珠海某影视城光伏空调系统设计与分析

叶卫平

（浙江天诚中央空调有限公司，温州325000）

1 工程概况

本项目位于广东省珠海市，为影视城的两栋相邻摄影棚 （以下称1号棚、2号棚）空调系统。1号棚长61.7米、宽52.4米，为独立大开间，层高17.5米；2号棚长66m、宽61.7米，为3个独立开间，层高12.5米。两个摄影棚均作为影视摄影用，人员、道具等较多，1号棚主要用于场景拍摄。

2 空调系统的选择

两栋摄影棚均为高大空间空调场合，需要设计合理的气流组织方可达到良好的空调效果。此外业主提出摄影棚为该影视城标志性建筑，后续将有大量游客参观，为扩大影响力，可采用先进的、具有代表性的产品。

经现场考察其屋顶有较大面积且暂无其它用途，经过综合考虑，为其设计目前空调行业的先进产品—格力光伏直驱变频离心式空调。

3 格力光伏空调系统简介

格力光伏空调设计出一整套光伏直流电直驱空调机组运行的设计思路，开发了光伏直驱空调系统。系统由光伏发电系统、空调系统、发用电一体化管理系统 （集成光伏微网和暖通群控）三部分组成。以光伏直驱变频离心机系统为例，其原理如图1-1：

通过变流技术调整光伏电能直接逆变驱动变频离心压缩机运行，光伏直流电直接并入机载变频器直流母线，省去传统的DC／DC、AC／DC等变流器转换环节，实现了光伏逆变单元机载化，光伏能直驱利用率可达98%，其效率较常规光伏发电＋变频离心机模式提升了6%～8%。

综合以上原理，本系统可根据实际的光伏发电情况及离心机负载运行需求，实时的切换系统的五种工作模式：

（1）纯空调工作模式

当光伏发电系统不发电时，变频离心机从其他电网取电，此时系统相当于一个常规的高效永磁同步变频离心机系统。

（2）纯光伏发电工作模式

当变频离心机不工作时，光伏发电系统所发电能全部向电网系统送电，此时系统相当于一个常规的光伏发电站。

（3）光伏空调工作模式

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，此时光伏发电系统所发电能完全自发自用，对外 “零费用”。

（4）光伏空调及系统发电工作模式

当光伏发电功率大于变频离心机耗电功率时，光伏发电系统所发电能一部分满足变频离心机运行，其余部分通过换流单元发电向电网系统送电。

（5）光伏空调及系统用电工作模式

当光伏发电功率小于变频离心机耗电功率时，光伏发电系统所发电能不足以驱动变频离心机工作，需要市电补充部分电能。

根据光伏发电量和离心机负载运行需求，系统能在以上5种工作模式中进行实时切换，能量动态切换时间小于10ms，保障了光伏能的最大化利用及离心机负载稳定可靠运行。

图1 -1 光伏直驱变频离心机系统系统图

4 设计过程要点

4.1 冷热源选择

两栋摄影棚相邻而立，外墙均为普通砖墙，换热系数为夏季2.04／冬季2.09，屋顶为泡沫夹心彩钢瓦，换热系数为夏季0.66／冬季0.69。使用鸿业负荷8.0软件计算得出：1号摄影棚冷负荷918kW，2号摄影棚冷负荷为1286kW，冬季无需制热，选用2台1055kW （300RT）格力光伏离心机组LSBLX300SVS作为光伏空调系统冷源，总配电功率386kW。

4.2 末端选择及气流组织设计

1号摄影棚为独立大空间，用于舞台排戏，房间净高大，对噪声要求较高，有较多临时影幕，拍摄过程需要避免影幕晃动。末端选用9台型号G-12WDI／E吊顶式风机盘管，机组安装标高为14m，Ø300mm电动式旋流风口向下送风，在机组回风静压箱下部接回风管并贴墙向下延伸至地面做成假柱，在距离地面500mm处设置回风口，形成上送下回的气流方式。根据公式：

式中：

x—送风最大射程，m；

V0—风口风速，m／s；

Vx—末端风速，m／s。

校核得出：风口风速V0＝7.86m／s，垂直送风射程x＝11.5m，末端风速Vx＝0.5m／s，人员活动区域风速为0.25m／s，符合规范要求。

2号摄影棚为3个独立开间，末端选用18台型号G-9WDI／E吊顶式风机盘管，机组安装标高为9m，Ø350mm球形喷口测送风，在机组回风静压箱下部接回风管并贴墙向下延伸至地面做成假柱，在距离地面500mm处设置回风口，形成上送下回的气流方式。

