摘要：本文分析了全球和国内光伏发电驱动空调技术专利申请的整体状况，对独立型和并网型两种光伏空调系统的研究进展进行了介绍，提出了提高光伏空调能源效率、优化系统控制策略是今后需要研究的方向。
关键词：光伏发电；光伏空调；独立型；并网型；技术分析
0引言
太阳能作为一种可再生能源，以其清洁、廉价和取之不尽的特点而受到各国学者的广泛关注，利用太阳能来替代或部分替代常规能源已经成为了当下的研究热点。在太阳能的主要利用方式中，太阳能光伏利用直接将太阳能转变为电能加以利用。
将光伏和空调结合为光伏空调系统，利用光伏发电驱动空调进行制冷和采暖，具有很多优点。在夏季，太阳能电池的发电功率和建筑物的负荷有较好的匹配关系，空调可以最大限度的利用太阳能为室内供冷；冬季室内热负荷晚上要比白天大，蓄电池可以将白天多余的电量储存下来用于晚上为室内供热。光伏空调系统可以在用电高峰时段减小电网的压力，并对节能减排有重要意义。
1光伏空调技术的专利申请状况
1.1专利申请趋势
对光伏空调方面全球专利申请的趋势分析可知，光伏空调技术在2006年以后进入了较快的发展期，在2010年以后得到了飞速的发展，特别是在2014年达到了顶峰。总体而言，全球专利申请数量随着时间的推移在不断的增长，说明了光伏空调技术是一项越来越重要的产业，全球范围内都进行了大量的投入和研究。其中，美国的专利申请量和中国的专利申请数量相当，表明美国也正在大力发展光伏太阳能空调技术，这与美国国内促进新能源产业发展的政策相吻合。此外，欧洲、日本、韩国等也进行了相当程度的研究，这些国家（地区）的空调技术和光伏技术均很强，也一定程度上促进了光伏空调技术的发展。在国内，有关光伏空调的国内申请数量在2013年以后得到了飞速的发展，特别是近几年，申请数量呈现了井喷式的增长，这与我国大力支持新能源、新技术产业的发展是分不开的。对国内专利申请进行申请人统计分析可知，格力为光伏空调申请量最多的公司，并且远超出其他申请人，这与格力公司在光伏空调领域开展了大量的研究是分不开的。其次为美的，美的也是空调领域重要的申请人之一，也在光伏空调技术方案进行了一定数量的申请。
1.2专利申请分布
通过统计标引的国内专利申请的分类号，可以得出光伏驱动空调系统的国内技术构成。经过分析得到，国内的光伏驱动空调技术主要分布在空调系统中，F24F11（控制系统或设备、空调系统或设备），F24F3（从集中式空调站向可以得到二次处理的房间或场所内分配装置供给经过处理的一次空气的空调系统）均是空调领域的分类号，指出光伏驱动空调系统在空调系统方面的研究；H02J3（交流干线或交流配电网络的电路装置），H02J7（用于电池组的充电或去极化或用于由电池组向负载供电的装置），H02J1（直流干线或直流配电网络的电路装置），H02J9（用于紧急或备用电源的回路装置）则集中在电路技术的研究，主要为交流电和直流电的电路设置，以电池储能方面的技术，而H02M7（交流功率输入变换为直流功率输出；直流功率输入变换为交流功率输出）则强调光伏发电后交流电与直流电之间进行的转化。
2光伏空调技术的发展趋势
太阳能光伏发电系统按大类可分为独立光伏发电系统和并网光伏发电系统两大类，光伏空调是基于光伏发电技术与空调技术发展而来的。传统的空调利用电网提供的电能驱动压缩机工作，而光伏空调的能量主要来源于光伏阵列，不用或者少用电网的电能。
常见的空调种类繁多，包括家用小型空调、小型集中空调、商用大型集中空调等，这些空调形式均可以与光伏阵列结合，设计满足不同制冷量需求的光伏空调。光伏空调按照是否接入电网可以分为独立型和并网型两种。
