電動汽車光伏充電樁相關問題探究范文

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《汽車工藝師》2018年第3期

［摘要］文章探討了我國光伏產業和新能源電動汽車充電樁(站)行業市場現狀及在國家相關政策推動下的發展趨勢，分析了獨立光伏充電樁(站)和并網光伏充電樁(站)的構成及各自特點，結合自身的實踐可知，光伏充電樁(站)在應對能源危機和環境污染中意義重大，條件允許應優先建設。

［關鍵詞］電動汽車;光伏充電樁;光伏發電;新能源

1光伏產業發展現狀

現代社會，能源危機和環境污染問題日益突出。人們因此將目光逐漸投向清潔無污染的可再生能源。太陽光有著取之不盡、用之不竭、存在廣泛等許多優點，是新能源利用研究的熱點。光伏電池基于光生伏特效應進行工作。由太陽光的光量子與材料相互作用而產生電勢，從而把光的能量轉換成電能，此種進行能量轉化的光電元件稱為太陽電池，也可稱之為光伏電池。［1］光伏電池按材料包括:晶硅電池(含多晶硅和單晶硅兩類)，硅基薄膜電池，多元化合物薄膜電池，染料敏化納米晶電池，有機聚合物電池行等。目前晶硅電池在市場上占主流地位。目前，多晶硅組件效率的市場準入門檻為16%:156×156規格多晶硅60片，相當于組件功率265W;單晶硅組件效率的市場準入門檻為16.8%:156×156規格多晶硅60片，相當于組件功率275W。單晶硅比多晶硅光電轉效率要稍高一些，但價格高出不少，性價比上單晶硅并不占優勢，因此市場上多晶硅應用要比單晶硅多。目前產業化的硅電池組件效率可達20%，但硅電池的理論光電轉換效率為29.8%，［2］技術上還有不少的提升空間。光伏電池既不是恒壓源也不是恒流源，從其工作特性上可以看出在一定的光照和溫度下其有且只有一個最大功率輸出點。由于目前光伏成本都不低，如何讓光伏電池在不同的光照和溫度下始終都工作在其最大功率點上以降低系統成本是光伏系統都要解決的問題。這就是所謂的最大功率點跟蹤(MPPT)。我國是全球光伏制造業的巨人。2007年我國成為光伏電池產量最多的國家，但當時主要是出口居多;隨著市場需求的推進和相關政策支持，2013年中國光伏裝機總量超越美國成為全球第一大光伏裝機市場，至此中國不僅光伏組件產量世界第一，光伏裝機總量也為世界第一，這種狀態一直持續至今，預計今后一段時間內這種狀況都將持續下去。光伏行業技術進步明顯，系統效率不斷提升的同時，系統成本持續下降行業預計2020年將實現用電側平價上網，2025年將實現發電側平價上網，光伏發電將分階段逐步取消補貼。截至2017年12月，我國光伏累計裝機已超過120GW。2017年7月19日，國家能源局“可再生能源發展‘十三五’規劃實施的指導意見”中指出:2017—2020年光伏電站新增規劃裝機(包括32GW領跑者計劃)86.5GW，分布式光伏新裝機共60GW，另外不限規模7省市將新增10GW，戶用和村級扶貧將新增15GW。由此可見我國光伏產業在經歷了快速發展和短暫的低谷期后，在市場和政策的驅動下會迎來一段健康發展之路。

2電動汽車與充電樁

隨著我國社會發展和人們生活水平的提高，汽車產銷量連續幾年世界第一，機動車保有量快速增長。機動車在給人們提供便利的同時，加速了石化能源的消耗，加重了環境污染。電動新能源汽車以電代油，可以實現零排放，在世界范圍內得到廣泛發展。我國也出臺了許多新能源電動汽車的扶持政策，最直觀的感受便是購車補貼、購置稅優惠、免費優先上牌等。2015年3月，國務院辦公廳頒布的《電動汽車充電基礎設施建設規劃》中指出，到2020年我國要實現500萬輛新能源汽車發展目標，充換電站數量達到1.2萬個，充電樁達到480萬個。根據相關指導意見中，建設時“樁站先行”，新建住宅配建停車位應100%建設充電設施或預留建設安裝條件，大型公共建筑物配建停車場、社會公共停車場建設充電設施或預留建設安裝條件的車位比例不低于10%，每2000輛電動汽車至少配套建設一座公共充電站。可以預見，電動汽車充電設施今后一段時間內將繼續快速發展。電動汽車充電從充電方式上來說有快充、慢充、無線充電、換電四種方式。快充，充電功率大，充電電流大，充電時間短，充電時間一般為20分鐘到2小時;慢充與快充對應，充電時間一般為5～10小時;無線充電為非接觸式充電，隨著技術的發展目前已從實驗室到示范應用階段，但充電效率偏低，目前市場上很少見;換電方式是直接用充滿電的電池更換電能耗得差不多的電池，速度很快，但只適用于汽車電池型號相同且汽車歸屬同一個法人的對象，例如公交公司或汽車租賃公司。電動汽車充電樁分為交流充電樁和直流充電樁兩類。交流充電樁提供交流電，依賴車載充電系統對電池充電，常見功率有3.3kW(適合家用)、7kW、22kW等，功率都相對比較小，屬于慢充。直流充電樁提供直流電，直接對蓄電池充電，但要與車載BMS系統匹配。直流充電功率通常很大，如45kW、60kW、120kW、150kW等，絕大部分都屬于快充，但也有功率相對較小的直流慢充。充電設施將由快充和換電逐漸向慢充為主、快充為輔的方向發展。

