光伏储能系统在直流快速充电站中的应用

2024-06-10谢赢朋

通信电源技术 2024年5期

谢赢朋

（浙江武义电气安装工程有限公司，浙江金华 321100）

0 引言

目前，直流快速充电站作为电动汽车最主要的充电方式，其输出功率较小，充电时间过长，导致用户充电不便、排队等待充电的情况普遍存在，严重影响了用户的使用体验。为全面提高充电效率，需在直流快速充电站建设中引入光伏储能系统。降低充电基础设施的运营成本，

1 光伏储能系统的工作原理

太阳能作为一种可再生能源，可以通过光伏储能系统进行再次利用。光伏储能系统通过光伏电池板将太阳能转化为电能[1]。光伏电池板由多个光伏电池组成，且这部分电池大多由半导体材料（硅）制成。一旦光线照射到光伏电池上，光子与材料中存在的电子就会发生相互作用，进而促使电子获得对应的能量，跃迁到导体带，并持续产生一定的电流，从而使光能转化为电能。

由于太阳属于间歇性能源，只有在白天阳光充足的时候才能产生电能。为实现能源的持续供应，光伏储能系统需储存白天产生的多余电能，以备晚上或阴天的使用。其中，常见储能方式是通过电池组储存能量，将电能进行化学反应转化为化学能，并在需要时再将化学能转化为电能输出，常用电池组为铅酸、锂离子电池等。这些电池组大多具备长寿命和低自放电率等优势，能满足光伏储能系统的多样化需求。

逆变器是一种调整电能的频率、电压和波形的装置。光伏储能系统可以通过逆变器将直流电能转化为交流电能，从而将储存的电能输出到电网中或直接供应给用户使用，满足家庭、工业或公共领域的用电需求。另外，在电网供电不稳定或断电的情况下，通过逆变器将储存电能提供给用户，以保证用电的连续性和可靠性。

2 光伏储能系统在直流快速充电站中的实践应用

2.1 为直流快速充电站提供稳定的电能供应

在直流快速充电站中应用光伏储能系统可以存储更多的太阳能，在光照不足情况下，保证充电桩可以稳定地供应电能，进一步降低对电网的过度依赖，并推动可持续发展和提高能源利用效率。光伏储能系统利用太阳能电池板将太阳光转化为直流快速充电站对应的直流电能，并利用逆变器将剩余的直流电能转换为交流电能，进而储存于电池组，在光照不足的情况下为直流快速充电站提供电能，从而储存和利用多余的太阳能电能[2]。另外，光伏储能系统将储存电能供应给直流快速充电站，实现稳定的直流电能输出，从而确保在在无光照或光照较弱的时段充电站依然能够进行快速充电，改善用户的使用体验，为直流快速充电站提供稳定可靠的电力支持。直流快速充电站利用光伏储能系统将太阳能及时转化为电能，并储存，无须依赖传统的燃煤、燃油等发电方式，从而减少对电网的依赖，降低电网负荷，落实绿色、可持续能源供应的发展。

2.2 优化充电过程并提高充电效率

随着电动汽车的广泛应用，直流快速充电站的需求日益增长，传统的充电方式存在能量损耗大、充电效率低的问题。因此，需要将光伏储能系统引入直流快速充电站，并在智能充电管理系统优化控制下，实现能源的优化调度和管理，持续提高直流快速充电站充电效率。

智能充电管理系统的引入是直流快速充电站充电过程优化和完善的基础。该系统可以全面监控直流快速充电站负荷、能量输入和车辆需求等关键参数，并以此为基础进行智能调度，提高充电效率和减少能量损耗。该过程中，可以通过精确掌握充电站的负荷情况和电能需求，将光伏储能系统的输出功率与负荷需求相匹配，从而最大限度地利用可再生能源供电，降低利用传统电能的比例。此外，智能充电管理系统可以通过分析不同车辆的电池状态、充电速度和充电需求，合理地分配资源，缩短充电时间，提高充电效率。例如：对于电量较低的车辆，智能充电管理系统可调整充电优先级，使其尽快充电，以满足用户的迫切需求；对于电量充足的车辆，智能充电管理系统可适当降低充电功率，以减少能量损耗。

2.3 输送多余的电能并落实电力双向流动目标

在直流快速充电站中，光伏储能系统的应用可以实现两个重要功能。

一方面，在充电站不是高峰期的状况下，光伏储能系统需借助太阳能产生和存储更多的电能，并将其输送到电网，避免电能浪费，为电网提供额外的电力资源，减轻电网的负荷压力[3]。

另一方面，在电网负载高峰期，由于人们的用电需求增加，电网也需提供更多的电力。该环节中，光伏储能系统需释放存储电能，为电网提供额外的电力，从而缓解电网的压力，保证电力供应的稳定性。同时，除直接应用在充电站中，光伏储能系统还可以与其他能源系统相结合，形成微电网系统。其中，微电网系统通过将光伏储能系统、风能系统、电池储能系统等不同形式的可再生能源系统相结合，实现能源的互补和平衡。

