浅析光储智能一体化充电站的解决方案与应用

摘要：中国提出“双碳"目标后，深度降碳减排和可再生能源的大规模开发成为我国能源行业发展的新方向。在汽车新能源革命中，光储一体化充电技术作为关键要素备受关注。本文通过对新能源充电的国内外发展现状进行调查研究，揭示在光储一体化充电站建设中存在的技术难题。目前光储一体化充电站存在安装与适应性不灵活、消防系统不完善以及缺乏智能管理系统等问题。为应对这些挑战，本文提出了一种创新的装配式光储+人工智能一体化充电站设计方案。该设计方案集成了车棚和光伏发电功能、人工智能管理系统、智慧消防系统于一体，采用装配式模块化设计，使充电站更加智能、灵活。这一设计不仅满足了用户充电需求，还注入了智能科技元素，为未来新能源充电基础设施的建设提供了创新思路。

关键词：新能源；光储一体化充电站；双碳

1光储一体化充电站发展现状

1.1国外发展现状

顺应世界发展形势，欧美汽车大国均积极推进新能源汽车的发展，加大对新能源产业的投人和研发力度，在光伏充电站领域也取得了重大突破。在2013年，美国就设计制造出了evarc电动车充电站，这是世界上全自动、可移动、不需要地基开挖、建设审批、并网和更新变压器开关装置的独立光伏充电站，还配备envisiontrak跟踪系统，能让太阳能阵列随着太阳辐射角度自动调整方向，从而使发电量提升18%~25%，并且该充电站的尺寸与车位尺寸相同，也不会额外占用空间!。evarc电动充电站的出现对美国及其他的光伏充电站建设产生了深远影响。

1.2国内发展现状

中国积极响应绿色环保和节能减排的倡议，适应新发展形势，光伏产业建设规模不断扩大。近年来，我国光伏行业装机容量逐年攀升，正处于快速发展阶段。2018年，我国设计研究出了**座集“光伏、充电、储能"于一体的智慧车棚，并在我国投入使用，该车棚集智慧能源、智慧交通、智慧信息技术于一体，实现削峰填谷充电，运用大数据分析存储、人机交互、智能监控和诊断、智慧泊车、双向传输、智能管理等功能，让“光伏、充电、储能"车棚更加智能化，*方位满足人们的需求。该智慧车棚的投入运营，不仅是我国光伏产业创新能力的体现，而且是中国在世界光伏十一体化建设领域的尝试。

1.3天津地区现状

天津是中国光伏产业的发源地，具有良好的地理优势，集聚了国内多家具有较高水平的光伏科研院所，研发能力和技术水平在全国处于地位。新能源产业已成为天津市的八大优势产业之一，太阳能利用技术已十分成熟。2023年，天津市多个光伏充电站项目建设完成并投人使用，例如，9月份津蓟高速温泉城服务区光储充一体化超级充电站正式投入运营，10月份天津地区规模大的集中式光储充放检一体化智慧超级充电站在滨海新区投人使用，这一个个项目成果的落地，为天津光伏产业发展带来了新机遇。然而，由于天津各个区域发展不均衡，地区差异明显，光储一体化充电站建设尚未得到充分发展，仍需不断探索。

2光储一体化充电站技术难题

2.1安装与适应性不灵活

目前，光伏充电站通常采用一次性安装，位置一旦固定，将无法移动。由于充电站构件数量众多且结构复杂，因此组件的安装需要进行的测算和专业技术，这将涉及大量人力、物力和财力的消耗，导致施工效率降低，使日常维护和维修变得更为困难。大规模布置充电桩存在一定的地形适应性问题，地形和地势的不规则性可能导致光伏组件的安装受限，为工程选址带来一定限制。现阶段我国光储一体化充电站的建设和推广还存在一些瓶颈，只在少数示范点进行了建设，缺乏光伏与新能源汽车一体化的规范和标准，光储一体化集成技术仍不够完善，导致其工作效率降低。

