光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)在直流快速充電站中的應(yīng)用

謝贏朋

（浙江武義電氣安裝工程有限公司，浙江 金華 321100）

0 引 言

目前，直流快速充電站作為電動(dòng)汽車最主要的充電方式，其輸出功率較小，充電時(shí)間過長(zhǎng)，導(dǎo)致用戶充電不便、排隊(duì)等待充電的情況普遍存在，嚴(yán)重影響了用戶的使用體驗(yàn)。為全面提高充電效率，需在直流快速充電站建設(shè)中引入光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)。降低充電基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)營(yíng)成本，

1 光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的工作原理

太陽能作為一種可再生能源，可以通過光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行再次利用。光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)通過光伏電池板將太陽能轉(zhuǎn)化為電能[1]。光伏電池板由多個(gè)光伏電池組成，且這部分電池大多由半導(dǎo)體材料（硅）制成。一旦光線照射到光伏電池上，光子與材料中存在的電子就會(huì)發(fā)生相互作用，進(jìn)而促使電子獲得對(duì)應(yīng)的能量，躍遷到導(dǎo)體帶，并持續(xù)產(chǎn)生一定的電流，從而使光能轉(zhuǎn)化為電能。

由于太陽屬于間歇性能源，只有在白天陽光充足的時(shí)候才能產(chǎn)生電能。為實(shí)現(xiàn)能源的持續(xù)供應(yīng)，光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)需儲(chǔ)存白天產(chǎn)生的多余電能，以備晚上或陰天的使用。其中，常見儲(chǔ)能方式是通過電池組儲(chǔ)存能量，將電能進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，并在需要時(shí)再將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能輸出，常用電池組為鉛酸、鋰離子電池等。這些電池組大多具備長(zhǎng)壽命和低自放電率等優(yōu)勢(shì)，能滿足光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的多樣化需求。

逆變器是一種調(diào)整電能的頻率、電壓和波形的裝置。光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)可以通過逆變器將直流電能轉(zhuǎn)化為交流電能，從而將儲(chǔ)存的電能輸出到電網(wǎng)中或直接供應(yīng)給用戶使用，滿足家庭、工業(yè)或公共領(lǐng)域的用電需求。另外，在電網(wǎng)供電不穩(wěn)定或斷電的情況下，通過逆變器將儲(chǔ)存電能提供給用戶，以保證用電的連續(xù)性和可靠性。

2 光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)在直流快速充電站中的實(shí)踐應(yīng)用

2.1 為直流快速充電站提供穩(wěn)定的電能供應(yīng)

在直流快速充電站中應(yīng)用光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)可以存儲(chǔ)更多的太陽能，在光照不足情況下，保證充電樁可以穩(wěn)定地供應(yīng)電能，進(jìn)一步降低對(duì)電網(wǎng)的過度依賴，并推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展和提高能源利用效率。光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)利用太陽能電池板將太陽光轉(zhuǎn)化為直流快速充電站對(duì)應(yīng)的直流電能，并利用逆變器將剩余的直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能，進(jìn)而儲(chǔ)存于電池組，在光照不足的情況下為直流快速充電站提供電能，從而儲(chǔ)存和利用多余的太陽能電能[2]。另外，光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)將儲(chǔ)存電能供應(yīng)給直流快速充電站，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的直流電能輸出，從而確保在在無光照或光照較弱的時(shí)段充電站依然能夠進(jìn)行快速充電，改善用戶的使用體驗(yàn)，為直流快速充電站提供穩(wěn)定可靠的電力支持。直流快速充電站利用光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)將太陽能及時(shí)轉(zhuǎn)化為電能，并儲(chǔ)存，無須依賴傳統(tǒng)的燃煤、燃油等發(fā)電方式，從而減少對(duì)電網(wǎng)的依賴，降低電網(wǎng)負(fù)荷，落實(shí)綠色、可持續(xù)能源供應(yīng)的發(fā)展。

2.2 優(yōu)化充電過程并提高充電效率

隨著電動(dòng)汽車的廣泛應(yīng)用，直流快速充電站的需求日益增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的充電方式存在能量損耗大、充電效率低的問題。因此，需要將光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)引入直流快速充電站，并在智能充電管理系統(tǒng)優(yōu)化控制下，實(shí)現(xiàn)能源的優(yōu)化調(diào)度和管理，持續(xù)提高直流快速充電站充電效率。