3 光伏储能系统在充电基础设施发展中的促进作用

在电动汽车全面普及和可再生能源逐步减少的趋势下，充电基础设施技术的发展极为重要。在这一进程中，光伏储能系统利用太阳能进行发电，并储存多余的电能，为充电基础设施提供可靠、清洁、持续的能源。光伏储能系统在充电基础设施发展中的促进作用具体表现在4 个方面。

一是提供可靠的电力来源，传统能源供应系统经常受到供电不稳定的影响，而光伏储能系统则可以利用太阳能为充电基础设施提供稳定、可靠的电力。无论是在城市还是偏远地区，光伏储能系统都能为充电基础设施提供足够的电力能源，满足电动汽车的正常充电需求。

二是降低传统能源过度依赖，传统能源生产方式不仅会造成一定的环境污染，还会导致有限的资源逐渐枯竭，而合理地使用光伏储能系统，可以有效减少对传统能源的依赖，使得充电基础设施更加环保和可持续。同时，通过自产自用的光伏能源，充电基础设施可以更加独立和灵活地运行，减少对外部能源供应的依赖[4]。

三是促进社会经济发展，建设光伏储能系统将带动新能源产业的发展，创造就业机会，提高就业率，同时使用光伏储能系统的充电基础设施也能吸引更多的投资和游客，推动当地旅游业和商业发展。光伏储能系统的推广和应用，将为社会经济的可持续发展带来巨大的推动力。

四是加速能源转型和减少碳排放，光伏储能系统利用可再生的太阳能为直流快速充电站提供持续的清洁能源，对环境友好。通过大规模应用光伏储能系统，可以持续减少对传统能源的依赖，降低碳排放，实现能源绿色转型。

4 光伏储能系统在直流快速充电站中的挑战与展望

光伏储能系统作为一种清洁能源解决方案，广泛应用于直流快速充电站。虽然光伏储能系统具有能源可再生、零排放等优势，但是在直流快速充电站中仍面临着一些挑战。

4.1 系统成本

目前，光伏储能系统由光伏发电设备、储能设备和逆变器等组成，生产成本较高。同时，光伏储能系统存在电池寿命和容量限制等问题。随着技术的发展和成本的降低，光伏储能系统的成本有望逐渐降低，从而更具吸引力。

4.2 系统稳定性

受到天气条件的影响，光伏储能系统输出功率存在波动。而直流快速充电站对稳定的电源供应要求很高，需要光伏储能系统具备强大的电能储存能力和输出稳定性，因此需要采用合适的控制策略和优化调度算法，以确保光伏储能系统能够稳定地为快速充电站供电[5]。

4.3 技术成熟度

对于光伏储能系统而言，在实际应用中面临着一些技术问题和不确定性。例如，光伏发电设备的效率仍有提升的空间，储能设备的寿命和稳定性还需要进一步改善。因此，需要加大研发力度，优化光伏储能系统，以提升其在直流快速充电站中的可靠性。

4.4 光伏储能系统在直流快速充电站中的展望

光伏储能系统在直流快速充电站中仍具有一定的发展前景，主要内容如下：第一，随着光伏发电技术的不断进步，其效率和输出功率可以进一步提高，从而增强光伏储能系统的电能供应能力；第二，随着电池技术的发展和成本的降低，提升储能设备的性能和可靠性，越来越多的充电站采用光伏储能系统，为电动汽车的普及和可持续发展提供支撑；第三，随着智能电网和能源互联网的建设，光伏储能系统可以更好地与电网进行协调和交互，实现能源优化[6]。

未来，需关注光伏储能系统的研发和推广，进而全面增强其能源转换效率和储存能力，推动光伏储能系统与电网的互联互通，实现能源的有效调度和优化利用。同时，合理地制定相关政策和标准，实现光伏储能系统在直流快速充电站中持续推广和实践应用。将人工智能技术合理地应用于光伏储能系统，进而实时监测电池组和光伏板的运行状况，且第一时间发现并处理相关的潜在问题，借此持续降低故障率，保障充电站的正常运行。此外，结合人工智能技术，光伏储能系统可以实现智能化能源管理，并在电力需求高峰时段实现最佳储能和释放，有效平衡电网负荷，提高能源利用效率，且人工智能可以通过学习算法预测用户充电需求，进而提前调配储能电量，确保用户能够随时获得高效快速充电服务，或者根据用户的充电偏好和行为模式进行个性化调整，提供更便捷、高效的充电服务。在此期间，用户可以通过手机App 等方式实时监控充电状态，预约直流快速充电站，享受智能充电带来的便利。