太陽能光伏汽車充電站現(xiàn)狀與分析

2016-02-16 來源:國際能源網(wǎng)


  隨著能源危機與全球變暖等問題正引起越來越多的關(guān)注,新能源汽車已經(jīng)成為各大汽車生產(chǎn)商攻堅的重點。 同時也成為全球汽車工業(yè)的發(fā)展方向,純電動車以其綠色環(huán)保、節(jié)能和經(jīng)濟性等優(yōu)點,在環(huán)保和節(jié)能上具有不可比擬的優(yōu)勢,它是解決人類巨大能源和環(huán)境壓力的有效途徑。 因此,電動汽車是21 世紀汽車的發(fā)展方向。充電樁與新能源電動車緊密聯(lián)系,由于充電樁配套設(shè)施建設(shè)跟不上,消費者購買力下降。傳統(tǒng)汽車靠加油站來支撐,純電動車則靠充電站來支撐。 在這樣的背景下,能否科學(xué)合理地加快停車場、居民活動集中區(qū)等公共場所建立與新能源電動車配套的公用光伏充電設(shè)施成為當務(wù)之急。

  國內(nèi)外電動車光伏充電樁發(fā)展現(xiàn)狀

  (1) 國外電動車光伏充電站發(fā)展現(xiàn)狀

  2013 年 11 月 13 日, 美國太陽能遮陰停車場設(shè)計師兼制造商EnvisionSolarInternational 宣布位于圣地亞哥國際機場的 EV ARC電動車充電站部署實驗獲得成功。 EV ARC電動車充電站在美國發(fā)明、設(shè)計及制造而成,是世界首個全自動、可移動的獨立光伏發(fā)電充電站,無需地基挖坑,亦可免除建設(shè)審批與并入電網(wǎng)。 此外,EV ARC 適合安裝于一塊標準的停車位內(nèi),日光伏發(fā)電量約為 16 千瓦時,可存儲于一個 22 千瓦時的車載電池儲能裝置之中。該光伏系統(tǒng)還配備 EnvisionTrak——一種專有的跟蹤系統(tǒng)。 該跟蹤系統(tǒng)不僅可令太陽能列陣跟蹤太陽光線,而且相比于傳統(tǒng)固定式列陣發(fā)電量提升 18%至 25%。

  (2) 國內(nèi)電動車光伏充電站發(fā)展現(xiàn)狀

  2015 年 10 月 21 日,北京市最大的光伏超級充電站破土動工, 該充電站位于石景山區(qū)內(nèi), 預(yù)計將于年底建成投入使用,建成后也是石景山區(qū)首個光伏超級充電站,北京繼華貿(mào)中心充電站之后的最大光伏充電站, 將為北京西部的新能源車充電問題提供一大支撐。 整個充電站的能源提供將全部由太陽能完成,將建成 50 根充電樁,具備每天為 80 輛電動車充電的能力。 據(jù)介紹,該光伏充電站的兼容性非常強,對于目前市面上主流的國產(chǎn)、日系和歐美的三大車系電動車,都可以在這個充電站內(nèi)進行充電。 除了充電的主要功能之外,該充電站還具備立體停車的功能,預(yù)計可以停放 30 輛車。

  新能源電動車充電站市場發(fā)展趨勢

  在能源和環(huán)保的壓力下,新能源電動汽車無疑將成為未來汽車的主要發(fā)展方向。“十二五”期間,我國新能源汽車將正式邁入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段:2011-2015 年開始進入產(chǎn)業(yè)化階段,在全社會推廣新能源城市客車、混合動力轎車、小型電動車。“十三五”期間即 2016-2020 年,我國將進一步普及新能源汽車、多能源混合動力車,插電式電動轎車,氫燃料電池轎車將逐步進入普通家庭。受新能源電動車的快速發(fā)展, 充電樁和充電站等配套設(shè)施,也會迎來快速發(fā)展。2010 至 2013 年,中國充電站保有量從90 座快速增長至 618 座,年復(fù)合增長率達 89.6%,充電樁數(shù)量也從 1129 個增長至 22628 個,年復(fù)合增長率高達 181.8%。 充電設(shè)施建設(shè)是新能源汽車示范推廣的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一, 受益于新能源汽車應(yīng)用的快速增長, 我國新能源汽車充電設(shè)施行業(yè)將面臨巨大的發(fā)展空間。 此前由于電動汽車規(guī)模較小,充電設(shè)施建設(shè)投資巨大,投資短期效益不明顯,因此充電設(shè)施建設(shè)速度較慢。 根據(jù)工信部數(shù)據(jù),截至 2014 年底,我國共建設(shè)完成充電站 823 個、充電樁 3.8 萬個,其中,國家電網(wǎng)公司建成充換電站818 座,充電樁 3.4 萬個,充電樁數(shù)量遠遠低于新能源汽車的銷量增長。 而 2014 年我國新能源汽車產(chǎn)銷量已達 9.39 萬輛,充電設(shè)施供需之間的矛盾日益突出。 但在 2015 年,全國計劃建成的充電站數(shù)量達到了 2549 個,而計劃建成充電樁的數(shù)量更是達到了 34 萬個,相比于 14 年,有了近 20 倍的增長。

