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您的位置：網(wǎng)站首頁 > 技術文章 > 淺析光伏發(fā)電系統(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(zhuǎn)化為電能并存儲起來的技術，在直流快速充電站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(wǎng)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。
關鍵詞：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。為全面提高充電效率，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(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，只有在白天的時候才能產(chǎn)生電能。為實現(xiàn)能源的持續(xù)供應，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，將電能進行化學反應轉(zhuǎn)化為化學能，并在需要時再將化學能轉(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。
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(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(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(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(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。該系統(tǒng)可以全面監(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(shù)，并以此為基礎進行智能調(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(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，為電網(wǎng)提供額外的電力資源，減輕電網(wǎng)的負荷壓力。
另一方面，在電網(wǎng)負載高峰期，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(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，實現(xiàn)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
在電動汽車全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)展極為重要。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(xiàn)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(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(chǎn)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(chǎn)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(jīng)濟發(fā)展，建設光伏儲能系統(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?shù)芈糜螛I(yè)和商業(yè)發(fā)展。光伏儲能系統(tǒng)的推廣和應用，將為社會經(jīng)濟的可持續(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(xiàn)能源綠色轉(zhuǎn)型。
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(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(xiàn)下級各儲能單元的統(tǒng)一監(jiān)控和管理，還可以實現(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，又可以滿足遠程監(jiān)控與運維，確保儲能系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟運行。
適用于工商業(yè)儲能電站、新能源配儲電站。
（1）實時監(jiān)管
對微電網(wǎng)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(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(wǎng)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(zhì)量
實現(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(xiàn)微電網(wǎng)無人值守，實現(xiàn)數(shù)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(shù)據(jù)、天氣條件對負荷進行功率預測，并結(jié)合分布式電源出力與儲能狀態(tài)，實現(xiàn)經(jīng)濟優(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、風電、儲能設備的發(fā)電效率、轉(zhuǎn)化效率，用于評估設備性能與狀態(tài)。
（9）策略配置
微電網(wǎng)配置主要對微電網(wǎng)系統(tǒng)組成、基礎參數(shù)、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。
| 序號 | 設備 | 型號 | 圖片 | 說明 |
| 1 | 能量管理系統(tǒng) | Acrel-2000MG |
| 內(nèi)部設備的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控，由通信管理機、工業(yè)平板電腦、串口服務器、遙信模塊及相關通信輔件組成。 數(shù)據(jù)采集、上傳及轉(zhuǎn)發(fā)至服務器及協(xié)同控制裝置 策略控制:計劃曲線、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)控主機提供后備電源 |
| 4 | 打印機 | HP108AA4 |
| 用以打印操作記錄，參數(shù)修改記錄、參數(shù)越限、復限，系統(tǒng)事故，設備故障，保護運行等記錄，以召喚打印為主要方式 |
| 5 | 音箱 | R19U |
| 播放報警事件信息 |
| 6 | 工業(yè)網(wǎng)絡交換機 | D-LINKDES-1016A16 |
| 提供16口百兆工業(yè)網(wǎng)絡交換機解決了通信實時性、網(wǎng)絡安全性、本質(zhì)安全與安全防爆技術等技術問題 |
| 7 | GPS時鐘 | ATS1200GB |
| 利用gps同步衛(wèi)星信號，接收1pps和串口時間信息，將本地的時鐘和gps衛(wèi)星上面的時間進行同步 |
| 8 | 交流計量電表 | 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)、復費率電能計量、 四象限電能計量、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:帶開關量輸入和繼電器輸出可實現(xiàn)斷路器開關的"遜信“和“遙控”的功能 |
| 9 | 直流計量電表 | 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。可帶RS485通訊接口、模擬量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、開關量輸入/輸出等功能 |
| 10 | 電能質(zhì)量監(jiān)測 | APView500 |
| 實時監(jiān)測電壓偏差、頻率俯差、三相電壓不平衡、電壓波動和閃變、諾波等電能質(zhì)量，記錄各類電能質(zhì)量事件,定位擾動源。 |
| 11 | 防孤島裝置 | AM5SE-IS |
| 防孤島保護裝置，當外部電網(wǎng)停電后斷開和電網(wǎng)連接 |
| 12 | 箱變測控裝置 | AM6-PWC |
| 置針對光伏、風能、儲能升壓變不同要求研發(fā)的集保護，測控，通訊一體化裝置，具備保護、通信管理機功能、環(huán)網(wǎng)交換機功能的測控裝置 |
| 13 | 通信管理機 | ANet-2E851 |
| 能夠根據(jù)不同的采集規(guī)的進行水表、氣表、電表、微機保護等設備終端的數(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、邊緣計算等多項功能:實時多任務并行處理數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，可多鏈路上送平臺據(jù): |
| 14 | 串口服務器 | 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，調(diào)溫，及*全斷電(二次開關實現(xiàn)) 2)上傳配電柜各個空開信號 3)上傳UPS內(nèi)部電量信息等 4)接入電表、BSMU等設備 |
| 15 | 遙信模塊 | ARTU-K16 |
| 1)反饋各個設備狀態(tài)，將相關數(shù)據(jù)到串口服務器: 讀消防VO信號，并轉(zhuǎn)發(fā)給到上層(關機、事件上報等) 2)采集水浸傳感器信息，并轉(zhuǎn)發(fā)3)給到上層(水浸信號事件上報) 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(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。同時，應積極完善相應的光伏儲能技術，推動直流快速充電站的智能化、綠色化和高效化發(fā)展，為推動清潔能源發(fā)展和建設智能城市做出積極貢獻。
參考文獻
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【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(wǎng)設計與應用手冊2022.04版.
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