经校核得出：喷口风速 V0＝4.3m／s，射流末端中心风速为Vx＝0.66m／s，人员活动区域平均风速 Vp＝Vx／2＝0.33m／s，符合规范要求。

4.3 光伏组件及方位角

光伏组件是光伏发电系统中的核心部分。其作用是利用光生伏特效应，把太阳光的辐射能转换为电能。这些电能可直接供负载使用，也可以送入公共电网，还可以送往蓄电池中存储起来。

目前市场上主要的光伏组件有单晶硅组件（效率＞20%）、多晶硅组件 （效率＞16%）和薄膜组件 （效率＞10%）三种。

单晶硅组件效率最高，但其生产工艺复杂，成本较多晶硅高许多；薄膜效率最低，占地面积大，但弱光性较好。综合考虑选用英利YL260P-29b（峰值电压30.4V）多晶硅组件。”

摄影棚屋面为泡沫夹心彩钢瓦，承重能力较差，光伏板平铺于屋面 （屋面倾角5.7°），光伏组件倾角为5.7°。

4.4 光伏阵列设计

光伏电池组件峰值电压30.4V，其工作电压范围为450～820V，最佳工作电压在580～700V，取650V。

电池组件串联的组件数量Ns＝650／30.4≈22；

根据系统容量大小，光伏空调系统方案需要1496块光伏板，普通光伏发电系统可铺1408块光伏板。电池组件并联数：

光伏空调系统方案1496／22＝68组

普通光伏发电系统方案1408／22＝64组

4.5 其它光伏辅助设备

根据需求选用相应的辅助设备见表4-1，光伏空调系统集成见图4-1：

图4 -1 光伏空调系统集成

4.6 发电量计算

目前大型并网光伏发电项目系统设计效率约为80%，其中逆变器效率约97%，变压器效率约97%，灰尘及雪遮挡损失约4%，弱光损失约5%，其它杂项损失约5%，该项目非最佳倾角铺设，而且非正朝向，其中夹角损失与朝向损失为4.0%，即光伏空调发电效率76%。查询珠海当地峰值日照时数信息见表4-2。

序号 设备名称 规格 数量1组串式光伏逆变器 SUN2000-20KTL 20台2交流汇流箱 十进一出 2台3直流汇流箱 十六进一出 5台4直流配电柜 四进一出 2台5交流配电柜 一进一出 1台6变压器 200kVA 2台7监控系统硬件 ／ 1套8发用电一体化管理 ／ 1套

表4 -2 珠海峰值日照时数

光伏发电量＝光伏板功率×效率×数量×时间×峰值日照时数，则：

光伏空调发电量＝41.8万kWh

光伏电站发电量＝40.9万kWh

光伏系统总发电量 ＝41.8＋40.9＝82.7万kWh

5 经济效益分析

光伏系统每年可发电82.7万kWh，按照珠海当地电价1元／kWh，则可产生82.7万元用电效益。根据以往工程经验，本系统装机容量为755kW，其光伏系统成本可按照0.6万元／kW估算，则光伏系统静态回收期＝755×0.6／82.7＝5.5年。

一般光伏发电系统设计年限为25年，在考虑电池组件每年的衰减情况下计算25年光伏系统可发电18705528.4kWh电量，其产生的环境效益877万元。

表5 -1 光伏系统环境效益

6 光伏空调系统优势与不足

6.1 优势

（1）格力光伏直驱变频离心机利用首创的三元换流技术、PAWM交错控制技术等核心技术，集成了光伏逆变器功能，是现今全球唯一的发用电一体化中央空调主机，能够实现发用电双高效双节能。

（2）格力光伏直驱变频离心机系统将常规光伏逆变器功能直接集成到离心机机载换流器上，设备及工程总体投入上降低约15%。

（3）发用电一体化管理软件具有光伏负荷预测、潮流优化控制、分布式发电控制策略等能量管理功能，让中央空调系统通过高效节能的运行策略节约设备的运营成本，并延长设备的使用寿命。

6.2 不足

（1）在没有相应的政府补贴情况下，初投资较高，回收期长。

（2）系统设计复杂，工程量大。

（3）对地域及场地要求高，需要在日照充足，开阔的场地效果较好。

7 结束语

太阳能光伏空调在大型商业建筑或者大型工业厂房中应用更广泛，但目前还仅是起步阶段，光伏空调在推广的道路上依然有许多困难需要解决，未来要实现规模化推广和应用还任重道远。