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摘要：从充电桩与光伏结合的光伏充电站出发，在第一部分对充电桩分析的基础上，研究总结了光伏充电站的定义、分类、工程应用、商业模式和盈利能力，并举例分析其成本和投资收益，为相关企业后续开展光伏充电站领域的业务提供建议和参考。
关键词：光伏，充电站
0 引言
作为光伏充电站研究的第二部分，在第一部分对充电桩充分总结的基础上，从光伏发电与充电桩结合的光伏充电站出发，分析总结了其定义、分类、工程应用、商业模式和盈利能力，并举例分析其成本和投资收益，为相关企业后续开展光伏充电站领域的业务提供建议和参考。
1 定义
光伏充电站是集太阳能光伏并网发电、太阳能光伏独立发电、电动汽车充电功能于一体的智能型可再生能源综合应用系统。太阳能光伏电池发电经系统变电后优先给车棚内停放的电动汽车充电，剩余的电能由蓄电池储备起来，蓄电池充满电后，光伏电池发的电经光伏并网逆变器直接转换为市电并入公共电网，实现发电、充电、并网“三位一体”。
数据显示，目前我国新能源汽车保有量约12万辆，累计建成充电桩仅3万个，充电桩规模远达不到使用需求。2016年1月4日发布的《电动汽车基础设施发展指南（2015-2020年）》[1]明确，到2020年，全国将新增集中式充换电站1.2万座，分散式充电桩480万个，以满足全国500万辆电动汽车充电需求。
建设光伏发电与充电站结合的新能源充电系统，保证了光伏发电的充分利用和电动汽车的动力来源。顶棚是建筑主体结构的一部分，既能遮风挡雨，又可输出电力和汽车动力，是光伏建筑一体化应用的典范。
2 分类
（1）普通充电模式。即常规充电或慢速充电，常用交流充电方式，即连接光伏充电桩提供的220V或380V交流电源和电动汽车车载充电机，由车载充电机给专用蓄电池充电。这种充电模式需将光伏充电桩上配置的交流电插头插在车上，充电速度较慢，充电时间较长，需2-8h，适合电动汽车夜间休息时的慢速充电。小型电动汽车、可外接充电式混合动力的电动汽车也多采用该方式。
（2）快速充电模式。充电电流大，充电响应快，但无需把电池充满，只需满足继续行驶的要求即可。这种充电方式要求充电站在20-30分钟内为车载蓄电池充电50%-80%。该充电模式主要由充电站内的光伏直流充电控制器来实现，由光伏电池组件阵列直接输出直流电能，通过充放电控制器给车载蓄电池充电，电动汽车只需提供充电通讯一体式接口。
（3）电池更换模式。即在充电站配置足量的标配蓄电池，可进行蓄电池更换，是最快捷的方式。高速公路加油站和服务区的光伏充电站更适宜采用光伏发电-蓄电池充电的电池更换模式。
3 工程应用
早在2011年，英国的世界首个高速公路就采用了光伏电动汽车充电站网络。2013年，远景太阳能公司开发了自动充电装置EV ARC可以用来发电并储存电力[2]。该系统包括一组光伏电池板，一个电池组和一个5.5吨重的钢板（见图2），其销售情况不错。采用直流快充专利技术，特斯拉于2014年4月在上海建成了光伏充电站与电网结合供电。2014年11月，全国首座由社会资本投建的光伏充电站在上海落成，该站充电桩解决了车型间充电标准不兼容的问题，可以同时适用于三大不同车系充电的国标、美标和欧标要求。2015年10月，北京市石景山超级光伏充电站开建50根充电桩，该站由首钢和富电科技公司采用PPP模式建设运营。2016年1月，猛狮科技在江苏镇江建设的光伏微电网充电桩建成投用，光伏系统装机容量为20kW，储能容量300kWh，配套建设10个充电桩，可为电动汽车提供直流快充和交流慢充两种充电模式。此外，还有北京朝阳华贸光伏超级充电站、富电科技西客站光伏充电站（见图3）、深圳龙岗光伏充电站等等。
图3 富电科技西客站光伏充电站示意图[3]
4 商业模式
目前，在光伏充电站上使用的投资模式有：
（1）债券基金
北京西客站充电站的建设和投资首次实现了债权基金参与充电站基础设施领域的投资。采用了“资本＋产业”模式，其中基金元诺资本投资60%，富电科技投资40%。采用这种债权基金的模式，可以实现10年以上6％-7%的回报率。
（2）PPP模式
北京石景山光伏超级充电站就是北京市首个真正落地的PPP项目。总投资1500万元，光伏装机量为160kW，由首钢集团与富电科技共同投资建设，是目前全国最大的光伏充电站。
（3）众筹模式
充电桩企业与商业中心共同建设就是众筹模式之一。如目前在建的北京奥运村光伏超级充电站由奥运村提供场地与部分基金。另外，还有投资众筹、平台众筹等。
