探討光伏儲能系統(tǒng)在直流快速充電站中的應(yīng)用

安科瑞 陳聰

【摘要】：光伏儲能系統(tǒng)是一種將太陽能轉(zhuǎn)化為電能并存儲起來的技術(shù)，在直流快速充電站中有著廣闊的應(yīng)用前景。主要論述光伏儲能系統(tǒng)工作原理和光伏儲能系統(tǒng)在直流快速充電站中的實(shí)踐應(yīng)用，探討光伏儲能系統(tǒng)在直流快速充電站中的挑戰(zhàn)，分析光伏儲能系統(tǒng)在直流快速充電站中的發(fā)展前景。研究表明，光伏儲能系統(tǒng)可以減輕電網(wǎng)負(fù)荷壓力，提高電能利用率，減少對化石燃料的依賴，而系統(tǒng)效率、儲能成本和環(huán)境適應(yīng)性是目前急需解決的問題，需要進(jìn)一步研究和技術(shù)革新。

【關(guān)鍵字】：光伏儲能系統(tǒng)；直流快速充電站；電動汽車

0引言

目前，直流快速充電站作為電動汽車*主要的充電方式，其輸出功率較小，充電時間過長，導(dǎo)致用戶充電不便、排隊(duì)等待充電的情況普遍存在，嚴(yán)重影響了用戶的使用體驗(yàn)。為*面提高充電效率，需在直流快速充電站建設(shè)中引入光伏儲能系統(tǒng)，降低充電基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)營成本。

1光伏儲能系統(tǒng)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(tǒng)進(jìn)行再次利用。光伏儲能系統(tǒng)通過光伏電池板將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。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(dǎo)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(fā)生相互作用，進(jìn)而促使電子獲得對應(yīng)的能量，躍遷到導(dǎo)體帶，并持續(xù)產(chǎn)生一定的電流，從而使光能轉(zhuǎn)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(chǎn)生電能。為實(shí)現(xiàn)能源的持續(xù)供應(yīng)，光伏儲能系統(tǒng)需儲存白天產(chǎn)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(jìn)行化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，并在需要時再將化學(xué)能轉(zhuǎn)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(yōu)勢，能滿足光伏儲能系統(tǒng)的多樣化需求。逆變器是一種調(diào)整電能的頻率、電壓和波形的裝置。光伏儲能系統(tǒng)可以通過逆變器將直流電能轉(zhuǎn)化為交流電能，從而將儲存的電能輸出到電網(wǎng)中或直接供應(yīng)給用戶使用，滿足家庭、工業(yè)或公共領(lǐng)域的用電需求。另外，在電網(wǎng)供電不穩(wěn)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(xù)性和可靠性。

2光伏儲能系統(tǒng)在直流快速充電站中的實(shí)踐應(yīng)用

2.1為直流快速充電站提供穩(wěn)定的電能供應(yīng)

在直流快速充電站中應(yīng)用光伏儲能系統(tǒng)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(wěn)定地供應(yīng)電能，進(jìn)一步降低對電網(wǎng)的過度依賴，并推動可持續(xù)發(fā)展和提高能源利用效率。光伏儲能系統(tǒng)利用太陽能電池板將太陽光轉(zhuǎn)化為直流快速充電站對應(yīng)的直流電能，并利用逆變器將剩余的直流電能 轉(zhuǎn)換為交流電能，進(jìn)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。另外，光伏儲能系統(tǒng)將儲存電能供應(yīng)給直流快速充電站，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)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(jìn)行快速充電，改善用戶的使用體驗(yàn)，為直流快速充電站提供穩(wěn)定可靠的電力支持。直流快速充電站利用光伏儲能系統(tǒng)將太陽能及時轉(zhuǎn)化為電能，并儲存，無須依賴傳統(tǒng)的燃煤、燃油等發(fā)電方式，從而減少對電網(wǎng)的依賴，降低電網(wǎng)負(fù)荷，落實(shí)綠色、可持續(xù)能源供應(yīng)的發(fā)展。

