CN103486682A - 光伏空调系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光伏空调系统，该光伏空调系统包括光伏电池阵列、空调机组、变流单元、以及直流母线，在公共电网与逆变模块之间设有变流单元，该变流单元的容量根据光伏电池阵列或公共电网的需求配置，空调机组上设置有作为机组标配件的逆变模块，光伏电池阵列发出的直流电以及经变流单元整流后发出直流电供给逆变模块，以给机组供电。根据本发明提供的技术方案可以解决现有技术中光伏空调系统的适用性差的问题，本发明提供的光伏空调系统，能适应各种不同容量的光伏电站，能使光伏电站与暖通空调无缝高效结合。

Description

光伏空调系统
技术领域
本发明涉及电力电子及空调制冷技术领域，特别涉及一种光伏空调系统。
背景技术
作为清洁能源的太阳能日益收到人们的关注，随着电气技术以及空调技术的发展，以光伏作为空调器能源的技术也随之出现，已有多件专利和论文公开相关技术。如中国发明专利申请CN102705944A公开了一种太阳能变频空调系统，其具有包括逆变模块和整流逆变并网模块的空调变频器，实现了通过光伏电池向空调器供电，并且还可以并网发电。
但现有技术中的光伏空调系统存在适用性差的问题，对配套设施的限制较多。这是由于现有技术中并网所需的并网逆变模块为空调机组变频器的一部分，所以当并网发电时，空调机组也必须上电，造成能源浪费，还影响空调机组的寿命。并且由于受空调变频器容量的限制，只能配置与空调功率相当的光伏电池组件，所以只能通过新建光伏发电系统配合空调机组，而不能将空调系统接入既有光伏电站，否则受空调变频器容量的限制，无法将光伏电站发出的全部电能并网，将会造成电能的极大浪费。
另外现有技术中，还存在空调机组停机时，光伏发电系统中的逆变器、变流器等电子功率器件得不到冷却的问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种光伏空调系统，以解决现有技术中光伏空调系统的适用性差的问题。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种光伏空调系统，包括光伏电池阵列、空调机组、变流单元、第一直流母线、第二直流母线。空调机组还包括用于为所述空调机组供电并作为所述空调机组标配件的第一逆变模块，第一逆变模块的容量根据所述空调机组的功率配置；变流单元为独立结构，其第一端与公共电网连接，第二端通过第一直流母线与第一逆变模块电连接，变流单元的容量根据光伏电池阵列和/或公共电网60的需求配置，光伏电池阵列第二直流母线与第一直流母线电连接。
进一步地，当所述光伏电池阵列输出功率大于或等于所述空调机组运行所需的输入功率时，所述空调机组仅依靠光伏电池阵列供电；
当所述光伏电池阵列输出功率小于空调机组运行所需的输入功率时，通过市电电网和光伏电池阵列联合为空调机组供电。
进一步地，当所述光伏电池阵列输出功率大于空调机组运行所需的输入功率时，或当所述空调机组不工作时，变流单元将光伏电池阵列输出的直流电转化为交流电，输送至公共电网。
进一步地，变流单元包括整流模块和第二逆变模块。
进一步地，所述变流单元为四象限变流器。
进一步地，光伏空调系统还包括设置在光伏电池阵列与第二直流母线之间的光伏汇流单元和配电单元，所述光伏电池阵列、光伏汇流单元、配电单元与第二直流母线顺次连接。
进一步地，空调机组为离心式冷水空调机组或螺杆式冷水空调机组。
进一步地，光伏空调系统还包括变流单元冷却装置。
进一步地，空调机组还包括蒸发器和第一冷凝器，变流单元冷却装置包括依次串联的冷媒泵、节流元件和换热器，冷媒泵的第一端与所述第一冷凝器连通，第二端与节流元件连通，所述换热器的第一端与节流元件连通，第二端与所述蒸发器连通，通过所述换热器与所述变流单元换热，使所述变流单元降温。
进一步地，变流单元冷却装置还包括单向阀，单向阀与所述冷媒泵并联，单向阀的入口与所述第一冷凝器连通，出口与所述节流元件连通。
进一步地，空调系统还包括第二冷凝器，第二冷凝器连接于换热器与蒸发器之间。
本发明的有益效果是：本发明提供的光伏空调系统，能适应各种不同容量的光伏电站，能使光伏电站与暖通空调无缝高效结合。
进一步地，还实现了在空调机组不开机的情况下实现对光伏发电系统中电子功率器件的冷却，提高光伏系统可靠性的同时延长了空调机组的寿命。
附图说明
图1为本发明实施例一的光伏空调系统结构框架示意图；
图2为本发明实施例二的光伏空调系统变频单元冷却结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