智能充電管理系統(tǒng)的引入是直流快速充電站充電過程優(yōu)化和完善的基礎(chǔ)。該系統(tǒng)可以全面監(jiān)控直流快速充電站負(fù)荷、能量輸入和車輛需求等關(guān)鍵參數(shù)，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行智能調(diào)度，提高充電效率和減少能量損耗。該過程中，可以通過精確掌握充電站的負(fù)荷情況和電能需求，將光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的輸出功率與負(fù)荷需求相匹配，從而最大限度地利用可再生能源供電，降低利用傳統(tǒng)電能的比例。此外，智能充電管理系統(tǒng)可以通過分析不同車輛的電池狀態(tài)、充電速度和充電需求，合理地分配資源，縮短充電時(shí)間，提高充電效率。例如：對(duì)于電量較低的車輛，智能充電管理系統(tǒng)可調(diào)整充電優(yōu)先級(jí)，使其盡快充電，以滿足用戶的迫切需求；對(duì)于電量充足的車輛，智能充電管理系統(tǒng)可適當(dāng)降低充電功率，以減少能量損耗。

2.3 輸送多余的電能并落實(shí)電力雙向流動(dòng)目標(biāo)

在直流快速充電站中，光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)重要功能。

一方面，在充電站不是高峰期的狀況下，光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)需借助太陽能產(chǎn)生和存儲(chǔ)更多的電能，并將其輸送到電網(wǎng)，避免電能浪費(fèi)，為電網(wǎng)提供額外的電力資源，減輕電網(wǎng)的負(fù)荷壓力[3]。

另一方面，在電網(wǎng)負(fù)載高峰期，由于人們的用電需求增加，電網(wǎng)也需提供更多的電力。該環(huán)節(jié)中，光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)需釋放存儲(chǔ)電能，為電網(wǎng)提供額外的電力，從而緩解電網(wǎng)的壓力，保證電力供應(yīng)的穩(wěn)定性。同時(shí)，除直接應(yīng)用在充電站中，光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)還可以與其他能源系統(tǒng)相結(jié)合，形成微電網(wǎng)系統(tǒng)。其中，微電網(wǎng)系統(tǒng)通過將光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)、風(fēng)能系統(tǒng)、電池儲(chǔ)能系統(tǒng)等不同形式的可再生能源系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)能源的互補(bǔ)和平衡。

3 光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)在充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展中的促進(jìn)作用

在電動(dòng)汽車全面普及和可再生能源逐步減少的趨勢(shì)下，充電基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)的發(fā)展極為重要。在這一進(jìn)程中，光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)利用太陽能進(jìn)行發(fā)電，并儲(chǔ)存多余的電能，為充電基礎(chǔ)設(shè)施提供可靠、清潔、持續(xù)的能源。光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)在充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展中的促進(jìn)作用具體表現(xiàn)在4 個(gè)方面。

一是提供可靠的電力來源，傳統(tǒng)能源供應(yīng)系統(tǒng)經(jīng)常受到供電不穩(wěn)定的影響，而光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)則可以利用太陽能為充電基礎(chǔ)設(shè)施提供穩(wěn)定、可靠的電力。無論是在城市還是偏遠(yuǎn)地區(qū)，光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)都能為充電基礎(chǔ)設(shè)施提供足夠的電力能源，滿足電動(dòng)汽車的正常充電需求。

二是降低傳統(tǒng)能源過度依賴，傳統(tǒng)能源生產(chǎn)方式不僅會(huì)造成一定的環(huán)境污染，還會(huì)導(dǎo)致有限的資源逐漸枯竭，而合理地使用光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)，可以有效減少對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴，使得充電基礎(chǔ)設(shè)施更加環(huán)保和可持續(xù)。同時(shí)，通過自產(chǎn)自用的光伏能源，充電基礎(chǔ)設(shè)施可以更加獨(dú)立和靈活地運(yùn)行，減少對(duì)外部能源供應(yīng)的依賴[4]。

三是促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，建設(shè)光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)將帶動(dòng)新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，創(chuàng)造就業(yè)機(jī)會(huì)，提高就業(yè)率，同時(shí)使用光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的充電基礎(chǔ)設(shè)施也能吸引更多的投資和游客，推動(dòng)當(dāng)?shù)芈糜螛I(yè)和商業(yè)發(fā)展。光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的推廣和應(yīng)用，將為社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展帶來巨大的推動(dòng)力。

四是加速能源轉(zhuǎn)型和減少碳排放，光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)利用可再生的太陽能為直流快速充電站提供持續(xù)的清潔能源，對(duì)環(huán)境友好。通過大規(guī)模應(yīng)用光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)，可以持續(xù)減少對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴，降低碳排放，實(shí)現(xiàn)能源綠色轉(zhuǎn)型。

