0 引言
為了避免能源枯竭，需要尋找新型可再生能源替代原有的不能再生能源，因此光伏電能發(fā)電應(yīng)運而生。隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，傳統(tǒng)燃油私家車的數(shù)量正逐漸增多，隨之而來的是石油能源消耗量的逐漸增大，因此我國將汽車開發(fā)的關(guān)注點放到了新能源上，各類新能源電動車應(yīng)運而生。
目前，電動車包括電動自行車、電動汽車、電動公交車等，純電動車有綠色環(huán)保、節(jié)能、經(jīng)濟性等優(yōu)點，充電工作基本由使用者解決，借助充電站完成能源補充。電動汽車是21世紀(jì)汽車的主要發(fā)展方向，新能源電動車已經(jīng)成為各大汽車生產(chǎn)商攻堅的重點。目前，新能源電動車在我國仍然無法普及個人光伏充電，且外接電線存在的安全隱患，因此對新能源電動車充電站加大關(guān)注力度，推動電動車的普及和發(fā)展口。
在未來，電動車將是人們出行的主要工具之一，而光伏充電站與新能源電動車緊密聯(lián)系。為了推動該行業(yè)的發(fā)展，我國出臺了一系列的政策為其提供保障，在此背景下加快配套設(shè)施建設(shè)，包括停車場、超市等公共場所從而提高充電站的服務(wù)質(zhì)量。新能源電動車充電站是帶動電動車發(fā)展的一個關(guān)鍵點，需采用科學(xué)的手段在電動汽車的?？繀^(qū)域設(shè)置充電設(shè)施，為后續(xù)行業(yè)發(fā)展帶來更大的發(fā)展空間。
1 新能源電動車光伏充電站發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢
1.1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
(1)國外光伏充電站發(fā)展現(xiàn)狀。2013 年美國 EnvisionSolar International 宣布太陽能電動充電站試驗獲得成功，日光伏發(fā)電量約為16 kw·h，是世界全自動、可移動的發(fā)電充電站。該光伏系統(tǒng)還配備Envision Trak，儲于車載電池儲能裝置中，且在 2014 年已將電量儲存從原有的18%提高至25%。
(2)國內(nèi)光伏充電站發(fā)展現(xiàn)狀。2015 年北京建立了光伏超級充電站，該光伏充電站的兼容性非常強，整個充電站的能源提供全部由太陽能完成，共計建成50根充電樁，且在當(dāng)年年底建成投入使用，為后續(xù)新能源車充電問題提供了支撐。如今，我國單一的光伏發(fā)電站每天可以為80輛電動車充電，主流車型都可以在此進行能源補充，且充電站還具備立體停車的功能。
1.2充電站市場發(fā)展趨勢
在環(huán)保壓力下，新能源技術(shù)的應(yīng)用逐漸成為主流發(fā)展方向，如今我國新能源電動車將正式邁入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段混合動力轎車、小型電動車、新電動公交車等不斷增多。為了避免出現(xiàn)能源枯竭的情況，我國還需進一步普及新能源電動車、多能源混合動力車，因此光伏電能發(fā)電擁有廣闊的市場前景，充電樁、充電站等配套設(shè)施也迎來快速發(fā)展時期。2017-2020 年中國光伏充電站保有量從90座快速增長至 618 座，年復(fù)合增長率達 181.8%。受益于新能源電動車應(yīng)用的快速增長，充電設(shè)施建設(shè)速度較快，截至2020年底，我國共建設(shè)完成充電站5894座，但充電保有量遠低于新能源電動車的銷量增長。
2 新能源電動車光伏充電站的技術(shù)難題
2.1 光伏發(fā)電不穩(wěn)定性
光伏發(fā)電在我國的發(fā)展時間較短，目前存在的技術(shù)問題還較多，在優(yōu)化中需要對此加大關(guān)注力度。電動汽車充電時需要較高的電壓和電流，特點是需要長時間蓄電，但是天氣因素、環(huán)境因素等都會對光伏充電站的蓄電產(chǎn)生的影響，導(dǎo)致出現(xiàn)光伏發(fā)電不穩(wěn)定的現(xiàn)象，需予以解決。
2.2 成本過高柬縛產(chǎn)業(yè)發(fā)展
光伏充電站需要儲存后備能量，但其蓄電池采購成本過高，會由于使用環(huán)境和其他因素的影響而產(chǎn)生衰減，如果通過蓄電池來儲存能源，則蓄電池組建設(shè)成本會增加5倍但蓄電池的使用壽命約為8年，嚴(yán)重阻礙了行業(yè)的發(fā)展。光伏電站可以為充電樁提供能源，但與電網(wǎng)結(jié)合需保證充電樁運行的可靠性。
