由直流光伏系统和逆变发电系统单元（光伏组件、光伏能量转换装置）单元、整流器、直流负载组成，储能系统和直流电源转换系统。

2.4直流负荷

随着我国科学技术的深入发展和现代人需求的显著提高，需要一些更节能、绿色、智能、安全、方便的外部大型能源负荷。目前，各种能够满足人们生活需求的小型能源负荷也由内部固定电压线路供电，如小型IT设备、通信设备、智能家居设备系统等。因此，在用户端使用低压直流电源设备已成为他非常出色工作的基础。电气设备可以通过恒压技术直接供电，这可以大大降低配电设备的功耗。与常规交流电源相比，平均功耗可降低约10%。例如，与传统交流电源相比，满负荷运行一年的台式计算机可以减少至少7%的功耗和11%的功耗。与一般形式的交流照明电源相比，绿色LED照明系统所采用的直流驱动电源模式可将功率利用率提高约3%，并将交流驱动模式下的功率成本降低约30%。

3结论

集成光伏建筑电源系统和低压固定光伏系统电源模式是当今建筑行业一项重要的新应用技术。它可以大大提高整个太阳能建筑用电设备的效率，降低整个建筑用电系统的运营投资成本，对提高整个建筑供电的热能传输质量和可靠性，进一步降低光伏建筑的能耗和排放，起到了重要而独特的作用。

参考文献

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