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淺析光伏發(fā)電系統(tǒng)在直流快速充電站中的應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間: 2024-08-22  點(diǎn)擊次數(shù): 163次

安科瑞 陳聰

摘要:光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)是一種將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能并存儲(chǔ)起來(lái)的技術(shù),在直流快速充電站有著廣闊的應(yīng)用前景。主要論述光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)工作原理和光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)在直流快速充電站中的實(shí)踐應(yīng)用,探討光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)在直流快速充電站中的挑戰(zhàn),分析光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)在直流快速充電站中的發(fā)展前景。研究表明,光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)可以減輕電網(wǎng)負(fù)荷壓力,提高電能利用率,減少對(duì)化石燃料的依賴(lài),而系統(tǒng)效率、儲(chǔ)能成本和環(huán)境適應(yīng)性是目前急需解決的問(wèn)題,需要進(jìn)一步研究和技術(shù)革新。

關(guān)鍵詞:光伏儲(chǔ)能系統(tǒng);直流快速充電站;電動(dòng)汽車(chē)

0引言

目前,直流快速充電站作為電動(dòng)汽車(chē)主要的充電方式,其輸出功率較小,充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng),導(dǎo)致用戶充電不便、排隊(duì)等待充電的情況普遍存在,嚴(yán)重影響了用戶的使用體驗(yàn)。為全面提高充電效率,需在直流快速充電站建設(shè)中引入光伏儲(chǔ)能系統(tǒng),降低充電基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)營(yíng)成本。

1光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的工作原理

太陽(yáng)能作為一種可再生能源,可以通過(guò)光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行再次利用。光伏儲(chǔ)系統(tǒng)通過(guò)光伏電池板將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能。光伏電池板由多個(gè)光伏電池組成,且這部分電池大多由半導(dǎo)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(huì)發(fā)生相互作用,進(jìn)而促使電子獲得對(duì)應(yīng)的能量,躍遷到導(dǎo)體帶,并持續(xù)產(chǎn)生一定的電流,從而使光能轉(zhuǎn)化為電能。

由于太陽(yáng)能屬于間接性能源,只有在白天的時(shí)候才能產(chǎn)生電能。為實(shí)現(xiàn)能源的持續(xù)供應(yīng),光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)需儲(chǔ)存白天產(chǎn)生的多余電能,以備晚上或陰天的使用。其中,常見(jiàn)儲(chǔ)能方式是通過(guò)電池組儲(chǔ)存能量,將電能進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,并在需要時(shí)再將化學(xué)能轉(zhuǎn)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(zhǎng)壽命和低自放電率等優(yōu)勢(shì),能滿足光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的多樣化需求。

2光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)在直流快速充電站中的實(shí)踐應(yīng)用

2.1為直流快速充電站提供穩(wěn)定的電能供應(yīng)

在直流快速充電站中應(yīng)用光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)可以存儲(chǔ)更多的太陽(yáng)能,在光照不足情況下,保證充電樁可以穩(wěn)定地供應(yīng)電能,進(jìn)一步降低對(duì)電網(wǎng)的過(guò)度依賴(lài),并推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展和提高能源利用效率。光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)利用太陽(yáng)能電池板將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為直流快速充電站對(duì)應(yīng)的直流電能,并利用逆變器將剩余的直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能,進(jìn)而儲(chǔ)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(chǔ)存和利用多余的太陽(yáng)能電能。另外,光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)將儲(chǔ)存電能供應(yīng)給直流快速充電站,實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的直流電能輸出,從而確保在在無(wú)光照或光照較弱的時(shí)段充電站依然能夠進(jìn)行快速充電,改善用戶的使用體驗(yàn),為直流快速充電站提供穩(wěn)定可靠的電力支持。直流快速充電站利用光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)將太陽(yáng)能及時(shí)轉(zhuǎn)化為電能并儲(chǔ)存,無(wú)須依賴(lài)傳統(tǒng)的燃煤、燃油等發(fā)電方式,從而減少對(duì)電網(wǎng)的依賴(lài),降低電網(wǎng)負(fù)荷,落實(shí)綠色、可持續(xù)能源供應(yīng)的發(fā)展。

2.2優(yōu)化充電過(guò)程并提高充電效率

隨著電動(dòng)汽車(chē)的廣泛應(yīng)用,直流快速充電站的需求日益增長(zhǎng),傳統(tǒng)的充電方式存在能量損耗大、充電效率低的問(wèn)題。因此,需要將光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)引入直流快速充電站,并在智能充電管理系統(tǒng)優(yōu)化控制下,實(shí)現(xiàn)能源的優(yōu)化調(diào)度和管理,持續(xù)提高直流快速充電站充電效率。

