國(guó)內(nèi)外電動(dòng)車光伏充電樁發(fā)展現(xiàn)狀

(1) 國(guó)外電動(dòng)車光伏充電站發(fā)展現(xiàn)狀

2013 年 11 月 13 日， 美國(guó)太陽能遮陰停車場(chǎng)設(shè)計(jì)師兼制造商EnvisionSolarInternational 宣布位于圣地亞哥國(guó)際機(jī)場(chǎng)的 EV ARC電動(dòng)車充電站部署實(shí)驗(yàn)獲得成功。 EV ARC電動(dòng)車充電站在美國(guó)發(fā)明、設(shè)計(jì)及制造而成，是世界首個(gè)全自動(dòng)、可移動(dòng)的獨(dú)立光伏發(fā)電充電站，無需地基挖坑，亦可免除建設(shè)審批與并入電網(wǎng)。 此外，EV ARC 適合安裝于一塊標(biāo)準(zhǔn)的停車位內(nèi)，日光伏發(fā)電量約為 16 千瓦時(shí)，可存儲(chǔ)于一個(gè) 22 千瓦時(shí)的車載電池儲(chǔ)能裝置之中。該光伏系統(tǒng)還配備 EnvisionTrak——一種專有的跟蹤系統(tǒng)。 該跟蹤系統(tǒng)不僅可令太陽能列陣跟蹤太陽光線，而且相比于傳統(tǒng)固定式列陣發(fā)電量提升 18%至 25%。

(2) 國(guó)內(nèi)電動(dòng)車光伏充電站發(fā)展現(xiàn)狀

2015 年 10 月 21 日，北京市最大的光伏超級(jí)充電站破土動(dòng)工， 該充電站位于石景山區(qū)內(nèi)， 預(yù)計(jì)將于年底建成投入使用，建成后也是石景山區(qū)首個(gè)光伏超級(jí)充電站，北京繼華貿(mào)中心充電站之后的最大光伏充電站， 將為北京西部的新能源車充電問題提供一大支撐。 整個(gè)充電站的能源提供將全部由太陽能完成，將建成 50 根充電樁，具備每天為 80 輛電動(dòng)車充電的能力。 據(jù)介紹，該光伏充電站的兼容性非常強(qiáng)，對(duì)于目前市面上主流的國(guó)產(chǎn)、日系和歐美的三大車系電動(dòng)車，都可以在這個(gè)充電站內(nèi)進(jìn)行充電。 除了充電的主要功能之外，該充電站還具備立體停車的功能，預(yù)計(jì)可以停放 30 輛車。

新能源電動(dòng)車充電站市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)

在能源和環(huán)保的壓力下，新能源電動(dòng)汽車無疑將成為未來汽車的主要發(fā)展方向。“十二五”期間，我國(guó)新能源汽車將正式邁入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段：2011-2015 年開始進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段，在全社會(huì)推廣新能源城市客車、混合動(dòng)力轎車、小型電動(dòng)車。“十三五”期間即 2016-2020 年，我國(guó)將進(jìn)一步普及新能源汽車、多能源混合動(dòng)力車，插電式電動(dòng)轎車，氫燃料電池轎車將逐步進(jìn)入普通家庭。受新能源電動(dòng)車的快速發(fā)展， 充電樁和充電站等配套設(shè)施，也會(huì)迎來快速發(fā)展。2010 至 2013 年，中國(guó)充電站保有量從90 座快速增長(zhǎng)至 618 座，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá) 89.6%，充電樁數(shù)量也從 1129 個(gè)增長(zhǎng)至 22628 個(gè)，年復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá) 181.8%。 充電設(shè)施建設(shè)是新能源汽車示范推廣的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一， 受益于新能源汽車應(yīng)用的快速增長(zhǎng)， 我國(guó)新能源汽車充電設(shè)施行業(yè)將面臨巨大的發(fā)展空間。 此前由于電動(dòng)汽車規(guī)模較小，充電設(shè)施建設(shè)投資巨大，投資短期效益不明顯，因此充電設(shè)施建設(shè)速度較慢。 根據(jù)工信部數(shù)據(jù)，截至 2014 年底，我國(guó)共建設(shè)完成充電站 823 個(gè)、充電樁 3.8 萬個(gè)，其中，國(guó)家電網(wǎng)公司建成充換電站818 座，充電樁 3.4 萬個(gè)，充電樁數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于新能源汽車的銷量增長(zhǎng)。 而 2014 年我國(guó)新能源汽車產(chǎn)銷量已達(dá) 9.39 萬輛，充電設(shè)施供需之間的矛盾日益突出。 但在 2015 年，全國(guó)計(jì)劃建成的充電站數(shù)量達(dá)到了 2549 個(gè)，而計(jì)劃建成充電樁的數(shù)量更是達(dá)到了 34 萬個(gè)，相比于 14 年，有了近 20 倍的增長(zhǎng)。

