摘要：中國提出“雙碳”目標(biāo)后，深度降碳減排和可再生能源的大規(guī)模開發(fā)成為我國能源行業(yè)發(fā)展的新方向。在汽車新能源革命中，光儲一體化充電技術(shù)作為關(guān)鍵要素備受關(guān)注。本文通過對新能源充電的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查研究，揭示在光儲一體化充電站建設(shè)中存在的技術(shù)難題。目前光儲一體化充電站存在安裝與適應(yīng)性不靈活、消防系統(tǒng)不完善以及缺乏智能管理系統(tǒng)等問題。為應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，本文提出了一種創(chuàng)新的裝配式光儲+人工智能一體化充電站設(shè)計(jì)方案。該設(shè)計(jì)方案集成了車棚和光伏發(fā)電功能、人工智能管理系統(tǒng)、智慧消防系統(tǒng)于一體，采用裝配式模塊化設(shè)計(jì)，使充電站更加智能、靈活。這一設(shè)計(jì)不僅滿足了用戶充電需求，還注入了智能科技元素，為未來新能源充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)提供了創(chuàng)新思路。

關(guān)鍵詞：新能源；光儲一體化充電站；雙碳

1光儲一體化充電站發(fā)展現(xiàn)狀

1.1國外發(fā)展現(xiàn)狀

順應(yīng)世界發(fā)展形勢，歐美汽車大國均積極推進(jìn)新能源汽車的發(fā)展，加大對新能源產(chǎn)業(yè)的投人和研發(fā)力度，在光伏充電站領(lǐng)域也取得了重大突破。在2013年，美國就設(shè)計(jì)制造出了EVARC電動(dòng)車充電站，這是世界上全自動(dòng)、可移動(dòng)、不需要地基開挖、建設(shè)審批、并網(wǎng)和更新變壓器開關(guān)裝置的獨(dú)立光伏充電站，還配備EnvisionTrak跟蹤系統(tǒng)，能讓太陽能陣列隨著太陽輻射角度自動(dòng)調(diào)整方向，從而使發(fā)電量提升18%~25%，并且該充電站的尺寸與車位尺寸相同，也不會額外占用空間!。EVARC電動(dòng)充電站的出現(xiàn)對美國及其他的光伏充電站建設(shè)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。

1.2國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

中國積極響應(yīng)綠色環(huán)保和節(jié)能減排的倡議，適應(yīng)新發(fā)展形勢，光伏產(chǎn)業(yè)建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大。近年來，我國光伏行業(yè)裝機(jī)容量逐年攀升，正處于快速發(fā)展階段。2018年，我國設(shè)計(jì)研究出了*座集“光伏、充電、儲能”于一體的智慧車棚，并在我國投入使用，該車棚集智慧能源、智慧交通、智慧信息技術(shù)于一體，實(shí)現(xiàn)削峰填谷充電，運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析存儲、人機(jī)交互、智能監(jiān)控和診斷、智慧泊車、雙向傳輸、智能管理等功能，讓“光伏、充電、儲能”車棚更加智能化，*滿足人們的需求。該智慧車棚的投入運(yùn)營，不僅是我國光伏產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力的體現(xiàn)，而且是中國在世界光伏十一體化建設(shè)領(lǐng)域的嘗試。

1.3天津地區(qū)現(xiàn)狀

天津是中國光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)源地，具有良好的地理優(yōu)勢，集聚了國內(nèi)多家具有較高水平的光伏科研院所，研發(fā)能力和技術(shù)水平在全國處于地位。新能源產(chǎn)業(yè)已成為天津市的八大優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)之一，太陽能利用技術(shù)已十分成熟。2023年，天津市多個(gè)光伏充電站項(xiàng)目建設(shè)完成并投人使用，例如，9月份津薊高速溫泉城服務(wù)區(qū)光儲充一體化超級充電站正式投入運(yùn)營，10月份天津地區(qū)規(guī)模大的集中式光儲充放檢一體化智慧超級充電站在濱海新區(qū)投人使用，這一個(gè)個(gè)項(xiàng)目成果的落地，為天津光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來了新機(jī)遇。然而，由于天津各個(gè)區(qū)域發(fā)展不均衡，地區(qū)差異明顯，光儲一體化充電站建設(shè)尚未得到充分發(fā)展，仍需不斷探索。

