新能源光伏汽車充電站發(fā)展現(xiàn)狀與分析

摘 要：現(xiàn)今我國發(fā)展以純電動車為主的新能源汽車的產(chǎn)業(yè)政策路徑日益清晰，這預(yù)示著電動車充電樁等配套實施將迎來市場挑戰(zhàn)，并給相關(guān)汽車企業(yè)帶來投資機遇。結(jié)合現(xiàn)有市電電網(wǎng)供電的光伏汽車充電站不但可以利用現(xiàn)有電網(wǎng)供電，而且還可以利用取之不竭，用之不盡的太陽能資源發(fā)電，將對可再生能源利用及改善環(huán)境污染問題做出重要貢獻(xiàn)。文章參考國內(nèi)外電動車光伏充電樁發(fā)展情況及相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)，對現(xiàn)有市場新能源電動車光伏充電站進行分析與研究。

關(guān)鍵詞：新能源；光伏充電站；電動車；充電樁

1 概述

隨著能源危機與全球變暖等問題正引起越來越多的關(guān)注，新能源汽車已經(jīng)成為各大汽車生產(chǎn)商攻堅的重點。同時也成為全球汽車工業(yè)的發(fā)展方向，純電動車以其綠色環(huán)保、節(jié)能和經(jīng)濟性等優(yōu)點，在環(huán)保和節(jié)能上具有不可比擬的優(yōu)勢，它是解決人類巨大能源和環(huán)境壓力的有效途徑。因此，電動汽車是21世紀(jì)汽車的發(fā)展方向[1]。充電樁與新能源電動車緊密聯(lián)系，由于充電樁配套設(shè)施建設(shè)跟不上，消費者購買力下降。傳統(tǒng)汽車靠加油站來支撐，純電動車則靠充電站來支撐。在這樣的背景下，能否科學(xué)合理地加快停車場、居民活動集中區(qū)等公共場所建立與新能源電動車配套的公用光伏充電設(shè)施成為當(dāng)務(wù)之急。

2 國內(nèi)外電動車光伏充電樁發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國外電動車光伏充電站發(fā)展現(xiàn)狀

2013年11月13日，美國太陽能遮陰停車場設(shè)計師兼制造商Envision Solar International宣布位于圣地亞哥國際機場的EV ARC電動車充電站部署實驗獲得成功。EV ARC電動車充電站在美國發(fā)明、設(shè)計及制造而成，是世界首個全自動、可移動的獨立光伏發(fā)電充電站，無需地基挖坑，亦可免除建設(shè)審批與并入電網(wǎng)。此外，EV ARC適合安裝于一塊標(biāo)準(zhǔn)的停車位內(nèi)，日光伏發(fā)電量約為16千瓦時，可存儲于一個22千瓦時的車載電池儲能裝置之中。

該光伏系統(tǒng)還配備EnvisionTrak——一種專有的跟蹤系統(tǒng)。該跟蹤系統(tǒng)不僅可令太陽能列陣跟蹤太陽光線，而且相比于傳統(tǒng)固定式列陣發(fā)電量提升18%至25%[2]。

2.2 國內(nèi)電動車光伏充電站發(fā)展現(xiàn)狀

2015年10月21日，北京市最大的光伏超級充電站破土動工，該充電站位于石景山區(qū)內(nèi)，預(yù)計將于年底建成投入使用，建成后也是石景山區(qū)首個光伏超級充電站，北京繼華貿(mào)中心充電站之后的最大光伏充電站，將為北京西部的新能源車充電問題提供一大支撐。整個充電站的能源提供將全部由太陽能完成，將建成50根充電樁，具備每天為80輛電動車充電的能力。據(jù)介紹，該光伏充電站的兼容性非常強，對于目前市面上主流的國產(chǎn)、日系和歐美的三大車系電動車，都可以在這個充電站內(nèi)進行充電。除了充電的主要功能之外，該充電站還具備立體停車的功能，預(yù)計可以停放30輛車[3]。

3 新能源電動車充電站市場發(fā)展趨勢

在能源和環(huán)保的壓力下，新能源電動汽車無疑將成為未來汽車的主要發(fā)展方向?！笆濉逼陂g，我國新能源汽車將正式邁入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段：2011-2015年開始進入產(chǎn)業(yè)化階段，在全社會推廣新能源城市客車、混合動力轎車、小型電動車。“十三五”期間即2016-2020年，我國將進一步普及新能源汽車、多能源混合動力車，插電式電動轎車，氫燃料電池轎車將逐步進入普通家庭[4]。

