光电建筑设计与柔性负荷调控虚拟仿真实验

在当今绿色建筑与可持续发展的大趋势下，光电建筑设计与柔性负荷调控技术正逐渐成为建筑行业的焦点。光电技术在建筑中的应用不仅能有效利用可再生能源，还能通过柔性负荷调控优化建筑的能源使用效率。而虚拟仿真实验作为一种先进的教学与研究手段，为学生和科研人员提供了一个安全、高效且可重复的实践平台，让他们能够深入探索光电建筑设计与柔性负荷调控的奥秘。

光电建筑设计与柔性负荷调控虚拟仿真实验已在湖南大学、泰山科技学院等高校得到应用。本项目属于大型综合设计实验，其 10 个环节三个层级的实验体系融入了知识、能力与素养的培养要求，实验具有 “高阶性”。在光电建筑设计的基本理论指导下，该实验体系由易到难分为设计层、验证层和调控层三个层级。从城市地点选择开始，依据不同地点的光照等条件，结合光电建筑设计优化方法，进行光伏组件选型。在墙面光伏设计、光伏串并联设计接线等环节，充分考虑光电建筑设计中的先进材料应用，确保光伏系统的高效运行。

逆变器设计、负荷方案设计以及蓄电池设计等环节，是实现光电建筑设计与负荷调控相结合的关键步骤。学生在这个过程中，逐步获取 8 项知识点，掌握利用光电建筑理论指导设备操作、光伏设计问题分析和制定负荷调控策略的能力。柔性负荷调控在建筑中的应用体现在系统运行、静态光储柔调控和动态光储柔调控等环节。通过柔性负荷调控系统的虚拟仿真实验，学生可以深入了解柔性负荷调控对建筑能效的影响，以及如何实现柔性负荷调控系统的设计与实施。

本项目是集设计、验证和调控于一体的实验教学系统。学生通过基础知识学习、机理分析、设计验证逐步深化学习原理，对课程知识进行层层递进理解，达到初步应用的程度。实验特色性地采用了情景体验式、互动探索式和问题驱动式的教学方法。在实验内容方面，除了上述提到的环节，还包括碳经济分析，这有助于学生了解柔性负荷调控及其经济性分析，认识到光电建筑设计在可持续发展中的角色。

该虚拟仿真实验还能支撑新能源与分布式发电技术、智能微电网技术等课程。通过基于虚拟仿真的光电建筑设计研究，学生可以更好地掌握这些课程的知识，了解光电技术在建筑环境中的应用效果。