新能源電動車光伏充電站發展研究

胡振文，蘆 浩，韋勝喜

國網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，因此光伏電能發電應運而生。隨著我國社會經濟的快速發展，傳統燃油私家車的數量正逐漸增多，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的關注點放到了新能源上，各類新能源電動車應運而生。

目前，電動車包括電動自行車、電動汽車、電動公交車等，純電動車有綠色環保、節能、經濟性等優點，充電工作基本由使用者解決，借助充電站完成能源補充。電動汽車是21世紀汽車的主要發展方向，新能源電動車已經成為各大汽車生產商攻堅的重點。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注力度，推動電動車的普及和發展[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系。為了推動該行業的發展，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施建設，包括停車場、超市等公共場所，從而提高充電站的服務質量。新能源電動車充電站是帶動電動車發展的一個關鍵點，需采用科學的手段在電動汽車的?？繀^域設置充電設施，為后續行業發展帶來更大的發展空間。

1 新能源電動車光伏充電站發展現狀及趨勢

1.1 國內外發展現狀

（1）國外光伏充電站發展現狀。2013年美國Envision Solar International宣布太陽能電動充電站試驗獲得成功，日光伏發電量約為16 kW·h，是世界首個全自動、可移動的發電充電站。該光伏系統還配備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）國內光伏充電站發展現狀。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，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，且在當年年底建成投入使用，為后續新能源車充電問題提供了支撐。如今，我國單一的光伏發電站每天可以為80輛電動車充電，主流車型都可以在此進行能源補充，且充電站還具備立體停車的功能[2]。

1.2 充電站市場發展趨勢

在環保壓力下，新能源技術的應用逐漸成為主流發展方向，如今我國新能源電動車將正式邁入產業化發展階段，混合動力轎車、小型電動車、新電動公交車等不斷增多。為了避免出現能源枯竭的情況，我國還需進一步普及新能源電動車、多能源混合動力車，因此光伏電能發電擁有廣闊的市場前景，充電樁、充電站等配套設施也迎來快速發展時期。2017—2020年中國光伏充電站保有量從90座快速增長至618座，年復合增長率達181.8%。受益于新能源電動車應用的快速增長，充電設施建設速度較快，截至2020年底，我國共建設完成充電站5 894座，但充電樁保有量遠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難題

2.1 光伏發電不穩定性

光伏發電在我國的發展時間較短，目前存在的技術問題還較多，在優化中需要對此加大關注力度。電動汽車充電時需要較高的電壓和電流，特點是需要長時間蓄電，但是天氣因素、環境因素等都會對光伏充電站的蓄電產生的影響，最終導致出現光伏發電不穩定的現象，需予以解決[3]。

2.2 成本過高束縛產業發展

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

2.3 電動車充電樁標準脫軌

電動汽車行業標準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展，導致充電樁與標準脫軌。結合CCS標準，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，但我國現今部分區域的充電樁無法滿足該要求，且無法與Mennekes類型兼容，導致充電時間遠慢于加油時間，因此未來行業優化需要從標準化建設方面入手。

3 新能源電動車光伏充電站的發展策略

3.1 純太陽能供電系統

為了解決能源緊張等問題，太陽能資源被開發利用，其作為可再生的清潔環保能源，符合我國綠色發展建設的需求，因此需積極探索及應用純太陽能供電系統。目前，電動車充電站大多是通過電網供電，但是為了響應國家低碳節能的號召，需要通過光伏電板對此進行完善和優化。純太陽能供電系統中儲能單元的設置非常重要，但光伏發電站初期的擁有量較少，而電力網絡由國家電網專營，供電變壓系統需要搭建專用光伏轉換電網，保證系統運行的安全性和穩定性。

3.2 電網補充太陽能充電

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

圖1 國家補充電網光伏充電站

3.3 太陽能系統配置優化

太陽能充電站系統是一個獨立單元，需經過大量數據、算法和實踐結果配制出最優的太陽能充電系統，在國家電網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，當有電動車負載需充電時，利用蓄電池給電動車補充電量；且系統可在電網低谷時接通電網儲存電能；利用儲能電站的優勢達到太陽能發電及充電要求。

3.4 充電柱智能控制器

采用光伏蓄電池新儲能技術，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）在優化中需要由蓄電池輸出的直流電直接給電動車充電，系統提供交流充電接口，通過直流—交流—直流電壓變換避免產生損耗；

（2）通過蓄電池儲存電能，切換管理系統接通電網儲存電能，并在電子顯示屏上進行顯示，對太陽電池板的電壓、電流進行實時監控；

（3）總監控系統中，對太陽能充電站電量進行統計，以此為太陽能電站穩定運行提供基礎數據，保證運行的穩定性。

3.5 電站監控系統

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展，電站監控系統也在不斷優化，通過微電腦技術、檢測技術等進行改善。該系統集成于智能控制器中，本地測量模塊具有過壓、欠壓、溫度、漏電報警及保護功能，可在充電前對系統自身進行自檢，檢測當前狀態條件是否符合充電要求，從而不斷完善電量計算、統計。同時，要求對電池組和電池單元運行狀態進行動態監控，精確測量電池的剩余電量，達到延長其使用壽命、降低運行成本的目的，保證系統工作在最佳狀態，進一步提高系統的可靠性。

4 結束語

新時代背景下，新能源電動車將成為我國汽車的主要發展方向，如今電動汽車已經逐漸走向了成熟，但這也對電動車充電站配套設施發展提出了新的要求。新能源電動車光伏充電站在發展過程中離不開國家相關政策的支持，大力發展光伏發電技術，有助于推動光伏電動車的進一步發展。