住宅区早期设计阶段能源利用优化：基于PV-DC配电系统的建筑照明自给研究

针对城市住宅区早期设计阶段缺乏能源规划决策工具的问题，研究人员提出了一种基于光伏-直流（PV-DC）配电系统的评估框架，通过定义"标准楼层数（SBF）"指标优化能源分组。案例研究表明，该系统可实现90%住宅区的照明自给，并在需求增加50%或光伏效率降低25%时仍保持零能耗照明，为低碳城市建设提供设计支持工具。

　　

随着全球城市化进程加速，建筑能耗已占城市总能耗的36%，其中住宅区占比高达70%。传统能源优化策略多集中于建筑运营阶段，而早期设计阶段却缺乏有效的决策工具。尤其当面对城市土地稀缺、建筑密度高等挑战时，如何通过光伏（PV）与直流（DC）技术实现能源自给成为关键难题。现有研究虽证实了屋顶光伏的潜力，但尚未解决直流负载供需失衡、跨建筑能量调配等核心问题。

中国的研究团队在《Sustainable Energy Technologies and Assessments》发表论文，创新性地提出PV-DC配电系统评估框架。该系统通过直流微电网实现建筑间盈余光伏电力传输，并定义"标准楼层数（SBF）"作为快速评估指标。以南宁市10种布局的住宅区为案例，采用能量分组优化方法，结合光照模拟与电力需求分析，验证系统在极端条件下的稳定性。

方法论
研究构建包含PV阵列、DC/DC转换器和蓄电池的配电系统，通过SBF指数量化建筑光伏潜力与照明需求关系。采用EnergyPlus软件模拟不同布局住宅区的能量流动，建立"电力富余-电力短缺"建筑配对模型，以传输距离成本和光伏冗余度为优化目标。

案例研究
南宁住宅区涵盖行列式（B/D/F/I）、点群式（A/C）、围合式（E/H）和混合式（G/J）四种布局。分析显示，90%区域通过PV-DC系统实现照明自给，SBF指数有效预测能量交换阈值。当照明需求激增50%或光伏效率降低25%时，优化分组仍保持零能耗照明，传输距离控制在35米内。

能源自给潜力
研究表明，直流微电网较交流系统降低15%线损，PEDF（光伏-储能-直流-柔性）系统可将刚性负载转化为柔性负载。通过建筑间能量交换，即使光伏仅覆盖屋顶面积的60%，也能满足基础照明需求，验证了早期设计阶段能源规划的重要性。

结论与意义
该研究突破性地将能源优化前置至设计阶段，SBF指数为缺乏详细数据的早期决策提供量化工具。PV-DC系统实现住宅区照明100%可再生能源供给，其模块化设计可扩展至其他直流负载场景。成果为《巴黎协定》框架下的低碳城市建设提供技术路径，推动"光伏+储能+直流"新型能源范式在城乡规划中的应用。