Actualmente, la mayoría de las personas prestan atención a la reducción de carbono en los edificios permanentes. No existen muchas investigaciones sobre medidas de reducción de carbono para edificios temporales en obras de construcción. Los departamentos de proyecto en obras con una vida útil inferior a 5 años suelen utilizar casas modulares reutilizables. Reduzca el desperdicio de materiales de construcción y las emisiones de carbono.
Para reducir aún más las emisiones de carbono, este proyecto desarrolla un sistema fotovoltaico modular giratorio para el proyecto de casas modulares de transformación, que proporciona energía limpia durante su funcionamiento. Este sistema fotovoltaico de transformación se instala en el edificio temporal del departamento de proyectos de la obra. El soporte fotovoltaico estandarizado y su diseño se realizan de forma modular. El diseño modular integrado se realiza con una especificación específica de módulo unitario para formar un producto técnico integrado, desmontable y giratorio. Este producto mejora la eficiencia energética del departamento de proyectos mediante la tecnología flexible directa de almacenamiento solar, reduce las emisiones de carbono durante la operación de los edificios temporales en la obra y proporciona apoyo técnico para alcanzar el objetivo de edificios con emisiones de carbono casi nulas.
La energía distribuida es un método de suministro energético que integra la producción y el consumo energéticos, organizados por el usuario, lo que reduce las pérdidas durante la transmisión. Los edificios, como principal fuente de consumo energético, aprovechan la energía fotovoltaica en azoteas para autoconsumir, lo que promueve el desarrollo del almacenamiento de energía distribuida y responde al objetivo nacional de doble carbono y a la propuesta del XIV Plan Quinquenal. El autoconsumo energético en edificios puede mejorar el papel del sector de la construcción en los objetivos nacionales de doble carbono.
Este estudio estudia el efecto del autoconsumo de la generación de energía fotovoltaica en edificios temporales en obras de construcción y explora el efecto de reducción de carbono de la tecnología fotovoltaica modular. Este estudio se centra principalmente en el departamento de proyectos de viviendas modulares en obra. Por un lado, al ser una obra de construcción temporal, es fácil ignorarla en el proceso de diseño. El consumo de energía por unidad de superficie de los edificios temporales suele ser alto. Una vez optimizado el diseño, se pueden reducir eficazmente las emisiones de carbono. Por otro lado, los edificios temporales y las instalaciones fotovoltaicas modulares pueden reciclarse. Además de la generación de energía fotovoltaica para reducir las emisiones de carbono, la reutilización de materiales de construcción también reduce considerablemente las emisiones de carbono.
La tecnología de "almacenamiento solar, flexibilidad directa" es un medio técnico importante y una forma eficaz de lograr la neutralidad de carbono en los edificios.
Actualmente, China está ajustando activamente su estructura energética y promoviendo el desarrollo con bajas emisiones de carbono. En septiembre de 2020, el presidente Xi Jinping propuso un objetivo dual de carbono en el 75.º periodo de sesiones de la Asamblea General de las Naciones Unidas. China alcanzará su punto máximo de emisiones de dióxido de carbono para 2030 y alcanzará la neutralidad de carbono para 2060. Las "Sugerencias del Comité Central del Partido Comunista de China sobre la Formulación del Decimocuarto Plan Quinquenal para el Desarrollo Económico y Social Nacional y los Objetivos a Largo Plazo para 2035" señalaron la necesidad de promover la revolución energética, mejorar la capacidad de consumo y almacenamiento de nuevas energías; acelerar la promoción del desarrollo con bajas emisiones de carbono, desarrollar edificios ecológicos y reducir la intensidad de las emisiones de carbono. Centrándose en el objetivo dual de carbono de neutralidad de carbono y en las recomendaciones del Decimocuarto Plan Quinquenal, diversos ministerios y comisiones nacionales han introducido sucesivamente políticas de promoción específicas, entre las que la energía distribuida y el almacenamiento de energía distribuida son las direcciones clave del desarrollo.