2.2優(yōu)化充電過程并提高充電效率

隨著電動汽車的廣泛應(yīng)用，直流快速充電站的需求日益增長，傳統(tǒng)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(tǒng)引入直流快速充電站，并在智能充電管理系統(tǒng)優(yōu)化控制下，實(shí)現(xiàn)能源的優(yōu)化調(diào)度和管理，持續(xù)提高直流快速充電站充電效率。智能充電管理系統(tǒng)的引入是直流快速充電站充電過程優(yōu)化和完善的基礎(chǔ)。該系統(tǒng)可以*面監(jiān)控直流快速充電站負(fù)荷、能量輸入和車輛需求等關(guān)鍵參數(shù)，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行智能調(diào)度，提高充電效率和減少能量損耗。該過程中，可以通過*確掌握充電站的負(fù)荷情況和電能需求，將光伏儲能系統(tǒng)的輸出功率與負(fù)荷需求相匹配，從而*大*度地利用可再生能源供電，降低利用傳統(tǒng)電能的比例。此外，智能充電管理系統(tǒng)可以通過分析不同車輛的電池狀態(tài)、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(tǒng)可調(diào)整充電優(yōu)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(tǒng)可適當(dāng)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(shí)電力雙向流動目標(biāo)

在直流快速充電站中，光伏儲能系統(tǒng)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)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(tǒng)需借助太陽能產(chǎn)生和存儲更多的電能，并將其輸送到電網(wǎng)，避免電能浪費(fèi)，為電網(wǎng)提供額外的電力資源，減輕電網(wǎng)的負(fù)荷壓力。

另一方面，在電網(wǎng)負(fù)載高峰期，由于人們的用電需求增加，電網(wǎng)也需提供更多的電力。該環(huán)節(jié)中，光伏儲能系統(tǒng)需釋放存儲電能，為電網(wǎng)提供額外的電力，從而緩解電網(wǎng)的壓力，保證電力供應(yīng)的穩(wěn)定性。同時，除直接應(yīng)用在充電站中，光伏儲能系統(tǒng)還可以與其他能源系統(tǒng)相結(jié)合，形成微電網(wǎng)系統(tǒng)。其中，微電網(wǎng)系統(tǒng)通過將光伏儲能系統(tǒng)、風(fēng)能系統(tǒng)、電池儲能系統(tǒng)等不同形式的可再生能源系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)能源的互補(bǔ)和平衡。

3光伏儲能系統(tǒng)在充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展中的促進(jìn)作用

在電動汽車*面普及和可再生能源逐步減少的趨勢下，充電基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)的發(fā)展*為重要。在這一進(jìn)程中，光伏儲能系統(tǒng)利用太陽能進(jìn)行發(fā)電，并儲存多余的電能，為充電基礎(chǔ)設(shè)施提供可靠、清潔、持續(xù)的能源。光伏儲能系統(tǒng)在充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展中的促進(jìn)作用具體表現(xiàn)在 4 個方面。

一是提供可靠的電力來源，傳統(tǒng)能源供應(yīng)系統(tǒng)經(jīng)常受到供電不穩(wěn)定的影響，而光伏儲能系統(tǒng)則可以利用太陽能為充電基礎(chǔ)設(shè)施提供穩(wěn)定、可靠的電力。無論是在城市還是偏遠(yuǎn)地區(qū)，光伏儲能系統(tǒng)都能為充電基礎(chǔ)設(shè)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(tǒng)能源過度依賴，傳統(tǒng)能源生產(chǎn)方式不僅會造成一定的環(huán)境污染，還會導(dǎo)致有限的資源逐漸枯竭，而合理地使用光伏儲能系統(tǒng)，可以有效減少對傳統(tǒng)能源的依賴，使得充電基礎(chǔ)設(shè)施更加環(huán)保和可持續(xù)。同時，通過自產(chǎn)自用的光伏能源，充電基礎(chǔ)設(shè)施可以更加獨(dú)立和靈活地運(yùn)行，減少對外部能源供應(yīng)的依賴。

三是促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，建設(shè)光伏儲能系統(tǒng)將帶動新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，創(chuàng)造就業(yè)機(jī)會，提高就業(yè)率，同時使用光伏儲能系統(tǒng)的充電基礎(chǔ)設(shè)施也能吸引更多的投資和游客，推動當(dāng)?shù)芈糜螛I(yè)和商業(yè)發(fā)展。光伏儲能系統(tǒng)的推廣和應(yīng)用，將為社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展帶來巨大的推動力。

