摘要：中國提出“雙碳”目標后，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作為關鍵要素備受關注。本文通過對新能源充電的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀進行調(diào)查研究，揭示在光儲一體化充電站建設中存在的技術難題。目前光儲一體化充電站存在安裝與適應性不靈活、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計方案。該設計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計，使充電站更加智能、靈活。這一設計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設施的建設提供了創(chuàng)新思路。

關鍵詞：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

順應世界發(fā)展形勢，歐美汽車大國均積極推進新能源汽車的發(fā)展，加大對新能源產(chǎn)業(yè)的投人和研發(fā)力度，在光伏充電站領域也取得了重大突破。在2013年，美國就設計制造出了EVARC電動車充電站，這是世界上全自動、可移動、不需要地基開挖、建設審批、并網(wǎng)和更新變壓器開關裝置的獨立光伏充電站，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電動充電站的出現(xiàn)對美國及其他的光伏充電站建設產(chǎn)生了深遠影響。

1.2國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

中國積極響應綠色環(huán)保和節(jié)能減排的倡議，適應新發(fā)展形勢，光伏產(chǎn)業(yè)建設規(guī)模不斷擴大。近年來，我國光伏行業(yè)裝機容量逐年攀升，正處于快速發(fā)展階段。2018年，我國設計研究出了*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、智慧信息技術于一體，實現(xiàn)削峰填谷充電，運用大數(shù)據(jù)分析存儲、人機交互、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領域的嘗試。

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，太陽能利用技術已十分成熟。2023年，天津市多個光伏充電站項目建設完成并投人使用，例如，9月份津薊高速溫泉城服務區(qū)光儲充一體化超級充電站正式投入運營，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，這一個個項目成果的落地，為天津光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來了新機遇。然而，由于天津各個區(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難題

2.1安裝與適應性不靈活

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。由于充電站構件數(shù)量眾多且結(jié)構復雜，因此組件的安裝需要進行的測算和技術，這將涉及大量人力、物力和財力的消耗，導致施工效率降低，使日常維護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性問題，地形和地勢的不規(guī)則性可能導致光伏組件的安裝受限，為工程選址帶來一定限制?，F(xiàn)階段我國光儲一體化充電站的建設和推廣還存在一些瓶頸，只在少數(shù)示范點進行了建設，缺乏光伏與新能源汽車一體化的規(guī)范和標準，光儲一體化集成技術仍不夠完善，導致其工作效率降低。

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，未能充分預防和檢測火災。光儲一體化充電站涉及太陽能電池板、電池儲能系統(tǒng)以及充電設備，由于電氣設備和大量電能的儲存增加了火災的風險，因電池故障、過充、過放、電氣線路短路等問題引起的火災也時有發(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，在火災初期無法及時發(fā)現(xiàn)并控制火源，增加了火勢蔓延的可能性。電氣設備因老化、維護不當或故障而導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)控設備，不能對火源位置和火勢變化等信息進行實時監(jiān)測和報警，降低了對火災的及時響應能力。

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、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,導致電量供不應求，影響汽車用戶的充電速度和體驗。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)的正常運行，但無法根據(jù)太陽輻射方向進行實時調(diào)整，從而影響光能轉(zhuǎn)化率。同時，目前的光伏充電站缺乏智能監(jiān)控設備，無法實時監(jiān)控和管理新能源汽車的充電情況，不能滿足人們的個性化需求。

3裝配式光儲+人工智能一體化充電站設計方案

3.1總體設想

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難題。項目采用裝配式模塊化設計，以兩個車位并排連接組成一個小結(jié)構模塊，一個車位設置一個充電樁，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。

基于光生伏應原理，充電站的設計充分利用光伏板將太陽光轉(zhuǎn)化為電能，并進行儲存，為充電站提供主要電力。同時，電池儲能系統(tǒng)根據(jù)儲電量擇機吸收低價谷電，以作為電力的補充，吸收低價谷電有助于節(jié)省配電增容費用，彌補太陽能發(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荷峰谷差，提高系統(tǒng)運行效率。車棚在光儲充一體化的基礎上還安裝了人工智能調(diào)度技術，根據(jù)用戶的需求和充電情況進行智能調(diào)度和優(yōu)化，為電動汽車提供快速、高效、安全的充電服務。同時，改設計方案還具備遠程監(jiān)控和管理功能，方便用戶隨時隨地進行操作和管理。

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，但面臨著資源擔負與支撐不足的難題，消納條件也相對較差，實際可開發(fā)量和技術可開發(fā)量之間存在差距。

考慮到人流量、周邊環(huán)境和學校日益增長的新能源汽車數(shù)量等因素，我們將該項目設置在某高校教學樓附近的停車場，以滿足學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，同時車棚還有遮擋太陽直射，保護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《汽車庫建筑設計規(guī)范》（JGJ100一98）規(guī)定，設計一個汽車的停車位長為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輛小汽車同時停放和充電需求，并且每個小模塊左右分別設置兩根圓形支撐柱（在圖1中用小圓點表示），以保持光伏車棚結(jié)構的穩(wěn)定性和安全性，如圖1所示。