Según las estadísticas, las emisiones de carbono generadas por la construcción de edificios representan el 22% del total de emisiones de carbono del país. El consumo de energía por unidad de superficie en edificios públicos ha aumentado con la construcción de edificios de gran escala y con sistemas centralizados en las ciudades en los últimos años. Por lo tanto, la neutralidad de carbono de los edificios es fundamental para lograrla. Una de las líneas clave de la industria de la construcción, en respuesta a la estrategia nacional de neutralidad de carbono, es construir un nuevo sistema eléctrico de "fotovoltaica + carga bidireccional + CC + control flexible" (almacenamiento fotovoltaico directo flexible) en el contexto de la electrificación integral del consumo energético en el sector. Se estima que la tecnología de "almacenamiento solar directo flexible" puede reducir las emisiones de carbono en aproximadamente un 25% en la construcción de edificios. Por lo tanto, la tecnología de "almacenamiento solar directo flexible" es clave para estabilizar las fluctuaciones de la red eléctrica en el sector de la construcción, acceder a una gran proporción de energías renovables y mejorar la eficiencia eléctrica de los futuros edificios. Constituye un importante medio técnico y una forma eficaz de lograr la neutralidad de carbono en los edificios.
Sistema fotovoltaico modular
Los edificios temporales en el sitio de construcción utilizan principalmente casas modulares reutilizables, por lo que se diseñó un sistema modular de módulos fotovoltaicos que también se puede voltear para las casas modulares. Este producto de construcción temporal fotovoltaica de sitio cero carbono utiliza la modularización para diseñar soportes y sistemas fotovoltaicos estandarizados. Primero, se basa en dos especificaciones: casa estándar (6×3×3) y casa de pasarela (6×2×3). El diseño fotovoltaico se realiza en forma de mosaico en la parte superior de la casa modular, y los paneles fotovoltaicos de silicio monocristalino se colocan en cada contenedor estándar. El fotovoltaico se coloca sobre el soporte fotovoltaico inferior para formar un componente fotovoltaico modular integrado, que se iza como un todo para facilitar el transporte y la rotación.
El sistema de generación de energía fotovoltaica se compone principalmente de módulos fotovoltaicos, una máquina integrada con control de inversor y un paquete de baterías. El grupo de productos consta de dos casas estándar y una casa de pasillo que forman un bloque unitario. Los seis bloques unitarios se combinan en diferentes unidades espaciales para cada departamento de proyecto, adaptándose a la distribución espacial del mismo y formando un plan de proyecto prefabricado cero emisiones de carbono. Los productos modulares pueden variar y adaptarse libremente a proyectos y emplazamientos específicos, y utilizan la tecnología BIPV para reducir aún más las emisiones de carbono del sistema energético general del edificio, lo que permite que los edificios públicos de diferentes regiones y climas alcancen objetivos de neutralidad de carbono. La ruta técnica es de referencia.
1. Diseño modular
El diseño modular integrado se basa en módulos unitarios de 6 m × 3 m y 6 m × 2 m para facilitar la rotación y el transporte. Garantiza una rápida descarga del producto, un funcionamiento estable, bajos costos operativos y reduce el tiempo de construcción en obra. El diseño modular permite la prefabricación de la fábrica ensamblada, el apilado y transporte, la elevación y la conexión de bloqueo, lo que mejora la eficiencia, simplifica el proceso de construcción, acorta el plazo de construcción y minimiza el impacto en la obra.
Principales tecnologías modulares:
(1) Los herrajes de esquina compatibles con la casa de tipo modular son convenientes para la conexión del soporte fotovoltaico modular con la casa de tipo modular que se encuentra debajo;
(2) El diseño fotovoltaico evita el espacio sobre los accesorios de esquina, de modo que los soportes fotovoltaicos se pueden apilar juntos para su transporte;
(3) Marco de puente modular, que es conveniente para el diseño estandarizado de cables fotovoltaicos;
(4) La combinación modular 2A+B facilita la producción estandarizada y reduce los componentes personalizados;
(5) Seis módulos 2A+B se combinan en una unidad pequeña con un inversor pequeño, y dos unidades pequeñas se combinan en una unidad grande con un inversor más grande.