2.2消防系统不完善

目前，安装在新能源汽车充电上的消防系统存在缺陷，未能充分预防和检测火灾。光储一体化充电站涉及太阳能电池板、电池储能系统以及充电设备，由于电气设备和大量电能的储存增加了火灾的风险，因电池故障、过充、过放、电气线路短路等问题引起的火灾也时有发生。一些光储一体化充电站的消防系统配置不足，仅包括烟雾探测器、灭火器等，在火灾初期无法及时发现并控制火源，增加了火势蔓延的可能性。电气设备因老化、维护不当或故障而导致的漏电问题也随处可见，特别是在潮湿的环境中，增加了火灾发生的可能性。部分光储一体化充电站还缺乏智能监控设备，不能对火源位置和火势变化等信息进行实时监测和报警，降低了对火灾的及时响应能力。

2.3缺乏智能管理系统

目前光储一体化充电站的运营模式相对简单，缺乏智能化管理系统，使光伏发电、能量存储和高效充电之间的协调与管理面临一系列挑战。光伏发电能源直接来源于太阳光的照射，而地球表面上的太阳照射受制于天气、环境、温度等因素，天气情况的随机、多变，使得光伏发电工作缺乏连续性，降低光伏组件的出力,导致电量供不应求，影响汽车用户的充电速度和体验。在现有光伏发电系统中，太阳能电池板朝向固定，大多数仅通过人工调整光伏板倾角来提高发电效率，以保证太阳能发电系统的正常运行，但无法根据太阳辐射方向进行实时调整，从而影响光能转化率。同时，目前的光伏充电站缺乏智能监控设备，无法实时监控和管理新能源汽车的充电情况，不能满足人们的个性化需求。

3装配式光储+人工智能一体化充电站设计方案

3.1总体设想

装配式光储+人工智能一体化充电站是在现有光储充一体化充电站基础上发展而来的一种更加智能、灵活的新型充电站。通过创新地融合光伏充电和人工智能管理，旨在解决新能源汽车所面临的技术难题。项目采用装配式模块化设计，以两个车位并排连接组成一个小结构模块，一个车位设置一个充电桩，以方便汽车充电，并将雨棚、发电、充电、储能等功能融为一体，从而显著提高空间利用率。

基于光生伏*效应原理，充电站的设计充分利用光伏板将太阳光转化为电能，并进行储存，为充电站提供主要电力。同时，电池储能系统根据储电量择机吸收低价谷电，以作为电力的补充，吸收低价谷电有助于节省配电增容费用，弥补太阳能发电在阴天、夜间等环境不连续的端，有效减少充电站的负荷峰谷差，提高系统运行效率。车棚在光储充一体化的基础上还安装了人工智能调度技术，根据用户的需求和充电情况进行智能调度和优化，为电动汽车提供快速、高效、安全的充电服务。同时，改设计方案还具备远程监控和管理功能，方便用户随时随地进行操作和管理。

3.2场地位置和外观

调查发现，天津地区的土地资源、电网资源以及自然资源的匹配度较低，在市内六区以及环城四区的电网负荷相对较大，虽然消纳条件较好，但是开发空间受限。然而远郊五区和滨海新区的土地资源相对宽裕，但面临着资源担负与支撑不足的难题，消纳条件也相对较差，实际可开发量和技术可开发量之间存在差距。

考虑到人流量、周边环境和学校日益增长的新能源汽车数量等因素，我们将该项目设置在某高校教学楼附近的停车场，以满足学校新能源汽车的充电需求。该处遮挡物较少且较为空旷，能使光伏车棚大化地发挥作用，提高太阳能的利用率，同时车棚还有遮挡太阳直射，保护车辆免受雨雪天气影响等作用，从而延长汽车使用寿命。根据我国《汽车库建筑设计规范》（jgj100一98）规定，设计一个汽车的停车位长为5.4m、宽为2.7m，每排放10辆车，共两排，总长54m，能一次性满足20辆小汽车同时停放和充电需求，并且每个小模块左右分别设置两根圆形支撑柱（在图1中用小圆点表示），以保持光伏车棚结构的稳定性和安全性，如图1所示。