光伏空調(diào)系統(tǒng)：讓天空更藍、大地更綠

馬銘陽

光伏直驅(qū)變頻空調(diào)系統(tǒng)是一種集成太陽能光伏發(fā)電、中央空調(diào)、能源信息智慧管理于一體的創(chuàng)新系統(tǒng)，實現(xiàn)了可再生能源與空調(diào)技術(shù)的顛覆創(chuàng)新，開創(chuàng)了中央空調(diào)的“零能耗”時代。

2018年1月，美國亞利桑那州鳳凰世貿(mào)中心大樓。隨著一陣熱烈的掌聲響過，中國格力電器與美國鳳凰世貿(mào)中心順利簽署協(xié)議。在場的珠海格力電器新能源環(huán)境技術(shù)研究院院長趙志剛異常興奮地說：“我們希望在這個地方見證中國‘智造的崛起！”由他主持研發(fā)的光伏空調(diào)系統(tǒng)能夠在“全球標(biāo)準(zhǔn)最嚴(yán)格的空調(diào)市場之一”的美國簽約“落地”，更加堅定了他們格力技術(shù)團隊及光伏空調(diào)系統(tǒng)新產(chǎn)品走向世界的信心。

美國鳳凰世貿(mào)中心項日占地面積60萬平方米，全部使用格力自主品牌光伏空調(diào)系統(tǒng)，總冷量超過4200冷噸，以每年可發(fā)電1050萬千瓦時計算，30年綜合減排效益達1500萬元……

如今，格力光伏空調(diào)系統(tǒng)產(chǎn)品頻頻亮相世界舞臺，中標(biāo)鳳凰世貿(mào)中心項曰僅是冰山一角。事實上，格力的光伏直驅(qū)變頻空調(diào)系統(tǒng)早已成為廣受認可的“明星”產(chǎn)品，而以它為基礎(chǔ)構(gòu)建的局域能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)也將為未來的能源變革貢獻自己的力量。

一

說格力光伏空調(diào)系統(tǒng)是一顆閃耀的“明星”，一點也不為過。

2013年，格力光伏直驅(qū)變頻離心機組成功面世，憑借光伏直驅(qū)高達99 040/J的利用率，“光伏直驅(qū)變頻離心機”被專家組一致認定為“全球首創(chuàng)”“國際領(lǐng)先”，從此開肩了中央空調(diào)“零電費”“零污染”“零浪費”的新時代。

談及當(dāng)初為何研發(fā)光伏空調(diào)系統(tǒng)，格力電器董事長董明珠坦言：這其實源于早些年的一句“戲言”。

“記得2012年時，在北京遇到了霧霾，別人對我說：‘董明珠，你發(fā)財?shù)臋C會來了。我問為什么，對方回答：‘做空氣凈化器啊！”董明珠認為，這同然沒錯，空氣里有霧霾，威脅到人們健康的時候，確實應(yīng)該去解決問題。

但是如何從根本上解決霧霾問題呢？董明珠認為，人類生存的環(huán)境如何？人類需要什么？這才是一個企業(yè)應(yīng)該考慮的問題。“我們不能僅為了這個市場、為了企業(yè)賺錢來思考這個問題，我們企業(yè)思考的思路是從有利于整個人類可持續(xù)性生存的角度去考慮的?！?/p>

在其位、謀其職、從其業(yè)。這時的董明珠就設(shè)想：“可不可以研發(fā)一種空調(diào)，能從源頭上杜絕污染，甚至變消耗能源為創(chuàng)造能源。”她思索再三，決定立足企業(yè)自身進行創(chuàng)新，提出了把光伏發(fā)電和空調(diào)用電相結(jié)合的設(shè)想，并找到研發(fā)部門交流了想法。

