摘要：目前，我国发展以纯电动车为主的新能源汽车的产业政策道路日益明确，这也使电动车充电桩和其他配套实施可能会带来新的市场挑战，并带来相关的汽车企业投资机遇。结合现有的公共电网光伏电源车充电站不仅可以利用现有电网供电，也可以利用取之不竭，用之不尽的太阳能资源来发电，这对可再生能源利用和改善环境污染问题做出了重要贡献。本文对电动汽车光伏充电桩的发展应用及其相关技术进行了探讨分析。
关键词：光伏充电站；电动车；充电桩
1、电动车充电站市场发展趋势
在能源和环境保护的压力下，新能源电动车无疑将成为未来汽车的主要发展方向之一。“十二五”期间中国的新能源汽车将正式进入工业化阶段：从2011年到2015年进入产业化阶段，在全社会、混合动力汽车和小型电动汽车上推广新能源城市公交车。在“十三五”规划期间（2016-2020年），中国将进一步普及新能源汽车、多能源混合动力汽车、插电式电动汽车和氢燃料电池汽车，将逐步进入普通家庭。
受新能源电动汽车快速发展的影响、充电桩、充电站等配套设施也将得到快速发展。从2010年到2013年，中国的充电站数量从90个增加到618个，年复合增长率为89.6%，充电桩的数量从1129个增加到22628个，年复合增长率达到181.8%。充电基础设施建设是新能源汽车示范推广的关键环节之一，得益于新能源汽车应用的快速增长，中国新能源汽车充电基础设施行业将面临巨大的发展空间。由于电动汽车的规模小，对充电设备的投资是巨大的，投资的短期效益也不明显，因此充电设备的建设速度较慢。根据铁道部的数据，截至2014年底，中国总站的建设、823、38000个充电桩，其中国家电网公司在电厂建设、818、34000个收费桩、充电桩数远低于新能源汽车销售增长。2014年，新能源汽车在中国的销量达到939万辆，而充电设备的供需矛盾日益突出。但在2015年，全国有2549个充电站，计划充电桩的数量达到了34万，比14年的近20倍还多。
2、光伏充电站实现功能
充电站可分为四个子模块：光伏发电系统、配电系统、充电系统、蓄电池调度系统和充电站监控系统。一个完整的充电站需要6个部分组成即：光伏发电区、配电室、中央监控室、充电区、更换电池区和电池维护。
（一）光伏发电系统是充电站的重要组成部分，主要是通过充电装置的太阳能电池储存在蓄电池中，或直接供应电力车充电，实现国家的能源供应。（二）为充电站提供所需电源的变压器室，不仅要提供电力充电桩，而且要满足照明用电需求、控制设备、内部已成为配电设备、配电监控系统、相关控制和补偿装置；（三）中央监控室用于监控整个充电站的运行情况，并完成管理情况的报告打印。（四）充电区主要完成电池充电功能。（五）更换电池区是汽车更换电池的地方，需要配备电池更换装置，电池储存室也应该建好。（六）蓄电池组，电池组的平衡，电池组的实际容量测试，电池故障的紧急处理等，在电池维修室中进行。
汽车电池充电站通常可分为三种方式：（1）正常收费，被称为传统的充电或缓慢充电，这样的充电模式，是使用现在的交流插头插在车上，需要6到8个小时，或者3到6小时，这样更多的是交流充电方式，外部提供220 v或380 v交流电源给电动汽车车载充电机，由车载充电机给动力蓄电池充电。一般来说，小型纯电动汽车和插电式混合动力电动汽车大多采用这种充电方式。此种充电方法主要是通过充电桩来完成的。（2）快速充电，充电的电流比较大，需要建设快速充电站，不要求把电池完全充满，只需满足继续行驶的需要，这种充电模式下，在30分钟至50分钟的时间里，只为电池充电60%至70%。这种充电方式主要由充电站内的充电桩来实现，为直流充电，地面充电桩直接输出直流电能给车载动力蓄电池充电，电动汽车只需提供充电及相关通信接口；（3）电池更换。充电桩的技术壁垒并不高，快充具有一定的技术难度。慢速充电利用低水平电流连续充电6-8小时，可利用晚上充电；快速充电利用高电流进行40分钟-3小时的快速充电，由于充电电流和电压较大，对于安全性和可靠性都有较高的要求。