充電站按照功能可以劃分為四個(gè)子模塊：光伏發(fā)電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、電池調(diào)度系統(tǒng)、充電站監(jiān)控系統(tǒng)。 一個(gè)完整的充電站需要光伏發(fā)電區(qū)、配電室、中央監(jiān)控室、充電區(qū)、更換電池區(qū)和電池維護(hù)間等六個(gè)部分組成。

( 1)光伏發(fā)電系統(tǒng)是整個(gè)充電站重要組成部分，主要經(jīng)太陽能電池方陣發(fā)電通過充電裝置儲(chǔ)存到蓄電池中或直接供給電動(dòng)車充電使用，擔(dān)負(fù)著能源的供給。

( 2)配電室為充電站提供所需的電源，不僅給充電樁提供電能，而且要滿足照明、控制設(shè)備的用電需求， 內(nèi)部建有變配電所有設(shè)備、 配電監(jiān)控系統(tǒng)、相關(guān)的控制和補(bǔ)償設(shè)備;

( 3)中央監(jiān)控室用于監(jiān)控整個(gè)充電站的運(yùn)行情況，并完成管理情況的報(bào)表打印等。

( 4)充電區(qū)主要完成電池充電功能。

( 5)更換電池區(qū)是車輛更換電池的場(chǎng)所，需要配備電池更換設(shè)備，同時(shí)應(yīng)建設(shè)用于存放備用電池的電池存儲(chǔ)間。

( 6)電池重新配組、電池組均衡、電池組實(shí)際容量測(cè)試、電池故障的應(yīng)急處理等工作都在電池維護(hù)間進(jìn)行。

充電站給汽車充電一般分為三種方式：

( 1) 普通充電，就是所謂的常規(guī)充電或慢速充電，這種充電模式，是用現(xiàn)在的交流插頭插在車上，需要 6 至 8 個(gè)小時(shí)，或者 3 至 6 個(gè)小時(shí)，此種方式多為交流充電方式， 外部提供 220V 或 380V 交流電源給電動(dòng)汽車車載充電機(jī)，由車載充電機(jī)給動(dòng)力蓄電池充電。 一般小型純電動(dòng)汽車、 可外接充電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車多采用此種方式，這種充電方式主要由充電樁來完成; ( 2)快速充電，充電的電流比較大，需要建設(shè)快速充電站，不要求把電池完全充滿，只需滿足繼續(xù)行駛的需要，這種充電模式下，在 30 分鐘至 50 分鐘的時(shí)間里，只為電池充電 60%至 70%。 這種充電方式主要由充電站內(nèi)的充電樁來實(shí)現(xiàn)，為直流充電，地面充電樁直接輸出直流電能給車載動(dòng)力蓄電池充電， 電動(dòng)汽車只需提供充電及相關(guān)通信接口; ( 3)電池更換。 充電樁的技術(shù)壁壘并不高，快充具有一定的技術(shù)難度。 慢速充電利用低水平電流連續(xù)充電 6-8 小時(shí)，可利用晚上充電;快速充電利用高電流進(jìn)行40 分鐘-3 小時(shí)的快速充電，由于充電電流和電壓較大，對(duì)于安全性和可靠性都有較高的要求。

(1) 光伏發(fā)電不穩(wěn)定性

就現(xiàn)有國(guó)內(nèi)特斯拉建光伏充電站而言， 從技術(shù)層面存在光伏方陣發(fā)電密度低、發(fā)電不穩(wěn)定、發(fā)電效率低等缺點(diǎn)，這與現(xiàn)有比較成熟的火力發(fā)電是完全不同的。 電動(dòng)汽車充電需要高電壓、大電流、大功率，一次性快充。 這與目前太陽能光伏發(fā)電的特點(diǎn)有沖突。

