新能源電動車光伏充電站發(fā)展研究

胡振文，蘆 浩，韋勝喜

國網(wǎng)浙江淳安縣供電有限公司，浙江 杭州 310000

0 引言

為了避免能源枯竭，需要尋找新型可再生能源替代原有的不可再生能源，因此光伏電能發(fā)電應(yīng)運(yùn)而生。隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)燃油私家車的數(shù)量正逐漸增多，隨之而來的是石油能源消耗量的逐漸增大，因此我國將汽車開發(fā)的關(guān)注點(diǎn)放到了新能源上，各類新能源電動車應(yīng)運(yùn)而生。

目前，電動車包括電動自行車、電動汽車、電動公交車等，純電動車有綠色環(huán)保、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點(diǎn)，充電工作基本由使用者解決，借助充電站完成能源補(bǔ)充。電動汽車是21世紀(jì)汽車的主要發(fā)展方向，新能源電動車已經(jīng)成為各大汽車生產(chǎn)商攻堅(jiān)的重點(diǎn)。目前，新能源電動車在我國仍然無法普及個人光伏充電，且外接電線存在極大的安全隱患，因此必須對新能源電動車充電站加大關(guān)注力度，推動電動車的普及和發(fā)展[1]。

在未來，電動車將是人們出行的主要工具之一，而光伏充電站與新能源電動車緊密聯(lián)系。為了推動該行業(yè)的發(fā)展，我國出臺了一系列的政策為其提供保障，在此背景下必須加快配套設(shè)施建設(shè)，包括停車場、超市等公共場所，從而提高充電站的服務(wù)質(zhì)量。新能源電動車充電站是帶動電動車發(fā)展的一個關(guān)鍵點(diǎn)，需采用科學(xué)的手段在電動汽車的停靠區(qū)域設(shè)置充電設(shè)施，為后續(xù)行業(yè)發(fā)展帶來更大的發(fā)展空間。

1 新能源電動車光伏充電站發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

1.1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

（1）國外光伏充電站發(fā)展現(xiàn)狀。2013年美國Envision Solar International宣布太陽能電動充電站試驗(yàn)獲得成功，日光伏發(fā)電量約為16 kW·h，是世界首個全自動、可移動的發(fā)電充電站。該光伏系統(tǒng)還配備Envision Trak，儲于車載電池儲能裝置中，且在2014年已將電量儲存從原有的18%提高至25%。

（2）國內(nèi)光伏充電站發(fā)展現(xiàn)狀。2015年北京建立了光伏超級充電站，該光伏充電站的兼容性非常強(qiáng)，整個充電站的能源提供全部由太陽能完成，共計建成50根充電樁，且在當(dāng)年年底建成投入使用，為后續(xù)新能源車充電問題提供了支撐。如今，我國單一的光伏發(fā)電站每天可以為80輛電動車充電，主流車型都可以在此進(jìn)行能源補(bǔ)充，且充電站還具備立體停車的功能[2]。

1.2 充電站市場發(fā)展趨勢

在環(huán)保壓力下，新能源技術(shù)的應(yīng)用逐漸成為主流發(fā)展方向，如今我國新能源電動車將正式邁入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段，混合動力轎車、小型電動車、新電動公交車等不斷增多。為了避免出現(xiàn)能源枯竭的情況，我國還需進(jìn)一步普及新能源電動車、多能源混合動力車，因此光伏電能發(fā)電擁有廣闊的市場前景，充電樁、充電站等配套設(shè)施也迎來快速發(fā)展時期。2017—2020年中國光伏充電站保有量從90座快速增長至618座，年復(fù)合增長率達(dá)181.8%。受益于新能源電動車應(yīng)用的快速增長，充電設(shè)施建設(shè)速度較快，截至2020年底，我國共建設(shè)完成充電站5 894座，但充電樁保有量遠(yuǎn)低于新能源電動車的銷量增長。

2 新能源電動車光伏充電站的技術(shù)難題

2.1 光伏發(fā)電不穩(wěn)定性

光伏發(fā)電在我國的發(fā)展時間較短，目前存在的技術(shù)問題還較多，在優(yōu)化中需要對此加大關(guān)注力度。電動汽車充電時需要較高的電壓和電流，特點(diǎn)是需要長時間蓄電，但是天氣因素、環(huán)境因素等都會對光伏充電站的蓄電產(chǎn)生的影響，最終導(dǎo)致出現(xiàn)光伏發(fā)電不穩(wěn)定的現(xiàn)象，需予以解決[3]。

2.2 成本過高束縛產(chǎn)業(yè)發(fā)展

光伏充電站需要儲存后備能量，但其蓄電池采購成本過高，會由于使用環(huán)境和其他因素的影響而產(chǎn)生衰減，如果通過蓄電池來儲存能源，則蓄電池組建設(shè)成本會增加5倍，但蓄電池的使用壽命約為8年，嚴(yán)重阻礙了行業(yè)的發(fā)展。光伏電站可以為充電樁提供能源，但與電網(wǎng)結(jié)合需保證充電樁運(yùn)行的可靠性。

