光伏發(fā)電在電動汽車充電站中的應用

光伏發(fā)電在電動汽車充電站中的應用摘要：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)，并帶來相關的汽車企業(yè)投資機遇。結合現(xiàn)有的公共電網光伏電源車充電站不僅可以利用現(xiàn)有電網供電，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)展應用及其相關技術進行了探討分析。

關鍵詞：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。“十二五”期間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、充電站等配套設施也將得到快速發(fā)展。從2010年到2013年，中國的充電站數量從90個增加到618個，年復合增長率為89.6%，充電樁的數量從1129個增加到22628個，年復合增長率達到181.8%。充電基礎設施建設是新能源汽車示范推廣的關鍵環(huán)節(jié)之一，得益于新能源汽車應用的快速增長，中國新能源汽車充電基礎設施行業(yè)將面臨巨大的發(fā)展空間。由于電動汽車的規(guī)模小，對充電設備的投資是巨大的，投資的短期效益也不明顯，因此充電設備的建設速度較慢。根據鐵道部的數據，截至2014年底，中國總站的建設、823、38000個充電樁，其中國家電網公司在電廠建設、818、34000個收費樁、充電樁數遠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，或直接供應電力車充電，實現(xiàn)國家的能源供應。（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、控制設備、內部已成為配電設備、配電監(jiān)控系統(tǒng)、相關控制和補償裝置；（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通信接口；（3）電池更換。充電樁的技術壁壘并不高，快充具有一定的技術難度。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難題

3.1光伏發(fā)電不穩(wěn)定性

就現(xiàn)有國內特斯拉建光伏充電站而言，從技術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。

根據系統(tǒng)測算，特斯拉充電站太陽能光伏方陣鋪設面積約為260平方米，太陽能組件最高轉化率為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換率在使用壽命期內逐年衰減的影響，離網運行的太陽能光伏充電站在理想條件下的發(fā)電量一天也僅夠將3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會隨著使用環(huán)境和其他因素的影響而產生衰減，同時蓄電池平均使用壽命在3-5年內，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，從技術上是沒有任何問題的。但目前利用蓄電池組建設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)在質量過關、性能優(yōu)異蓄電池壽命也僅有8年左右。就目前發(fā)展狀況來看，只通過光伏電站為充電樁提供能量是遠遠不夠的，還需市電電網的相互輔助，才能保證充電樁的正常運行，或者說離開市電電網，太陽能光伏充電站只是一個擺設，沒有什么實質用處，只有與電網結合，才能保證充電樁運行的可靠性。

3.3國內外新能源電動車充電樁標準脫軌

以特斯拉電動車為例，其充電標準與國內充電標準不一致。特斯拉太陽能超級充電站智能為其充電，而不能服務于國產電動車，且具有使用局限性。國家電網公司負責推廣公共充電樁建設，而特斯拉電動車無法使用這些以國內標準充電樁，當然，通用的辦法，就是讓特斯拉的充電標準兼容國內的充電標準，這樣就能實現(xiàn)特斯拉充電標準與國內標準一致，就不存在使用局限性。但長期以來，電動汽車行業(yè)標準都由西方國家掌握，導致產業(yè)發(fā)展比較被動，這也是造成國內電動車充電標準無法與國外電動車充電標準接軌的重要原因。

4、結束語

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，已成為市場新的經濟增長點和戰(zhàn)略調整的制高點。國家也將不斷出臺相關標準及政策予以支持。但是太陽能光伏充電站數量有限的瓶頸逐漸顯露出來，而這也構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)的研究與設計[D].湖南：武漢理工大學，2016

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