2光儲一體化充電站技術(shù)難題

2.1安裝與適應(yīng)性不靈活

目前，光伏充電站通常采用一次性安裝，位置一旦固定，將無法移動(dòng)。由于充電站構(gòu)件數(shù)量眾多且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此組件的安裝需要進(jìn)行的測算和技術(shù)，這將涉及大量人力、物力和財(cái)力的消耗，導(dǎo)致施工效率降低，使日常維護(hù)和維修變得更為困難。大規(guī)模布置充電樁存在一定的地形適應(yīng)性問題，地形和地勢的不規(guī)則性可能導(dǎo)致光伏組件的安裝受限，為工程選址帶來一定限制。現(xiàn)階段我國光儲一體化充電站的建設(shè)和推廣還存在一些瓶頸，只在少數(shù)示范點(diǎn)進(jìn)行了建設(shè)，缺乏光伏與新能源汽車一體化的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，光儲一體化集成技術(shù)仍不夠完善，導(dǎo)致其工作效率降低。

2.2消防系統(tǒng)不完善

目前，安裝在新能源汽車充電上的消防系統(tǒng)存在缺陷，未能充分預(yù)防和檢測火災(zāi)。光儲一體化充電站涉及太陽能電池板、電池儲能系統(tǒng)以及充電設(shè)備，由于電氣設(shè)備和大量電能的儲存增加了火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)，因電池故障、過充、過放、電氣線路短路等問題引起的火災(zāi)也時(shí)有發(fā)生。一些光儲一體化充電站的消防系統(tǒng)配置不足，僅包括煙霧探測器、滅火器等，在火災(zāi)初期無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)并控制火源，增加了火勢蔓延的可能性。電氣設(shè)備因老化、維護(hù)不當(dāng)或故障而導(dǎo)致的漏電問題也隨處可見，特別是在潮濕的環(huán)境中，增加了火災(zāi)發(fā)生的可能性。部分光儲一體化充電站還缺乏智能監(jiān)控設(shè)備，不能對火源位置和火勢變化等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和報(bào)警，降低了對火災(zāi)的及時(shí)響應(yīng)能力。

2.3缺乏智能管理系統(tǒng)

目前光儲一體化充電站的運(yùn)營模式相對簡單，缺乏智能化管理系統(tǒng)，使光伏發(fā)電、能量存儲和高效充電之間的協(xié)調(diào)與管理面臨一系列挑戰(zhàn)。光伏發(fā)電能源直接來源于太陽光的照射，而地球表面上的太陽照射受制于天氣、環(huán)境、溫度等因素，天氣情況的隨機(jī)、多變，使得光伏發(fā)電工作缺乏連續(xù)性，降低光伏組件的出力,導(dǎo)致電量供不應(yīng)求，影響汽車用戶的充電速度和體驗(yàn)。在現(xiàn)有光伏發(fā)電系統(tǒng)中，太陽能電池板朝向固定，大多數(shù)僅通過人工調(diào)整光伏板傾角來提高發(fā)電效率，以保證太陽能發(fā)電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，但無法根據(jù)太陽輻射方向進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，從而影響光能轉(zhuǎn)化率。同時(shí)，目前的光伏充電站缺乏智能監(jiān)控設(shè)備，無法實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理新能源汽車的充電情況，不能滿足人們的個(gè)性化需求。

3裝配式光儲+人工智能一體化充電站設(shè)計(jì)方案

3.1總體設(shè)想

裝配式光儲+人工智能一體化充電站是在現(xiàn)有光儲充一體化充電站基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種更加智能、靈活的新型充電站。通過創(chuàng)新地融合光伏充電和人工智能管理，旨在解決新能源汽車所面臨的技術(shù)難題。項(xiàng)目采用裝配式模塊化設(shè)計(jì)，以兩個(gè)車位并排連接組成一個(gè)小結(jié)構(gòu)模塊，一個(gè)車位設(shè)置一個(gè)充電樁，以方便汽車充電，并將雨棚、發(fā)電、充電、儲能等功能融為一體，從而顯著提高空間利用率。

