光伏發(fā)電在電動汽車充電站中的應(yīng)用

光伏發(fā)電在電動汽車充電站中的應(yīng)用摘要：目前，我國發(fā)展以純電動車為主的新能源汽車的產(chǎn)業(yè)政策道路日益明確，這也使電動車充電樁和其他配套實施可能會帶來新的市場挑戰(zhàn)，并帶來相關(guān)的汽車企業(yè)投資機遇。結(jié)合現(xiàn)有的公共電網(wǎng)光伏電源車充電站不僅可以利用現(xiàn)有電網(wǎng)供電，也可以利用取之不竭，用之不盡的太陽能資源來發(fā)電，這對可再生能源利用和改善環(huán)境污染問題做出了重要貢獻。本文對電動汽車光伏充電樁的發(fā)展應(yīng)用及其相關(guān)技術(shù)進行了探討分析。

關(guān)鍵詞：光伏充電站；電動車；充電樁

1、電動車充電站市場發(fā)展趨勢

在能源和環(huán)境保護的壓力下，新能源電動車無疑將成為未來汽車的主要發(fā)展方向之一?！笆濉逼陂g中國的新能源汽車將正式進入工業(yè)化階段：從2011年到2015年進入產(chǎn)業(yè)化階段，在全社會、混合動力汽車和小型電動汽車上推廣新能源城市公交車。在“十三五”規(guī)劃期間（2016-2020年），中國將進一步普及新能源汽車、多能源混合動力汽車、插電式電動汽車和氫燃料電池汽車，將逐步進入普通家庭。

受新能源電動汽車快速發(fā)展的影響、充電樁、充電站等配套設(shè)施也將得到快速發(fā)展。從2010年到2013年，中國的充電站數(shù)量從90個增加到618個，年復(fù)合增長率為89.6%，充電樁的數(shù)量從1129個增加到22628個，年復(fù)合增長率達到181.8%。充電基礎(chǔ)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，得益于新能源汽車應(yīng)用的快速增長，中國新能源汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)將面臨巨大的發(fā)展空間。由于電動汽車的規(guī)模小，對充電設(shè)備的投資是巨大的，投資的短期效益也不明顯，因此充電設(shè)備的建設(shè)速度較慢。根據(jù)鐵道部的數(shù)據(jù)，截至2014年底，中國總站的建設(shè)、823、38000個充電樁，其中國家電網(wǎng)公司在電廠建設(shè)、818、34000個收費樁、充電樁數(shù)遠(yuǎn)低于新能源汽車銷售增長。2014年，新能源汽車在中國的銷量達到939萬輛，而充電設(shè)備的供需矛盾日益突出。但在2015年，全國有2549個充電站，計劃充電樁的數(shù)量達到了34萬，比14年的近20倍還多。

2、光伏充電站實現(xiàn)功能

充電站可分為四個子模塊：光伏發(fā)電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、蓄電池調(diào)度系統(tǒng)和充電站監(jiān)控系統(tǒng)。一個完整的充電站需要6個部分組成即：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。

（一）光伏發(fā)電系統(tǒng)是充電站的重要組成部分，主要是通過充電裝置的太陽能電池儲存在蓄電池中，或直接供應(yīng)電力車充電，實現(xiàn)國家的能源供應(yīng)。（二）為充電站提供所需電源的變壓器室，不僅要提供電力充電樁，而且要滿足照明用電需求、控制設(shè)備、內(nèi)部已成為配電設(shè)備、配電監(jiān)控系統(tǒng)、相關(guān)控制和補償裝置；（三）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告打印。（四）充電區(qū)主要完成電池充電功能。（五）更換電池區(qū)是汽車更換電池的地方，需要配備電池更換裝置，電池儲存室也應(yīng)該建好。（六）蓄電池組，電池組的平衡，電池組的實際容量測試，電池故障的緊急處理等，在電池維修室中進行。

汽車電池充電站通?？煞譃槿N方式：（1）正常收費，被稱為傳統(tǒng)的充電或緩慢充電，這樣的充電模式，是使用現(xiàn)在的交流插頭插在車上，需要6到8個小時，或者3到6小時，這樣更多的是交流充電方式，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。一般來說，小型純電動汽車和插電式混合動力電動汽車大多采用這種充電方式。此種充電方法主要是通過充電樁來完成的。（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。

3、新能源電動車光伏充電站技術(shù)難題

3.1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)。

3.2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。

3.3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。

4、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：

[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)，2016

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