淺析光伏發(fā)電系統(tǒng)在直流快速充電站中的應(yīng)用
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王曉昭
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)是一種將太陽能轉(zhuǎn)化為電能并存儲(chǔ)起來的技術(shù)，在直流快速充電站有著廣闊的應(yīng)用前景。主要論述光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)工作原理和光伏儲(chǔ)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(chǔ)能系統(tǒng)在直流快速充電站中的挑戰(zhàn)，分析光伏儲(chǔ)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(chǔ)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(duì)化石燃料的依賴，而系統(tǒng)效率、儲(chǔ)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)鍵詞：光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)；直流快速充電站；電動(dòng)汽車
0引言
目前，直流快速充電站作為電動(dòng)汽車主要的充電方式，其輸出功率較小，充電時(shí)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)。為全面提高充電效率，需在直流快速充電站建設(shè)中引入光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)，降低充電基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)營成本。
1光伏儲(chǔ)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(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行再次利用。光伏儲(chǔ)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(gè)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(huì)發(fā)生相互作用，進(jìn)而促使電子獲得對(duì)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。
由于太陽能屬于間接性能源，只有在白天的時(shí)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(chǔ)能系統(tǒng)需儲(chǔ)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(chǔ)能方式是通過電池組儲(chǔ)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(shí)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(chǔ)能系統(tǒng)的多樣化需求。
2光伏儲(chǔ)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(chǔ)能系統(tǒng)可以存儲(chǔ)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(duì)電網(wǎng)的過度依賴，并推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展和提高能源利用效率。光伏儲(chǔ)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(duì)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(chǔ)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(chǔ)存和利用多余的太陽能電能。另外，光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)將儲(chǔ)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(shí)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(chǔ)能系統(tǒng)將太陽能及時(shí)轉(zhuǎn)化為電能并儲(chǔ)存，無須依賴傳統(tǒng)的燃煤、燃油等發(fā)電方式，從而減少對(duì)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(dòng)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(chǔ)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)可以全面監(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，可以通過掌握充電站的負(fù)荷情況和電能需求，將光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的輸出功率與負(fù)荷需求相匹配，從而大限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(shí)間，提高充電效率。例如：對(duì)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(jí)，使其盡快充電，以滿足用戶的迫切需求；對(duì)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(dòng)目標(biāo)
在直流快速充電站中，光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)重要功能。
一方面，在充電站不是高峰期的狀況下，光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)需借助太陽能產(chǎn)生和存儲(chǔ)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(chǔ)能系統(tǒng)需釋放存儲(chǔ)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(shí)，除直接應(yīng)用在充電站中，光伏儲(chǔ)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(chǔ)能系統(tǒng)、風(fēng)能系統(tǒng)、電池儲(chǔ)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(chǔ)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(dòng)汽車全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)展極為重要。在這一進(jìn)程中，光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)利用太陽能進(jìn)行發(fā)電，并儲(chǔ)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(chǔ)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(gè)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(chǔ)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(chǔ)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(dòng)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(huì)造成一定的環(huán)境污染，還會(huì)導(dǎo)致有限的資源逐漸枯竭，而合理地使用光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)，可以有效減少對(duì)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(shí)，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(duì)外部能源供應(yīng)的依賴。
三是促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，建設(shè)光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)將帶動(dòng)新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，創(chuàng)造就業(yè)機(jī)會(huì)，提高就業(yè)率，同時(shí)使用光伏儲(chǔ)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(dòng)當(dāng)?shù)芈糜螛I(yè)和商業(yè)發(fā)展。光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的推廣和應(yīng)用，將為社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展帶來巨大的推動(dòng)力。
