珠海某影視城光伏空調(diào)系統(tǒng)設計與分析

葉衛(wèi)平

（浙江天誠中央空調(diào)有限公司，溫州325000）

1 工程概況

本項目位于廣東省珠海市，為影視城的兩棟相鄰攝影棚 （以下稱1號棚、2號棚）空調(diào)系統(tǒng)。1號棚長61.7米、寬52.4米，為獨立大開間，層高17.5米；2號棚長66m、寬61.7米，為3個獨立開間，層高12.5米。兩個攝影棚均作為影視攝影用，人員、道具等較多，1號棚主要用于場景拍攝。

2 空調(diào)系統(tǒng)的選擇

兩棟攝影棚均為高大空間空調(diào)場合，需要設計合理的氣流組織方可達到良好的空調(diào)效果。此外業(yè)主提出攝影棚為該影視城標志性建筑，后續(xù)將有大量游客參觀，為擴大影響力，可采用先進的、具有代表性的產(chǎn)品。

經(jīng)現(xiàn)場考察其屋頂有較大面積且暫無其它用途，經(jīng)過綜合考慮，為其設計目前空調(diào)行業(yè)的先進產(chǎn)品—格力光伏直驅(qū)變頻離心式空調(diào)。

3 格力光伏空調(diào)系統(tǒng)簡介

格力光伏空調(diào)設計出一整套光伏直流電直驅(qū)空調(diào)機組運行的設計思路，開發(fā)了光伏直驅(qū)空調(diào)系統(tǒng)。系統(tǒng)由光伏發(fā)電系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、發(fā)用電一體化管理系統(tǒng) （集成光伏微網(wǎng)和暖通群控）三部分組成。以光伏直驅(qū)變頻離心機系統(tǒng)為例，其原理如圖1-1：

通過變流技術(shù)調(diào)整光伏電能直接逆變驅(qū)動變頻離心壓縮機運行，光伏直流電直接并入機載變頻器直流母線，省去傳統(tǒng)的DC／DC、AC／DC等變流器轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了光伏逆變單元機載化，光伏能直驅(qū)利用率可達98%，其效率較常規(guī)光伏發(fā)電＋變頻離心機模式提升了6%～8%。

綜合以上原理，本系統(tǒng)可根據(jù)實際的光伏發(fā)電情況及離心機負載運行需求，實時的切換系統(tǒng)的五種工作模式：

（1）純空調(diào)工作模式

當光伏發(fā)電系統(tǒng)不發(fā)電時，變頻離心機從其他電網(wǎng)取電，此時系統(tǒng)相當于一個常規(guī)的高效永磁同步變頻離心機系統(tǒng)。

（2）純光伏發(fā)電工作模式

當變頻離心機不工作時，光伏發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)電能全部向電網(wǎng)系統(tǒng)送電，此時系統(tǒng)相當于一個常規(guī)的光伏發(fā)電站。

（3）光伏空調(diào)工作模式

當光伏發(fā)電功率等于變頻離心機耗電功率時，光伏系統(tǒng)所發(fā)電能全部應用于變頻離心機，此時光伏發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)電能完全自發(fā)自用，對外 “零費用”。

（4）光伏空調(diào)及系統(tǒng)發(fā)電工作模式

當光伏發(fā)電功率大于變頻離心機耗電功率時，光伏發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)電能一部分滿足變頻離心機運行，其余部分通過換流單元發(fā)電向電網(wǎng)系統(tǒng)送電。

（5）光伏空調(diào)及系統(tǒng)用電工作模式

當光伏發(fā)電功率小于變頻離心機耗電功率時，光伏發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)電能不足以驅(qū)動變頻離心機工作，需要市電補充部分電能。

根據(jù)光伏發(fā)電量和離心機負載運行需求，系統(tǒng)能在以上5種工作模式中進行實時切換，能量動態(tài)切換時間小于10ms，保障了光伏能的最大化利用及離心機負載穩(wěn)定可靠運行。

圖1 -1 光伏直驅(qū)變頻離心機系統(tǒng)系統(tǒng)圖

4 設計過程要點

4.1 冷熱源選擇

兩棟攝影棚相鄰而立，外墻均為普通磚墻，換熱系數(shù)為夏季2.04／冬季2.09，屋頂為泡沫夾心彩鋼瓦，換熱系數(shù)為夏季0.66／冬季0.69。使用鴻業(yè)負荷8.0軟件計算得出：1號攝影棚冷負荷918kW，2號攝影棚冷負荷為1286kW，冬季無需制熱，選用2臺1055kW （300RT）格力光伏離心機組LSBLX300SVS作為光伏空調(diào)系統(tǒng)冷源，總配電功率386kW。

4.2 末端選擇及氣流組織設計

1號攝影棚為獨立大空間，用于舞臺排戲，房間凈高大，對噪聲要求較高，有較多臨時影幕，拍攝過程需要避免影幕晃動。末端選用9臺型號G-12WDI／E吊頂式風機盤管，機組安裝標高為14m，?300mm電動式旋流風口向下送風，在機組回風靜壓箱下部接回風管并貼墻向下延伸至地面做成假柱，在距離地面500mm處設置回風口，形成上送下回的氣流方式。根據(jù)公式：

式中：

x—送風最大射程，m；

V0—風口風速，m／s；

Vx—末端風速，m／s。

校核得出：風口風速V0＝7.86m／s，垂直送風射程x＝11.5m，末端風速Vx＝0.5m／s，人員活動區(qū)域風速為0.25m／s，符合規(guī)范要求。

2號攝影棚為3個獨立開間，末端選用18臺型號G-9WDI／E吊頂式風機盤管，機組安裝標高為9m，?350mm球形噴口測送風，在機組回風靜壓箱下部接回風管并貼墻向下延伸至地面做成假柱，在距離地面500mm處設置回風口，形成上送下回的氣流方式。

