新能源光伏汽车充电站发展现状与分析

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摘　要：现今我国发展以纯电动车为主的新能源汽车的产业政策路径日益清晰，这预示着电动车充电桩等配套实施将迎来市场挑战，并给相关汽车企业带来投资机遇。结合现有市电电网供电的光伏汽车充电站不但可以利用现有电网供电，而且还可以利用取之不竭，用之不尽的太阳能资源发电，将对可再生能源利用及改善环境污染问题做出重要贡献。文章参考国内外电动车光伏充电桩发展情况及相关技术文献，对现有市场新能源电动车光伏充电站进行分析与研究。

关键词：新能源，光伏充电站，电动车，充电桩

　　1 概述

　　随着能源危机与全球变暖等问题正引起越来越多的关注，新能源汽车已经成为各大汽车生产商攻坚的重点。同时也成为全球汽车工业的发展方向，纯电动车以其绿色环保、节能和经济性等优点，在环保和节能上具有不可比拟的优势，它是解决人类巨大能源和环境压力的有效途径。因此，电动汽车是21世纪汽车的发展方向[1]。充电桩与新能源电动车紧密联系，由于充电桩配套设施建设跟不上，消费者购买力下降。传统汽车靠加油站来支撑，纯电动车则靠充电站来支撑。在这样的背景下，能否科学合理地加快停车场、居民活动集中区等公共场所建立与新能源电动车配套的公用光伏充电设施成为当务之急。

　　2 国内外电动车光伏充电桩发展现状

　　2.1 国外电动车光伏充电站发展现状

　　2013年11月13日，美国太阳能遮阴停车场设计师兼制造商Envision Solar International宣布位于圣地亚哥国际机场的EV ARC电动车充电站部署实验获得成功。EV ARC电动车充电站在美国发明、设计及制造而成，是世界首个全自动、可移动的独立光伏发电充电站，无需地基挖坑，亦可免除建设审批与并入电网。此外，EV ARC适合安装于一块标准的停车位内，日光伏发电量约为16千瓦时，可存储于一个22千瓦时的车载电池储能装置之中。

　　该光伏系统还配备EnvisionTrak--一种专有的跟踪系统。该跟踪系统不仅可令太阳能列阵跟踪太阳光线，而且相比于传统固定式列阵发电量提升18%至25%[2]。

　　2.2 国内电动车光伏充电站发展现状

　　2015年10月21日，北京市最大的光伏超级充电站破土动工，该充电站位于石景山区内，预计将于年底建成投入使用，建成后也是石景山区首个光伏超级充电站，北京继华贸中心充电站之后的最大光伏充电站，将为北京西部的新能源车充电问题提供一大支撑。整个充电站的能源提供将全部由太阳能完成，将建成50根充电桩，具备每天为80辆电动车充电的能力。据介绍，该光伏充电站的兼容性非常强，对于目前市面上主流的国产、日系和欧美的三大车系电动车，都可以在这个充电站内进行充电。除了充电的主要功能之外，该充电站还具备立体停车的功能，预计可以停放30辆车[3]。

　　3 新能源电动车充电站市场发展趋势

　　在能源和环保的压力下，新能源电动汽车无疑将成为未来汽车的主要发展方向。“十二五”期间，我国新能源汽车将正式迈入产业化发展阶段：2011-2015年开始进入产业化阶段，在全社会推广新能源城市客车、混合动力轿车、小型电动车。“十三五”期间即2016-2020年，我国将进一步普及新能源汽车、多能源混合动力车，插电式电动轿车，氢燃料电池轿车将逐步进入普通家庭[4]。

　　受新能源电动车的快速发展，充电桩和充电站等配套设施，也会迎来快速发展。2010至2013年，中国充电站保有量从90座快速增长至618座，年复合增长率达89.6%，充电桩数量也从1129个增长至22628个，年复合增长率高达181.8%。充电设施建设是新能源汽车示范推广的关键环节之一，受益于新能源汽车应用的快速增长，我国新能源汽车充电设施行业将面临巨大的发展空间。此前由于电动汽车规模较小，充电设施建设投资巨大，投资短期效益不明显，因此充电设施建设速度较慢。根据工信部数据，截至2014年底，我国共建设完成充电站823个、充电桩3.8万个，其中，国家电网公司建成充换电站818座，充电桩3.4万个，充电桩数量远远低于新能源汽车的销量增长。而2014年我国新能源汽车产销量已达9.39万辆，充电设施供需之间的矛盾日益突出。但在2015年，全国计划建成的充电站数量达到了2549个，而计划建成充电桩的数量更是达到了34万个，相比于14年，有了近20倍的增长[5]。

　　4 光伏充电站实现功能

　　充电站按照功能可以划分为四个子模块：光伏发电系统、配电系统、充电系统、电池调度系统、充电站监控系统。一个完整的充电站需要光伏发电区、配电室、中央监控室、充电区、更换电池区和电池维护间等六个部分组成。

　　（1）光伏发电系统是整个充电站重要组成部分，主要经太阳能电池方阵发电通过充电装置储存到蓄电池中或直接供给电动车充电使用，担负着能源的供给。（2）配电室为充电站提供所需的电源，不仅给充电桩提供电能，而且要满足照明、控制设备的用电需求，内部建有变配电所有设备、配电监控系统、相关的控制和补偿设备；（3）中央监控室用于监控整个充电站的运行情况，并完成管理情况的报表打印等。（4）充电区主要完成电池充电功能。（5）更换电池区是车辆更换电池的场所，需要配备电池更换设备，同时应建设用于存放备用电池的电池存储间。（6）电池重新配组、电池组均衡、电池组实际容量测试、电池故障的应急处理等工作都在电池维护间进行。