不久，格力隨即組建了一支包括經(jīng)驗豐富的市場調(diào)研與產(chǎn)業(yè)研究專家、光伏及空調(diào)技術(shù)專家、質(zhì)量管理專家、市場運維專家等在內(nèi)的跨專業(yè)研發(fā)團隊。他們以改善人類賴以生存的環(huán)境為己任，奮力攻關(guān)，研究光伏空調(diào)系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換、傳輸、調(diào)配等關(guān)鍵技術(shù)，通過研制光伏直驅(qū)變頻空調(diào)系統(tǒng)，解決光伏輸出直流電直接驅(qū)動空調(diào)及直接并網(wǎng)等技術(shù)難題。他們用實際行動踐行一個自主創(chuàng)新型企業(yè)的社會責(zé)任。

“將空調(diào)與光伏接合起來，是很大的一個技術(shù)難題?！备窳ρ邪l(fā)人員憶起項曰起步時，如此表示，“我們覺得董總的想法很好，但光伏空調(diào)系統(tǒng)我們從來沒做過，也從來沒有人做過，有很多技術(shù)問題還待解決，沒有可借鑒的經(jīng)驗，有老虎吃天的感覺。”

但董明珠卻不這樣認為，她有自己的想法：“技術(shù)創(chuàng)新的意義就在于去探索‘無人區(qū)，去改變、去突破，不能因為沒有人做，我們就不敢做。這個世界上，總有人在創(chuàng)新，為什么我們不能？”

項目確定下來后，董明珠非常關(guān)注研發(fā)進程，經(jīng)常與研發(fā)人員一起加班，一起開會討論，了解項日具體進度，遇到了哪些困難，和研發(fā)人員一起想辦法解決。據(jù)研發(fā)人員回憶，“那段日子大家都很辛苦，董總一直在鼓勵我們，隨著一項項技術(shù)的突破，我們漸漸有了信心，后來大家都憋著一口氣，一次次嘗試，一次次失敗，再一次次突破……”

二

2013年7月6日，是格力光伏中央空調(diào)系統(tǒng)誕生的日子。在攻關(guān)4年之久、歷經(jīng)386次故障排除、500多次燒毀電機、損失數(shù)千萬元后，光伏直驅(qū)變頻離心機系統(tǒng)項曰終于成功，董明珠的大膽設(shè)想變成了現(xiàn)實。

那一天，在一股太陽能直流電壓的作用下，重達28噸的光伏中央空調(diào)緩緩啟動。與此同時，一股強勁的光伏電流緩緩注入珠海市區(qū)城市電網(wǎng)?？照{(diào)機組、光伏電能、公用電網(wǎng)第一次實現(xiàn)了人們夢寐以求的能量自由流動、無縫對接、一體化監(jiān)控和自動化管理。

“成功了，我們成功了！”那一天，終于迎來奇跡的格力工程師們個個熱淚盈眶，聞訊趕來的員工們?nèi)巳藲g呼，奔走相告！

“這是改變世界的一天。”將可再生光伏能源與制冷設(shè)備結(jié)合在一起的夢想終于實現(xiàn)。中國制冷空調(diào)工業(yè)協(xié)會秘書長張朝暉評價說，利用太陽能直流電直接驅(qū)動空調(diào)，發(fā)電與用電在這里實現(xiàn)自如切換，必將極大地節(jié)約地球上的化石能源消耗，極大地緩解圍家電能供應(yīng)短缺的局面。

2013年12月21日，廣東省科技廳為格力電器舉行重大發(fā)明成果鑒定會，權(quán)威專家一致認定：格力光伏直驅(qū)變頻離心機系統(tǒng)結(jié)合傳統(tǒng)中央空調(diào)和新能源光伏產(chǎn)業(yè)，通過關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新，實現(xiàn)了多項突破。

一一解決太陽能直接驅(qū)動空調(diào)相關(guān)應(yīng)用問題，提高光伏能利用率約6%～8%;

一一直接對光伏直流母線進行MPPT控制，自動尋找到光伏電池的最大功率點，最大限度地利用光伏電池;

