1839年法國科學(xué)家E.Becquerel發(fā)現(xiàn)液體的光生伏特效應(yīng)（簡稱光伏現(xiàn)象）。1904德國物理學(xué)家愛因斯坦發(fā)表關(guān)于光電效應(yīng)的論文，并于1921年獲得諾貝爾物理學(xué)獎。1958年我國研制出首塊硅單晶。1972年，一個法國人將光伏系統(tǒng)安裝在尼日爾一家鄉(xiāng)村學(xué)校，用于教育電視供電。1998年，我國政府開始關(guān)注太陽能發(fā)電，一直到2007年，中國成為世界上產(chǎn)太陽能電池最多的國家。

光伏系統(tǒng)是通過吸收太陽光，將太陽能轉(zhuǎn)化成電能，輸出直流電，通過匯流及逆變器后逆變?yōu)榻涣麟?，并入市網(wǎng)，如業(yè)主需要用電，再從市網(wǎng)取電。如下圖：

本套系統(tǒng)是光伏能源利用的先驅(qū)，雖然已經(jīng)很大程度的便利推廣，但該套系統(tǒng)仍存有一定的缺陷，具體分析如下：

（1）光伏發(fā)電的利用率：光伏發(fā)電通過逆變后并入市網(wǎng)，終端耗電系統(tǒng)或空調(diào)再從市網(wǎng)取電，整個過程通過逆變、穩(wěn)壓后會產(chǎn)生一定損耗，導(dǎo)致光伏發(fā)電利用率較低。影響用電效率主要因素有以下幾點：逆變器效率，變壓器1、變壓器2效率，空調(diào)變頻器效率（包括逆變單元和換流單元）。以下為對系統(tǒng)性能進(jìn)行分析：

忽略交直流線損，各模塊采用最高效率值，通過上表，以變頻離心機(jī)為對象，我們可以分別計算該系統(tǒng)在純光伏供電和市電供電時的系統(tǒng)效率。

當(dāng)該系統(tǒng)由光伏發(fā)電供電時的系統(tǒng)效率為η1：

η1=逆變器效率×變壓器1效率×變壓器2效率×變頻器換流單元效率×變頻器逆變單元效率=96%×98%×98%×98%×98%=88.5%

當(dāng)該系統(tǒng)只由市電網(wǎng)供電時的系統(tǒng)效率η2：

η2=變壓器效率×變頻器換流單元效率×變頻器逆變單元效率=98%×98%×98%=94.1%

綜上：常規(guī)光伏發(fā)電+變頻離心機(jī)系統(tǒng)中，光伏發(fā)電利用率為88.5%~94.1%。

若選用600RT空調(diào)為例，匹配400KW光伏組件，以杭州天氣情況分析，30年年均發(fā)電量大概在35.28萬度電，30年總發(fā)電量為1058.4萬度。杭州工商業(yè)上網(wǎng)電價為0.61元/度電，30年預(yù)計節(jié)約電費為645.6萬元。

（2）工作模式：光伏發(fā)電需要并網(wǎng)后，用戶再從市網(wǎng)上取電，僅一種單一的運行方案。導(dǎo)致光伏發(fā)電利用率大大降低。

（3）經(jīng)濟(jì)組成：整套系統(tǒng)包括光伏組件、匯流箱、直流配電柜、逆變器、空調(diào)設(shè)備、變壓器1、變壓器2、交直流電纜。

（4）占地面積及安裝：100KW的光伏逆變器尺寸為1051*660*362.5mm，若匹配600RT的離心機(jī)，大概需要鋪設(shè)400KW的光伏組件，控制室設(shè)備需要100KW逆變器4臺，兩臺變壓器，直流電纜若干，安裝過程不僅復(fù)雜還浪費人力財力。

基于以上情況分析，格力電器還考慮到，太陽輻射強(qiáng)度、光伏發(fā)電量、空調(diào)使用頻率三者發(fā)展趨勢匹配，季節(jié)適應(yīng)性強(qiáng)，電能利用率高，于是光伏直驅(qū)變頻離心機(jī)應(yīng)運而生。

隨著我國城鎮(zhèn)化發(fā)展，城鎮(zhèn)面積大幅增加，隨之而來的是我國建筑能耗的同步增長。從2001年到2011年，全國建筑面積從110億㎡增長到230億㎡，建筑總能耗從3.5億tce增長到6.87億tce。在我國的現(xiàn)有能源結(jié)構(gòu)中，煤炭占我國一次能源的比重為70%，過度依賴煤炭的能源結(jié)構(gòu)造成了我國環(huán)境的巨大污染，開發(fā)可行、高效的可再生能源發(fā)電方式，提高其發(fā)電的比重已經(jīng)是大勢所趨。