2.3 電動車充電樁標(biāo)準(zhǔn)脫軌
電動汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)目前都由西方掌握，由于我國起步比較晚，制約了我國充電站的發(fā)展，導(dǎo)致充電樁與標(biāo)準(zhǔn)脫軌。結(jié)合CCS 標(biāo)準(zhǔn)，要求電氣插座可以允許電動車慢充和快充，能夠囊括絕大部分甚至是全部電動車品牌，但我因現(xiàn)今部分區(qū)域的充電樁無法滿足該要求，且無法與Mennekes 類型兼容，導(dǎo)致充電時間遠慢于加油時間，因此未來行業(yè)優(yōu)化需要從標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)方面入手。
3 新能源電動車光伏充電站的發(fā)展策略
3.1 純太陽能供電系統(tǒng)
為了解決能源緊張等問題，太陽能資源被開發(fā)利用其作為可再生的清潔環(huán)保能源，符合我因綠色發(fā)展建設(shè)的需求，因此需積極探索及應(yīng)用純太陽能供電系統(tǒng)。目前電動車充電站大多是通過電網(wǎng)供電，但是為了響應(yīng)因家低碳節(jié)能的號召，需要通過光伏電板對此進行完善和優(yōu)化。純太陽能供電系統(tǒng)中儲能單元的設(shè)置非常重要，但光伏發(fā)電站初期的擁有量較少，而電力網(wǎng)絡(luò)由電網(wǎng)專營，供電變壓系統(tǒng)需要搭建光伏轉(zhuǎn)換電網(wǎng)，保證系統(tǒng)運行的安全性和穩(wěn)定性。
3.2 電網(wǎng)補充太陽能充電
儲能式太陽能電動車充電站能夠劃分多個儲能單元，可采用太陽能發(fā)電直接并入電網(wǎng)，避免影響系統(tǒng)安全。大量電動車需快速充電時，強大的電流可以對其他范圍電能造成干擾，為了保證充電站運行的穩(wěn)定性，需要聯(lián)合因家電網(wǎng)補充能源，根據(jù)實際需求自動在電網(wǎng)低谷時接通電網(wǎng)儲存電能，在太陽能發(fā)電不足時啟用混合供電，通過電通過電網(wǎng)補充太陽能充電，避免影響電網(wǎng)的正常工作。補充電網(wǎng)光伏充電站 如圖1所示
圖 1補充電網(wǎng)光伏充電站
3.3 太陽能系統(tǒng)配置優(yōu)化
太陽能充電站系統(tǒng)是一個獨立單元，需經(jīng)過大量數(shù)據(jù)算法和實踐結(jié)果配制出太陽能充電系統(tǒng)，在因家電網(wǎng)用電高峰時段反向供電。同時，需明確每個電站可以給多少臺車充電，當(dāng)有電動車負載需充電時，利用蓄電池給電動車補充電量:且系統(tǒng)可在電網(wǎng)低谷時接通電網(wǎng)儲存電能:利用儲能電站的優(yōu)勢達到太陽能發(fā)電及充電要求。
3.4 充電柱智能控制器
采用光伏蓄電池新儲能技術(shù)，可以為不同電壓等級的電動車充電，并避免對其電池造成損害。充電柱智能控制具體策略如下:
(1)在優(yōu)化中需要由蓄電池輸出的直流電直接給電動車充電，系統(tǒng)提供交流充電接口，通過直流一交流一直流電壓變換避免產(chǎn)生損耗:
(2)通過器電池儲存電能，切換管理系統(tǒng)接通電網(wǎng)儲存電能，并在電子顯示屏上進行顯示，對太陽電池板的電壓、電流進行實時監(jiān)控:
(3)總監(jiān)控系統(tǒng)中，對太陽能充電站電量進行統(tǒng)計以此為太陽能電站穩(wěn)定運行提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，保證運行的穩(wěn)定性。
3.5 電站監(jiān)控系統(tǒng)
近年來，因家和不斷出臺新的政策推動我因新能源電動車的發(fā)展，電站監(jiān)控系統(tǒng)也在不斷優(yōu)化，通過微電腦技術(shù)、檢測技術(shù)等進行改善。該系統(tǒng)集成于智能控制器中本地測量模塊具有過壓、欠壓、溫度、漏電報警及保護功能可在充電前對系統(tǒng)自身進行自檢，檢測當(dāng)前狀態(tài)條件是否符合充電要求，從而不斷完善電量計算、統(tǒng)計。同時，要求對電池組和電池單元運行狀態(tài)進行動態(tài)監(jiān)控，測量電池的剩余電量，達到延長其使用壽命、降低運行成本的目的，保證系統(tǒng)工作在狀態(tài)，進一步提高系統(tǒng)的可靠性。