一一全直驅(qū)并網(wǎng)，實現(xiàn)公用電網(wǎng)、光伏系統(tǒng)與空調(diào)機組的無縫對接，能量在公用電網(wǎng)、光伏系統(tǒng)和空調(diào)機組三者之問自由流動;

一一實現(xiàn)光伏與空調(diào)一體化監(jiān)控和自動化管理，達到無人值守和集中監(jiān)控的曰標(biāo)。

不僅如此，2014年，格力技術(shù)團隊又研發(fā)出了光伏直驅(qū)變頻多聯(lián)機產(chǎn)品，將光伏在空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用進一步拓展。

2017年9月1日，在備受矚日的德國柏林國際電子消費展覽會（IFA）上，格力G-IEMS局域能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)面向全球發(fā)布。這一融合了高效發(fā)電、安全儲電、可靠變電、高效用電、實時能源控制、能源信息集中管理、輕量化交互的完整生態(tài)系統(tǒng)，將有力促進全球能源產(chǎn)業(yè)向著清潔化、智能化邁進，打造網(wǎng)絡(luò)化的能源新世界。

在發(fā)布會上，德國科學(xué)院院士、諾貝爾獎預(yù)選工作組成員Leo Lorenz教授表示：“格力G-IEMS局域能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的成功研發(fā)，對于世界節(jié)能減排事業(yè)意義重大，將推動節(jié)能減排邁向新臺階?！?/p>

2018年5月，經(jīng)權(quán)威專家組鑒定，格力“空調(diào)光儲直流化關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用”達到“國際領(lǐng)先”水平。該技術(shù)實現(xiàn)了新能源與空調(diào)深度融合，空調(diào)的直流化、能源信息化以及精細化管理，使光伏、儲能與多聯(lián)機相結(jié)合。

中國工程院院士汀億表示：“格力這項技術(shù)的突破將有可能改變建筑的用電模式，它提供了一種高效安全可靠的供電方式，可以解決現(xiàn)在可再生能源儲電和末端用電二者的不匹配性問題，使我們更好地利用好清潔可再生能源?！?/p>

三

格力光伏空調(diào)系統(tǒng)一經(jīng)問世，便憑借其顯著的節(jié)能減排效果，相繼安裝采用并拿下上海交通大學(xué)、西安中大國際、汀蘇光電研究中心、伊朗德黑蘭大學(xué)、沙特達曼辦公樓、舊金山農(nóng)場、曼谷7-11商店等多個國內(nèi)外樣板工程。

相關(guān)資料顯示，格力光伏空調(diào)系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用于24個國家和地區(qū)，搭建了超過6000套光伏空調(diào)系統(tǒng)，全面覆蓋中東、北美及東南亞等氣候區(qū)及工廠、學(xué)校、樓宇、農(nóng)場等多種場所，取得了良好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

沙特達曼辦公樓采用格力光伏直驅(qū)變頻離心機設(shè)備1臺，及光伏直驅(qū)變頻多聯(lián)機設(shè)備20臺，總光伏裝機容量100kWp。經(jīng)過測算，每年可發(fā)電14.85萬千瓦時，30年節(jié)約電費可達446萬元;環(huán)境效益方面，該項曰可以減排二氧化碳3648.93噸，減排二氧化硫33.68噸，減排氮化物9.82噸，減排粉塵21.05噸，綜合減排效益達到159萬元。

舊金山農(nóng)場項目共采用126臺格力光伏直驅(qū)變頻多聯(lián)機設(shè)備，總光伏裝機容量達到了321.75kWp。經(jīng)過測算，該項曰每年可發(fā)電39.08萬千瓦時，30年節(jié)約電費可達1172.4萬元;環(huán)境效益方面，30年可以減排二氧化碳9601.99噸，減排二氧化硫88.63噸，減排氮化物25.85噸，減排粉塵55.4噸，綜合減排效益達419萬元。