四是加速能源轉(zhuǎn)型和減少碳排放，光伏儲(chǔ)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(duì)環(huán)境友好。通過大規(guī)模應(yīng)用光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)，可以持續(xù)減少對(duì)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安科瑞Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)4.1概述Acrel-2000MG儲(chǔ)能能量管理系統(tǒng)是安科瑞專門針對(duì)工商業(yè)儲(chǔ)能電站研制的本地化能量管理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)能電站的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)查詢與分析、可視化監(jiān)控、報(bào)警管理、統(tǒng)計(jì)報(bào)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(jí)各儲(chǔ)能單元的統(tǒng)一監(jiān)控和管理，還可以實(shí)現(xiàn)與上級(jí)調(diào)度系統(tǒng)和云平臺(tái)的數(shù)據(jù)通訊與交互，既能接受上級(jí)調(diào)度指令，又可以滿足遠(yuǎn)程監(jiān)控與運(yùn)維，確保儲(chǔ)能系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
4.2應(yīng)用場景適用于工商業(yè)儲(chǔ)能電站、新能源配儲(chǔ)電站。
4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
（1）實(shí)時(shí)監(jiān)管
對(duì)微電網(wǎng)的運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)管，包含市電、光伏、風(fēng)電、儲(chǔ)能、充電樁及用電負(fù)荷，同時(shí)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(duì)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(chǔ)能電池、儲(chǔ)能變流器、用電設(shè)備等進(jìn)行實(shí)時(shí)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(duì)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(gè)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(duì)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(duì)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(duì)負(fù)荷進(jìn)行功率預(yù)測，并結(jié)合分布式電源出力與儲(chǔ)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(shí)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(chǔ)能、充電樁三部分的每天電量和收益數(shù)據(jù)，同時(shí)可以切換年報(bào)查看每個(gè)月的電量和收益。
（8）能源分析
通過分析光伏、風(fēng)電、儲(chǔ)能設(shè)備的發(fā)電效率、轉(zhuǎn)化效率，用于評(píng)估設(shè)備性能與狀態(tài)。
（9）策略配置
微電網(wǎng)配置主要對(duì)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。
序號(hào) | 設(shè)備 | 型號(hào) | 圖片 | 說明 |
1 | 能量管理系統(tǒng) | Acrel-2000MG |
| 內(nèi)部設(shè)備的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控，由通信管理機(jī)、工業(yè)平板電腦、串口服務(wù)器、遙信模塊及相關(guān)通信輔件組成。 數(shù)據(jù)采集、上傳及轉(zhuǎn)發(fā)至服務(wù)器及協(xié)同控制裝置 策略控制:計(jì)劃曲線、需量控制、削峰填谷、備用電源等 |
2 | 顯示器 | 25.1英寸液晶顯示器 |
| 系統(tǒng)軟件顯示載體 |
3 | UPS電源 | UPS2000-A-2-KTTS |
| 為監(jiān)控主機(jī)提供后備電源 |
4 | 打印機(jī) | HP108AA4 |
| 用以打印操作記錄，參數(shù)修改記錄、參數(shù)越限、復(fù)限，系統(tǒng)事故，設(shè)備故障，保護(hù)運(yùn)行等記錄，以召喚打印為主要方式 |
5 | 音箱 | R19U |
| 播放報(bào)警事件信息 |
6 | 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī) | D-LINKDES-1016A16 |
| 提供16口百兆工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)解決了通信實(shí)時(shí)性、網(wǎng)絡(luò)安全性、本質(zhì)安全與安全防爆技術(shù)等技術(shù)問題 |
7 | GPS時(shí)鐘 | ATS1200GB |
| 利用gps同步衛(wèi)星信號(hào)，接收1pps和串口時(shí)間信息，將本地的時(shí)鐘和gps衛(wèi)星上面的時(shí)間進(jìn)行同步 |
8 | 交流計(jì)量電表 | AMC96L-E4/KC |
| 電力參數(shù)測量(如單相或者三相的電流、電壓、有功功率、無功功率、視在功率,頻率、功率因數(shù)等)、復(fù)費(fèi)率電能計(jì)量、 四象限電能計(jì)量、諧波分析以及電能監(jiān)測和考核管理。多種外圍接口功能:帶有RS485/MODBUS-RTU協(xié)議:帶開關(guān)量輸入和繼電器輸出可實(shí)現(xiàn)斷路器開關(guān)的"遜信“和“遙控”的功能 |
9 | 直流計(jì)量電表 | PZ96L-DE |
| 可測量直流系統(tǒng)中的電壓、電流、功率、正向與反向電能?？蓭S485通訊接口、模擬量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、開關(guān)量輸入/輸出等功能 |
10 | 電能質(zhì)量監(jiān)測 | APView500 |
| 實(shí)時(shí)監(jiān)測電壓偏差、頻率俯差、三相電壓不平衡、電壓波動(dòng)和閃變、諾波等電能質(zhì)量，記錄各類電能質(zhì)量事件,定位擾動(dòng)源。 |
11 | 防孤島裝置 | AM5SE-IS |
| 防孤島保護(hù)裝置，當(dāng)外部電網(wǎng)停電后斷開和電網(wǎng)連接 |
12 | 箱變測控裝置 | AM6-PWC |
| 置針對(duì)光伏、風(fēng)能、儲(chǔ)能升壓變不同要求研發(fā)的集保護(hù)，測控，通訊一體化裝置，具備保護(hù)、通信管理機(jī)功能、環(huán)網(wǎng)交換機(jī)功能的測控裝置 |
13 | 通信管理機(jī) | ANet-2E851 |
| 能夠根據(jù)不同的采集規(guī)的進(jìn)行水表、氣表、電表、微機(jī)保護(hù)等設(shè)備終端的數(shù)據(jù)果集匯總: 提供規(guī)約轉(zhuǎn)換、透明轉(zhuǎn)發(fā)、數(shù)據(jù)加密壓縮、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、邊緣計(jì)算等多項(xiàng)功能:實(shí)時(shí)多任務(wù)并行處理數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，可多鏈路上送平臺(tái)據(jù): |
14 | 串口服務(wù)器 | Aport |
| 功能:轉(zhuǎn)換“輔助系統(tǒng)"的狀態(tài)數(shù)據(jù)，反饋到能量管理系統(tǒng)中。 1)空調(diào)的開關(guān)，調(diào)溫，及完全斷電(二次開關(guān)實(shí)現(xiàn)) 2)上傳配電柜各個(gè)空開信號(hào) 3)上傳UPS內(nèi)部電量信息等 4)接入電表、BSMU等設(shè)備 |
15 | 遙信模塊 | ARTU-K16 |
| 1)反饋各個(gè)設(shè)備狀態(tài)，將相關(guān)數(shù)據(jù)到串口服務(wù)器: 讀消防VO信號(hào)，并轉(zhuǎn)發(fā)給到上層(關(guān)機(jī)、事件上報(bào)等) 2)采集水浸傳感器信息，并轉(zhuǎn)發(fā)3)給到上層(水浸信號(hào)事件上報(bào)) 4)讀取門禁程傳感器信息，并轉(zhuǎn)發(fā) |
6結(jié)論與展望
在直流快速充電站中應(yīng)用光伏儲(chǔ)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(dòng)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。同時(shí)，應(yīng)積極完善相應(yīng)的光伏儲(chǔ)能技術(shù)，推動(dòng)直流快速充電站的智能化、綠色化和高效化發(fā)展，為推動(dòng)清潔能源發(fā)展和建設(shè)智能城市做出積極貢獻(xiàn)。
參考文獻(xiàn)
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【6】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.04版.
作者簡介：
王曉昭，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事宿舍安全用電研究發(fā)展。手機(jī)：18702112137（同微信號(hào)）；QQ：2881068609；郵箱2881068609@qq.com
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