智能充電管理系統(tǒng)的引入是直流快速充電站充電過(guò)程優(yōu)化和完善的基礎(chǔ)。該系統(tǒng)可以全面監(jiān)控直流快速充電站負(fù)荷、能量輸入和車(chē)輛需求等關(guān)鍵參數(shù),并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行智能調(diào)度,提高充電效率和減少能量損耗。該過(guò)程中,可以通過(guò)掌握充電站的負(fù)荷情況和電能需求,將光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的輸出功率與負(fù)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(tǒng)電能的比例。此外,智能充電管理系統(tǒng)可以通過(guò)分析不同車(chē)輛的電池狀態(tài)、充電速度和充電需求,合理地分配資源,縮短充電時(shí)間,提高充電效率。例如:對(duì)于電量較低的車(chē)輛,智能充電管理系統(tǒng)可調(diào)整充電優(yōu)先級(jí),使其盡快充電,以滿足用戶的迫切需求;對(duì)于電量充足的車(chē)輛,智能充電管理系統(tǒng)可適當(dāng)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(shí)電力雙向流動(dòng)目標(biāo)

在直流快速充電站中,光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)重要功能。

一方面,在充電站不是高峰期的狀況下,光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)需借助太陽(yáng)能產(chǎn)生和存儲(chǔ)更多的電能,并將其輸送到電網(wǎng),避免電能浪費(fèi),為電網(wǎng)提供額外的電力資源,減輕電網(wǎng)的負(fù)荷壓力。

另一方面,在電網(wǎng)負(fù)載高峰期,由于人們的用電需求增加,電網(wǎng)也需提供更多的電力。該環(huán)節(jié)中,光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)需釋放存儲(chǔ)電能,為電網(wǎng)提供額外的電力,從而緩解電網(wǎng)的壓力,保證電力供應(yīng)的穩(wěn)定性。同時(shí),除直接應(yīng)用在充電站中,光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)還可以與其他能源系統(tǒng)相結(jié)合,形成微電網(wǎng)系統(tǒng)。其中,微電網(wǎng)系統(tǒng)通過(guò)將光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)、風(fēng)能系統(tǒng)、電池儲(chǔ)能系統(tǒng)等不同形式的可再生能源系統(tǒng)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)能源的互補(bǔ)和平衡。

3光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)在充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展中的促進(jìn)作用

在電動(dòng)汽車(chē)全面普及和可再生能源逐步減少的趨勢(shì)下,充電基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)的發(fā)展極為重要。在這一進(jìn)程中,光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)利用太陽(yáng)能進(jìn)行發(fā)電,并儲(chǔ)存多余的電能,為充電基礎(chǔ)設(shè)施提供可靠、清潔、持續(xù)的能源。光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)在充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展中的促進(jìn)作用具體表現(xiàn)在4個(gè)方面。

一是提供可靠的電力來(lái)源,傳統(tǒng)能源供應(yīng)系統(tǒng)經(jīng)常受到供電不穩(wěn)定的影響,而光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)則可以利用太陽(yáng)能為充電基礎(chǔ)設(shè)施提供穩(wěn)定、可靠的電力。無(wú)論是在城市還是偏遠(yuǎn)地區(qū),光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)都能為充電基礎(chǔ)設(shè)施提供足夠的電力能源,滿足電動(dòng)汽車(chē)的正常充電需求。

二是降低傳統(tǒng)能源過(guò)度依賴(lài),傳統(tǒng)能源生產(chǎn)方式不僅會(huì)造成一定的環(huán)境污染,還會(huì)導(dǎo)致有限的資源逐漸枯竭,而合理地使用光伏儲(chǔ)能系統(tǒng),可以有效減少對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴(lài),使得充電基礎(chǔ)設(shè)施更加環(huán)保和可持續(xù)。同時(shí),通過(guò)自產(chǎn)自用的光伏能源,充電基礎(chǔ)設(shè)施可以更加獨(dú)立和靈活地運(yùn)行,減少對(duì)外部能源供應(yīng)的依賴(lài)。

三是促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,建設(shè)光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)將帶動(dòng)新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,創(chuàng)造就業(yè)機(jī)會(huì),提高就業(yè)率,同時(shí)使用光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的充電基礎(chǔ)設(shè)施也能吸引更多的投資和游客,推動(dòng)當(dāng)?shù)芈糜螛I(yè)和商業(yè)發(fā)展。光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的推廣和應(yīng)用,將為社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)巨大的推動(dòng)力。

