探討光伏儲能系統(tǒng)在直流快速充電站中的應用

安科瑞 陳聰

【摘要】：光伏儲能系統(tǒng)是一種將太陽能轉化為電能并存儲起來的技術，在直流快速充電站中有著廣闊的應用前景。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踐應用，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)可以減輕電網負荷壓力，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)境適應性是目前急需解決的問題，需要進一步研究和技術革新。

【關鍵字】：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，導致用戶充電不便、排隊等待充電的情況普遍存在，嚴重影響了用戶的使用體驗。為*面提高充電效率，需在直流快速充電站建設中引入光伏儲能系統(tǒng)，降低充電基礎設施的運營成本。

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)進行再次利用。光伏儲能系統(tǒng)通過光伏電池板將太陽能轉化為電能。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，進而促使電子獲得對應的能量，躍遷到導體帶，并持續(xù)產生一定的電流，從而使光能轉化為電能。

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生電能。為實現能源的持續(xù)供應，光伏儲能系統(tǒng)需儲存白天產生的多余電能，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，將電能進行化學反應轉化為化學能，并在需要時再將化學能轉化為電能輸出，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化為交流電能，從而將儲存的電能輸出到電網中或直接供應給用戶使用，滿足家庭、工業(yè)或公共領域的用電需求。另外，在電網供電不穩(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踐應用

2.1為直流快速充電站提供穩(wěn)定的電能供應

在直流快速充電站中應用光伏儲能系統(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)定地供應電能，進一步降低對電網的過度依賴，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化為直流快速充電站對應的直流電能，并利用逆變器將剩余的直流電能 轉換為交流電能，進而儲存于電池組，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)將儲存電能供應給直流快速充電站，實現穩(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 然能夠進行快速充電，改善用戶的使用體驗，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，從而減少對電網的依賴，降低電網負荷，落實綠色、可持續(xù)能源供應的發(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，實現能源的優(yōu)化調度和管理，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。該系統(tǒng)可以*面監(jiān)控直流快速充電站負荷、能量輸入和車輛需求等關鍵參數，并以此為基礎進行智能調度，提高充電效率和減少能量損耗。該過程中，可以通過*確掌握充電站的負荷情況和電能需求，將光伏儲能系統(tǒng)的輸出功率與負荷需求相匹配，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電力雙向流動目標

在直流快速充電站中，光伏儲能系統(tǒng)的應用可以實現兩個重要功能。一方面，在充電站不是高峰期的狀況下，光伏儲能系統(tǒng)需借助太陽能產生和存儲更多的電能，并將其輸送到電網，避免電能浪費，為電網提供額外的電力資源，減輕電網的負荷壓力。

另一方面，在電網負載高峰期，由于人們的用電需求增加，電網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，為電網提供額外的電力，從而緩解電網的壓力，保證電力供應的穩(wěn)定性。同時，除直接應用在充電站中，光伏儲能系統(tǒng)還可以與其他能源系統(tǒng)相結合，形成微電網系統(tǒng)。其中，微電網系統(tǒng)通過將光伏儲能系統(tǒng)、風能系統(tǒng)、電池儲能系統(tǒng)等不同形式的可再生能源系統(tǒng)相結合，實現能源的互補和平衡。

3光伏儲能系統(tǒng)在充電基礎設施發(fā)展中的促進作用

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

一是提供可靠的電力來源，傳統(tǒng)能源供應系統(tǒng)經常受到供電不穩(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設施提供穩(wěn)定、可靠的電力。無論是在城市還是偏遠地區(qū)，光伏儲能系統(tǒng)都能為充電基礎設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)能源生產方式不僅會造成一定的環(huán)境污染，還會導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，使得充電基礎設施更加環(huán)保和可持續(xù)。同時，通過自產自用的光伏能源，充電基礎設施可以更加獨立和靈活地運行，減少對外部能源供應的依賴。

三是促進社會經濟發(fā)展，建設光伏儲能系統(tǒng)將帶動新能源產業(yè)的發(fā)展，創(chuàng)造就業(yè)機會，提高就業(yè)率，同時使用光伏儲能系統(tǒng)的充電基礎設施也能吸引更多的投資和游客，推動當地旅游業(yè)和商業(yè)發(fā)展。光伏儲能系統(tǒng)的推廣和應用，將為社會經濟的可持續(xù)發(fā)展帶來巨大的推動力。

四是加速能源轉型和減少碳排放，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，實現能源綠色轉型。

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)電設備、儲能設備和逆變器等組成，生產成本較高。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)定的電源供應要求很高，需要光伏儲能系統(tǒng)具備強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技術成熟度