基于光生伏應(yīng)原理，充電站的設(shè)計(jì)充分利用光伏板將太陽光轉(zhuǎn)化為電能，并進(jìn)行儲存，為充電站提供主要電力。同時(shí)，電池儲能系統(tǒng)根據(jù)儲電量擇機(jī)吸收低價(jià)谷電，以作為電力的補(bǔ)充，吸收低價(jià)谷電有助于節(jié)省配電增容費(fèi)用，彌補(bǔ)太陽能發(fā)電在陰天、夜間等環(huán)境不連續(xù)的端，有效減少充電站的負(fù)荷峰谷差，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。車棚在光儲充一體化的基礎(chǔ)上還安裝了人工智能調(diào)度技術(shù)，根據(jù)用戶的需求和充電情況進(jìn)行智能調(diào)度和優(yōu)化，為電動(dòng)汽車提供快速、高效、安全的充電服務(wù)。同時(shí)，改設(shè)計(jì)方案還具備遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理功能，方便用戶隨時(shí)隨地進(jìn)行操作和管理。

3.2場地位置和外觀

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，天津地區(qū)的土地資源、電網(wǎng)資源以及自然資源的匹配度較低，在市內(nèi)六區(qū)以及環(huán)城四區(qū)的電網(wǎng)負(fù)荷相對較大，雖然消納條件較好，但是開發(fā)空間受限。然而遠(yuǎn)郊五區(qū)和濱海新區(qū)的土地資源相對寬裕，但面臨著資源擔(dān)負(fù)與支撐不足的難題，消納條件也相對較差，實(shí)際可開發(fā)量和技術(shù)可開發(fā)量之間存在差距。

考慮到人流量、周邊環(huán)境和學(xué)校日益增長的新能源汽車數(shù)量等因素，我們將該項(xiàng)目設(shè)置在某高校教學(xué)樓附近的停車場，以滿足學(xué)校新能源汽車的充電需求。該處遮擋物較少且較為空曠，能使光伏車棚大化地發(fā)揮作用，提高太陽能的利用率，同時(shí)車棚還有遮擋太陽直射，保護(hù)車輛免受雨雪天氣影響等作用，從而延長汽車使用壽命。根據(jù)我國《汽車庫建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》（JGJ100一98）規(guī)定，設(shè)計(jì)一個(gè)汽車的停車位長為5.4m、寬為2.7m，每排放10輛車，共兩排，總長54m，能一次性滿足20輛小汽車同時(shí)停放和充電需求，并且每個(gè)小模塊左右分別設(shè)置兩根圓形支撐柱（在圖1中用小圓點(diǎn)表示），以保持光伏車棚結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，如圖1所示。

3.3模塊化主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)率

裝配式光儲十人工智能一體化充電站的設(shè)計(jì)采用了的裝配式模塊化理念，使安拆變得輕松便捷。這種模塊化設(shè)計(jì)不僅可根據(jù)不同使用場景和需求進(jìn)行靈活組合，還地提高了充電站的整體使用效率。用戶可根據(jù)具體需求定制充電站的配置，從而更好地滿足其個(gè)性化需求。

此外，采用裝配式構(gòu)件還在維護(hù)和運(yùn)輸階段展現(xiàn)出顯著的便利性。維修人員可以更輕松地對充電站進(jìn)行維護(hù)，通過替換或升級單個(gè)模塊，實(shí)現(xiàn)快速而高效的維護(hù)服務(wù)。運(yùn)輸方面，裝配式構(gòu)件的輕量化設(shè)計(jì)降低了運(yùn)輸難度，使得充電站的部署更為靈活和高效。

由于采用了裝配式模塊，光儲一體化充電站的選址也變得更加靈活多樣化。充電站可靈活地安置在各種場景，包括但不限于高速公路服務(wù)區(qū)、工業(yè)園區(qū)、露天停車場和景區(qū)停車場等相對空曠且遮擋物較少的地方。這為充電站的部署提供了更多的選擇，以更好地服務(wù)于不同地域和使用需求。

