引言为了促进“双碳”目标的实现，发展可再生能源至关重要。可再生能源中的太阳能具有潜力巨大、清洁、安全等优势[1]。利用太阳能替代传统能源已成为可再生新能源利用的新热点。研究报告数据显示，我国建筑运行能耗占据社会总能耗的22％，建造能耗占据社会总能耗的11%[2]。而空调能耗在建筑运行能耗中的占比较大。对于房间数量多、区域划分细致的建筑，多联机空调系统具有节能、减少建筑空间利用、满足不同种类房间的使用要求等优点。采用光伏直驱多联机空调系统对建筑物进行制冷与供热，能够有效降低制冷与供热运行的能耗。文中对光伏直驱多联机空调系统的研究进行综述，并提出未来发展建议。1光伏直驱多联机空调系统组成光伏直驱多联机空调系统利用光伏组件将太阳能转化成直流电，光伏组件产生的直流电直接为光伏直驱多联机空调系统提供电力，实现制冷与供暖的目的。光照不足时，光伏组件的发电量无法支持整个系统的正常运转，需要交流市电经过整流电路后作为辅助直流电，为光伏直驱多联机空调系统供电。该方法解决了恶劣环境条件下光伏直驱多联机空调系统不能正常运转的问题。多联机主机停止工作时，光伏发电产生的电能向市政电网输送，整个系统相当于小型分布式光伏电站。该系统无须通过逆变器进行交直流电的转换，省去了能量转化的损耗，光伏直驱利用率高达99％[3]。光伏直驱多联机空调系统主要由光伏组件、蓄电池、控制器以及光伏多联机组成。光伏直驱多联机空调系统及能量流动如图1所示[4]。光伏组件可以直接吸收太阳能，并利用光伏特效应将太阳能转化成电能[5]，直接为光伏直驱多联机空调系统提供动力或为蓄电池充电。按照制备材质的不同，光伏组件包括结晶硅、非晶硅薄膜、化合物半导体、纳米晶等。其中，结晶硅光伏组件在光伏市场占据主导地位。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.12.034.F001图1光伏直驱多联机空调系统及能量流动蓄电池具有以下作用：由于辐射强度随时变化，蓄电池将太阳能转换的直流电转换为化学能储存；系统启动时需要较大的启动电流，蓄电池此时能提供足够的电流供负载启动；光伏组件产生的直流电不稳定时，蓄电池起到稳定电流和电压的作用。控制器在系统中具有保护功能，主要具有以下作用：对蓄电池的工作状态进行监测，防止系统中的蓄电池过度充、放电，延长蓄电池的使用寿命；避免光伏组件、蓄电池出现极性反接的问题；控制器输入与输出短路问题的保护功能；避免由于雷击引起的系统线路故障[6]。2光伏直驱多联机技术的现状及优势2.1光伏直驱多联机空调系统的发展作为光伏直驱多联机空调系统中的能耗设备，光伏直驱多联机在系统中扮演着重要的角色，许多学者对此进行了大量研究。从技术可行性的角度分析，Ohnishi[7]等提出了并网型光伏空调机组，利用光伏组件以及市政电网共同为传统交流型空调机组供电，保证并网型光伏空调的正常运行。2010年，格力公司推出了光伏并网空调系统，光照不足时，光伏并网空调相当于常规的空调，从市政电网取电运行；空调系统停止工作时，光伏发电产生的电量将通过逆变器等装置反馈给市政电网。同年美的公司也推出Q-HAP太阳能空调，采用直流并网技术，国内光伏空调技术得到快速发展[8]。Das[9]等利用空调系统变频驱动技术的优势，通过直流变换器将光伏发电产生的电流直接注入变频驱动的直流母线，在不中断空调运行的情况下，将电力从光伏发电无缝传输到负载。因此，整个系统的可靠性得到提高，总体成本、转换损耗和体积降低。有了光伏发电技术的支撑，市政电网电流的峰值降低，从而降低了电力的消耗以及电网电流的谐波分量。该方法适用于太阳能资源丰富、空调使用较多的地区。国内外研究学者通过实验研究验证了光伏空调的技术可行性，其具有较高的能源利用率，未来将得到更加广泛的应用。从运行控制的角度分析，吕光昭[10]等对冬季独立光伏空调热泵的运行特性进行研究，在上海地区，冬季白天采暖过程中空调运行所需的77.7%的电量由太阳能提供，夜间空调运行过程中所需要的电量由蓄电池提供，但由于光伏组件功率的限制，到第2 d蓄电池并未被充满；独立光伏空调系统中，逆变器的效率为61%~74%，对系统的整体性能有着较大的影响，可以考虑采用直流系统。Li[11]等对独立光伏空调系统在夏热冬冷地区的性能进行了研究。结果表明，以上海地区为代表的光伏空调系统，该系统冬季供热的效率为0.37，低于常规的太阳能集热器的热效率；该系统冬季供热的效率为0.32，高于太阳能驱动制冷设备的制冷效率；夏季太阳能的直接利用率为78%，冬季太阳能的直接利用率为70%，夏季的光伏发电与空调的能耗有更好的匹配性。独立光伏空调系统具有广泛的应用前景，但未接入市政电网，如果遇上恶劣天气，该系统可能因为供电不足无法正常运行。刘忠宝[12]等从运行控制、经济性以及节能性的角度，对光伏发电与市电混合驱动的空调系统进行研究，太阳能空调实验原理如图2所示。结果表明，光伏直流空调系统在白天正常运行时，相比于常规的空调系统可节约70%的市电；光伏直流空调系统全天连续运行时，相比于常规空调系统可节约40％~78%的市电；光伏直流空调系统的综合能效约是常规空调系统综合能效的3倍。