汽車市場正在發(fā)生轉(zhuǎn)變，隨著電動汽車 (EV) 采用率的迅速提高，銷售預(yù)測上調(diào)。雖然電動汽車只占整個市場的一小部分，但預(yù)計 2025 年電動汽車銷量將達到 1000 萬輛，到 2050 年，所有銷售汽車中 50% 以上將是電動汽車。

大多數(shù)車輛在車道上停放過夜時，將通過連接到壁掛式充電盒來緩慢充電。一些車輛將在街道充電點更快地充電，未來的加油站極有可能加配快速充電樁。

由于多個充電點同時運行，當?shù)仉娋W(wǎng)的峰值需求將如此之大，如果不大規(guī)模投資輸電線路和發(fā)電廠來提供滿足這一需求的能力，當?shù)仉娋W(wǎng)崩潰可能會變得司空見慣。

電動汽車充電現(xiàn)狀

當前公共和私人設(shè)施中使用的交流充電基礎(chǔ)設(shè)施提供的電力各不相同。1級交流充電端口的工作電壓為 120 伏（最大提供 2 kW 的功率），而2級交流充電端口的工作電壓為 240 伏，可提供高達 20 kW 的功率。在這兩種情況下，交直流轉(zhuǎn)換都是在車載充電器中完成的，而不是在壁掛式充電盒中（壁掛式充電盒主要執(zhí)行保護和計量功能）。

由于成本、尺寸和重量限制，車載充電器的額定功率通常低于 20 kW。或者，如果使用直流充電（而不是交流充電），則可以以更高的功率水平進行充電。3級直流充電樁的額定電壓為 450 V（提供高達 150 kW 的功率），而最新的超級充電器的額定電壓高達 800 V（提供高達 350 kW 的功率）。

出于安全原因，充電插頭連接到車輛時的最大電壓限制為 1000 V。在直流充電中，電力AC轉(zhuǎn)DC在充電端口中進行，充電端口直接連接到車輛的電池，從而無需車載充電器，從而使車輛更輕且可用空間更大。

未來的需求

隨著越來越多的電動汽車上路，駕駛員希望能夠在更短的時間內(nèi)為汽車充電。考慮以下充電場景，這可能會在不到十年的時間內(nèi)成為現(xiàn)實。路邊充電站有5個直流充電樁；當五輛車同時停下時，它們會在每個站點上充電。如果每輛車配備的 100 kWh 電池已充電 25%，駕駛員希望在 15 分鐘內(nèi)充滿 75%，則需要從電網(wǎng)輸送到充電站的總電量為：

5x(75%-25%)x100 kWh/0.25 小時 = 1 MW

為充電站供電的電網(wǎng)需要能夠管理這些間歇性的 1 MW 峰值。這對電力輸送基礎(chǔ)設(shè)施有幾個影響。需要高效且復(fù)雜的有源功率因數(shù)校正（PFC）部分來確保電網(wǎng)頻率不受影響并保持穩(wěn)定和高效。將低壓充電站連接到高壓電網(wǎng)還需要昂貴的變壓器。將電力從發(fā)電廠輸送到充電站的電纜需要采用適當?shù)某叽纾詰?yīng)對所輸送的電流水平。對于配備更高容量電池的車輛，峰值功率要求將會更高。

太陽能填補空白

使用太陽能或風能等當?shù)乜稍偕茉串a(chǎn)生的電力是一種更簡單、更經(jīng)濟的解決方案，無需安裝新的輸電線路和大型變壓器。就其本質(zhì)而言，這些能源也是間歇性的。不過，如果精心管理，它們可以用來滿足電動汽車充電產(chǎn)生的間歇性電網(wǎng)需求。

過去十年，太陽能光伏技術(shù)的價格下降了近80%，在減少碳排放的要求的推動下，促進了可再生能源系統(tǒng)的持續(xù)增長。如今，太陽能發(fā)電占全球發(fā)電量的比例不到 5%，但預(yù)計到 2050 年將增長到三分之一以上。

太陽能的增長將影響電力的產(chǎn)生和使用方式——需要對發(fā)電站進行管理，以確保電網(wǎng)不會過度供電。人們將越來越多地消耗家中安裝的住宅太陽能系統(tǒng)的電力。這需要在集中式主電源供應(yīng)和當?shù)乜稍偕茉窗l(fā)電以及客戶的可變需求之間取得仔細的平衡。以我們的充電站為例，該充電站直接連接到由太陽能光伏裝置供電、供電能力為 500 kW 的子電網(wǎng)，電網(wǎng)僅需要提供 500 kW 的電力。

儲能解決方案

使用光伏裝置的電力意味著只有在白天太陽最亮的時候才能實現(xiàn)最快的充電速率，這是一個不可持續(xù)的提議。

更現(xiàn)實的解決方案可以通過使用儲能系統(tǒng)（ESS）來實現(xiàn)，該系統(tǒng)相當于天然氣或石油儲罐，可用于各種用途（家用和工業(yè)）。在家庭應(yīng)用中，可以很容易地將光伏逆變器連接到儲能電池，白天通過太陽能充電，然后可以在夜間為電動汽車充電。

在工業(yè)環(huán)境中，ESS 設(shè)備可用于不同的目的 - 調(diào)節(jié)光伏發(fā)電和其他可再生能源的電力，或為黑啟動提供備用支持，從而不再需要柴油發(fā)電機。使用ESS也具有經(jīng)濟意義，因為市場對電動汽車更快充電的需求不斷增長，并且ESS支持在較長時間內(nèi)逐步升級或更換現(xiàn)有輸電線路。

這些系統(tǒng)的市場預(yù)計將從目前的 20 GWh 快速增長到 2050 年的 2,000 GWh 以上。對于充電站來說，ESS 就像一個大型電池，存儲太陽能裝置（或其他可再生能源）的能量并將其傳輸?shù)匠潆姌陡鶕?jù)需要，將任何多余的能量輸送到電網(wǎng)。應(yīng)選擇適當規(guī)模的ESS，以實現(xiàn)峰值電力需求和儲能容量之間的最佳平衡（其比例很大程度上取決于當?shù)乜捎冒l(fā)電量（太陽能、風能或其他）、充電樁的數(shù)量以及本地連接的其他負載。

隨著電動汽車銷量的增加，駕駛員期望能夠在更短的時間內(nèi)為車輛充電，這意味著電動汽車快速充電基礎(chǔ)設(shè)施的需求將快速增長。現(xiàn)有電網(wǎng)的設(shè)計無法應(yīng)對由此產(chǎn)生的間歇性高峰需求。將太陽能光伏裝置與儲能系統(tǒng)結(jié)合使用可能是一種現(xiàn)實且商業(yè)上可行的替代電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的方案，否則需要對電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施進行徹底更新升級，會產(chǎn)生較大的成本。