目前,电动汽车充电站主要是利用电网供电,如果电动汽车得到大量推广使用,必将额外消耗大量不可再生资源用于发电,煤、石油等化石能源在燃烧发电过程中又造成环境污染,加重了传统能源消耗和环境问题,因此,开发利用清洁的可再生能源给电动汽车充电站供电势在必行,光伏充电站是电动汽车未来最理想的充电站。 电动汽车光伏充电站可以分为两类,即离网运行的电动汽车光伏充电站和并网运行的电动汽车光伏充电站,目前应用较多的是并网运行的电动汽车光伏充电站。 并网运行的电动汽车光伏充电站主要由光伏电池阵列、储能电池组、多组DC/DC变换器、交流电源、中央控制器等单元组成,如图2-62所示。
光伏电池阵列由太阳能电池板串、并联组成,它吸收太阳能并发出直流电,经DC/DC变换器接入充电系统,是站内电动汽车充电的主要电源。
储能电池组在系统中启动能量储存和调节作用,当光伏发电量过剩时,储存多余的电能;光伏不足时,由储能或与交流配网一起向电动汽车充电。
多组DC/DC变换器是作为光伏电池阵列、储能电池组和电动汽车充电系统的变流单元,其中,光伏发电系统和电动汽车充电系统使用能量单向流动的DC/DC变换器,储能电池组使用能量双向流动的DC/DC变换器。
DC/AC变换器是作为交流配电网与光伏充电系统的连接单元,根据站内充电需要,将配电网输入的交流电转换为直流接入充电系统。
中央控制器协调系统内各组成单元正常运行,实现能量的监测与控制。
电动汽车光伏充电站的原理是利用高储能电池把太阳能发的电能储存并及时提供给电动汽车充电使用或是给其他系统供应电力,而在太阳能发的电能不足以满足充电站使用时,可以从电网中输送电能到充电站中储存,以便于及时给电动汽车提供电力。
光伏充电站具有以下主要特点。
①光伏充电站不需要建设专门的电站或是电网来供电给充电站使用,也不需要加大电网的电容量。因为光伏发电系统不但有自身的发电功能,在遇到供不应求的情况时,光伏充电站系统会在电网低谷时段选择从国家电网购买电量储存在储能系统里,这样不仅使充电站的电量能满足快速给电动汽车充电且不影响电网的使用,而且也对国家电网低谷时段的电力做了有效利用。相反地,当国家电网到高峰时段用电压力较大时,也同样可以利用充电站储电优势反供电给电网。
②因为储能光伏充电站是多个储能电池组合成的,所以即使遇到供不应求的情况,也不需要重新建造更大的充电站,其扩大能量的方法非常简单,只要按需求增加电池组数量即可。这样就在很大程度上节约了充电站的建设成本,给充电站的长远发展提供了更多的可能性。
特斯拉在北京首个光伏超级充电站已经投入使用,如图2-63所示。该光伏超级充电站由一个充电机带两个充电桩组成,采用电网电能和太阳能联合供电方式,并备有电池组储电。所谓超级,即高压大电流,可实现快速充电。交流输入电压为380V,电流为192A;直流输出功率为125kW,给电动汽车充电。以电力用尽的特斯拉 Model S85为例,20min充电一半,40min充电80%,80min充电100%。
宝马公司和 EIGHT设计公司共同开发了一款电动汽车光伏充电站,现已安装在慕尼黑的宝马博物馆,如图2-64所示。该充电站的外形类似一个拱形的鸟翼。以太阳能板作为顶棚,内部基于LED的电气照明系统可以与用户进行交互
式体验。当用户接近充电站的时候,LED灯的颜色和亮度会发生改变。LED照明系统也可以告诉人们该充电站是有人占用还是处于空闲状态充电站的集成触摸显示屏会显示车辆相关的信息,例如当前电池续驶里程启动之前的安全信息以及收费方式。它还会告诉用户电动汽车的电池能使用多久,在到达目的地之前,用户需要在何时何地进行充电。充电站靠收集太阳能为电动汽车充电,同时也将平日不用的能量重新输送回输电网。