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3、新能源电动车光伏充电站技术难题
3.1 光伏发电不稳定性
就现有国内特斯拉建光伏充电站而言，从技术层面存在光伏方阵发电密度低、发电不稳定、发电效率低等缺点，这与现有比较成熟的火力发电是完全不同的。电动汽车充电需要高电压、大电流、大功率，一次性快充。这与目前太阳能光伏发电的特点有冲突。
根据系统测算，特斯拉充电站太阳能光伏方阵铺设面积约为260平方米，太阳能组件最高转化率为23.5%。以一个西部城市为例，全年光照辐射总量约2230千瓦时每平方米，则可利用的全年光照辐射总量约为2230×80%=1783千瓦时每平方米，那么以上特斯拉太阳能充电站每天可发电量约为（1180×150）÷365×20.5%=99.4千瓦时。因此，即使不考虑太阳能电池组件光电转换率在使用寿命期内逐年衰减的影响，离网运行的太阳能光伏充电站在理想条件下的发电量一天也仅够将3辆该车型电量增加60%。同时电动车太阳能光伏充电站发电量受天气的影响较明显，多云天气、大风下雨及雾霾天气更会大大降低发电量。此外，夜晚没有太阳光，根本无法发电，太阳能光伏充电站要想24小时使用根本无法实现。
3.2 蓄电池成本过高束缚充电站产业化
为了避免光伏发电诸多因素引起的不稳定性，利用蓄电池将多余的能量储存起来，作为太阳能光伏充电站后备能量或者夜间备用电能。对于建设企业来说，蓄电池采购成本过高，再加上蓄电池在使用寿命期内会随着使用环境和其他因素的影响而产生衰减，同时蓄电池平均使用寿命在3-5年内，如果好一点的蓄电池，寿命能长一点，但是成本则会增加，如果通过蓄电池来储存能源作为后备能量，从技术上是没有任何问题的。但目前利用蓄电池组建设光伏充电站的成本大概是普通电站的5倍，不仅如此，蓄电池组的使用寿命也比较短，现在质量过关、性能优异蓄电池寿命也仅有8年左右。就目前发展状况来看，只通过光伏电站为充电桩提供能量是远远不够的，还需市电电网的相互辅助，才能保证充电桩的正常运行，或者说离开市电电网，太阳能光伏充电站只是一个摆设，没有什么实质用处，只有与电网结合，才能保证充电桩运行的可靠性。
3.3 国内外新能源电动车充电桩标准脱轨
以特斯拉电动车为例，其充电标准与国内充电标准不一致。特斯拉太阳能超级充电站智能为其充电，而不能服务于国产电动车，且具有使用局限性。国家电网公司负责推广公共充电桩建设，而特斯拉电动车无法使用这些以国内标准充电桩，当然，通用的办法，就是让特斯拉的充电标准兼容国内的充电标准，这样就能实现特斯拉充电标准与国内标准一致，就不存在使用局限性。但长期以来，电动汽车行业标准都由西方国家掌握，导致产业发展比较被动，这也是造成国内电动车充电标准无法与国外电动车充电标准接轨的重要原因。
4、结束语
中国已明确指出：节能与新能源汽车代表未来汽车发展方向，已成为市场新的经济增长点和战略调整的制高点。国家也将不断出台相关标准及政策予以支持。但是太阳能光伏充电站数量有限的瓶颈逐渐显露出来，而这也构成了市场的潜在投资机会。同时由于电动车光伏充电站从技术层面上有一定局限性，这势必会阻碍电动车光伏充电站的发展。但也为电动车光伏充电站生产开发明确了研究方向。
参考文献：
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[3]张宝中.新能源光伏汽车充电站发展现状与分析[J].科技与创新，2016（16）：36.
[4]郑冰冰.新能源汽车充电站发展现状与分析[J].中国科技投资，2016（24）：281-281.
论文作者:李想
论文发表刊物:《电力设备》2017年第28期
论文发表时间:2018/1/16
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