参照图1，为本发明实施例1中的光伏空调系统结构框架示意图，该光伏空调系统包括光伏电池阵列10、变流单元20、空调机组30、第一直流母线40和第二直流母线50。空调机组30还包括第一逆变模块31，第一逆变模块31作为空调变频器的一部分属于空调机组30的标配件，第一逆变模块31用于将直流电转化为交流电为负载32供电，负载32至少包括空调机组的变频压缩机，第一逆变模块31的容量根据空调机组30的功率需求进行配置。优选地，第一逆变模块31为机载设置，安装在空调机组30上。
光伏电池阵列10通过第二直流母线50与第一直流母线40连接，使光伏电池阵列10产生的直流电经第二直流母线50和第一直流母线40直接为空调机组30供电。
变流单元20为独立结构，其一端与公共电网60连接，另一端通过第一直流母线40与第一逆变模块30连接。变流单元20包括整流模块21和第二逆变模块22，整流模块21用于将公共电网60的交流电转化为直流电为空调机组30供电，第二逆变模块22用于光伏并网发电，将光伏电池阵列10产生的直流电转化为交流电并入公共电网60。变流单元20的容量根据光伏电池阵列10和/或公共电网60的需求配置。变流单元20作为独立结构可以不受空调机组本身的局限，也便于按光伏电站建设的要求进行布线和安装。变流单元20的主要作用一是实现对光伏电池阵列10的最大功率点追踪（MPPT）；二是实现能量的优化配置，优先使用光伏发电，保证光伏电池阵列10输出的功率优先用于空调机组30，能量不足再由公共电网60补足。优选的，变流单元20为四象限变流器。
当光伏电池阵列10的输出功率大于或等于空调机组30运行所需的输入功率时，光伏电池阵列10产生的直流电经第一逆变模块31逆变为交流电后为空调机组供电，此时所述空调机组30仅依靠光伏电池阵列10供电，无需通过公共电网60供电，此时变流单元20不工作。
当光伏电池阵列10的输出功率小于空调机组30运行所需的输入功率时，在光伏电池阵列10产生的直流电输送给第一逆变模块31为空调机组30供电的同时，还将市电经变流单元20整流为直流电输送给第一逆变模块31，通过公共电网60和光伏电池阵列10联合为空调机组供电，以弥补弥补光伏发电的不足。
当光伏电池阵列10的输出功率大于空调机组30运行所需的输入功率时，或当空调机组30不工作时，变流单元20将光伏电池阵列输出的部分或全部直流电转化为交流电，输送至公共电网60，实现并网发电。由于变流单元20不依附于空调机组30的控制器上，实现了在空调机组30不启动的情况下，光伏电池阵列10就可以进行并网发电。
优选地，本实施例的光伏空调系统还包括光伏汇流单元和配电单元，光伏电池阵列10、光伏汇流单元、配电单元和第二直流母线50顺次连接。
优选地，本实施例的光伏空调系统还包括直流升压模块，直流升压模块设置在配电单元与第二直流母线50之间。
本实施例中空调机组30为中央空调机组，优选的为离心式冷水机组、螺杆式冷水机组或多联式空调机组。
本实施例提供的光伏空调系统，在保证空调机组可以获得正常供电的同时，实现了变流单元20的选型可以根据实际需求任意设置，不会受到空调机组出厂时设备参数的限制，提高了空调机组的适用性，使得空调机组可以与任意光伏电站匹配，并且不会造成光伏电站的电能浪费。
实施例2
本发明实施例2提供的光伏空调系统还包括变流单元20冷却装置，用风冷、水冷、冷媒冷等冷却方式。使用风冷的方式则通过设置散热器和散热风扇来使变流单元20降温。使用水冷的方式则通过设置水泵和水循环管路来使变流单元20降温。
优选地，采用冷媒冷却的方式对变流单元进行冷却。如图2所示，空调机组30包括连接成制冷循环系统的蒸发器33、第一冷凝器34、压缩机35以及第一节流元件36。
变流单元冷却装置包括依次串联设置的冷媒泵61、第二节流元件63和换热器（图中未示出）。冷媒泵61的第一端与第一冷凝器34连通，第二端与第二节流元件63连通，换热器的第一端与第二节流元件63连通，第二端与蒸发器33连通，换热器与变流单元20相接触，通过所述换热器与变流单元20换热，使变流单元20降温，即所述换热器起冷却器的作用。节流元件63可以是毛细管、热力膨胀阀、电子膨胀阀或节流孔板中的一种或几种的组合。
其中，换热器为内部嵌有制冷剂流道的金属冷板，金属冷板与变流单元相接触，也可以根据现场环境情况、变流单元的形状、冷却需求等因素，选择适当的冷却器类型，例如对于不能接触换热或对冷却要求不高的器件，可选用翅片管式换热器、板翅式换热器等作为冷却器。