3.3模塊化主體結(jié)構設計率

裝配式光儲十人工智能一體化充電站的設計采用了的裝配式模塊化理念，使安拆變得輕松便捷。這種模塊化設計不僅可根據(jù)不同使用場景和需求進行靈活組合，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性化需求。

此外，采用裝配式構件還在維護和運輸階段展現(xiàn)出顯著的便利性。維修人員可以更輕松地對充電站進行維護，通過替換或升級單個模塊，實現(xiàn)快速而高效的維護服務。運輸方面，裝配式構件的輕量化設計降低了運輸難度，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)的太陽照射時間通常集中在早上9點至下午3點，其中光照條件在中午12點至下午1點左右達到峰值。這一時段，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)電量就會相應減少10%~15%。因此，確保太陽能板的正確朝向至關重要，任何偏離方位角的調(diào)整都可能導致發(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，通過傳感器實時監(jiān)測太陽位置、天氣狀況等因素，自動調(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)高效運行。結(jié)合遙控技術或自動化系統(tǒng)，使用戶可以通過遠程控制或預設程序來調(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)即刻啟動報警機制，迅速通知消防部門進行撲救。同時，充電站內(nèi)的智能滅火設備也會立即啟動，有力地遏制火勢的蔓延。

智慧消防系統(tǒng)在火災發(fā)生時能夠及時準確地捕捉信息，實現(xiàn)了對火災的早期預警，具備迅捷響應機制，從而在關鍵時刻迅速采取措施，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)，對充電過程的實時監(jiān)控和智能管理，為用戶提供個性化服務；同時配備高效的儲能系統(tǒng)，將光伏板所產(chǎn)生的電量和廉價“谷電”存儲在蓄電裝置中，使新能源汽車充電使用時間不受限制。此外，系統(tǒng)能夠根據(jù)太陽輻射情況智能確定發(fā)電和儲存能量的時間，為車主提供更為穩(wěn)定的充電服務。

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，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)、風力發(fā)電、儲能系統(tǒng)以及充電站的接入，*進行數(shù)據(jù)采集分析，直接監(jiān)視光伏、風能、儲能系統(tǒng)、充電站運行狀態(tài)及健康狀況，是一個集監(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)定的基礎上以經(jīng)濟優(yōu)化運行為目標，促進可再生能源應用，提高電網(wǎng)運行穩(wěn)定性、補償負荷波動；有效實現(xiàn)用戶側(cè)的需求管理、消除晝夜峰谷差、平滑負荷，提高電力設備運行效率、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)濟運行提供了全新的解決方案。

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)應采用分層分布式結(jié)構，整個能量管理系統(tǒng)在物理上分為三個層：設備層、網(wǎng)絡通信層和站控層。站級通信網(wǎng)絡采用標準以太網(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

本平臺采用分層分布式結(jié)構進行設計，即站控層、網(wǎng)絡層和設備層，詳細拓撲結(jié)構如下：

5充電站微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)解決方案

5.1實時監(jiān)測

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)人機界面友好，應能夠以系統(tǒng)一次電氣圖的形式直觀顯示各電氣回路的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測光伏、風電、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，動態(tài)監(jiān)視各回路斷路器、隔離開關等合、分閘狀態(tài)及有關故障、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值；狀態(tài)參數(shù)主要有：開關狀態(tài)、斷路器故障脫扣告警等。

系統(tǒng)應可以對分布式電源、儲能系統(tǒng)進行發(fā)電管理，使管理人員實時掌握發(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行功率設置等。

系統(tǒng)應可以對儲能系統(tǒng)進行狀態(tài)管理，能夠根據(jù)儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)進行及時告警，并支持定期的電池維護。

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、風電、儲能、充電站及總體負荷組成情況，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、風電信息、儲能信息、充電站信息、通訊狀況及一些統(tǒng)計列表等。

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)運行狀態(tài)監(jiān)測及報警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析、并網(wǎng)柜電力監(jiān)測及發(fā)電量統(tǒng)計、電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計、發(fā)電收益統(tǒng)計、碳減排統(tǒng)計、輻照度/風力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數(shù)據(jù)進行展示。

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)的儲能裝機容量、儲能當前充放電量、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)設置界面

本界面主要用來展示對PCS的參數(shù)進行設置，包括開關機、運行模式、功率設定以及電壓、電流的限值。

圖5儲能系統(tǒng)BMS參數(shù)設

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、能量存儲和電動汽車充電的有機整合提供了創(chuàng)新的途徑，為新時代的能源替代和低碳減排需求提供前瞻性解決方案。光儲一體化技術作為推動新能源產(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，推動電動汽車的普及等途徑，推動社會的發(fā)展。面對國際社會的廣泛關注和積極推動，我國應繼續(xù)加大對光儲一體化技術的研發(fā)力度，提升自主創(chuàng)新能力，促進光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，向新能源領域不斷邁進。同時，應出臺相關政策措施，加大對光儲一體化項目的扶持力度，推動其在環(huán)保、能源、交通等領域的廣泛應用，為建設美麗中國和促進全球可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。

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【3】高唱，王璐，郭珍珠，王鵬，吳思彤，段學輝，黃星睿，馮玉鍇.裝配式光儲十人工智能一體化充電站設計研究.

【4】安科瑞高校綜合能效解決方案2022.5版.

【5】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.05版.

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。