光伏儲能系統在直流快速充電站中的應用

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汽車最主要的充電方式，其輸出功率較小，充電時間過長，導致用戶充電不便、排隊等待充電的情況普遍存在，嚴重影響了用戶的使用體驗。為全面提高充電效率，需在直流快速充電站建設中引入光伏儲能系統。降低充電基礎設施的運營成本，

1 光伏儲能系統的工作原理

太陽能作為一種可再生能源，可以通過光伏儲能系統進行再次利用。光伏儲能系統通過光伏電池板將太陽能轉化為電能[1]。光伏電池板由多個光伏電池組成，且這部分電池大多由半導體材料（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發生相互作用，進而促使電子獲得對應的能量，躍遷到導體帶，并持續產生一定的電流，從而使光能轉化為電能。

由于太陽屬于間歇性能源，只有在白天陽光充足的時候才能產生電能。為實現能源的持續供應，光伏儲能系統需儲存白天產生的多余電能，以備晚上或陰天的使用。其中，常見儲能方式是通過電池組儲存能量，將電能進行化學反應轉化為化學能，并在需要時再將化學能轉化為電能輸出，常用電池組為鉛酸、鋰離子電池等。這些電池組大多具備長壽命和低自放電率等優勢，能滿足光伏儲能系統的多樣化需求。

逆變器是一種調整電能的頻率、電壓和波形的裝置。光伏儲能系統可以通過逆變器將直流電能轉化為交流電能，從而將儲存的電能輸出到電網中或直接供應給用戶使用，滿足家庭、工業或公共領域的用電需求。另外，在電網供電不穩定或斷電的情況下，通過逆變器將儲存電能提供給用戶，以保證用電的連續性和可靠性。

2 光伏儲能系統在直流快速充電站中的實踐應用

2.1 為直流快速充電站提供穩定的電能供應

在直流快速充電站中應用光伏儲能系統可以存儲更多的太陽能，在光照不足情況下，保證充電樁可以穩定地供應電能，進一步降低對電網的過度依賴，并推動可持續發展和提高能源利用效率。光伏儲能系統利用太陽能電池板將太陽光轉化為直流快速充電站對應的直流電能，并利用逆變器將剩余的直流電能轉換為交流電能，進而儲存于電池組，在光照不足的情況下為直流快速充電站提供電能，從而儲存和利用多余的太陽能電能[2]。另外，光伏儲能系統將儲存電能供應給直流快速充電站，實現穩定的直流電能輸出，從而確保在在無光照或光照較弱的時段充電站依然能夠進行快速充電，改善用戶的使用體驗，為直流快速充電站提供穩定可靠的電力支持。直流快速充電站利用光伏儲能系統將太陽能及時轉化為電能，并儲存，無須依賴傳統的燃煤、燃油等發電方式，從而減少對電網的依賴，降低電網負荷，落實綠色、可持續能源供應的發展。

2.2 優化充電過程并提高充電效率

隨著電動汽車的廣泛應用，直流快速充電站的需求日益增長，傳統的充電方式存在能量損耗大、充電效率低的問題。因此，需要將光伏儲能系統引入直流快速充電站，并在智能充電管理系統優化控制下，實現能源的優化調度和管理，持續提高直流快速充電站充電效率。

智能充電管理系統的引入是直流快速充電站充電過程優化和完善的基礎。該系統可以全面監控直流快速充電站負荷、能量輸入和車輛需求等關鍵參數，并以此為基礎進行智能調度，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荷情況和電能需求，將光伏儲能系統的輸出功率與負荷需求相匹配，從而最大限度地利用可再生能源供電，降低利用傳統電能的比例。此外，智能充電管理系統可以通過分析不同車輛的電池狀態、充電速度和充電需求，合理地分配資源，縮短充電時間，提高充電效率。例如：對于電量較低的車輛，智能充電管理系統可調整充電優先級，使其盡快充電，以滿足用戶的迫切需求；對于電量充足的車輛，智能充電管理系統可適當降低充電功率，以減少能量損耗。

2.3 輸送多余的電能并落實電力雙向流動目標

在直流快速充電站中，光伏儲能系統的應用可以實現兩個重要功能。

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

另一方面，在電網負載高峰期，由于人們的用電需求增加，電網也需提供更多的電力。該環節中，光伏儲能系統需釋放存儲電能，為電網提供額外的電力，從而緩解電網的壓力，保證電力供應的穩定性。同時，除直接應用在充電站中，光伏儲能系統還可以與其他能源系統相結合，形成微電網系統。其中，微電網系統通過將光伏儲能系統、風能系統、電池儲能系統等不同形式的可再生能源系統相結合，實現能源的互補和平衡。

3 光伏儲能系統在充電基礎設施發展中的促進作用

在電動汽車全面普及和可再生能源逐步減少的趨勢下，充電基礎設施技術的發展極為重要。在這一進程中，光伏儲能系統利用太陽能進行發電，并儲存多余的電能，為充電基礎設施提供可靠、清潔、持續的能源。光伏儲能系統在充電基礎設施發展中的促進作用具體表現在4 個方面。