  光伏充電站實現(xiàn)功能

  充電站按照功能可以劃分為四個子模塊:光伏發(fā)電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、電池調(diào)度系統(tǒng)、充電站監(jiān)控系統(tǒng)。 一個完整的充電站需要光伏發(fā)電區(qū)、配電室、中央監(jiān)控室、充電區(qū)、更換電池區(qū)和電池維護間等六個部分組成。

  ( 1)光伏發(fā)電系統(tǒng)是整個充電站重要組成部分,主要經(jīng)太陽能電池方陣發(fā)電通過充電裝置儲存到蓄電池中或直接供給電動車充電使用,擔負著能源的供給。

  ( 2)配電室為充電站提供所需的電源,不僅給充電樁提供電能,而且要滿足照明、控制設(shè)備的用電需求, 內(nèi)部建有變配電所有設(shè)備、 配電監(jiān)控系統(tǒng)、相關(guān)的控制和補償設(shè)備;

  ( 3)中央監(jiān)控室用于監(jiān)控整個充電站的運行情況,并完成管理情況的報表打印等。

  ( 4)充電區(qū)主要完成電池充電功能。

  ( 5)更換電池區(qū)是車輛更換電池的場所,需要配備電池更換設(shè)備,同時應(yīng)建設(shè)用于存放備用電池的電池存儲間。

  ( 6)電池重新配組、電池組均衡、電池組實際容量測試、電池故障的應(yīng)急處理等工作都在電池維護間進行。

  充電站給汽車充電一般分為三種方式:

  ( 1) 普通充電,就是所謂的常規(guī)充電或慢速充電,這種充電模式,是用現(xiàn)在的交流插頭插在車上,需要 6 至 8 個小時,或者 3 至 6 個小時,此種方式多為交流充電方式, 外部提供 220V 或 380V 交流電源給電動汽車車載充電機,由車載充電機給動力蓄電池充電。 一般小型純電動汽車、 可外接充電式混合動力電動汽車多采用此種方式,這種充電方式主要由充電樁來完成; ( 2)快速充電,充電的電流比較大,需要建設(shè)快速充電站,不要求把電池完全充滿,只需滿足繼續(xù)行駛的需要,這種充電模式下,在 30 分鐘至 50 分鐘的時間里,只為電池充電 60%至 70%。 這種充電方式主要由充電站內(nèi)的充電樁來實現(xiàn),為直流充電,地面充電樁直接輸出直流電能給車載動力蓄電池充電, 電動汽車只需提供充電及相關(guān)通信接口; ( 3)電池更換。 充電樁的技術(shù)壁壘并不高,快充具有一定的技術(shù)難度。 慢速充電利用低水平電流連續(xù)充電 6-8 小時,可利用晚上充電;快速充電利用高電流進行40 分鐘-3 小時的快速充電,由于充電電流和電壓較大,對于安全性和可靠性都有較高的要求。

  新能源電動車光伏充電站技術(shù)難題

  (1) 光伏發(fā)電不穩(wěn)定性

  就現(xiàn)有國內(nèi)特斯拉建光伏充電站而言, 從技術(shù)層面存在光伏方陣發(fā)電密度低、發(fā)電不穩(wěn)定、發(fā)電效率低等缺點,這與現(xiàn)有比較成熟的火力發(fā)電是完全不同的。 電動汽車充電需要高電壓、大電流、大功率,一次性快充。 這與目前太陽能光伏發(fā)電的特點有沖突。