受新能源電動車的快速發(fā)展，充電樁和充電站等配套設(shè)施，也會迎來快速發(fā)展。2010至2013年，中國充電站保有量從90座快速增長至618座，年復(fù)合增長率達(dá)89.6%，充電樁數(shù)量也從1129個增長至22628個，年復(fù)合增長率高達(dá)181.8%。充電設(shè)施建設(shè)是新能源汽車示范推廣的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，受益于新能源汽車應(yīng)用的快速增長，我國新能源汽車充電設(shè)施行業(yè)將面臨巨大的發(fā)展空間。此前由于電動汽車規(guī)模較小，充電設(shè)施建設(shè)投資巨大，投資短期效益不明顯，因此充電設(shè)施建設(shè)速度較慢。根據(jù)工信部數(shù)據(jù)，截至2014年底，我國共建設(shè)完成充電站823個、充電樁3.8萬個，其中，國家電網(wǎng)公司建成充換電站818座，充電樁3.4萬個，充電樁數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于新能源汽車的銷量增長。而2014年我國新能源汽車產(chǎn)銷量已達(dá)9.39萬輛，充電設(shè)施供需之間的矛盾日益突出。但在2015年，全國計劃建成的充電站數(shù)量達(dá)到了2549個，而計劃建成充電樁的數(shù)量更是達(dá)到了34萬個，相比于14年，有了近20倍的增長[5]。

4 光伏充電站實現(xiàn)功能

充電站按照功能可以劃分為四個子模塊：光伏發(fā)電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、電池調(diào)度系統(tǒng)、充電站監(jiān)控系統(tǒng)。一個完整的充電站需要光伏發(fā)電區(qū)、配電室、中央監(jiān)控室、充電區(qū)、更換電池區(qū)和電池維護間等六個部分組成。

（1）光伏發(fā)電系統(tǒng)是整個充電站重要組成部分，主要經(jīng)太陽能電池方陣發(fā)電通過充電裝置儲存到蓄電池中或直接供給電動車充電使用，擔(dān)負(fù)著能源的供給。（2）配電室為充電站提供所需的電源，不僅給充電樁提供電能，而且要滿足照明、控制設(shè)備的用電需求，內(nèi)部建有變配電所有設(shè)備、配電監(jiān)控系統(tǒng)、相關(guān)的控制和補償設(shè)備；（3）中央監(jiān)控室用于監(jiān)控整個充電站的運行情況，并完成管理情況的報表打印等。（4）充電區(qū)主要完成電池充電功能。（5）更換電池區(qū)是車輛更換電池的場所，需要配備電池更換設(shè)備，同時應(yīng)建設(shè)用于存放備用電池的電池存儲間。（6）電池重新配組、電池組均衡、電池組實際容量測試、電池故障的應(yīng)急處理等工作都在電池維護間進行。

充電站給汽車充電一般分為三種方式：（1）普通充電，就是所謂的常規(guī)充電或慢速充電，這種充電模式，是用現(xiàn)在的交流插頭插在車上，需要6至8個小時，或者3至6個小時，此種方式多為交流充電方式，外部提供220V或380V交流電源給電動汽車車載充電機，由車載充電機給動力蓄電池充電。一般小型純電動汽車、可外接充電式混合動力電動汽車多采用此種方式，這種充電方式主要由充電樁來完成；（2）快速充電，充電的電流比較大，需要建設(shè)快速充電站，不要求把電池完全充滿，只需滿足繼續(xù)行駛的需要，這種充電模式下，在30分鐘至50分鐘的時間里，只為電池充電60%至70%。這種充電方式主要由充電站內(nèi)的充電樁來實現(xiàn)，為直流充電，地面充電樁直接輸出直流電能給車載動力蓄電池充電，電動汽車只需提供充電及相關(guān)通信接口；（3）電池更換。充電樁的技術(shù)壁壘并不高，快充具有一定的技術(shù)難度。慢速充電利用低水平電流連續(xù)充電6-8小時，可利用晚上充電；快速充電利用高電流進行40分鐘-3小時的快速充電，由于充電電流和電壓較大，對于安全性和可靠性都有較高的要求。

5 新能源電動車光伏充電站技術(shù)難題

5.1 光伏發(fā)電不穩(wěn)定性

就現(xiàn)有國內(nèi)特斯拉建光伏充電站而言，從技術(shù)層面存在光伏方陣發(fā)電密度低、發(fā)電不穩(wěn)定、發(fā)電效率低等缺點，這與現(xiàn)有比較成熟的火力發(fā)電是完全不同的。電動汽車充電需要高電壓、大電流、大功率，一次性快充。這與目前太陽能光伏發(fā)電的特點有沖突。