四是加速能源轉(zhuǎn)型和減少碳排放，光伏儲能系統(tǒng)利用可再生的太陽能為直流快速充電站提供持續(xù)的清潔能源，對環(huán)境友好。通過大規(guī)模應(yīng)用光伏儲能系統(tǒng)，可以持續(xù)減少對傳統(tǒng)能源的依賴，降低碳排放，實(shí)現(xiàn)能源綠色轉(zhuǎn)型。

4光伏儲能系統(tǒng)在直流快速充電站中的挑戰(zhàn)與展望

光伏儲能系統(tǒng)作為一種清潔能源解決方案，廣泛應(yīng)用于直流快速充電站。雖然光伏儲能系統(tǒng)具有能源可再生、*排放等優(yōu)勢，但是在直流快速充電站中仍面臨著一些挑戰(zhàn)。

4.1系統(tǒng)成本

目前，光伏儲能系統(tǒng)由光伏發(fā)電設(shè)備、儲能設(shè)備和逆變器等組成，生產(chǎn)成本較高。同時，光伏儲能系統(tǒng)存在電池壽命和容量限制等問題。隨著技術(shù)的發(fā)展和成本的降低，光伏儲能系統(tǒng)的成本有望逐漸降低，從而更具吸引力。

4.2系統(tǒng)穩(wěn)定性

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

4.3技術(shù)成熟度

對于光伏儲能系統(tǒng)而言，在實(shí)際應(yīng)用中面臨著一些技術(shù)問題和不確定性。例如，光伏發(fā)電設(shè)備的效率仍有提升的空間，儲能設(shè)備的壽命和穩(wěn)定性還需要進(jìn)一步改善。因此，需要加大研發(fā)力度，優(yōu)化光伏儲能系統(tǒng)，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(tǒng)在直流快速充電站中的展望

光伏儲能系統(tǒng)在直流快速充電站中仍具有一定的發(fā)展前景，主要內(nèi)容如下：*一，隨著光伏發(fā)電技術(shù)的不斷進(jìn)步，其效率和輸出功率可以進(jìn)一步提高，從而增強(qiáng)光伏儲能系統(tǒng)的電能供應(yīng)能力；*二，隨著電池技術(shù)的發(fā)展和成本的降低，提升儲能設(shè)備的性能和可靠性，越來越多的充電站采用光伏儲能系統(tǒng)，為電動汽車的普及和可持續(xù)發(fā)展提供支撐；*三，隨著智能電網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，光伏儲能系統(tǒng)可以更好地與電網(wǎng)進(jìn)行協(xié)調(diào)和交互，實(shí)現(xiàn)能源優(yōu)化。未來，需關(guān)注光伏儲能系統(tǒng)的研發(fā)和推廣，進(jìn)而*面增強(qiáng)其能源轉(zhuǎn)換效率和儲存能力，推動光伏儲能系統(tǒng)與電網(wǎng)的互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)能源的有效調(diào)度和優(yōu)化利用。同時，合理地制定相關(guān)政策和標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)光伏儲能系統(tǒng)在直流快速充電站中持續(xù)推廣和實(shí)踐應(yīng)用。將人工智能技術(shù)合理地應(yīng)用于光伏儲能系統(tǒng)，進(jìn)而實(shí)時監(jiān)測電池組和光伏板的運(yùn)行狀況，且*一時間發(fā)現(xiàn)并處理相關(guān)的潛在問題，借此持續(xù)降低故障率，保障充電站的正常運(yùn)行。此外，結(jié)合人工智能技術(shù)，光伏儲能系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)智能化能源管理，并在電力需求高峰時段實(shí)現(xiàn)*佳儲能和釋放，有效平衡電網(wǎng)負(fù)荷，提高能源利用效率，且人工智能可以通過學(xué)習(xí)算法預(yù)測用戶充電需求，進(jìn)而提前調(diào)配儲能電量，確保用戶能夠隨時獲得*效快速充電服務(wù)，或者根據(jù)用戶的充電偏好和行為模式進(jìn)行個性化調(diào)整，提供更便捷、*效的充電服務(wù)。在此期間，用戶可以通過手機(jī)App等方式實(shí)時監(jiān)控充電狀態(tài)，預(yù)約直流快速充電站，享受智能充電帶來的便利。4光伏儲能系統(tǒng)在直流快速充電站中的挑戰(zhàn)與展望