4 安科瑞充電樁收費運營云平臺系統(tǒng)選型方案
4.1概述
AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費運營云平臺系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統(tǒng)的電動電動自行車充電站以及各個充電整法行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實時監(jiān)控充電樁運行狀態(tài)，進行充電服務(wù)、支付管理，交易結(jié)算，資要管理、電能管理，明細查詢等。同時對充電機過溫保護、漏電、充電機輸入/輸出過壓，欠壓，絕緣低各類故障進行預(yù)警；充電樁支持以太網(wǎng)、4G或WIFI等方式接入互聯(lián)網(wǎng)，用戶通過微信、支付寶，云閃付掃碼充電。
4.2應(yīng)用場所
適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區(qū)、實業(yè)單位、商業(yè)綜合體、學(xué)校、園區(qū)等充電樁模式的充電基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計。
4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)分為四層：
1）即數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、數(shù)據(jù)層和客戶端層。
2）數(shù)據(jù)采集層：包括電瓶車智能充電樁通訊協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用于采集充電回路的電力參數(shù)，并進行電能計量和保護。
3）網(wǎng)絡(luò)傳輸層：通過4G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。
4）數(shù)據(jù)層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，應(yīng)用服務(wù)器部署數(shù)據(jù)采集服務(wù)、WEB網(wǎng)站，數(shù)據(jù)服務(wù)器部署實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。
5）應(yīng)客戶端層：系統(tǒng)管理員可在瀏覽器中訪問電瓶車充電樁收費平臺。終端充電用戶通過刷卡掃碼的方式啟動充電。
小區(qū)充電平臺功能主要涵蓋充電設(shè)施智能化大屏、實時監(jiān)控、交易管理、故障管理、統(tǒng)計分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能，同時為運維人員提供運維APP，充電用戶提供充電小程序。
4.4安科瑞充電樁云平臺系統(tǒng)功能
4.4.1智能化大屏
智能化大屏展示站點分布情況，對設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備使用率、充電次數(shù)、充電時長、充電金額、充電度數(shù)、充電樁故障等進行統(tǒng)計顯示，同時可查看每個站點的站點信息、充電樁列表、充電記錄、收益、能耗、故障記錄等。統(tǒng)一管理小區(qū)充電樁，查看設(shè)備使用率，合理分配資源。
4.4.2實時監(jiān)控
實時監(jiān)視充電設(shè)施運行狀況，主要包括充電樁運行狀態(tài)、回路狀態(tài)、充電過程中的充電電量、充電電壓/電流，充電樁告警信息等。
4.4.3交易管理
平臺管理人員可管理充電用戶賬戶，對其進行賬戶進行充值、退款、凍結(jié)、注銷等操作，可查看小區(qū)用戶每日的充電交易詳細信息。
4.4.4故障管理
設(shè)備自動上報故障信息，平臺管理人員可通過平臺查看故障信息并進行派發(fā)處理，同時運維人員可通過運維APP收取故障推送，運維人員在運維工作完成后將結(jié)果上報。充電用戶也可通過充電小程序反饋現(xiàn)場問題。
4.4.5統(tǒng)計分析
通過系統(tǒng)平臺，從充電站點、充電設(shè)施、、充電時間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統(tǒng)計信息、能耗統(tǒng)計信息等。
4.4.6基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理