泰國曼谷7-11商店項曰采用2臺格力光伏直驅(qū)變頻多聯(lián)機設(shè)備，光伏總裝機容量為12kWp。經(jīng)過測算，整個光伏系統(tǒng)可以實現(xiàn)每年發(fā)電16325千瓦時，30年可節(jié)約電費約48萬元;環(huán)境效益方面，30年共可以減排二氧化碳401.12噸，減排二氧化硫3.70噸，減排氮化物1.08噸，減排粉塵2.31噸，綜合減排效益達18萬元。

業(yè)內(nèi)人士表示，格力電器將太陽能與空調(diào)機組結(jié)合起來，可直接利用太陽能供電，提高了太陽能利用率，達到了優(yōu)化建筑能源配置、降低建筑能耗、減少二氧化碳排放量的曰的，經(jīng)濟效益和社會效益均十分可觀。

2018年1月，格力與位于美國亞利桑那州的鳳凰世貿(mào)中心簽署協(xié)議。該中心將全部采用格力自主研發(fā)的光伏空調(diào)系統(tǒng)系統(tǒng)。中標(biāo)鳳凰世貿(mào)中心項曰，更是讓格力光伏空調(diào)系統(tǒng)又“火”了一把。

據(jù)悉，該鳳凰世貿(mào)中心的面積相當(dāng)于84個標(biāo)準(zhǔn)足球場的大小，使用格力光伏空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備總量超過1200臺，光伏板裝機容量超過6.7兆瓦，項日總冷量超過4200冷噸。經(jīng)測算，鳳凰世貿(mào)中心采用的格力光伏多聯(lián)機，每年可發(fā)電1050萬千瓦時，30年節(jié)約電費可達數(shù)千萬美元。此外，該項目可減排二氧化碳8600噸、二氧化硫72噸、氮化物33噸、粉塵56噸，綜合減排效益超過200萬美元。

眾所周知，美國是“全球標(biāo)準(zhǔn)最嚴(yán)格的空調(diào)市場之一”。近年來，光伏空調(diào)系統(tǒng)在全球市場的需求增長強勁，美國市場已經(jīng)成為全球增長最快的太陽能光伏市場之一。鳳凰世貿(mào)中心使用格力光伏空調(diào)系統(tǒng)無疑將帶來較好的示范效應(yīng)。

格力電器由此成為全球范同內(nèi)首家完全掌握光伏直驅(qū)變頻空調(diào)系統(tǒng)核心技術(shù)并實現(xiàn)量產(chǎn)的企業(yè)，及首家將光伏永磁同步變頻直流離心機組和光伏多聯(lián)機組實現(xiàn)產(chǎn)品應(yīng)用和示范的企業(yè)。

四

格力光伏空調(diào)系統(tǒng)何以如此備受青睞？

在董明珠看來，一切皆因技術(shù)創(chuàng)新，“你可能會說格力空調(diào)現(xiàn)在已經(jīng)是世界上最先進的技術(shù)，比別的空調(diào)節(jié)能400%，但別忘了還有60%的空間。我們必須在這個領(lǐng)域里進行顛覆性的技術(shù)突破。只有掌握核心科技，才能立于不敗之地。”

格力人是這樣說的，也是這樣做的。經(jīng)過歷時4年多的不懈努力，“光伏直驅(qū)變頻離心機系統(tǒng)”將永磁同步變頻離心機技術(shù)的創(chuàng)新和應(yīng)用提升到一個全新的高度一一

發(fā)明光伏直驅(qū)變頻空調(diào)技術(shù)，將光伏直流電直接并入變頻空調(diào)機載換流器的直流母線，相比傳統(tǒng)的光伏發(fā)電+變頻空調(diào)模式省去了上網(wǎng)和供電時進行交/直流電轉(zhuǎn)換的能量損耗，提升系統(tǒng)效率6%～8%。

首創(chuàng)三元換流技術(shù)，建立了光伏發(fā)電系統(tǒng)、變頻空調(diào)負載和公用電網(wǎng)三者之問的三元換流模型，實現(xiàn)了電能在直流側(cè)雙向流動、多路混合。系統(tǒng)可實時切換五種運行模式，電能動態(tài)切換時間小于lOms。保證系統(tǒng)在任何能量變化的情況下都能穩(wěn)定運行。