2. Diseño bajo en carbono
Basándose en la tecnología de cero emisiones de carbono, esta investigación diseña productos de construcción temporal fotovoltaica de sitio de cero emisiones de carbono, diseño modular, producción estandarizada, sistema fotovoltaico integrado y equipos modulares de soporte de transformación y almacenamiento de energía, incluyendo módulos fotovoltaicos y módulos inversores, módulos de batería para formar un sistema fotovoltaico que realiza cero emisiones de carbono durante la operación del departamento de proyectos del sitio de construcción. Los módulos fotovoltaicos, módulos inversores y módulos de batería se pueden desmontar, combinar y voltear, lo que es conveniente para voltear proyectos junto con la casa tipo caja. Los productos modulares pueden adaptarse a las necesidades de diferentes escalas a través de cambios de cantidad. Esta idea de diseño de módulo desmontable, combinable y unitario puede mejorar la eficiencia de la producción, reducir las emisiones de carbono y promover la realización de los objetivos de carbono neutral.
3. Diseño de sistemas de generación de energía fotovoltaica
El sistema de generación de energía fotovoltaica se compone principalmente de módulos fotovoltaicos, una máquina integrada con control de inversores y un paquete de baterías. La energía fotovoltaica de la casa modular se distribuye en tejas sobre el tejado. Cada contenedor estándar contiene 8 paneles fotovoltaicos de silicio monocristalino de 1924 × 1038 × 35 mm, y cada contenedor de pasillo contiene 5 paneles fotovoltaicos de silicio monocristalino de 1924 × 1038 × 35 mm.
Durante el día, los módulos fotovoltaicos generan electricidad, y el controlador y el inversor convierten la corriente continua en corriente alterna para el uso de la carga. El sistema prioriza el suministro de energía eléctrica a la carga. Cuando la energía eléctrica generada por el módulo fotovoltaico supera la potencia de la carga, el exceso de energía eléctrica carga la batería a través del controlador de carga y descarga. En condiciones de poca luz o de noche, el módulo fotovoltaico no genera electricidad, y la batería pasa por el controlador integrado del inversor. La energía eléctrica almacenada en la batería se convierte en corriente alterna para la carga.
Resumen
Se aplica tecnología fotovoltaica modular en las oficinas y viviendas del departamento de proyectos, en la obra de los Edificios 4 a 6 del Parque Industrial Automotriz Pingshan New Energy, Shenzhen. Un total de 49 grupos, distribuidos en el grupo 2A+B (véase la Figura 5), están equipados con 8 inversores. La capacidad instalada total es de 421,89 kW, la generación de energía anual promedio es de 427.000 kWh, las emisiones de carbono son de 0,3748 kg de CO2/kWh y la reducción anual de carbono del departamento de proyectos es de 160 t de CO2.
La tecnología fotovoltaica modular puede reducir eficazmente las emisiones de carbono en la obra, compensando la desatención a la reducción de emisiones en la fase inicial de construcción. La modularización, la estandarización, la integración y la rotación pueden reducir considerablemente el desperdicio de materiales de construcción, mejorar la eficiencia de uso y reducir las emisiones de carbono. La aplicación práctica de la tecnología fotovoltaica modular en el departamento de proyectos de nuevas energías alcanzará un consumo de energía limpia distribuida superior al 90% en el edificio, una satisfacción de los servicios superior al 90% y una reducción de las emisiones de carbono del departamento de proyectos de más del 20% anual. Además de reducir las emisiones de carbono del sistema energético general del edificio, la BIPV también proporciona una ruta técnica de referencia para que los edificios públicos de diferentes regiones y bajo diferentes condiciones climáticas alcancen los objetivos de neutralidad de carbono. Realizar investigaciones relevantes en este campo a tiempo y aprovechar esta oportunidad única puede permitir que nuestro país tome la iniciativa en este cambio revolucionario.
Hora de publicación: 17-07-23