四是加速能源轉(zhuǎn)型和減少碳排放,光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)利用可再生的太陽(yáng)能為直流快速充電站提供持續(xù)的清潔能源,對(duì)環(huán)境友好。通過(guò)大規(guī)模應(yīng)用光伏儲(chǔ)能系統(tǒng),可以持續(xù)減少對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴(lài),降低碳排放,實(shí)現(xiàn)能源綠色轉(zhuǎn)型。

4安科瑞Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)

4.1概述

Acrel-2000MG儲(chǔ)能能量管理系統(tǒng)是安科瑞專(zhuān)門(mén)針對(duì)工商業(yè)儲(chǔ)能電站研制的本地化能量管理系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)能電站的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)查詢與分析、可視化監(jiān)控、報(bào)警管理、統(tǒng)計(jì)報(bào)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(jì)劃曲線、削峰填谷、需量控制、防逆流等。該系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)下級(jí)各儲(chǔ)能單元的統(tǒng)一監(jiān)控和管理,還可以實(shí)現(xiàn)與上級(jí)調(diào)度系統(tǒng)和云平臺(tái)的數(shù)據(jù)通訊與交互,既能接受上級(jí)調(diào)度指令,又可以滿足遠(yuǎn)程監(jiān)控與運(yùn)維,確保儲(chǔ)能系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

4.2應(yīng)用場(chǎng)景

適用于工商業(yè)儲(chǔ)能電站、新能源配儲(chǔ)電站。

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.4系統(tǒng)功能

(1)實(shí)時(shí)監(jiān)管

對(duì)微電網(wǎng)的運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)管,包含市電、光伏、風(fēng)電、儲(chǔ)能、充電樁及用電負(fù)荷,同時(shí)也包括收益數(shù)據(jù)、天氣狀況、節(jié)能減排等信息。

(2)智能監(jiān)控

對(duì)系統(tǒng)環(huán)境、光伏組件、光伏逆變器、風(fēng)電控制逆變一體機(jī)、儲(chǔ)能電池、儲(chǔ)能變流器、用電設(shè)備等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),掌握微電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。

(3)功率預(yù)測(cè)

對(duì)分布式發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行短期、超短期發(fā)電功率預(yù)測(cè),并展示合格率及誤差分析。

(4)電能質(zhì)量

實(shí)現(xiàn)整個(gè)微電網(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量和電能可靠性狀況進(jìn)行持續(xù)性的監(jiān)測(cè)。如電壓諧波、電壓閃變、電壓不平衡等穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)和電壓暫升/暫降、電壓中斷暫態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析及錄波展示,并對(duì)電壓、電流瞬變進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

(5)可視化運(yùn)行

實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)無(wú)人值守,實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化、便捷化管理;對(duì)重要負(fù)荷與設(shè)備進(jìn)行不間斷監(jiān)控。

(6)優(yōu)化控制

通過(guò)分析歷史用電數(shù)據(jù)、天氣條件對(duì)負(fù)荷進(jìn)行功率預(yù)測(cè),并結(jié)合分布式電源出力與儲(chǔ)能狀態(tài),實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度,以降低尖峰或者高峰時(shí)刻的用電量,降低企業(yè)綜合用電成本。

(7)收益分析

用戶可以查看光伏、儲(chǔ)能、充電樁三部分的每天電量和收益數(shù)據(jù),同時(shí)可以切換年報(bào)查看每個(gè)月的電量和收益。

(8)能源分析

通過(guò)分析光伏、風(fēng)電、儲(chǔ)能設(shè)備的發(fā)電效率、轉(zhuǎn)化效率,用于評(píng)估設(shè)備性能與狀態(tài)。

(9)策略配置

微電網(wǎng)配置主要對(duì)微電網(wǎng)系統(tǒng)組成、基礎(chǔ)參數(shù)、運(yùn)行策略及統(tǒng)計(jì)值進(jìn)行設(shè)置。其中策略包含計(jì)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(chǎn)品

序號(hào)

設(shè)備

型號(hào)

圖片

說(shuō)明

1

能量管理系統(tǒng)

Acrel-2000MG

內(nèi)部設(shè)備的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控,由通信管理機(jī)、工業(yè)平板電腦、串口服務(wù)器、遙信模塊及相關(guān)通信輔件組成。

數(shù)據(jù)采集、上傳及轉(zhuǎn)發(fā)至服務(wù)器及協(xié)同控制裝置

策略控制:計(jì)劃曲線、需量控制、削峰填谷、備用電源等

2

顯示器

25.1英寸液晶顯示器

系統(tǒng)軟件顯示載體

3

UPS電源

UPS2000-A-2-KTTS

為監(jiān)控主機(jī)提供后備電源

4

打印機(jī)