光伏直流空调系统运行多天后，节电能力逐渐下降，为了保证系统的节能潜力不降低，建议系统最大运行时间为白天4 h，夜晚2 h。光伏直流空调系统利用光伏组件产生的直流电驱动设备，提高了能源利用率。光伏直流空调系统将是未来研究的重点。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.12.034.F002图2太阳能空调实验原理王丽文[13]等从节能性的角度，对光伏多联机空调系统进行了实验与模拟，光伏多联机空调系统的实验原理如图3所示。结果表明，在寒冷地区办公建筑，晴天空调系统的负荷需求与太阳能光伏功率输出之间的匹配关系最佳。模拟分析该建筑物季节最适合的安装倾角，该建筑物根据季节调整最佳安装倾角的全年发电量比全年最佳安装倾角的发电量增加了5%。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.12.034.F003图3光伏多联机空调系统的实验原理Leite[14]等从经济性的角度，考虑作为补充能源的太阳能与连接到公用电网的空调系统综合使用的技术问题，使用sobol敏感性分析的方法，确定了影响系统经济结果的敏感参数。结果表明，能源价格、能源价格年度调整、光伏成本以及太阳能电池板效率的经济可行性都很高。Otanicar[15]等从碳排放量的角度，对光伏空调、吸附式空调、吸收式空调以及除湿空调在其使用寿命内（寿命为20年）的碳排放量进行了研究。结果表明，光伏空调的二氧化碳总排放量最少。光伏空调能够实现节能减排，降低用户电量的消耗。陈文琼[16]等从光伏空调的光伏模式测试角度，对光伏空调双源环路供电的方法进行了研究，模拟光伏发电的状态。通过研究实现了光伏直驱变频多联机装机进度的提升，可以批量生产的有效测试目标，摆脱了天气、时间以及设备的限制。机组可以通过此方法简单地调试设备，不必因为光伏组件等组件的安装而影响机组装机的进度，从而提升实际工程装机的效率。2.2光伏直驱多联机空调系统的优势及需改进的方面光伏直驱多联机空调系统在实际应用中利用光伏发电技术，具有大幅度降低电量消耗、缩减市政电网的使用量、降低用户成本等优势。外界环境的光照不足时，光伏直驱多联机的输入电压和输入功率会因为辐射强度的不稳定而受到影响。光伏倾角、温度等外界因素也会影响光伏直驱多联机空调系统的稳定性[17]。光伏直驱多联机空调系统依靠蓄电池进行储能，蓄电池造价略贵，使用寿命较短[18]。光伏直驱多联机空调系统运行时，由于人行为习惯等原因，整个系统的耗电量可能增加。在光伏直驱多联机空调系统的实际应用中，还存在建筑物的冷热负荷与光伏发电量不能合理匹配等问题。但是，整体分析光伏直驱多联机的推广运行可以大幅度降低电量消耗。3光伏直驱多联机空调系统的未来发展目前，在“双碳”背景下，光伏直驱多联机空调系统作为可再生能源应用的一种方式，具有广泛的前景。我国在光伏直驱多联机空调系统的应用上已经取得了显著的成就，国内市场上已经出现多种光伏直驱多联机空调系统的产品。但是在“双碳”背景下，仍然有许多问题值得关注[19]。光伏发电系统的不稳定性。我国的国土面积辽阔，天气、环境等因素会导致辐射强度变化，进而影响光伏发电系统的运行模式。温度等因素也会影响光伏发电系统的稳定性。需要加大对光伏发电系统的实时控制策略的研究，改善光伏发电系统的不稳定性[20]。光伏直驱多联机空调系统的储能。整个系统中的蓄电池造价略贵，使用寿命也比较短。未来，可以考虑通过相变蓄能技术替代蓄电池，减少蓄电池对环境的污染，降低系统的初投资[18]。光伏直驱多联机的节能性。将光伏直驱多联机空调系统应用在更广泛的建筑物中，对光伏直驱多联机空调系统设计需要考虑系统的舒适性与节能性，并且考虑人的行为习惯与多联机节能性的关系。在运行的过程中帮助用户正确使用该系统，引导人们的节能行为。光伏直驱多联机的推广。光伏直驱多联机的推广需要充分考虑经纬度、所处地址的环境、太阳能资源的分布情况、建筑物的朝向等情况，需要建立对应的指标，如节能性、经济性、环境性等指标，从而判断光伏直驱多联机空调系统是否适合在此处进行推广。降低设备的生产成本。光伏直驱多联机空调符合“双碳”目标发展战略，光伏直驱多联机空调系统运行费用和碳排放量低。但是其生产成本过高，这是阻碍其推广的因素，降低光伏直驱多联机空调系统等成本是其发展的关键。4结语随着光伏发电技术与多联机技术的日益成熟以及“双碳”目标的提出，光伏直驱多联机空调系统可以合理地利用可再生能源中的太阳能，降低制冷与供热的运行能耗。未来，尚需进一步对光伏发电系统的实时控制策略展开研究，解决光伏发电系统的不稳定性；采用相变蓄能技术替代蓄电池，降低光伏发电系统对环境的影响；降低光伏直驱多联机的成本，在不同地区推广更加适合该地区特色的机组；在运行的过程中，帮助用户正确地使用光伏直驱多联机空调系统，引导人们的节能行为。光伏直驱多联机空调系统的应用在环境污染的处理、能源利用、降低设备能耗等方面具有积极作用。