在系統(tǒng)平臺建立運營商戶，運營商可建立和管理其運營所需站點和充電設(shè)施，維護充電設(shè)施信息、價格策略、折扣、優(yōu)惠活動，同時可管
理在線卡用戶充值、凍結(jié)和解綁。
4.4.7運維APP
面向運維人員使用，可以對站點和充電樁進行管理、能夠進行故障閉環(huán)處理、查詢流量卡使用情況、查詢充電\充值情況，進行遠程參數(shù)設(shè)置，同時可接收故障推送
4.4.8充電小程序
面向充電用戶使用，可查看附近空閑設(shè)備，主要包含掃碼充電、賬戶充值，充電卡綁定、交易查詢、故障申訴等功能。
4.5系統(tǒng)硬件配置
類型 | 型號 | 圖片 | 功能 |
安科瑞充電樁收費運營云平臺 | AcrelCloud-9000 |
| 安科瑞響應(yīng)節(jié)能環(huán)保、綠色出行的號召，為廣大用戶提供慢充和快充兩種充電方式壁掛式、落地式等多種類型的充電樁，包含智能7kW交流充電樁，30kW壁掛式直流充電樁，智能60kW/120kW直流一體式充電樁等來滿足新能源汽車行業(yè)快速、經(jīng)濟、智能運營管理的市場需求，提供電動汽車充電軟件解決方案，可以隨時隨地享受便捷高效安全的充電服務(wù)，微信掃一掃、微信公眾號、支付寶掃一掃、支付寶服務(wù)窗，充電方式多樣化，為車主用戶提供便捷、高效、安全的充電服務(wù)。實現(xiàn)對動力電池快速、高效、安全、合理的電量補給，能計時，計電度、計金額作為市民購電終端，同時為提高公共充電樁的效率和實用性。 |
互聯(lián)網(wǎng)版智能交流樁 | AEV-AC007D |
| 額定功率7kW，單相三線制，防護等級IP65，具備防雷 保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用。 通訊方：4G/wifi/藍牙支持刷卡，掃碼、免費充電可選配顯示屏 |
互聯(lián)網(wǎng)版智能直流樁 | AEV-DC030D |
| 額定功率30kW，三相五線制，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠 程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用 通訊方式：4G/以太網(wǎng) 支持刷卡，掃碼、免費充電 |
互聯(lián)網(wǎng)版智能直流樁 | AEV-DC060S |
| 額定功率60kW，三相五線制，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用 通訊方式：4G/以太網(wǎng) 支持刷卡，掃碼、免費充電 |
互聯(lián)網(wǎng)版智能直流樁 | AEV-DC120S |
| 額定功率120kW，三相五線制，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用 通訊方式：4G/以太網(wǎng) 支持刷卡，掃碼、免費充電 |
10路電瓶車智能充電樁 | ACX10A系列 |
| 10路承載電流25A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率5500W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。 ACX10A-TYHN：防護等級IP21，支持投幣、刷卡，掃碼、免費充電 ACX10A-TYN：防護等級IP21，支持投幣、刷卡，免費充電 ACX10A-YHW：防護等級IP65，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX10A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX10A-YW：防護等級IP65，支持刷卡、免費充電 ACX10A-MW：防護等級IP65，僅支持免費充電 |
2路智能插座 | ACX2A系列 |
| 2路承載電流20A，單路輸出電流10A，單回路功率2200W，總功率4400W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別，報警上報。 ACX2A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡、掃碼充電 ACX2A-HN：防護等級IP21，支持掃碼充電 ACX2A-YN：防護等級IP21，支持刷卡充電 |
20路電瓶車智能充電樁 | ACX20A系列 |