3光伏充電樁(站)建設相關問題

一方面，電動新能源汽車存在續航里程短、充電速度慢、充電不方便等許多缺點。電動汽車充電等相關基礎設施的建設與完善與電動汽車的推廣普及相互促進，也可以說在某種程度上決定著電動汽車的推廣普及。另一方面目前我國一次電力供應中大概有80%來自火力發電，從能源源頭來說，使用電動汽車節能環保的優點體現不出來。［3］因此使用新能源特別是光伏充電樁越來越受重視。光伏充電樁(站)是利用光照條件允許的現有停車場地建設光伏車棚，利用光伏車棚發的電為電動汽車充電。光伏車棚既不再占用土地資源，而且還能為停入的汽車遮風擋雨。光伏充電樁(站)分為獨立光伏充電樁(站)和并網光伏充電樁(站)兩種。獨立光伏充電樁(站)不與國家電網相連，是由光伏車棚發出來的，通常要配置儲能系統。白天光線好時發電直接對電動汽車充電或直接給儲能系統充電，光線稍差光伏電池功率不足時儲能能系統和光伏電池可同時對電動汽車充電，光線很差時由儲能系統對電動汽車充電。例如安裝3.3kW晶硅電池，按一天光照10小時計算，配以3.3kW直流充電樁即可滿足一輛電動汽車實行慢充充電。考慮一定裕量，系統配以20kWh儲能電池(滿足兩輛車充電的能量)。如果停車場場地足夠大，就可建快充充電樁，也可以同時配置快充和慢充充電樁。光伏電池、儲能系統電池和電動汽車電池都是直流電，工作時只需一次DC/DC變換即可，易于匹配，一次變換系統效率高，這是獨立光伏充電樁(站)的優點，但獨立光伏充電樁存在連續陰雨天無法為電動汽車提供足夠充電電能和晴好天氣時儲能電池充滿電而導致光伏電池發電浪費的情況。并網光伏充電樁接入電網，可以避免獨立電站存在的不足。但并網光伏充電樁(站)需要配以雙向逆變器。光伏電池發電功率大于電動汽車充電所需或沒有電動汽車來充電時，雙向逆變器將光伏電池的直流電變成和電網同頻率的交流電，將多余的功率送給電網，賣電給電網;光線差，光伏電池發電功率不能滿足電動汽車充電需求時，雙向逆變器將電網交流電變成直流電，和光伏電池一道對電動汽車充電。［4］并網光伏充電樁(站)可隨時隨地給電動汽車充電，且不會浪費光伏電池功率，但系統復雜。并網光伏充電樁(站)可以配儲能系統也可以不配儲能系統。配了儲能系統的光伏電站可在一定程度上起到對電網“削峰填谷”的作用。江蘇省光伏發電工程技術研究開發中心在蘇州市職業大學建成了示范研究性的獨立光伏充電樁。系統配置如下:6.6kW單晶硅太陽能電池，3.3kW直流充電樁一個，6.6kW/3.3kW(兩種功率可切換)充電樁一個，充電樁都帶有MPPT功能，儲能系統總容量40kWh。為解決光伏電池存在功率浪費的問題，系統后來又增加了電動自行車充電裝置，條件允許下開放為電動自行車提供充電服務。目前光伏充電樁運行良好。

4結論

電動汽車光伏充電樁(站)建設是光伏發電和新能源電動汽車的結合點，實現清潔可再生的光伏發電的同時還可促進新能源電動汽車的普及，應對能源危機和環境污染中意義重大。在光照條件允許的停車場特別電力供應緊張的地區可優先考慮建設。

參考文獻:

［1］成志秀，王曉麗.太陽能光伏電池綜述［J］．信息記錄材料，2007，8(2):41－47.

［3］洪亮.電動汽車并網光伏充電站的研制［J］．西藏科技，2016(10):70－73．

［4］張波，梁凡.車載逆變電源的研究與設計［J］．中國市場，2015(45):71-72.

作者：張波1，2；汪義旺1，2 單位：1.蘇州市職業大學，2.江蘇省光伏發電工程技術研究開發中心