2.3 電動車充電樁標(biāo)準(zhǔn)脫軌

電動汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)目前都由西方國家掌握，由于我國起步比較晚，制約了我國充電站的發(fā)展，導(dǎo)致充電樁與標(biāo)準(zhǔn)脫軌。結(jié)合CCS標(biāo)準(zhǔn)，要求電氣插座可以允許電動車慢充和快充，能夠囊括絕大部分甚至是全部電動車品牌，但我國現(xiàn)今部分區(qū)域的充電樁無法滿足該要求，且無法與Mennekes類型兼容，導(dǎo)致充電時間遠(yuǎn)慢于加油時間，因此未來行業(yè)優(yōu)化需要從標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)方面入手。

3 新能源電動車光伏充電站的發(fā)展策略

3.1 純太陽能供電系統(tǒng)

為了解決能源緊張等問題，太陽能資源被開發(fā)利用，其作為可再生的清潔環(huán)保能源，符合我國綠色發(fā)展建設(shè)的需求，因此需積極探索及應(yīng)用純太陽能供電系統(tǒng)。目前，電動車充電站大多是通過電網(wǎng)供電，但是為了響應(yīng)國家低碳節(jié)能的號召，需要通過光伏電板對此進(jìn)行完善和優(yōu)化。純太陽能供電系統(tǒng)中儲能單元的設(shè)置非常重要，但光伏發(fā)電站初期的擁有量較少，而電力網(wǎng)絡(luò)由國家電網(wǎng)專營，供電變壓系統(tǒng)需要搭建專用光伏轉(zhuǎn)換電網(wǎng)，保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。

3.2 電網(wǎng)補(bǔ)充太陽能充電

儲能式太陽能電動車充電站能夠劃分多個儲能單元，可采用太陽能發(fā)電直接并入電網(wǎng)，避免影響系統(tǒng)安全。大量電動車需快速充電時，強(qiáng)大的電流可以對其他范圍電能造成干擾，為了保證充電站運(yùn)行的穩(wěn)定性，需要聯(lián)合國家電網(wǎng)補(bǔ)充能源，根據(jù)實(shí)際需求自動在電網(wǎng)低谷時接通電網(wǎng)儲存電能，在太陽能發(fā)電不足時啟用混合供電，通過電網(wǎng)補(bǔ)充太陽能充電，避免影響電網(wǎng)的正常工作。國家補(bǔ)充電網(wǎng)光伏充電站如圖1所示。

圖1 國家補(bǔ)充電網(wǎng)光伏充電站

3.3 太陽能系統(tǒng)配置優(yōu)化

太陽能充電站系統(tǒng)是一個獨(dú)立單元，需經(jīng)過大量數(shù)據(jù)、算法和實(shí)踐結(jié)果配制出最優(yōu)的太陽能充電系統(tǒng)，在國家電網(wǎng)用電高峰時段反向供電。同時，需明確每個電站可以給多少臺車充電，當(dāng)有電動車負(fù)載需充電時，利用蓄電池給電動車補(bǔ)充電量；且系統(tǒng)可在電網(wǎng)低谷時接通電網(wǎng)儲存電能；利用儲能電站的優(yōu)勢達(dá)到太陽能發(fā)電及充電要求。

3.4 充電柱智能控制器

采用光伏蓄電池新儲能技術(shù)，可以為不同電壓等級的電動車充電，并避免對其電池造成損害。充電柱智能控制具體策略如下：

（1）在優(yōu)化中需要由蓄電池輸出的直流電直接給電動車充電，系統(tǒng)提供交流充電接口，通過直流—交流—直流電壓變換避免產(chǎn)生損耗；

（2）通過蓄電池儲存電能，切換管理系統(tǒng)接通電網(wǎng)儲存電能，并在電子顯示屏上進(jìn)行顯示，對太陽電池板的電壓、電流進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控；

（3）總監(jiān)控系統(tǒng)中，對太陽能充電站電量進(jìn)行統(tǒng)計，以此為太陽能電站穩(wěn)定運(yùn)行提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，保證運(yùn)行的穩(wěn)定性。

3.5 電站監(jiān)控系統(tǒng)

近年來，國家和政府不斷出臺新的政策推動我國新能源電動車的發(fā)展，電站監(jiān)控系統(tǒng)也在不斷優(yōu)化，通過微電腦技術(shù)、檢測技術(shù)等進(jìn)行改善。該系統(tǒng)集成于智能控制器中，本地測量模塊具有過壓、欠壓、溫度、漏電報警及保護(hù)功能，可在充電前對系統(tǒng)自身進(jìn)行自檢，檢測當(dāng)前狀態(tài)條件是否符合充電要求，從而不斷完善電量計算、統(tǒng)計。同時，要求對電池組和電池單元運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行動態(tài)監(jiān)控，精確測量電池的剩余電量，達(dá)到延長其使用壽命、降低運(yùn)行成本的目的，保證系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài)，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。

4 結(jié)束語

新時代背景下，新能源電動車將成為我國汽車的主要發(fā)展方向，如今電動汽車已經(jīng)逐漸走向了成熟，但這也對電動車充電站配套設(shè)施發(fā)展提出了新的要求。新能源電動車光伏充電站在發(fā)展過程中離不開國家相關(guān)政策的支持，大力發(fā)展光伏發(fā)電技術(shù)，有助于推動光伏電動車的進(jìn)一步發(fā)展。