經(jīng)校核得出：噴口風速 V0＝4.3m／s，射流末端中心風速為Vx＝0.66m／s，人員活動區(qū)域平均風速 Vp＝Vx／2＝0.33m／s，符合規(guī)范要求。

4.3 光伏組件及方位角

光伏組件是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分。其作用是利用光生伏特效應，把太陽光的輻射能轉(zhuǎn)換為電能。這些電能可直接供負載使用，也可以送入公共電網(wǎng)，還可以送往蓄電池中存儲起來。

目前市場上主要的光伏組件有單晶硅組件（效率＞20%）、多晶硅組件 （效率＞16%）和薄膜組件 （效率＞10%）三種。

單晶硅組件效率最高，但其生產(chǎn)工藝復雜，成本較多晶硅高許多；薄膜效率最低，占地面積大，但弱光性較好。綜合考慮選用英利YL260P-29b（峰值電壓30.4V）多晶硅組件?！?/p>

攝影棚屋面為泡沫夾心彩鋼瓦，承重能力較差，光伏板平鋪于屋面 （屋面傾角5.7°），光伏組件傾角為5.7°。

4.4 光伏陣列設計

光伏電池組件峰值電壓30.4V，其工作電壓范圍為450～820V，最佳工作電壓在580～700V，取650V。

電池組件串聯(lián)的組件數(shù)量Ns＝650／30.4≈22；

根據(jù)系統(tǒng)容量大小，光伏空調(diào)系統(tǒng)方案需要1496塊光伏板，普通光伏發(fā)電系統(tǒng)可鋪1408塊光伏板。電池組件并聯(lián)數(shù)：

光伏空調(diào)系統(tǒng)方案1496／22＝68組

普通光伏發(fā)電系統(tǒng)方案1408／22＝64組

4.5 其它光伏輔助設備

根據(jù)需求選用相應的輔助設備見表4-1，光伏空調(diào)系統(tǒng)集成見圖4-1：

圖4 -1 光伏空調(diào)系統(tǒng)集成

4.6 發(fā)電量計算

目前大型并網(wǎng)光伏發(fā)電項目系統(tǒng)設計效率約為80%，其中逆變器效率約97%，變壓器效率約97%，灰塵及雪遮擋損失約4%，弱光損失約5%，其它雜項損失約5%，該項目非最佳傾角鋪設，而且非正朝向，其中夾角損失與朝向損失為4.0%，即光伏空調(diào)發(fā)電效率76%。查詢珠海當?shù)胤逯等照諘r數(shù)信息見表4-2。

序號 設備名稱 規(guī)格 數(shù)量1組串式光伏逆變器 SUN2000-20KTL 20臺2交流匯流箱 十進一出 2臺3直流匯流箱 十六進一出 5臺4直流配電柜 四進一出 2臺5交流配電柜 一進一出 1臺6變壓器 200kVA 2臺7監(jiān)控系統(tǒng)硬件 ／ 1套8發(fā)用電一體化管理 ／ 1套

表4 -2 珠海峰值日照時數(shù)

光伏發(fā)電量＝光伏板功率×效率×數(shù)量×時間×峰值日照時數(shù)，則：

光伏空調(diào)發(fā)電量＝41.8萬kWh

光伏電站發(fā)電量＝40.9萬kWh

光伏系統(tǒng)總發(fā)電量 ＝41.8＋40.9＝82.7萬kWh

5 經(jīng)濟效益分析

光伏系統(tǒng)每年可發(fā)電82.7萬kWh，按照珠海當?shù)仉妰r1元／kWh，則可產(chǎn)生82.7萬元用電效益。根據(jù)以往工程經(jīng)驗，本系統(tǒng)裝機容量為755kW，其光伏系統(tǒng)成本可按照0.6萬元／kW估算，則光伏系統(tǒng)靜態(tài)回收期＝755×0.6／82.7＝5.5年。

一般光伏發(fā)電系統(tǒng)設計年限為25年，在考慮電池組件每年的衰減情況下計算25年光伏系統(tǒng)可發(fā)電18705528.4kWh電量，其產(chǎn)生的環(huán)境效益877萬元。

表5 -1 光伏系統(tǒng)環(huán)境效益

6 光伏空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)勢與不足

6.1 優(yōu)勢

（1）格力光伏直驅(qū)變頻離心機利用首創(chuàng)的三元換流技術(shù)、PAWM交錯控制技術(shù)等核心技術(shù)，集成了光伏逆變器功能，是現(xiàn)今全球唯一的發(fā)用電一體化中央空調(diào)主機，能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)用電雙高效雙節(jié)能。

（2）格力光伏直驅(qū)變頻離心機系統(tǒng)將常規(guī)光伏逆變器功能直接集成到離心機機載換流器上，設備及工程總體投入上降低約15%。

（3）發(fā)用電一體化管理軟件具有光伏負荷預測、潮流優(yōu)化控制、分布式發(fā)電控制策略等能量管理功能，讓中央空調(diào)系統(tǒng)通過高效節(jié)能的運行策略節(jié)約設備的運營成本，并延長設備的使用壽命。

6.2 不足

（1）在沒有相應的政府補貼情況下，初投資較高，回收期長。

（2）系統(tǒng)設計復雜，工程量大。

（3）對地域及場地要求高，需要在日照充足，開闊的場地效果較好。

7 結(jié)束語

太陽能光伏空調(diào)在大型商業(yè)建筑或者大型工業(yè)廠房中應用更廣泛，但目前還僅是起步階段，光伏空調(diào)在推廣的道路上依然有許多困難需要解決，未來要實現(xiàn)規(guī)?；茝V和應用還任重道遠。