此外，上海建成的光伏充电站还开发了手机APP，可以查询附近的充电设施并导航，采用扫描二维码方式激活充电桩为汽车充电，打通了车主从寻找充电桩到最后支付的各个环节，探索了基于充电业务本身的商业模式。未来，光伏充电站还将拓展功能，整合“光伏发电+汽车充电+WIFI+广告展示+临时休憩”等功能。
除了电源外，售电领域具备更大的想象空间。《电动汽车基础设施发展指南（2015-2020年）》[1]已经明确，允许充电服务企业向用户收取电费及服务费。而对于最终充电价格的规定则为，对不同类别充电基础设施，同意各地兼顾投资运营主体合理收益与用户使用经济性等，逐步出台分类指导价格、规范充电服务价格机制。
5 盈利能力
目前运营近1年的北京朝阳华贸光伏超充站通过收取充电服务费实现投资回报，回收期为5年。计算依据为：每个直流桩的利用次数为8次/天，充电服务费为0.8元/度，充电量约20度/次，充电服务费年度收益为46720元，而直流桩设施投入为23万元，以此计算成本回收期约为5年。
位于北京市西客站北广场地下车库的富电科技西客站充电站现场共计有100台充电桩，其中快充、慢充电桩各50台，统一收费标准为电费（0.87元/度）＋充电服务费（0.8元/度）＋停车费（5元/小时）。富电科技收取充电服务费，电费和停车费分别由电网公司和停车场物业主收取。另外，还有充电站按次收费，无论车型、每次充电25-30元的充电服务费。
如此测算，投资一座充电站的成本回收周期大约为7年；当新能源车达到一定规模后，这一周期有望缩短。此外，充电桩企业还可通过分时租赁、广告等增值服务增加收益。对于电动汽车车主而言，相比传统汽车的油耗费用，使用光伏充电桩充电的费用可降低70%左右。
6 典型案例分析
下面以10kW光伏充电站为例，给出其系统组成、发电模式、成本和收益概算。
10kW光伏微网充电站系统由光伏电池组件、直流汇流箱、DC/DC光伏控制器、储能电池、逆变电源、控制与保护电路等主要单元组成。本系统安装10kW的光伏组件，晴天日发电量40kWh（北京地区为例），锂电池储能容量40kWh。设置一个直流或交流充电桩，两个充电车位，可同时给2辆电动汽车充电。可选择接入普通220V/380V城市电网作为能源补充。整个车棚总占地面积约70m2。充电可智能控制，通过互联网技术可实时查看充电桩状态并进行在线支付结算。
能量转换模式有两种：
（1）光伏电池组件到锂电池：DC/DC储能。将光伏电池组件产生的直流电能直接存储到锂电池中，待电动车充电时，再进行放电。最大效率利用太阳能。
（2）光伏电池组件余电上网：DC/AC并网。当无电动车充电，且蓄电池已满时或无蓄电池时，将光伏电池组件产生的直流电能多余部分转换为交流电能，待电动车充电时可从电网获取电能。
主要成本估算和投资收益概算见表3-4。
7 结论
光伏充电站的建设可以更好地推广新能源汽车，在新能源汽车普及前做发电站使用，普及后有效减少新能源汽车对电力的需求。论文分析总结了光伏充电站的定义、分类、工程应用、商业模式和盈利能力，并举例分析其成本和投资收益。
可以看出，目前光伏充电站商业模式尚未成熟。单一按照投资光伏充电站后仅收取电费及服务费计算，投资回收期为5-7年甚至更长，建议考虑从互联网+、停车费、广告费等多个角度以及开发周边配套产业的模式来增加收益。同时，结合各地新能源汽车及充电设施的实际情况，适宜采用科学、创新和针对性的商业模式。综上，对于新入行企业来说，建议首先在试点项目上开展光伏充电站的建设运营、积累相关技术和商业模式经验，为后期选定分类型式、技术路线和业务推广奠定基础。
参考文献
[1] 中华人民共和国国家发展改革委员会.《电动汽车充电基础设施发展指南(2015-2020年)》(发改能源[2015]1454号). http://www.sdpc.gov.cn/zcfb/zcfbtz/201511/t20151117_758762.html
[2] Envision Solar推首个可移动太阳能充电车棚. 网易科技. 2015.8.28 http://tech.163.com/15/0828/15/B246U05700094P0U.html
[3] 富电科技建北京最大光伏充电站. 中国汽车报网. 2015.10.21
http://www.cnautonews.com/xnyqc/EN_sc/201510/t20151021_427803.htm
论文作者:范忠瑶,花磊,易金印
论文发表刊物:《电力设备》2016年第22期
论文发表时间:2017/1/18
标签：充电站论文; 光伏论文; 模式论文; 电动汽车论文; 蓄电池论文; 电池论文; 服务费论文; 《电力设备》2016年第22期论文;