根據(jù)系統(tǒng)測算，特斯拉充電站太陽能光伏方陣鋪設(shè)面積約為260平方米，太陽能組件最高轉(zhuǎn)化率為23.5%。以一個西部城市為例，全年光照輻射總量約2230千瓦時每平方米，則可利用的全年光照輻射總量約為2230×80%=1783千瓦時每平方米，那么以上特斯拉太陽能充電站每天可發(fā)電量約為（1180×150）÷365×20.5%=99.4千瓦時。因此，即使不考慮太陽能電池組件光電轉(zhuǎn)換率在使用壽命期內(nèi)逐年衰減的影響，離網(wǎng)運行的太陽能光伏充電站在理想條件下的發(fā)電量一天也僅夠?qū)?輛該車型電量增加60%。同時電動車太陽能光伏充電站發(fā)電量受天氣的影響較明顯，多云天氣、大風(fēng)下雨及霧霾天氣更會大大降低發(fā)電量。此外，夜晚沒有太陽光，根本無法發(fā)電，太陽能光伏充電站要想24小時使用根本無法實現(xiàn)。

5.2 蓄電池成本過高束縛充電站產(chǎn)業(yè)化

為了避免光伏發(fā)電諸多因素引起的不穩(wěn)定性，利用蓄電池將多余的能量儲存起來，作為太陽能光伏充電站后備能量或者夜間備用電能。對于建設(shè)企業(yè)來說，蓄電池采購成本過高，再加上蓄電池在使用壽命期內(nèi)會隨著使用環(huán)境和其他因素的影響而產(chǎn)生衰減，同時蓄電池平均使用壽命在3-5年內(nèi)，如果好一點的蓄電池，壽命能長一點，但是成本則會增加，如果通過蓄電池來儲存能源作為后備能量，從技術(shù)上是沒有任何問題的。但目前利用蓄電池組建設(shè)光伏充電站的成本大概是普通電站的5倍，不僅如此，蓄電池組的使用壽命也比較短，現(xiàn)在質(zhì)量過關(guān)、性能優(yōu)異蓄電池壽命也僅有8年左右。就目前發(fā)展?fàn)顩r來看，只通過光伏電站為充電樁提供能量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還需市電電網(wǎng)的相互輔助，才能保證充電樁的正常運行，或者說離開市電電網(wǎng)，太陽能光伏充電站只是一個擺設(shè)，沒有什么實質(zhì)用處，只有與電網(wǎng)結(jié)合，才能保證充電樁運行的可靠性。

5.3 國內(nèi)外新能源電動車充電樁標(biāo)準(zhǔn)脫軌

以特斯拉電動車為例，其充電標(biāo)準(zhǔn)與國內(nèi)充電標(biāo)準(zhǔn)不一致。特斯拉太陽能超級充電站智能為其充電，而不能服務(wù)于國產(chǎn)電動車，且具有使用局限性。國家電網(wǎng)公司負(fù)責(zé)推廣公共充電樁建設(shè)，而特斯拉電動車無法使用這些以國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)充電樁，當(dāng)然，通用的辦法，就是讓特斯拉的充電標(biāo)準(zhǔn)兼容國內(nèi)的充電標(biāo)準(zhǔn)，這樣就能實現(xiàn)特斯拉充電標(biāo)準(zhǔn)與國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)一致，就不存在使用局限性。但長期以來，電動汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)都由西方國家掌握，導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)發(fā)展比較被動，這也是造成國內(nèi)電動車充電標(biāo)準(zhǔn)無法與國外電動車充電標(biāo)準(zhǔn)接軌的重要原因。

6 結(jié)束語

中國已明確指出：節(jié)能與新能源汽車代表未來汽車發(fā)展方向，已成為市場新的經(jīng)濟增長點和戰(zhàn)略調(diào)整的制高點。國家也將不斷出臺相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及政策予以支持。但是太陽能光伏充電站數(shù)量有限的瓶頸逐漸顯露出來，而這也構(gòu)成了市場的潛在投資機會。同時由于電動車光伏充電站從技術(shù)層面上有一定局限性，這勢必會阻礙電動車光伏充電站的發(fā)展。但也為電動車光伏充電站生產(chǎn)開發(fā)明確了研究方向。

參考文獻(xiàn)

[1]喬國艷.電動汽車電池管理系統(tǒng)的研究與設(shè)計[D].湖南：武漢理工大學(xué)，2006.

[2]Envision Solar部署全球首個全自動移動電動汽車光伏充電站[EB/OL].http：//www.solarzoom.com/article-40544-1.html.光伏太陽能網(wǎng)，2013-11-18.

[3]北京建最大電動車“停車場”[EB/OL].http：//epaper.ynet.com/html/2015-10/21/content_160254.htm？div=0.北京青年報電子版，2015-10-21.

[4]李燕.新能源汽車發(fā)展趨勢研究與探討[J].南寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2012（3）：93-96.

[5]2015年中國充電樁行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析[EB/OL].http：//www.chyxx.com/industry/201510/349123.html.中國產(chǎn)業(yè)信息，2015-10-14.

作者簡介：王盛強（1978-），男，漢族，遼寧丹東人，本科，工程師，供用電技術(shù)專業(yè)，主要從事光伏系統(tǒng)集成及光伏產(chǎn)品質(zhì)量管理工作。