4.1系統(tǒng)概述

Acrel-2000MG儲能能量管理系統(tǒng)是安科瑞專門針對工商業(yè)儲能電站研制的本地化能量管理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)了儲能電站的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查詢與分析、可視化監(jiān)控、報警管理、統(tǒng)計(jì)報表、策略管理、歷史曲線等功能。其中策略管理，支持多種控制策略選擇，包含計(jì)劃曲線、削峰填谷、需量控制、防逆流等。該系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)下級各儲能單元的統(tǒng)一監(jiān)控和管理，還可以實(shí)現(xiàn)與上級調(diào)度系統(tǒng)和云平臺的數(shù)據(jù)通訊與交互，既能接受上級調(diào)度指令，又可以滿足遠(yuǎn)程監(jiān)控與運(yùn)維，確保儲能系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

4.2應(yīng)用場景

城市充電站、工業(yè)園區(qū)、分布式新能源、數(shù)據(jù)*心、微電網(wǎng)、高速服務(wù)區(qū)、智慧醫(yī)院、智慧校園等。

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.4系統(tǒng)功能

（1）實(shí)施監(jiān)管

對微電網(wǎng)的運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時監(jiān)管，包含市電、光伏、風(fēng)電、儲能、充電樁及用電負(fù)荷，同時也包括收益數(shù)據(jù)、天氣狀況、節(jié)能減排等信息。

（2）智能監(jiān)控

對系統(tǒng)環(huán)境、光伏組件、光伏逆變器、風(fēng)電控制逆變一體機(jī)、儲能電池、儲能變流器、用電設(shè)備等進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，掌握微電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。

（3）功率預(yù)測

對分布式發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行短期、超短期發(fā)電功率預(yù)測，并展示合格率及誤差分析。

（4）電能質(zhì)量

實(shí)現(xiàn)整個微電網(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量和電能可靠性狀況進(jìn)行持續(xù)性的監(jiān)測。如電壓諧波、電壓閃變、電壓不平衡等穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)和電壓暫升/暫降、電壓中斷暫態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測分析及錄波展示，并對電壓、電流瞬變進(jìn)行監(jiān)測。

（5）可視化運(yùn)行

實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)無人值守，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化、便捷化管理;對重要負(fù)荷與設(shè)備進(jìn)行不間斷監(jiān)控。

（6）優(yōu)化控制

通過分析歷史用電數(shù)據(jù)、天氣條件對負(fù)荷進(jìn)行功率預(yù)測，并結(jié)合分布式電源出力與儲能狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度，以降低尖峰或者高峰時刻的用電量，降低企業(yè)綜合用電成本。

（7）收益分析

用戶可以查看光伏、儲能、充電樁三部分的每天電量和收益數(shù)據(jù)，同時可以切換年報查看每個月的電量和收益。

（8）能源分析

通過分析光伏、風(fēng)電、儲能設(shè)備的發(fā)電效率、轉(zhuǎn)化效率，用于評估設(shè)備性能與狀態(tài)。

（9）策略配置

微電網(wǎng)配置主要對微電網(wǎng)系統(tǒng)組成、基礎(chǔ)參數(shù)、運(yùn)行策略及統(tǒng)計(jì)值進(jìn)行設(shè)置。其中策略包含計(jì)劃曲線、削峰填谷、需量控制、新能源消納、逆功率控制等。

4.4系統(tǒng)功能

5結(jié)論

在直流快速充電站中應(yīng)用光伏儲能系統(tǒng)，能有效地解決目前充電樁存在的不良問題，并持續(xù)提高充電效率，降低運(yùn)營成本，進(jìn)一步推動電動汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。同時，應(yīng)積*完善相應(yīng)的光伏儲能技術(shù)，推動直流快速充電站的智能化、綠色化和*效化發(fā)展，為推動清潔能源發(fā)展和建設(shè)智能城市做出積*貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn):

[1]張強(qiáng).建筑“光儲直柔”配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)淺析[J].現(xiàn)代建筑電氣，2023，14（12）：17-24.

[2]李金韜.光伏儲能系統(tǒng)在直流快速充電站中的應(yīng)用[J].云南水力發(fā)電，2021，37（11）：10-13.

[3]皮琪力.基于三電平變換器的快速充電站微網(wǎng)構(gòu)架及控制策略研究[D].武漢：湖北工業(yè)大學(xué)，2020.

[4]謝贏朋.光伏儲能系統(tǒng)在直流快速充電站中的應(yīng)用

[5]安科瑞高校綜合能效解決方案2022.4版.

[6]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊2022.04版.