| 20路承載電流50A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率11kW。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別，報警上報。 ACX20A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX20A-YN：防護等級IP21，支持刷卡，免費充電 |
落地式電瓶車智能充電樁 | ACX10B系列 |
| 10路承載電流25A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率5500W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。 ACX10B-YHW：戶外使用，落地式安裝，包含1臺主機及5根立柱，支持刷卡、掃碼充電,不帶廣告屏 ACX10B-YHW-LL：戶外使用，落地式安裝，包含1臺主機及5根立柱，支持刷卡、掃碼充電。液晶屏支持U盤本地投放圖片及視頻廣告 |
智能邊緣計算網(wǎng)關(guān) | ANet-2E4SM |
| 4路RS485串口，光耦隔離，2路以太網(wǎng)接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA、ModbusTCP（主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模塊）輸入電源：DC12V～36V。支持4G擴展模塊，485擴展模塊。 |
擴展模塊ANet-485 | M485模塊：4路光耦隔離RS485 | ||
擴展模塊ANet-M4G | M4G模塊：支持4G全網(wǎng)通 | ||
導(dǎo)軌式單相電表 | ADL200 |
| 單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，輸入電流：10（80）A； 電能精度：1級 支持Modbus和645協(xié)議 證書：MID/CE認證 |
導(dǎo)軌式電能計量表 | ADL400 |
| 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，分相總有功電能，總正反向有功電能統(tǒng)計，總正反向無功電能統(tǒng)計；紅外通訊；電流規(guī)格：經(jīng)互感器接入3×1（6）A，直接接入3×10（80）A，有功電能精度0.5S級，無功電能精度2級 證書：MID/CE認證 |
無線計量儀表 | ADW300 |
| 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，有功電能計量（正、反向）、四象限無功電能、總諧波含量、分次諧波含量（2～31次）；A、B、C、N四路測溫；1路剩余電流測量；支持RS485/LoRa/2G/4G/NB；LCD顯示；有功電能精度：0.5S級（改造項目） 證書：CPA/CE認證 |
導(dǎo)軌式直流電表 | DJSF1352-RN |
| 直流電壓、電流、功率測量，正反向電能計量，復(fù)費率電能統(tǒng)計，SOE事件記錄:8位LCD顯示:紅外通訊:電壓輸入1000V，電流外接分流器接入(75mV)或霍爾元件接入(0-5V);電能精度1級，1路485通訊，1路直流電能計量AC/DC85-265V供電 證書：MID/CE認證 |
面板直流電表 | PZ72L-DE |
| 直流電壓、電流、功率測量，正反向電能計量:紅外通訊:電壓輸入1000V，電流外接分流器接入·(75mV)或霍爾元件接入(0-20mA0-5V);電能精度1級 證書：CE認證 |
電氣防火限流式保護器 | ASCP200-63D |
| 導(dǎo)軌式安裝，可實現(xiàn)短路限流滅弧保護、過載限流保護、內(nèi)部超溫限流保護、過欠壓保護、漏電監(jiān)測、線纜溫度監(jiān)測等功能;1路RS485通訊，1路NB或4G無線通訊(選配);額定電流為0~63A，額定電流菜單可設(shè) |
5 結(jié)束語
新時代背景下，新能源電動車將成為我因汽車的主要發(fā)展方向，如今電動汽車已經(jīng)逐漸走向了成熟，但這也對電動車充電站配套設(shè)施發(fā)展提出了新的要求。新能源電動車光伏充電站在發(fā)展過程中離不開相關(guān)政策的支持，大力發(fā)展光伏發(fā)電技術(shù)，有助于推動光伏電動車的進一步發(fā)展。
參考文獻
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