3.4光伏板傾角

天津地區(qū)的太陽照射時(shí)間通常集中在早上9點(diǎn)至下午3點(diǎn)，其中光照條件在中午12點(diǎn)至下午1點(diǎn)左右達(dá)到峰值。這一時(shí)段，太陽直射太陽能表面的角度大，約為垂直90°，是發(fā)電效率高的時(shí)刻。為了大程度吸收光能，我們將太陽能板的方陣朝向正南，確保太陽能板的表面大限度地接收陽光。太陽能板的發(fā)電量能夠達(dá)到大值的前提是，方陣的垂直面與正南方向的夾角為0°。一旦太陽能板朝東或朝西偏離正南30°，發(fā)電量就會相應(yīng)減少10%~15%。因此，確保太陽能板的正確朝向至關(guān)重要，任何偏離方位角的調(diào)整都可能導(dǎo)致發(fā)電量減少。此外，我們還采用智能追光系統(tǒng)，使用雙軸追蹤支架連接光伏板，通過傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測太陽位置、天氣狀況等因素，自動(dòng)調(diào)整光伏板傾斜角度，以大限度地吸收太陽輻射，確保光伏系統(tǒng)持續(xù)高效運(yùn)行。結(jié)合遙控技術(shù)或自動(dòng)化系統(tǒng)，使用戶可以通過遠(yuǎn)程控制或預(yù)設(shè)程序來調(diào)整光伏板傾斜角度，提高系統(tǒng)的靈活性。

3.5智慧消防系統(tǒng)

裝配式光儲+人工智能一體化充電站搭載智慧消防系統(tǒng)，通過紅外溫感和煙火視頻分析進(jìn)行雙重監(jiān)測。一旦充電過程中發(fā)生火情，系統(tǒng)即刻啟動(dòng)報(bào)警機(jī)制，迅速通知消防部門進(jìn)行撲救。同時(shí)，充電站內(nèi)的智能滅火設(shè)備也會立即啟動(dòng)，有力地遏制火勢的蔓延。

智慧消防系統(tǒng)在火災(zāi)發(fā)生時(shí)能夠及時(shí)準(zhǔn)確地捕捉信息，實(shí)現(xiàn)了對火災(zāi)的早期預(yù)警，具備迅捷響應(yīng)機(jī)制，從而在關(guān)鍵時(shí)刻迅速采取措施，有效地控制事態(tài)發(fā)展。這不僅意味著消防撲救能力的升級，也為充電站提供了*的安全保障。

3.6智能充儲管理系統(tǒng)

充電站通過人工智能系統(tǒng)，對充電過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控和智能管理，為用戶提供個(gè)性化服務(wù)；同時(shí)配備高效的儲能系統(tǒng)，將光伏板所產(chǎn)生的電量和廉價(jià)“谷電”存儲在蓄電裝置中，使新能源汽車充電使用時(shí)間不受限制。此外，系統(tǒng)能夠根據(jù)太陽輻射情況智能確定發(fā)電和儲存能量的時(shí)間，為車主提供更為穩(wěn)定的充電服務(wù)。

4Acrel-2000MG充電站微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)

4.1平臺概述

Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)，是我司根據(jù)新型電力系統(tǒng)下微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)與微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的要求，總結(jié)國內(nèi)外的研究和生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)，專門研制出的企業(yè)微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)滿足光伏系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電、儲能系統(tǒng)以及充電站的接入，*進(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析，直接監(jiān)視光伏、風(fēng)能、儲能系統(tǒng)、充電站運(yùn)行狀態(tài)及健康狀況，是一個(gè)集監(jiān)控系統(tǒng)、能量管理為一體的管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)在安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)上以經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運(yùn)行為目標(biāo)，促進(jìn)可再生能源應(yīng)用，提高電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性、補(bǔ)償負(fù)荷波動(dòng)；有效實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)的需求管理、消除晝夜峰谷差、平滑負(fù)荷，提高電力設(shè)備運(yùn)行效率、降低供電成本。為企業(yè)微電網(wǎng)能量管理提供安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了全新的解決方案。

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)應(yīng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，整個(gè)能量管理系統(tǒng)在物理上分為三個(gè)層：設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通信層和站控層。站級通信網(wǎng)絡(luò)采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)及TCP/IP通信協(xié)議，物理媒介可以為光纖、網(wǎng)線、屏蔽雙絞線等。系統(tǒng)支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規(guī)約。

4.2平臺適用場合

系統(tǒng)可應(yīng)用于城市、高速公路、工業(yè)園區(qū)、工商業(yè)區(qū)、居民區(qū)、智能建筑、海島、無電地區(qū)可再生能源系統(tǒng)監(jiān)控和能量管理需求。