2008年，格力電器開始布局產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，聯(lián)合南車株洲電力機(jī)車研究所、珠海格力節(jié)能環(huán)保制冷技術(shù)研究中心、株洲變流技術(shù)國家工程研究中心在對太陽光伏發(fā)電與變頻離心機(jī)進(jìn)行了可行性論證后，設(shè)立了《光伏直驅(qū)變頻離心機(jī)系統(tǒng)》聯(lián)合開發(fā)項目，旨在響應(yīng)國家節(jié)能減排的號召，研究出一套基于建筑節(jié)能的新型空調(diào)系統(tǒng)，解決建筑耗能巨大的問題。2013年光伏直驅(qū)空調(diào)研發(fā)上市，并在格力電器九期科技大樓進(jìn)行應(yīng)用，至今運行良好。

光伏直驅(qū)空調(diào)系統(tǒng)是由光伏發(fā)電系統(tǒng)、離心機(jī)主機(jī)系統(tǒng)、集成光伏微網(wǎng)及暖通群控功能的發(fā)用電一體化系統(tǒng)三部分組成。利用光伏直流電直接驅(qū)動離心機(jī)運行，并通過發(fā)用電一體化管理系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)用電匹配調(diào)度，系統(tǒng)見下圖：

光伏能利用率高達(dá)99.01%，系統(tǒng)根據(jù)實際運行情況實時自動切換五種工作模式的發(fā)用電狀態(tài)，發(fā)用電動態(tài)切換小于10ms。該系統(tǒng)具有良好的節(jié)能性、智能化與適應(yīng)性以及高的集成度，節(jié)省了工程施工量和電房空間。是全球首創(chuàng)、國際領(lǐng)先的一款最先進(jìn)的暖通應(yīng)用設(shè)備，獲得國內(nèi)外多項大獎?wù)J證。

（1）設(shè)備用電效率：光伏直驅(qū)離心機(jī)由于節(jié)省了逆變器，光伏組件發(fā)出的直流電可以直接驅(qū)動光伏離心機(jī)，使得設(shè)備用電效率最高，損失最小。以下對光伏直驅(qū)離心機(jī)的利用效率進(jìn)行對比：

忽略交直流線損，各模塊采用最高效率值，通過上表，我們可以分別計算該系統(tǒng)在光伏空調(diào)模式和純空調(diào)模式下的系統(tǒng)效率。

光伏空調(diào)模式，即當(dāng)光伏發(fā)電功率等于變頻離心機(jī)耗電功率時，光伏系統(tǒng)所發(fā)電能全部應(yīng)用于變頻離心機(jī)的工作模式。此時系統(tǒng)效率η3就是離心機(jī)變頻器逆變單元的效率：

η3=變頻器逆變單元效率=98%

純空調(diào)模式，即當(dāng)光伏系統(tǒng)不發(fā)電時，變頻離心機(jī)向其他電網(wǎng)取電的工作模式。此時系統(tǒng)的效率η4：

η4=變頻器換流單元效率×變頻器逆變單元效率=98%×98%=96.04%

綜上：光伏直驅(qū)變頻離心機(jī)系統(tǒng)其他工作模式的系統(tǒng)效率在96%~98%。經(jīng)多家第三方檢測，光伏直驅(qū)變頻離心機(jī)系統(tǒng)效率實際最高可達(dá)99.10%。

若選用600RT光伏離心機(jī)，匹配400KW光伏組件，以杭州天氣情況分析，30年年均發(fā)電量大概在38.77萬度電，30年總發(fā)電量為1163.1萬度。杭州工商業(yè)用電電價如下：

峰時段：10:00——12:00,16:00——22:00

平時段：7:00——10:00,12:00——16:00,22:00——23:00

谷時段：23:00——7:00

峰時段節(jié)約電費：4/11×1163.1萬度×1.16元/度=485.7萬元

平時段節(jié)約電費：7/11×1163.1萬度×0.87元/度=637.5萬元

總節(jié)約電費：485.7萬元+637.5萬元=1123.2萬元

（2）系統(tǒng)匹配度：光伏發(fā)電屬于光伏直驅(qū)離心機(jī)系統(tǒng)中的一個組成單元，兩者合理匹配。通過發(fā)用電一體化系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控光伏發(fā)用電情況以及調(diào)控中央空調(diào)暖通系統(tǒng)。

（3）工作模式：建立了光伏發(fā)電系統(tǒng)、離心機(jī)負(fù)載和公用電網(wǎng)三者之間的三元換流模型，實現(xiàn)了電能在直流側(cè)雙向流動、多路混合，發(fā)用電動態(tài)切換時間小于10ms。系統(tǒng)擁有五大工作模式，可以根據(jù)實際天氣情況自動切換，切換時間最快可達(dá)4.1ms。

本文章所涉及的檢測報告、證書、皆出自國家建筑節(jié)能質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心、中國科學(xué)院太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)質(zhì)量監(jiān)測中心、政府機(jī)構(gòu)等；工商業(yè)用電電價、光伏上網(wǎng)電價咨詢國家電網(wǎng)公司。