一是提供可靠的電力來源，傳統能源供應系統經常受到供電不穩定的影響，而光伏儲能系統則可以利用太陽能為充電基礎設施提供穩定、可靠的電力。無論是在城市還是偏遠地區，光伏儲能系統都能為充電基礎設施提供足夠的電力能源，滿足電動汽車的正常充電需求。

二是降低傳統能源過度依賴，傳統能源生產方式不僅會造成一定的環境污染，還會導致有限的資源逐漸枯竭，而合理地使用光伏儲能系統，可以有效減少對傳統能源的依賴，使得充電基礎設施更加環保和可持續。同時，通過自產自用的光伏能源，充電基礎設施可以更加獨立和靈活地運行，減少對外部能源供應的依賴[4]。

三是促進社會經濟發展，建設光伏儲能系統將帶動新能源產業的發展，創造就業機會，提高就業率，同時使用光伏儲能系統的充電基礎設施也能吸引更多的投資和游客，推動當地旅游業和商業發展。光伏儲能系統的推廣和應用，將為社會經濟的可持續發展帶來巨大的推動力。

四是加速能源轉型和減少碳排放，光伏儲能系統利用可再生的太陽能為直流快速充電站提供持續的清潔能源，對環境友好。通過大規模應用光伏儲能系統，可以持續減少對傳統能源的依賴，降低碳排放，實現能源綠色轉型。

4 光伏儲能系統在直流快速充電站中的挑戰與展望

光伏儲能系統作為一種清潔能源解決方案，廣泛應用于直流快速充電站。雖然光伏儲能系統具有能源可再生、零排放等優勢，但是在直流快速充電站中仍面臨著一些挑戰。

4.1 系統成本

目前，光伏儲能系統由光伏發電設備、儲能設備和逆變器等組成，生產成本較高。同時，光伏儲能系統存在電池壽命和容量限制等問題。隨著技術的發展和成本的降低，光伏儲能系統的成本有望逐漸降低，從而更具吸引力。

4.2 系統穩定性

受到天氣條件的影響，光伏儲能系統輸出功率存在波動。而直流快速充電站對穩定的電源供應要求很高，需要光伏儲能系統具備強大的電能儲存能力和輸出穩定性，因此需要采用合適的控制策略和優化調度算法，以確保光伏儲能系統能夠穩定地為快速充電站供電[5]。

4.3 技術成熟度

對于光伏儲能系統而言，在實際應用中面臨著一些技術問題和不確定性。例如，光伏發電設備的效率仍有提升的空間，儲能設備的壽命和穩定性還需要進一步改善。因此，需要加大研發力度，優化光伏儲能系統，以提升其在直流快速充電站中的可靠性。

4.4 光伏儲能系統在直流快速充電站中的展望

光伏儲能系統在直流快速充電站中仍具有一定的發展前景，主要內容如下：第一，隨著光伏發電技術的不斷進步，其效率和輸出功率可以進一步提高，從而增強光伏儲能系統的電能供應能力；第二，隨著電池技術的發展和成本的降低，提升儲能設備的性能和可靠性，越來越多的充電站采用光伏儲能系統，為電動汽車的普及和可持續發展提供支撐；第三，隨著智能電網和能源互聯網的建設，光伏儲能系統可以更好地與電網進行協調和交互，實現能源優化[6]。

未來，需關注光伏儲能系統的研發和推廣，進而全面增強其能源轉換效率和儲存能力，推動光伏儲能系統與電網的互聯互通，實現能源的有效調度和優化利用。同時，合理地制定相關政策和標準，實現光伏儲能系統在直流快速充電站中持續推廣和實踐應用。將人工智能技術合理地應用于光伏儲能系統，進而實時監測電池組和光伏板的運行狀況，且第一時間發現并處理相關的潛在問題，借此持續降低故障率，保障充電站的正常運行。此外，結合人工智能技術，光伏儲能系統可以實現智能化能源管理，并在電力需求高峰時段實現最佳儲能和釋放，有效平衡電網負荷，提高能源利用效率，且人工智能可以通過學習算法預測用戶充電需求，進而提前調配儲能電量，確保用戶能夠隨時獲得高效快速充電服務，或者根據用戶的充電偏好和行為模式進行個性化調整，提供更便捷、高效的充電服務。在此期間，用戶可以通過手機App 等方式實時監控充電狀態，預約直流快速充電站，享受智能充電帶來的便利。

5 結 論

在直流快速充電站中應用光伏儲能系統，能有效地解決目前充電樁存在的不良問題，并持續提高充電效率，降低運營成本，進一步推動電動汽車產業的快速發展。同時，應積極完善相應的光伏儲能技術，推動直流快速充電站的智能化、綠色化和高效化發展，為推動清潔能源發展和建設智能城市做出積極貢獻。