淺析光伏發電系統在直流快速充電站中的應用

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：光伏儲能系統是一種將太陽能轉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工作原理和光伏儲能系統在直流快速充電站中的實踐應用，探討光伏儲能系統在直流快速充電站中的挑戰，分析光伏儲能系統在直流快速充電站中的發展前景。研究表明，光伏儲能系統可以減輕電網負荷壓力，提高電能利用率，減少對化石燃料的依賴，而系統效率、儲能成本和環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；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，降低充電基礎設施的運營成本。

1光伏儲能系統的工作原理

太陽能作為一種可再生能源，可以通過光伏儲能系統進行再次利用。光伏儲系統通過光伏電池板將太陽能轉化為電能。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，并持續產生一定的電流，從而使光能轉化為電能。

由于太陽能屬于間接性能源，只有在白天的時候才能產生電能。為實現能源的持續供應，光伏儲能系統需儲存白天產生的多余電能，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化為化學能，并在需要時再將化學能轉化為電能輸出，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勢，能滿足光伏儲能系統的多樣化需求。

2光伏儲能系統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定的電能供應

在直流快速充電站中應用光伏儲能系統可以存儲更多的太陽能，在光照不足情況下，保證充電樁可以穩定地供應電能，進一步降低對電網的過度依賴，并推動可持續發展和提高能源利用效率。光伏儲能系統利用太陽能電池板將太陽光轉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，光伏儲能系統將儲存電能供應給直流快速充電站，實現穩定的直流電能輸出，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定可靠的電力支持。直流快速充電站利用光伏儲能系統將太陽能及時轉化為電能并儲存，無須依賴傳統的燃煤、燃油等發電方式，從而減少對電網的依賴，降低電網負荷，落實綠色、可持續能源供應的發展。

2.2優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引入直流快速充電站，并在智能充電管理系統優化控制下，實現能源的優化調度和管理，持續提高直流快速充電站充電效率。

智能充電管理系統的引入是直流快速充電站充電過程優化和*的基礎。該系統可以全面監控直流快速充電站負荷、能量輸入和車輛需求等關鍵參數，并以此為基礎進行智能調度，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，降低利用傳統電能的比例。此外，智能充電管理系統可以通過分析不同車輛的電池狀態、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，智能充電管理系統可調整充電優先級，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，光伏儲能系統的應用可以實現兩個重要功能。

一方面，在充電站不是高峰期的狀況下，光伏儲能系統需借助太陽能產生和存儲更多的電能，并將其輸送到電網，避免電能浪費，為電網提供額外的電力資源，減輕電網的負荷壓力。

另一方面，在電網負載高峰期，由于人們的用電需求增加，電網也需提供更多的電力。該環節中，光伏儲能系統需釋放存儲電能，為電網提供額外的電力，從而緩解電網的壓力，保證電力供應的穩定性。同時，除直接應用在充電站中，光伏儲能系統還可以與其他能源系統相結合，形成微電網系統。其中，微電網系統通過將光伏儲能系統、風能系統、電池儲能系統等不同形式的可再生能源系統相結合，實現能源的互補和平衡。

3光伏儲能系統在充電基礎設施發展中的促進作用

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展極為重要。在這一進程中，光伏儲能系統利用太陽能進行發電，并儲存多余的電能，為充電基礎設施提供可靠、清潔、持續的能源。光伏儲能系統在充電基礎設施發展中的促進作用具體表現在4個方面。

一是提供可靠的電力來源，傳統能源供應系統經常受到供電不穩定的影響，而光伏儲能系統則可以利用太陽能為充電基礎設施提供穩定、可靠的電力。無論是在城市還是偏遠地區，光伏儲能系統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。

二是降低傳統能源過度依賴，傳統能源生產方式不僅會造成一定的環境污染，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，可以有效減少對傳統能源的依賴，使得充電基礎設施更加環保和可持續。同時，通過自產自用的光伏能源，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。

三是促進社會經濟發展，建設光伏儲能系統將帶動新能源產業的發展，創造就業機會，提高就業率，同時使用光伏儲能系統的充電基礎設施也能吸引更多的投資和游客，推動當地旅游業和商業發展。光伏儲能系統的推廣和應用，將為社會經濟的可持續發展帶來巨大的推動力。

四是加速能源轉型和減少碳排放，光伏儲能系統利用可再生的太陽能為直流快速充電站提供持續的清潔能源，對環境友好。通過大規模應用光伏儲能系統，可以持續減少對傳統能源的依賴，降低碳排放，實現能源綠色轉型。

4安科瑞Acrel-2000MG微電網能量管理系統

4.1概述

Acrel-2000MG儲能能量管理系統是安科瑞專門針對工商業儲能電站研制的本地化能量管理系統，可實現了儲能電站的數據采集、數據處理、數據存儲、數據查詢與分析、可視化監控、報警管理、統計報表、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。該系統不僅可以實現下級各儲能單元的統一監控和管理，還可以實現與上級調度系統和云平臺的數據通訊與交互，既能接受上級調度指令，又可以滿足遠程監控與運維，確保儲能系統安全、穩定、可靠、經濟運行。

4.2應用場景

適用于工商業儲能電站、新能源配儲電站。

4.3系統結構

4.4系統功能

（1）實時監管

對微電網的運行進行實時監管，包含市電、光伏、風電、儲能、充電樁及用電負荷，同時也包括收益數據、天氣狀況、節能減排等信息。

（2）智能監控

對系統環境、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測，掌握微電網系統的運行狀況。

（3）功率預測

對分布式發電系統進行短期、超短期發電功率預測，并展示合格率及誤差分析。

（4）電能質量

實現整個微電網系統范圍內的電能質量和電能可靠性狀況進行持續性的監測。如電壓諧波、電壓閃變、電壓不平衡等穩態數據和電壓暫升/暫降、電壓中斷暫態數據進行監測分析及錄波展示，并對電壓、電流瞬變進行監測。

（5）可視化運行

實現微電網無人值守，實現數字化、智能化、便捷化管理;對重要負荷與設備進行不間斷監控。

（6）優化控制

通過分析歷史用電數據、天氣條件對負荷進行功率預測，并結合分布式電源出力與儲能狀態，實現經濟優化調度，以降低尖峰或者高峰時刻的用電量，降低企業綜合用電成本。

（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據，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、儲能設備的發電效率、轉化效率，用于評估設備性能與狀態。

（9）策略配置

微電網配置主要對微電網系統組成、基礎參數、運行策略及統計值進行設置。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。

5硬件及其配套產品

6結論與展望

在直流快速充電站中應用光伏儲能系統，能有效地解決目前充電樁存在的不良問題，并持續提高充電效率，降低運營成本，進一步推動電動汽車產業的快速發展。同時，應積極*相應的光伏儲能技術，推動直流快速充電站的智能化、綠色化和高效化發展，為推動清潔能源發展和建設智能城市做出積極貢獻。

參考文獻

【1】張強.建筑“光儲直柔"配電系統設計要點淺析[J].現代建筑電氣，2023，14（12）：17-24.

【2】李金韜.光伏儲能系統在直流快速充電站中的應用[J].云南水力發電，2021，37（11）：10-13.

【3】皮琪力.基于三電平變換器的快速充電站微網構架及控制策略研究[D].武漢：湖北工業大學，2020.

【4】謝贏朋.光伏儲能系統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】安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.04版.