变流单元冷却装置还包括单向阀62，单向阀62与冷媒泵61并联设置，单向阀62的入口与第一冷凝器34连通，出口与节流元件63连通。通过设置单向阀62，可以防止冷媒倒流及冷媒旁通短路，保证有足够的冷媒冷却变频器。冷媒冷却的冷却方式的降温效果显著，元器件选型要求也可适当降低。
冷媒流经变流单元后，会吸收大量的热能，若不释放掉，最终都会累积到空调机组的冷媒中，造成停机状态下的空调机组的系统温度和系统压力不断上升。若冷却系统在空调机组停机状态下长期工作，系统温度持续上升，则会影响对变流单元的冷却效果，系统压力不断升高，则会影响整个制冷循环系统的安全性。优选地，在换热器与蒸发器33之间设有第二冷凝器64，从第二节流元件63流出的低温冷媒在冷却器处吸收变流单元散发的热量而蒸发，变成温度较高的冷媒蒸汽，冷媒蒸汽流至第二冷凝器64时，与空气或水换热，放热冷凝，再次变为液态冷媒，进入蒸发器33，回到空调机组中，完成一个冷却循环。
第二冷凝器64的作用就是提高系统的可靠性，使冷却系统在空调机组停机状态下可以长期正常运转。此外在空调机组开机工作时，第二冷凝器64还可以防止大量的热能进入蒸发器33中而造成空调能效下降。第二冷凝器64一般选用翅片管式换热器或板式换热器。
当变流单元20为由多个分立的模块组成时，则可对应的在冷媒泵61与蒸发器33之间设置多个并联的换热支路，每条支路上设置有节流元件以及一个或多个换热器，为各个模块散热。
根据本发明提供的带有变流单元冷却装置的光伏空调系统，可以实现在空调机组在开机和不开机的情况都能对电子功率器件进行冷却，解决了现有技术中空调机组不开机无法对电子功率器件进行冷却的问题。
综上所述，本发明的优点是：能适应各种不同容量的光伏电站，能使光伏电站与暖通空调无缝高效结合。同时还实现了在空调机组不开机的情况下实现对光伏发电系统中电子功率器件的冷却，提高光伏系统可靠性的同时延长了空调机组的寿命。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种光伏空调系统，包括光伏电池阵列、空调机组、变流单元、第一直流母线、第二直流母线，其特征在于：
所述空调机组，包括用于为所述空调机组供电并作为所述空调机组标配件的第一逆变模块，所述第一逆变模块的容量根据所述空调机组的功率配置，
所述变流单元为独立结构，其第一端与公共电网连接，第二端通过第一直流母线与所述第一逆变模块电连接，所述变流单元的容量根据所述光伏电池阵列和/或所述公共电网的需求配置，
所述光伏电池阵列，通过第二直流母线与第一直流母线电连接。
2.根据权利要求1所述的光伏空调系统，其特征在于，
当所述光伏电池阵列输出功率大于或等于所述空调机组运行所需的输入功率时，所述空调机组仅依靠光伏电池阵列供电；
当所述光伏电池阵列输出功率小于所述空调机组运行所需的输入功率时，通过市电电网和光伏电池阵列联合为空调机组供电。
3.根据权利要求1所述的光伏空调系统，其特征在于，
当所述光伏电池阵列输出功率大于所述空调机组运行所需的输入功率时，或当所述空调机组不工作时，所述变流单元将光伏电池阵列输出的直流电转化为交流电，输送至公共电网。
4.根据权利要求1所述的光伏空调系统，其特征在于，
所述变流单元包括整流模块和第二逆变模块。
5.根据权利要求4所述的光伏空调系统，其特征在于，
所述变流单元为四象限变流器。
6.根据权利要求1所述的光伏空调系统，其特征在于，
所述光伏空调系统还包括设置在光伏电池阵列与第二直流母线之间的光伏汇流单元和配电单元，所述光伏电池阵列、光伏汇流单元、配电单元与第二直流母线顺次连接。
7.根据权利要求1所述的光伏空调系统，其特征在于，
所述空调机组为离心式冷水空调机组、螺杆式冷水空调机组或多联式空调机组。
8.根据上述任一项权利要求所述的光伏空调系统，其特征在于，
还包括变流单元冷却装置。
9.根据权利要求8所述的光伏空调系统，其特征在于，
所述空调机组还包括蒸发器和第一冷凝器，
所述变流单元冷却装置包括依次串联的冷媒泵、节流元件和换热器，
所述冷媒泵的第一端与所述第一冷凝器连通，第二端与节流元件连通，所述换热器的第一端与节流元件连通，第二端与所述蒸发器连通，通过所述换热器与所述变流单元换热，使所述变流单元降温。
10.如权利要求9所述的光伏空调系统，其特征在于，
所述变流单元冷却装置还包括单向阀，所述单向阀与所述冷媒泵并联，所述单向阀的入口与所述第一冷凝器连通，出口与所述节流元件连通。
11.如权利要求9所述的光伏空调系统，其特征在于，
所述空调系统还包括第二冷凝器，所述第二冷凝器连接于所述换热器与所述蒸发器之间。
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