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“光伏直驱变频空调系统”与“光伏发电+逆变器”的分析对比
一
光伏发电的起源
1839年法国科学家E.Becquerel发现液体的光生伏特效应（简称光伏现象）。1904德国物理学家爱因斯坦发表关于光电效应的论文，并于1921年获得诺贝尔物理学奖。1958年我国研制出首块硅单晶。1972年，一个法国人将光伏系统安装在尼日尔一家乡村学校，用于教育电视供电。1998年，我国政府开始关注太阳能发电，一直到2007年，中国成为世界上产太阳能电池最多的国家。
二
光伏发电利用的现状
光伏系统是通过吸收太阳光，将太阳能转化成电能，输出直流电，通过汇流及逆变器后逆变为交流电，并入市网，如业主需要用电，再从市网取电。如下图：
本套系统是光伏能源利用的先驱，虽然已经很大程度的便利推广，但该套系统仍存有一定的缺陷，具体分析如下：
（1）光伏发电的利用率：光伏发电通过逆变后并入市网，终端耗电系统或空调再从市网取电，整个过程通过逆变、稳压后会产生一定损耗，导致光伏发电利用率较低。影响用电效率主要因素有以下几点：逆变器效率，变压器1、变压器2效率，空调变频器效率（包括逆变单元和换流单元）。以下为对系统性能进行分析：
忽略交直流线损，各模块采用最高效率值，通过上表，以变频离心机为对象，我们可以分别计算该系统在纯光伏供电和市电供电时的系统效率。
当该系统由光伏发电供电时的系统效率为η1：
η1=逆变器效率×变压器1效率×变压器2效率×变频器换流单元效率×变频器逆变单元效率=96%×98%×98%×98%×98%=88.5%
当该系统只由市电网供电时的系统效率η2：
η2=变压器效率×变频器换流单元效率×变频器逆变单元效率=98%×98%×98%=94.1%
综上：常规光伏发电+变频离心机系统中，光伏发电利用率为88.5%~94.1%。
若选用600RT空调为例，匹配400KW光伏组件，以杭州天气情况分析，30年年均发电量大概在35.28万度电，30年总发电量为1058.4万度。杭州工商业上网电价为0.61元/度电，30年预计节约电费为645.6万元。
（2）工作模式：光伏发电需要并网后，用户再从市网上取电，仅一种单一的运行方案。导致光伏发电利用率大大降低。
（3）经济组成：整套系统包括光伏组件、汇流箱、直流配电柜、逆变器、空调设备、变压器1、变压器2、交直流电缆。
（4）占地面积及安装：100KW的光伏逆变器尺寸为1051*660*362.5mm，若匹配600RT的离心机，大概需要铺设400KW的光伏组件，控制室设备需要100KW逆变器4台，两台变压器，直流电缆若干，安装过程不仅复杂还浪费人力财力。
基于以上情况分析，格力电器还考虑到，太阳辐射强度、光伏发电量、空调使用频率三者发展趋势匹配，季节适应性强，电能利用率高，于是光伏直驱变频离心机应运而生。
三
光伏直驱空调的诞生
随着我国城镇化发展，城镇面积大幅增加，随之而来的是我国建筑能耗的同步增长。从2001年到2011年，全国建筑面积从110亿㎡增长到230亿㎡，建筑总能耗从3.5亿tce增长到6.87亿tce。在我国的现有能源结构中，煤炭占我国一次能源的比重为70%，过度依赖煤炭的能源结构造成了我国环境的巨大污染，开发可行、高效的可再生能源发电方式，提高其发电的比重已经是大势所趋。
2008年，格力电器开始布局产业规划，联合南车株洲电力机车研究所、珠海格力节能环保制冷技术研究中心、株洲变流技术国家工程研究中心在对太阳光伏发电与变频离心机进行了可行性论证后，设立了《光伏直驱变频离心机系统》联合开发项目，旨在响应国家节能减排的号召，研究出一套基于建筑节能的新型空调系统，解决建筑耗能巨大的问题。2013年光伏直驱空调研发上市，并在格力电器九期科技大楼进行应用，至今运行良好。
四
光伏直驱空调的研究及发展
光伏直驱空调系统是由光伏发电系统、离心机主机系统、集成光伏微网及暖通群控功能的发用电一体化系统三部分组成。利用光伏直流电直接驱动离心机运行，并通过发用电一体化管理系统进行发用电匹配调度，系统见下图：
光伏能利用率高达99.01%，系统根据实际运行情况实时自动切换五种工作模式的发用电状态，发用电动态切换小于10ms。该系统具有良好的节能性、智能化与适应性以及高的集成度，节省了工程施工量和电房空间。是全球首创、国际领先的一款最先进的暖通应用设备，获得国内外多项大奖认证。
（1）设备用电效率：光伏直驱离心机由于节省了逆变器，光伏组件发出的直流电可以直接驱动光伏离心机，使得设备用电效率最高，损失最小。以下对光伏直驱离心机的利用效率进行对比：
忽略交直流线损，各模块采用最高效率值，通过上表，我们可以分别计算该系统在光伏空调模式和纯空调模式下的系统效率。
光伏空调模式，即当光伏发电功率等于变频离心机耗电功率时，光伏系统所发电能全部应用于变频离心机的工作模式。此时系统效率η3就是离心机变频器逆变单元的效率：
η3=变频器逆变单元效率=98%
纯空调模式，即当光伏系统不发电时，变频离心机向其他电网取电的工作模式。此时系统的效率η4：
η4=变频器换流单元效率×变频器逆变单元效率=98%×98%=96.04%
综上：光伏直驱变频离心机系统其他工作模式的系统效率在96%~98%。经多家第三方检测，光伏直驱变频离心机系统效率实际最高可达99.10%。
若选用600RT光伏离心机，匹配400KW光伏组件，以杭州天气情况分析，30年年均发电量大概在38.77万度电，30年总发电量为1163.1万度。杭州工商业用电电价如下：
峰时段：10:00——12:00,16:00——22:00
平时段：7:00——10:00,12:00——16:00,22:00——23:00
谷时段：23:00——7:00
峰时段节约电费：4/11×1163.1万度×1.16元/度=485.7万元
平时段节约电费：7/11×1163.1万度×0.87元/度=637.5万元
总节约电费：485.7万元+637.5万元=1123.2万元
（2）系统匹配度：光伏发电属于光伏直驱离心机系统中的一个组成单元，两者合理匹配。通过发用电一体化系统进行监控光伏发用电情况以及调控中央空调暖通系统。
（3）工作模式：建立了光伏发电系统、离心机负载和公用电网三者之间的三元换流模型，实现了电能在直流侧双向流动、多路混合，发用电动态切换时间小于10ms。系统拥有五大工作模式，可以根据实际天气情况自动切换，切换时间最快可达4.1ms。
（4）经济组成：整套系统包括光伏组件、汇流箱、空调设备、交直流电缆。
（5）占地面积及安装：节约掉逆变器和变压器的占地空间，交直流线缆等辅材也相应减少，使得安装费用更低、安装更简易。
五
两种系统总结对比
六
本文补充说明
本文章所涉及的检测报告、证书、皆出自国家建筑节能质量监督检验中心、中国科学院太阳光伏发电系统和风力发电系统质量监测中心、政府机构等；工商业用电电价、光伏上网电价咨询国家电网公司。
格力光伏直驱变频空调系统
经典样板
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格力光伏直驱变频离心机
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