4.3系統(tǒng)架構(gòu)

本平臺采用分層分布式結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，即站控層、網(wǎng)絡(luò)層和設(shè)備層，詳細(xì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下：

5充電站微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)解決方案

5.1實(shí)時(shí)監(jiān)測

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)人機(jī)界面友好，應(yīng)能夠以系統(tǒng)一次電氣圖的形式直觀顯示各電氣回路的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測光伏、風(fēng)電、儲能、充電站等各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)視各回路斷路器、隔離開關(guān)等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號。其中，各子系統(tǒng)回路電參量主要有：相電壓、線電壓、三相電流、有功/無功功率、視在功率、功率因數(shù)、頻率、有功/無功電度、頻率和正向有功電能累計(jì)值；狀態(tài)參數(shù)主要有：開關(guān)狀態(tài)、斷路器故障脫扣告警等。

系統(tǒng)應(yīng)可以對分布式電源、儲能系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電管理，使管理人員實(shí)時(shí)掌握發(fā)電單元的出力信息、收益信息、儲能荷電狀態(tài)及發(fā)電單元與儲能單元運(yùn)行功率設(shè)置等。

系統(tǒng)應(yīng)可以對儲能系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)管理，能夠根據(jù)儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)告警，并支持定期的電池維護(hù)。

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)界面包括系統(tǒng)主界面，包含微電網(wǎng)光伏、風(fēng)電、儲能、充電站及總體負(fù)荷組成情況，包括收益信息、天氣信息、節(jié)能減排信息、功率信息、電量信息、電壓電流情況等。根據(jù)不同的需求，也可將充電，儲能及光伏系統(tǒng)信息進(jìn)行顯示。

圖1系統(tǒng)主界面

子界面主要包括系統(tǒng)主接線圖、光伏信息、風(fēng)電信息、儲能信息、充電站信息、通訊狀況及一些統(tǒng)計(jì)列表等。

5.1.1光伏界面

圖2光伏系統(tǒng)界面

本界面用來展示對光伏系統(tǒng)信息，主要包括逆變器直流側(cè)、交流側(cè)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測及報(bào)警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計(jì)及分析、并網(wǎng)柜電力監(jiān)測及發(fā)電量統(tǒng)計(jì)、電站發(fā)電量年有效利用小時(shí)數(shù)統(tǒng)計(jì)、發(fā)電收益統(tǒng)計(jì)、碳減排統(tǒng)計(jì)、輻照度/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時(shí)對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個(gè)逆變器的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行展示。

5.1.2儲能界面

圖3儲能系統(tǒng)界面

本界面主要用來展示本系統(tǒng)的儲能裝機(jī)容量、儲能當(dāng)前充放電量、收益、SOC變化曲線以及電量變化曲線。

圖4儲能系統(tǒng)PCS參數(shù)設(shè)置界面

本界面主要用來展示對PCS的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，包括開關(guān)機(jī)、運(yùn)行模式、功率設(shè)定以及電壓、電流的限值。

圖5儲能系統(tǒng)BMS參數(shù)設(shè)

6結(jié)束語

裝配式光儲+人工智能一體化充電站這一概念為光伏發(fā)電、能量存儲和電動(dòng)汽車充電的有機(jī)整合提供了創(chuàng)新的途徑，為新時(shí)代的能源替代和低碳減排需求提供前瞻性解決方案。光儲一體化技術(shù)作為推動(dòng)新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素，通過提高能源利用效率、減少碳排放，推動(dòng)電動(dòng)汽車的普及等途徑，推動(dòng)社會的發(fā)展。面對國際社會的廣泛關(guān)注和積極推動(dòng)，我國應(yīng)繼續(xù)加大對光儲一體化技術(shù)的研發(fā)力度，提升自主創(chuàng)新能力，促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，向新能源領(lǐng)域不斷邁進(jìn)。同時(shí)，應(yīng)出臺相關(guān)政策措施，加大對光儲一體化項(xiàng)目的扶持力度，推動(dòng)其在環(huán)保、能源、交通等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，為建設(shè)美麗中國和促進(jìn)全球可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

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作者簡介

翟雪玲，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事宿舍安全用電研究發(fā)展。