2.1独立光伏空调系统
独立光伏空调不与电网连接，一般配备蓄电池或者缓冲电池以保证能量的持续供应，非常适用于偏远无电地区，主要由光伏阵列、空调设备、蓄电池组或缓冲电池和充放电控制器等组成，其中交流独立光伏空调应包含逆变器。合肥工业大学于上世纪90年代对独立光伏空调进行了研究，提出了光伏空调系统各参量的优化配置方法，上海交通大学对独立光伏空调在以上海为代表的夏热冬冷地区的运行情况进行了研究[1]。实验将一台家用变频空调增加光伏组件、控制器、逆变器和电池组后改造为光伏空调。该系统在夏季某晴朗白天的制冷模式下和冬季某晴朗白天的供暖模式下的实验结果说明：光伏发电量可以满足建筑物白天的大部分冷热负荷需求，光伏发电量中直接经逆变器被空调利用的部分与光伏总发电量的比值在夏日和冬日分别为78%和70%，可见夏日的光伏发电与空调耗电有更好的匹配性。
2.2并网光伏空调系统
并网光伏空调以电网作为能量缓冲、储存和补给的媒介，主要由光伏阵列、空调设备和逆变器等组成。广东工业大学进行了并网有逆流的空调系统的研究，其主要测量了制冷季节系统的性能，得出在晴天少云时，太阳能发电系统可提供30%的电能[2]。三洋空调有限公司于2008年研制了无逆流的并网光伏空调系统，太阳能电池大约可提供0.1千瓦的电量。2010年，珠海格力电器公司推出了我国自主研发的首台太阳能变频空调，额定功率为1.5匹，适合家用；在不使用时，可以将太阳能电池阵列产生的电能并入城市电网。此后不久，美的公司发布了一款无逆流并网光伏空调，空调使用的电能是直流电，由系统中的DC-DC变换器和经过整流的市电共同提供。
公开号为CN104713176A、申请人为格力电器的光伏空调系统，包括太阳能电池阵列、公用电网、变流单元，此种结构的光伏空调系统能够在离网（无电网或电网断电）情况下，不需要增加蓄电池储能，通过变流单元调整太阳能电池阵列的输出功率和空调机组的运行功率，能够保证光伏空调系统的正常运行，解决了现有技术中光伏空调系统无法离网运行的问题，降低了光伏空调系统对电网的依赖，同时还降低了光伏空调系统的成本。格力电器另一件公开号为CN104113078A，名称为光伏直驱系统及其控制方法的发明专利，通过控制光伏直驱系统中的光伏单元、负载单元和电网单元，形成光伏直驱系统中三元联动控制，实现了能量的双向流动及实时并网，有效地解决了现有的光伏空调系统不能实现实时并网，且不能实现全直流并网技术的问题。该专利获得了空调业内首个专利金奖。
3结论
独立光伏空调系统中系统的发电量不能完全被利用，系统中蓄电池的投资也占有较大比例，在电网不发达地区比较适用，能够节省电网建设的成本。在电网发达地区，并网型系统更加适用，可以避免独立型所存在的不足。根据光伏发电的特点，设计发电和用电高度匹配度高的光伏直驱空调从而提高能量利用效率，将是未来研究的一个重点；而实现光伏空调系统的复杂功能，需要本领域技术人员研究具有针对性的控制策略。
参考文献：
[1] 吕光昭.独立光伏空调系统的研究[D].上海交通大学,2012.
[2] 冯垛生，张淼，赵慧，等. 太阳能发电技术与应用[M]．北京：人民邮电出版社，2009．
作者简介：
王杰（1989-），男，汉族，江苏盱眙人，硕士，研究实习员，研究方向：暖通空调。
汪青青（1989-），女，汉族，江苏淮安人，硕士，研究实习员，研究方向：热能与动力工程(等同于第一作者)。
朱倩雯（1992-），女，汉族，浙江嘉兴人，硕士，研究实习员，研究方向：暖通空调。