  根據(jù)系統(tǒng)測算, 特斯拉充電站太陽能光伏方陣鋪設(shè)面積約為 260 平方米,太陽能組件最高轉(zhuǎn)化率為 23.5%。 以一個西部城市為例, 全年光照輻射總量約 2230 千瓦時每平方米,則可利用的全年光照輻射總量約為 2230×80%=1783 千瓦時每平方米, 那么以上特斯拉太陽能充電站每天可發(fā)電量約為( 1180×150)÷365×20.5%=99.4 千瓦時。 因此,即使不考慮太陽能電池組件光電轉(zhuǎn)換率在使用壽命期內(nèi)逐年衰減的影響,離網(wǎng)運行的太陽能光伏充電站在理想條件下的發(fā)電量一天也僅夠?qū)?3 輛該車型電量增加 60%。 同時電動車太陽能光伏充電站發(fā)電量受天氣的影響較明顯,多云天氣、大風下雨及霧霾天氣更會大大降低發(fā)電量。 此外,夜晚沒有太陽光,根本無法發(fā)電,太陽能光伏充電站要想 24 小時使用根本無法實現(xiàn)。

  (2 )蓄電池成本過高束縛充電站產(chǎn)業(yè)化

  為了避免光伏發(fā)電諸多因素引起的不穩(wěn)定性, 利用蓄電池將多余的能量儲存起來, 作為太陽能光伏充電站后備能量或者夜間備用電能。 對于建設(shè)企業(yè)來說, 蓄電池采購成本過高, 再加上蓄電池在使用壽命期內(nèi)會隨著使用環(huán)境和其他因素的影響而產(chǎn)生衰減,同時蓄電池平均使用壽命在 3-5 年內(nèi),如果好一點的蓄電池,壽命能長一點,但是成本則會增加,如果通過蓄電池來儲存能源作為后備能量, 從技術(shù)上是沒有任何問題的。 但目前利用蓄電池組建設(shè)光伏充電站的成本大概是普通電站的 5 倍, 不僅如此, 蓄電池組的使用壽命也比較短,現(xiàn)在質(zhì)量過關(guān)、性能優(yōu)異蓄電池壽命也僅有 8 年左右。 就目前發(fā)展狀況來看, 只通過光伏電站為充電樁提供能量是遠遠不夠的,還需市電電網(wǎng)的相互輔助,才能保證充電樁的正常運行, 或者說離開市電電網(wǎng), 太陽能光伏充電站只是一個擺設(shè),沒有什么實質(zhì)用處,只有與電網(wǎng)結(jié)合,才能保證充電樁運行的可靠性。

  (3) 國內(nèi)外新能源電動車充電樁標準脫軌

  以特斯拉電動車為例, 其充電標準與國內(nèi)充電標準不一致。 特斯拉太陽能超級充電站智能為其充電,而不能服務(wù)于國產(chǎn)電動車,且具有使用局限性。 國家電網(wǎng)公司負責推廣公共充電樁建設(shè),而特斯拉電動車無法使用這些以國內(nèi)標準充電樁,當然,通用的辦法,就是讓特斯拉的充電標準兼容國內(nèi)的充電標準,這樣就能實現(xiàn)特斯拉充電標準與國內(nèi)標準一致,就不存在使用局限性。 但長期以來,電動汽車行業(yè)標準都由西方國家掌握,導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)發(fā)展比較被動,這也是造成國內(nèi)電動車充電標準無法與國外電動車充電標準接軌的重要原因。

  結(jié)束語

  中國已明確指出: 節(jié)能與新能源汽車代表未來汽車發(fā)展方向,已成為市場新的經(jīng)濟增長點和戰(zhàn)略調(diào)整的制高點。 國家也將不斷出臺相關(guān)標準及政策予以支持。 但是太陽能光伏充電站數(shù)量有限的瓶頸逐漸顯露出來, 而這也構(gòu)成了市場的潛在投資機會。 同時由于電動車光伏充電站從技術(shù)層面上有一定局限性,這勢必會阻礙電動車光伏充電站的發(fā)展。 但也為電動車光伏充電站生產(chǎn)開發(fā)明確了研究方向。

關(guān)鍵詞: 核電