新能源电动车光伏充电站发展研究

胡振文，芦 浩，韦胜喜

国网浙江淳安县供电有限公司，浙江 杭州 310000

0 引言

为了避免能源枯竭，需要寻找新型可再生能源替代原有的不可再生能源，因此光伏电能发电应运而生。随着我国社会经济的快速发展，传统燃油私家车的数量正逐渐增多，随之而来的是石油能源消耗量的逐渐增大，因此我国将汽车开发的关注点放到了新能源上，各类新能源电动车应运而生。

目前，电动车包括电动自行车、电动汽车、电动公交车等，纯电动车有绿色环保、节能、经济性等优点，充电工作基本由使用者解决，借助充电站完成能源补充。电动汽车是21世纪汽车的主要发展方向，新能源电动车已经成为各大汽车生产商攻坚的重点。目前，新能源电动车在我国仍然无法普及个人光伏充电，且外接电线存在极大的安全隐患，因此必须对新能源电动车充电站加大关注力度，推动电动车的普及和发展[1]。

在未来，电动车将是人们出行的主要工具之一，而光伏充电站与新能源电动车紧密联系。为了推动该行业的发展，我国出台了一系列的政策为其提供保障，在此背景下必须加快配套设施建设，包括停车场、超市等公共场所，从而提高充电站的服务质量。新能源电动车充电站是带动电动车发展的一个关键点，需采用科学的手段在电动汽车的停靠区域设置充电设施，为后续行业发展带来更大的发展空间。

1 新能源电动车光伏充电站发展现状及趋势

1.1 国内外发展现状

（1）国外光伏充电站发展现状。2013年美国Envision Solar International宣布太阳能电动充电站试验获得成功，日光伏发电量约为16 kW·h，是世界首个全自动、可移动的发电充电站。该光伏系统还配备Envision Trak，储于车载电池储能装置中，且在2014年已将电量储存从原有的18%提高至25%。

（2）国内光伏充电站发展现状。2015年北京建立了光伏超级充电站，该光伏充电站的兼容性非常强，整个充电站的能源提供全部由太阳能完成，共计建成50根充电桩，且在当年年底建成投入使用，为后续新能源车充电问题提供了支撑。如今，我国单一的光伏发电站每天可以为80辆电动车充电，主流车型都可以在此进行能源补充，且充电站还具备立体停车的功能[2]。

1.2 充电站市场发展趋势

在环保压力下，新能源技术的应用逐渐成为主流发展方向，如今我国新能源电动车将正式迈入产业化发展阶段，混合动力轿车、小型电动车、新电动公交车等不断增多。为了避免出现能源枯竭的情况，我国还需进一步普及新能源电动车、多能源混合动力车，因此光伏电能发电拥有广阔的市场前景，充电桩、充电站等配套设施也迎来快速发展时期。2017—2020年中国光伏充电站保有量从90座快速增长至618座，年复合增长率达181.8%。受益于新能源电动车应用的快速增长，充电设施建设速度较快，截至2020年底，我国共建设完成充电站5 894座，但充电桩保有量远低于新能源电动车的销量增长。

2 新能源电动车光伏充电站的技术难题

2.1 光伏发电不稳定性

光伏发电在我国的发展时间较短，目前存在的技术问题还较多，在优化中需要对此加大关注力度。电动汽车充电时需要较高的电压和电流，特点是需要长时间蓄电，但是天气因素、环境因素等都会对光伏充电站的蓄电产生的影响，最终导致出现光伏发电不稳定的现象，需予以解决[3]。

2.2 成本过高束缚产业发展

光伏充电站需要储存后备能量，但其蓄电池采购成本过高，会由于使用环境和其他因素的影响而产生衰减，如果通过蓄电池来储存能源，则蓄电池组建设成本会增加5倍，但蓄电池的使用寿命约为8年，严重阻碍了行业的发展。光伏电站可以为充电桩提供能源，但与电网结合需保证充电桩运行的可靠性。

2.3 电动车充电桩标准脱轨

电动汽车行业标准目前都由西方国家掌握，由于我国起步比较晚，制约了我国充电站的发展，导致充电桩与标准脱轨。结合CCS标准，要求电气插座可以允许电动车慢充和快充，能够囊括绝大部分甚至是全部电动车品牌，但我国现今部分区域的充电桩无法满足该要求，且无法与Mennekes类型兼容，导致充电时间远慢于加油时间，因此未来行业优化需要从标准化建设方面入手。

3 新能源电动车光伏充电站的发展策略

3.1 纯太阳能供电系统

为了解决能源紧张等问题，太阳能资源被开发利用，其作为可再生的清洁环保能源，符合我国绿色发展建设的需求，因此需积极探索及应用纯太阳能供电系统。目前，电动车充电站大多是通过电网供电，但是为了响应国家低碳节能的号召，需要通过光伏电板对此进行完善和优化。纯太阳能供电系统中储能单元的设置非常重要，但光伏发电站初期的拥有量较少，而电力网络由国家电网专营，供电变压系统需要搭建专用光伏转换电网，保证系统运行的安全性和稳定性。

3.2 电网补充太阳能充电

储能式太阳能电动车充电站能够划分多个储能单元，可采用太阳能发电直接并入电网，避免影响系统安全。大量电动车需快速充电时，强大的电流可以对其他范围电能造成干扰，为了保证充电站运行的稳定性，需要联合国家电网补充能源，根据实际需求自动在电网低谷时接通电网储存电能，在太阳能发电不足时启用混合供电，通过电网补充太阳能充电，避免影响电网的正常工作。国家补充电网光伏充电站如图1所示。

图1 国家补充电网光伏充电站

3.3 太阳能系统配置优化

太阳能充电站系统是一个独立单元，需经过大量数据、算法和实践结果配制出最优的太阳能充电系统，在国家电网用电高峰时段反向供电。同时，需明确每个电站可以给多少台车充电，当有电动车负载需充电时，利用蓄电池给电动车补充电量；且系统可在电网低谷时接通电网储存电能；利用储能电站的优势达到太阳能发电及充电要求。

3.4 充电柱智能控制器

采用光伏蓄电池新储能技术，可以为不同电压等级的电动车充电，并避免对其电池造成损害。充电柱智能控制具体策略如下：

（1）在优化中需要由蓄电池输出的直流电直接给电动车充电，系统提供交流充电接口，通过直流—交流—直流电压变换避免产生损耗；

（2）通过蓄电池储存电能，切换管理系统接通电网储存电能，并在电子显示屏上进行显示，对太阳电池板的电压、电流进行实时监控；

（3）总监控系统中，对太阳能充电站电量进行统计，以此为太阳能电站稳定运行提供基础数据，保证运行的稳定性。

3.5 电站监控系统

近年来，国家和政府不断出台新的政策推动我国新能源电动车的发展，电站监控系统也在不断优化，通过微电脑技术、检测技术等进行改善。该系统集成于智能控制器中，本地测量模块具有过压、欠压、温度、漏电报警及保护功能，可在充电前对系统自身进行自检，检测当前状态条件是否符合充电要求，从而不断完善电量计算、统计。同时，要求对电池组和电池单元运行状态进行动态监控，精确测量电池的剩余电量，达到延长其使用寿命、降低运行成本的目的，保证系统工作在最佳状态，进一步提高系统的可靠性。

4 结束语

新时代背景下，新能源电动车将成为我国汽车的主要发展方向，如今电动汽车已经逐渐走向了成熟，但这也对电动车充电站配套设施发展提出了新的要求。新能源电动车光伏充电站在发展过程中离不开国家相关政策的支持，大力发展光伏发电技术，有助于推动光伏电动车的进一步发展。