對于光伏儲能系統(tǒng)而言，在實際應用中面臨著一些技術問題和不確定性。例如，光伏發(fā)電設備的效率仍有提升的空間，儲能設備的壽命和穩(wěn)定性還需要進一步改善。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，主要內容如下：*一，隨著光伏發(fā)電技術的不斷進步，其效率和輸出功率可以進一步提高，從而增強光伏儲能系統(tǒng)的電能供應能力；*二，隨著電池技術的發(fā)展和成本的降低，提升儲能設備的性能和可靠性，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，隨著智能電網和能源互聯網的建設，光伏儲能系統(tǒng)可以更好地與電網進行協調和交互，實現能源優(yōu)化。未來，需關注光伏儲能系統(tǒng)的研發(fā)和推廣，進而*面增強其能源轉換效率和儲存能力，推動光伏儲能系統(tǒng)與電網的互聯互通，實現能源的有效調度和優(yōu)化利用。同時，合理地制定相關政策和標準，實現光伏儲能系統(tǒng)在直流快速充電站中持續(xù)推廣和實踐應用。將人工智能技術合理地應用于光伏儲能系統(tǒng)，進而實時監(jiān)測電池組和光伏板的運行狀況，且*一時間發(fā)現并處理相關的潛在問題，借此持續(xù)降低故障率，保障充電站的正常運行。此外，結合人工智能技術，光伏儲能系統(tǒng)可以實現智能化能源管理，并在電力需求高峰時段實現*佳儲能和釋放，有效平衡電網負荷，提高能源利用效率，且人工智能可以通過學習算法預測用戶充電需求，進而提前調配儲能電量，確保用戶能夠隨時獲得*效快速充電服務，或者根據用戶的充電偏好和行為模式進行個性化調整，提供更便捷、*效的充電服務。在此期間，用戶可以通過手機App等方式實時監(jiān)控充電狀態(tài)，預約直流快速充電站，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)，可實現了儲能電站的數據采集、數據處理、數據存儲、數據查詢與分析、可視化監(jiān)控、報警管理、統(tǒng)計報表、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，包含計劃曲線、削峰填谷、需量控制、防逆流等。該系統(tǒng)不僅可以實現下級各儲能單元的統(tǒng)一監(jiān)控和管理，還可以實現與上級調度系統(tǒng)和云平臺的數據通訊與交互，既能接受上級調度指令，又可以滿足遠程監(jiān)控與運維，確保儲能系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠、經濟運行。

4.2應用場景

城市充電站、工業(yè)園區(qū)、分布式新能源、數據*心、微電網、高速服務區(qū)、智慧醫(yī)院、智慧校園等。

4.3系統(tǒng)結構

4.4系統(tǒng)功能

（1）實施監(jiān)管

對微電網的運行進行實時監(jiān)管，包含市電、光伏、風電、儲能、充電樁及用電負荷，同時也包括收益數據、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、風電控制逆變一體機、儲能電池、儲能變流器、用電設備等進行實時監(jiān)測，掌握微電網系統(tǒng)的運行狀況。

（3）功率預測

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

（4）電能質量

實現整個微電網系統(tǒng)范圍內的電能質量和電能可靠性狀況進行持續(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)數據和電壓暫升/暫降、電壓中斷暫態(tài)數據進行監(jiān)測分析及錄波展示，并對電壓、電流瞬變進行監(jiān)測。

（5）可視化運行

實現微電網無人值守，實現數字化、智能化、便捷化管理;對重要負荷與設備進行不間斷監(jiān)控。

（6）優(yōu)化控制

通過分析歷史用電數據、天氣條件對負荷進行功率預測，并結合分布式電源出力與儲能狀態(tài)，實現經濟優(yōu)化調度，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據，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、風電、儲能設備的發(fā)電效率、轉化效率，用于評估設備性能與狀態(tài)。

（9）策略配置

微電網配置主要對微電網系統(tǒng)組成、基礎參數、運行策略及統(tǒng)計值進行設置。其中策略包含計劃曲線、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結論

在直流快速充電站中應用光伏儲能系統(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，降低運營成本，進一步推動電動汽車產業(yè)的快速發(fā)展。同時，應積*完善相應的光伏儲能技術，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)展和建設智能城市做出積*貢獻。

參考文獻:

[1]張強.建筑“光儲直柔”配電系統(tǒng)設計要點淺析[J].現代建筑電氣，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構架及控制策略研究[D].武漢：湖北工業(yè)大學，2020.

[4]謝贏朋.光伏儲能系統(tǒng)在直流快速充電站中的應用

[5]安科瑞高校綜合能效解決方案2022.4版.

[6]安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊2022.04版.