HP108AA4

用以打印操作記錄,參數(shù)修改記錄、參數(shù)越限、復(fù)限,系統(tǒng)事故,設(shè)備故障,保護(hù)運(yùn)行等記錄,以召喚打印為主要方式

5

音箱

R19U

播放報(bào)警事件信息

6

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)

D-LINKDES-1016A16

提供16口百兆工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)解決了通信實(shí)時(shí)性、網(wǎng)絡(luò)安全性、本質(zhì)安全與安全防爆技術(shù)等技術(shù)問(wèn)題

7

GPS時(shí)鐘

ATS1200GB

利用gps同步衛(wèi)星信號(hào),接收1pps和串口時(shí)間信息,將本地的時(shí)鐘和gps衛(wèi)星上面的時(shí)間進(jìn)行同步

8

交流計(jì)量電表

AMC96L-E4/KC

電力參數(shù)測(cè)量(如單相或者三相的電流、電壓、有功功率、無(wú)功功率、視在功率,頻率、功率因數(shù)等)、復(fù)費(fèi)率電能計(jì)量、

四象限電能計(jì)量、諧波分析以及電能監(jiān)測(cè)和考核管理。多種外圍接口功能:帶有RS485/MODBUS-RTU協(xié)議:帶開(kāi)關(guān)量輸入和繼電器輸出可實(shí)現(xiàn)斷路器開(kāi)關(guān)的"遜信“和“遙控”的功能

9

直流計(jì)量電表

PZ96L-DE

可測(cè)量直流系統(tǒng)中的電壓、電流、功率、正向與反向電能??蓭S485通訊接口、模擬量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、開(kāi)關(guān)量輸入/輸出等功能

10

電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)

APView500

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電壓偏差、頻率俯差、三相電壓不平衡、電壓波動(dòng)和閃變、諾波等電能質(zhì)量,記錄各類(lèi)電能質(zhì)量事件,定位擾動(dòng)源。

11

防孤島裝置

AM5SE-IS

防孤島保護(hù)裝置,當(dāng)外部電網(wǎng)停電后斷開(kāi)和電網(wǎng)連接

12

箱變測(cè)控裝置

AM6-PWC

置針對(duì)光伏、風(fēng)能、儲(chǔ)能升壓變不同要求研發(fā)的集保護(hù),測(cè)控,通訊一體化裝置,具備保護(hù)、通信管理機(jī)功能、環(huán)網(wǎng)交換機(jī)功能的測(cè)控裝置

13

通信管理機(jī)

ANet-2E851

能夠根據(jù)不同的采集規(guī)的進(jìn)行水表、氣表、電表、微機(jī)保護(hù)等設(shè)備終端的數(shù)據(jù)果集匯總:

提供規(guī)約轉(zhuǎn)換、透明轉(zhuǎn)發(fā)、數(shù)據(jù)加密壓縮、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、邊緣計(jì)算等多項(xiàng)功能:實(shí)時(shí)多任務(wù)并行處理數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā),可多鏈路上送平臺(tái)據(jù):

14

串口服務(wù)器

Aport

功能:轉(zhuǎn)換“輔助系統(tǒng)"的狀態(tài)數(shù)據(jù),反饋到能量管理系統(tǒng)中。

1)空調(diào)的開(kāi)關(guān),調(diào)溫,及*全斷電(二次開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn))

2)上傳配電柜各個(gè)空開(kāi)信號(hào)

3)上傳UPS內(nèi)部電量信息等

4)接入電表、BSMU等設(shè)備

15

遙信模塊

ARTU-K16

1)反饋各個(gè)設(shè)備狀態(tài),將相關(guān)數(shù)據(jù)到串口服務(wù)器:

讀消防VO信號(hào),并轉(zhuǎn)發(fā)給到上層(關(guān)機(jī)、事件上報(bào)等)

2)采集水浸傳感器信息,并轉(zhuǎn)發(fā)3)給到上層(水浸信號(hào)事件上報(bào))

4)讀取門(mén)禁程傳感器信息,并轉(zhuǎn)發(fā)

6結(jié)論與展望

在直流快速充電站中應(yīng)用光伏儲(chǔ)能系統(tǒng),能有效地解決目前充電樁存在的不良問(wèn)題,并持續(xù)提高充電效率,降低運(yùn)營(yíng)成本,進(jìn)一步推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。同時(shí),應(yīng)積極完善相應(yīng)的光伏儲(chǔ)能技術(shù),推動(dòng)直流快速充電站的智能化、綠色化和高效化發(fā)展,為推動(dòng)清潔能源發(fā)展和建設(shè)智能城市做出積極貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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