針對光伏發(fā)電的不穩(wěn)定變化，提出了新型動態(tài)負載跟蹤MPPT控制技術(shù)，集成MPPT控制功能和DC/DC穩(wěn)壓功能，實時跟蹤并控制光伏發(fā)電為功率最大化狀態(tài)，并實現(xiàn)離心機對光伏電能的優(yōu)先利用。

首創(chuàng)PAWM交錯控制技術(shù)，能實時響應(yīng)光伏電壓的快速變化和變頻空調(diào)負載的動態(tài)需求，實現(xiàn)變頻壓縮機調(diào)頻調(diào)壓的自適應(yīng)控制，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定和可靠運行。

業(yè)內(nèi)專家表示，未來空調(diào)的發(fā)展路線一個是節(jié)能減排、一個是智能化，這其實也是制造業(yè)的轉(zhuǎn)型方向。格力的“光伏直驅(qū)變頻離心機系統(tǒng)”將光伏發(fā)電與空調(diào)系統(tǒng)有機結(jié)合在一起，實現(xiàn)了傳統(tǒng)空調(diào)的能源革命，更是顛覆了人們對于空調(diào)作為“電老虎”的傳統(tǒng)認知。格力電器擁有諸多行業(yè)首創(chuàng)優(yōu)勢，無論是光伏直驅(qū)變頻離心機系統(tǒng)，還是獲得國家科技進步獎的1赫茲變頻技術(shù)，都使其保持著強勁的產(chǎn)品競爭力。

這些成績的取得，都離不開對技術(shù)研發(fā)持續(xù)地投入。重視技術(shù)創(chuàng)新，也是格力一直以來的傳統(tǒng)。

“格力對于研發(fā)資金的投入，真的是沒有上限?！睋?jù)格力研發(fā)人員介紹，僅2017年，研發(fā)投入就達到57億元。經(jīng)過多年沉淀積累，曰前申請專利49431項，其中發(fā)明專利22945項。在國家知識產(chǎn)權(quán)局排行榜中，格力電器排名全國第六，家電行業(yè)第一?，F(xiàn)擁有24項“國際領(lǐng)先”技術(shù)，獲得國家科技進步獎2項、國家技術(shù)發(fā)明獎1項，中國專利獎金獎4項。

眾所周知，工業(yè)、建筑、交通是我國能源消耗的“三巨頭”。中央空調(diào)又是“三巨頭”中的“巨頭”，其運轉(zhuǎn)耗電量極其巨大。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示：中國建筑總能耗約占社會終端能耗的30%，其中空調(diào)暖通系統(tǒng)能耗占到65%，這對日益緊缺的能源和環(huán)境存在巨大的挑戰(zhàn)。

而格力光伏空調(diào)系統(tǒng)不僅能直接降低電力需求，并在有盈余的情況下給市政電網(wǎng)輸入電力，同時減少氮氧化物等污染物的排放?！叭绻梢詫F(xiàn)有的空調(diào)暖通系統(tǒng)產(chǎn)品替換成光伏空調(diào)系統(tǒng)，節(jié)能減排的效果將會更加明顯?！倍髦樘寡浴?/p>

“格力要做百年企業(yè)，社會責(zé)任是我們首要的考察標(biāo)準(zhǔn)。不破壞環(huán)境，盡可能減少資源消耗，這是一個優(yōu)秀企業(yè)應(yīng)該自覺承擔(dān)的不可推卸的社會使命?！倍髦樽詈蟾嬖V記者：“格力將以‘讓天空更藍、大地更綠為己任，不斷致力于通過自主創(chuàng)新打造更多環(huán)境友好型產(chǎn)品，為推動全球能源結(jié)構(gòu)升級、實現(xiàn)人類可持續(xù)發(fā)展不懈努力。”