　　充电站给汽车充电一般分为三种方式：（1）普通充电，就是所谓的常规充电或慢速充电，这种充电模式，是用现在的交流插头插在车上，需要6至8个小时，或者3至6个小时，此种方式多为交流充电方式，外部提供220V或380V交流电源给电动汽车车载充电机，由车载充电机给动力蓄电池充电。一般小型纯电动汽车、可外接充电式混合动力电动汽车多采用此种方式，这种充电方式主要由充电桩来完成；（2）快速充电，充电的电流比较大，需要建设快速充电站，不要求把电池完全充满，只需满足继续行驶的需要，这种充电模式下，在30分钟至50分钟的时间里，只为电池充电60%至70%。这种充电方式主要由充电站内的充电桩来实现，为直流充电，地面充电桩直接输出直流电能给车载动力蓄电池充电，电动汽车只需提供充电及相关通信接口；（3）电池更换。充电桩的技术壁垒并不高，快充具有一定的技术难度。慢速充电利用低水平电流连续充电6-8小时，可利用晚上充电；快速充电利用高电流进行40分钟-3小时的快速充电，由于充电电流和电压较大，对于安全性和可靠性都有较高的要求。

　　5 新能源电动车光伏充电站技术难题

　　5.1 光伏发电不稳定性

　　就现有国内特斯拉建光伏充电站而言，从技术层面存在光伏方阵发电密度低、发电不稳定、发电效率低等缺点，这与现有比较成熟的火力发电是完全不同的。电动汽车充电需要高电压、大电流、大功率，一次性快充。这与目前太阳能光伏发电的特点有冲突。

　　根据系统测算，特斯拉充电站太阳能光伏方阵铺设面积约为260平方米，太阳能组件最高转化率为23.5%。以一个西部城市为例，全年光照辐射总量约2230千瓦时每平方米，则可利用的全年光照辐射总量约为2230×80%=1783千瓦时每平方米，那么以上特斯拉太阳能充电站每天可发电量约为（1180×150）÷365×20.5%=99.4千瓦时。因此，即使不考虑太阳能电池组件光电转换率在使用寿命期内逐年衰减的影响，离网运行的太阳能光伏充电站在理想条件下的发电量一天也仅够将3辆该车型电量增加60%。同时电动车太阳能光伏充电站发电量受天气的影响较明显，多云天气、大风下雨及雾霾天气更会大大降低发电量。此外，夜晚没有太阳光，根本无法发电，太阳能光伏充电站要想24小时使用根本无法实现。

　　5.2 蓄电池成本过高束缚充电站产业化

　　为了避免光伏发电诸多因素引起的不稳定性，利用蓄电池将多余的能量储存起来，作为太阳能光伏充电站后备能量或者夜间备用电能。对于建设企业来说，蓄电池采购成本过高，再加上蓄电池在使用寿命期内会随着使用环境和其他因素的影响而产生衰减，同时蓄电池平均使用寿命在3-5年内，如果好一点的蓄电池，寿命能长一点，但是成本则会增加，如果通过蓄电池来储存能源作为后备能量，从技术上是没有任何问题的。但目前利用蓄电池组建设光伏充电站的成本大概是普通电站的5倍，不仅如此，蓄电池组的使用寿命也比较短，现在质量过关、性能优异蓄电池寿命也仅有8年左右。就目前发展状况来看，只通过光伏电站为充电桩提供能量是远远不够的，还需市电电网的相互辅助，才能保证充电桩的正常运行，或者说离开市电电网，太阳能光伏充电站只是一个摆设，没有什么实质用处，只有与电网结合，才能保证充电桩运行的可靠性。

　　5.3 国内外新能源电动车充电桩标准脱轨

　　以特斯拉电动车为例，其充电标准与国内充电标准不一致。特斯拉太阳能超级充电站智能为其充电，而不能服务于国产电动车，且具有使用局限性。国家电网公司负责推广公共充电桩建设，而特斯拉电动车无法使用这些以国内标准充电桩，当然，通用的办法，就是让特斯拉的充电标准兼容国内的充电标准，这样就能实现特斯拉充电标准与国内标准一致，就不存在使用局限性。但长期以来，电动汽车行业标准都由西方国家掌握，导致产业发展比较被动，这也是造成国内电动车充电标准无法与国外电动车充电标准接轨的重要原因。

　　6 结束语

　　中国已明确指出：节能与新能源汽车代表未来汽车发展方向，已成为市场新的经济增长点和战略调整的制高点。国家也将不断出台相关标准及政策予以支持。但是太阳能光伏充电站数量有限的瓶颈逐渐显露出来，而这也构成了市场的潜在投资机会。同时由于电动车光伏充电站从技术层面上有一定局限性，这势必会阻碍电动车光伏充电站的发展。但也为电动车光伏充电站生产开发明确了研究方向。

　　参考文献：

　　[1]乔国艳.电动汽车电池管理系统的研究与设计[D].湖南：武汉理工大学，2006.

　　[2]Envision Solar部署全球首个全自动移动电动汽车光伏充电站[EB/OL].http：//www.solarzoom.com/article-40544-1.html.光伏太阳能网，2013-11-18.

　　[3]北京建最大电动车“停车场”[EB/OL].http：//epaper.ynet.com/html/2015-10/21/content_160254.htm？div=0.北京青年报电子版，2015-10-21.

　　[4]李燕.新能源汽车发展趋势研究与探讨[J].南宁职业技术学院学报，2012（3）：93-96.

　　[5]2015年中国充电桩行业发展现状分析[EB/OL].http：//www.chyxx.com/industry/201510/349123.html.中国产业信息，2015-10-14.

作　　者：

出　　处：《科技创新与应用》2016年第02期