根據(jù)系統(tǒng)測(cè)算， 特斯拉充電站太陽能光伏方陣鋪設(shè)面積約為 260 平方米，太陽能組件最高轉(zhuǎn)化率為 23.5%。 以一個(gè)西部城市為例， 全年光照輻射總量約 2230 千瓦時(shí)每平方米，則可利用的全年光照輻射總量約為 2230×80%=1783 千瓦時(shí)每平方米， 那么以上特斯拉太陽能充電站每天可發(fā)電量約為( 1180×150)÷365×20.5%=99.4 千瓦時(shí)。 因此，即使不考慮太陽能電池組件光電轉(zhuǎn)換率在使用壽命期內(nèi)逐年衰減的影響，離網(wǎng)運(yùn)行的太陽能光伏充電站在理想條件下的發(fā)電量一天也僅夠?qū)?3 輛該車型電量增加 60%。 同時(shí)電動(dòng)車太陽能光伏充電站發(fā)電量受天氣的影響較明顯，多云天氣、大風(fēng)下雨及霧霾天氣更會(huì)大大降低發(fā)電量。 此外，夜晚沒有太陽光，根本無法發(fā)電，太陽能光伏充電站要想 24 小時(shí)使用根本無法實(shí)現(xiàn)。

(2 )蓄電池成本過高束縛充電站產(chǎn)業(yè)化

為了避免光伏發(fā)電諸多因素引起的不穩(wěn)定性， 利用蓄電池將多余的能量?jī)?chǔ)存起來， 作為太陽能光伏充電站后備能量或者夜間備用電能。 對(duì)于建設(shè)企業(yè)來說， 蓄電池采購成本過高， 再加上蓄電池在使用壽命期內(nèi)會(huì)隨著使用環(huán)境和其他因素的影響而產(chǎn)生衰減，同時(shí)蓄電池平均使用壽命在 3-5 年內(nèi)，如果好一點(diǎn)的蓄電池，壽命能長(zhǎng)一點(diǎn)，但是成本則會(huì)增加，如果通過蓄電池來儲(chǔ)存能源作為后備能量， 從技術(shù)上是沒有任何問題的。 但目前利用蓄電池組建設(shè)光伏充電站的成本大概是普通電站的 5 倍， 不僅如此， 蓄電池組的使用壽命也比較短，現(xiàn)在質(zhì)量過關(guān)、性能優(yōu)異蓄電池壽命也僅有 8 年左右。 就目前發(fā)展?fàn)顩r來看， 只通過光伏電站為充電樁提供能量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還需市電電網(wǎng)的相互輔助，才能保證充電樁的正常運(yùn)行， 或者說離開市電電網(wǎng)， 太陽能光伏充電站只是一個(gè)擺設(shè)，沒有什么實(shí)質(zhì)用處，只有與電網(wǎng)結(jié)合，才能保證充電樁運(yùn)行的可靠性。

(3) 國(guó)內(nèi)外新能源電動(dòng)車充電樁標(biāo)準(zhǔn)脫軌

以特斯拉電動(dòng)車為例， 其充電標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)內(nèi)充電標(biāo)準(zhǔn)不一致。 特斯拉太陽能超級(jí)充電站智能為其充電，而不能服務(wù)于國(guó)產(chǎn)電動(dòng)車，且具有使用局限性。 國(guó)家電網(wǎng)公司負(fù)責(zé)推廣公共充電樁建設(shè)，而特斯拉電動(dòng)車無法使用這些以國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)充電樁，當(dāng)然，通用的辦法，就是讓特斯拉的充電標(biāo)準(zhǔn)兼容國(guó)內(nèi)的充電標(biāo)準(zhǔn)，這樣就能實(shí)現(xiàn)特斯拉充電標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)一致，就不存在使用局限性。 但長(zhǎng)期以來，電動(dòng)汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)都由西方國(guó)家掌握，導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)發(fā)展比較被動(dòng)，這也是造成國(guó)內(nèi)電動(dòng)車充電標(biāo)準(zhǔn)無法與國(guó)外電動(dòng)車充電標(biāo)準(zhǔn)接軌的重要原因。

結(jié)束語

中國(guó)已明確指出： 節(jié)能與新能源汽車代表未來汽車發(fā)展方向，已成為市場(chǎng)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)和戰(zhàn)略調(diào)整的制高點(diǎn)。 國(guó)家也將不斷出臺(tái)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及政策予以支持。 但是太陽能光伏充電站數(shù)量有限的瓶頸逐漸顯露出來， 而這也構(gòu)成了市場(chǎng)的潛在投資機(jī)會(huì)。 同時(shí)由于電動(dòng)車光伏充電站從技術(shù)層面上有一定局限性，這勢(shì)必會(huì)阻礙電動(dòng)車光伏充電站的發(fā)展。 但也為電動(dòng)車光伏充電站生產(chǎn)開發(fā)明確了研究方向。