4 光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)在直流快速充電站中的挑戰(zhàn)與展望

光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)作為一種清潔能源解決方案，廣泛應(yīng)用于直流快速充電站。雖然光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)具有能源可再生、零排放等優(yōu)勢(shì)，但是在直流快速充電站中仍面臨著一些挑戰(zhàn)。

4.1 系統(tǒng)成本

目前，光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)由光伏發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備和逆變器等組成，生產(chǎn)成本較高。同時(shí)，光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)存在電池壽命和容量限制等問題。隨著技術(shù)的發(fā)展和成本的降低，光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的成本有望逐漸降低，從而更具吸引力。

4.2 系統(tǒng)穩(wěn)定性

受到天氣條件的影響，光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)輸出功率存在波動(dòng)。而直流快速充電站對(duì)穩(wěn)定的電源供應(yīng)要求很高，需要光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)具備強(qiáng)大的電能儲(chǔ)存能力和輸出穩(wěn)定性，因此需要采用合適的控制策略和優(yōu)化調(diào)度算法，以確保光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠穩(wěn)定地為快速充電站供電[5]。

4.3 技術(shù)成熟度

對(duì)于光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)而言，在實(shí)際應(yīng)用中面臨著一些技術(shù)問題和不確定性。例如，光伏發(fā)電設(shè)備的效率仍有提升的空間，儲(chǔ)能設(shè)備的壽命和穩(wěn)定性還需要進(jìn)一步改善。因此，需要加大研發(fā)力度，優(yōu)化光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)，以提升其在直流快速充電站中的可靠性。

4.4 光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)在直流快速充電站中的展望

光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)在直流快速充電站中仍具有一定的發(fā)展前景，主要內(nèi)容如下：第一，隨著光伏發(fā)電技術(shù)的不斷進(jìn)步，其效率和輸出功率可以進(jìn)一步提高，從而增強(qiáng)光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的電能供應(yīng)能力；第二，隨著電池技術(shù)的發(fā)展和成本的降低，提升儲(chǔ)能設(shè)備的性能和可靠性，越來越多的充電站采用光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)，為電動(dòng)汽車的普及和可持續(xù)發(fā)展提供支撐；第三，隨著智能電網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)可以更好地與電網(wǎng)進(jìn)行協(xié)調(diào)和交互，實(shí)現(xiàn)能源優(yōu)化[6]。

未來，需關(guān)注光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的研發(fā)和推廣，進(jìn)而全面增強(qiáng)其能源轉(zhuǎn)換效率和儲(chǔ)存能力，推動(dòng)光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)與電網(wǎng)的互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)能源的有效調(diào)度和優(yōu)化利用。同時(shí)，合理地制定相關(guān)政策和標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)在直流快速充電站中持續(xù)推廣和實(shí)踐應(yīng)用。將人工智能技術(shù)合理地應(yīng)用于光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)，進(jìn)而實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池組和光伏板的運(yùn)行狀況，且第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)并處理相關(guān)的潛在問題，借此持續(xù)降低故障率，保障充電站的正常運(yùn)行。此外，結(jié)合人工智能技術(shù)，光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)智能化能源管理，并在電力需求高峰時(shí)段實(shí)現(xiàn)最佳儲(chǔ)能和釋放，有效平衡電網(wǎng)負(fù)荷，提高能源利用效率，且人工智能可以通過學(xué)習(xí)算法預(yù)測(cè)用戶充電需求，進(jìn)而提前調(diào)配儲(chǔ)能電量，確保用戶能夠隨時(shí)獲得高效快速充電服務(wù)，或者根據(jù)用戶的充電偏好和行為模式進(jìn)行個(gè)性化調(diào)整，提供更便捷、高效的充電服務(wù)。在此期間，用戶可以通過手機(jī)App 等方式實(shí)時(shí)監(jiān)控充電狀態(tài)，預(yù)約直流快速充電站，享受智能充電帶來的便利。

5 結(jié) 論

在直流快速充電站中應(yīng)用光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)，能有效地解決目前充電樁存在的不良問題，并持續(xù)提高充電效率，降低運(yùn)營(yíng)成本，進(jìn)一步推動(dòng)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。同時(shí)，應(yīng)積極完善相應(yīng)的光伏儲(chǔ)能技術(shù)，推動(dòng)直流快速充電站的智能化、綠色化和高效化發(fā)展，為推動(dòng)清潔能源發(fā)展和建設(shè)智能城市做出積極貢獻(xiàn)。