张波?刘姝?白劲松?秦宇波?许译文

摘 要 随着新能源的汽车普及与推广，新能源汽车充电完全依靠电网，会造成电网的冲击。本文通过对分布式电动汽车充电站的具体实例进行分析，采取可再生能源技术经济评估的方法，证实了分布式可以取缔部分电网，同时分布式太阳能资源不仅可以解决电网压力还可以获得相应的收益。

关键词 分散式供电桩;光伏发电系统;技术经济评估

引言

新能源汽车又被称为清洁能源汽车，以清洁能源取代化石能源。有着对环境污染小，资源浪费少等特点。

相关数据表明，在城市建设中，新能源汽车未被广泛应用的主要原因是新能源汽车的充电桩、换电站等基础设施较少。

充电桩所需电流大功耗大，若完全依赖于电网势必会对电网产生冲击。若要大规模建设依赖电网的充电站，则需要对电网的进行扩建，这使得依赖电网的充电站的建设举步维艰。

新能源汽车相关产业最急需解决的是充电桩依赖于电网问题。因此提出了分布式光伏电动汽车充电站的解决方案。

分布式光伏电动充电站可以利用建筑物楼顶闲置空间搭建光伏组件，其发出的电能除供给新能源汽车使用外，还可以作为建筑物的应急能源。

1分布式汽车充电站设计

1.1 分布式光伏电动汽车充电原理

分布式光伏电动汽车充电站由光伏组件（PV array）、逆变器（inverter）、充电桩（Charging pile）、控制器（charge controller）、蓄电池（storage battery）、中央控制单元（Central control unit）、线缆（PV cable）及支架（PV stents）等组成。

①发电系统中的光伏阵列发出直流电，通过DC-DC中的控制单元有效的跟踪光伏组件的最大功率，然后经逆变器转换为交流电，再通过充电桩为新能源汽车供能或直接存储在储能系统中的蓄电池中;②夜间或阴雨天时，光伏阵列不能为充电桩提供电能时，储能系统将为新能源汽车提供电能;③当储能系统的能量也不足以供给的情况下，直接采取电网作为后备。

1.2 沈阳市太阳能资源

本次分布式光伏电动汽车充电站的设计地点为沈阳，它处于北纬N41°45′东经E123°35′。

因为电动汽车冬季耗电量大，如果按最佳倾角设计，可能会造成夏季剩余大量电量，因此用全年均衡冬半年最大的原则设计本系统。最好做到夏半年和冬半年在方阵面上的日辐射量相等，即H1=H2[1]。根据PVSYST软件模拟确定本系统的倾角为54°。

据当地的气象、地理资料及PVSYST软件模拟的每个月份的太阳辐照量HT（KWh/m2），计算出光伏方阵面上的日平均峰值日照小时数3.93（h）。

1.3 分布式充电站系统设计

本节设计以一台充电桩为例进行系统配备的分析。这样设计的优点：①可以有效评估本电站;②可以随着电动汽车的广泛应用随时增加充电桩的数量;③便于整个系统的故障检修。

每台充电桩需要配备32块型号为GP-270P-60的光伏组件、一台型号为SG8K-D的逆变器、32块型号为6-CNFJ-40的蓄电池、8台型号为MPPT1806的控制器及相关设备，共需42540元。

沈阳商业城安装125台充电桩，则建筑屋顶需安装4000块270W的光伏组件，总装机容量为1.08MW，年平均发电量为1160kwh。本电站如果连续平稳运行25年，那么可以产生2904万kwh的电能。相当于节约了10482吨标准煤，相当于减少了873吨二氧化硫的排放，相当于减少了29030吨二氧化碳的排放，相当于减少79200吨粉尘的排放。由此可见分布式光伏电动汽车充电站的环保效益非常可观。

2分布式光伏电动汽车充电站经济性分析

根据《沈阳市加快新能源汽车推广促进产业做大做强实施方案》可知，实际设备投资额（不含土地费用和土建投资）一次性给予20%的财政补贴。下文的经济技术分析以一台充电樁为例，这样既可以有效表达经济效益还可以清楚介绍每台充电桩对环境产生的良好效益。

2.1 收益分析

根据PVSYST软件可得出54°倾斜面的月辐照度，因此可计算出年平均峰值日照小时数为3.93h。光伏组件的年理论发电量为12400KWh。分布式光伏电动汽车充电站的各部分损耗为84%[2]、光伏组件的平均衰减率为89%和交流充电桩的效率为88%。

经过计算分布式光伏电动汽车充电站的平均年理论发电量为9294KWh。

设定电价9时～15时为0.8元/kwh，其余时间1.0元/kwh。计算经济方面按照9时～15时用电90%，其余时间用电10%，平均每日发电量完全消耗且不考虑利用电网供电收取的额外费用。

经过计算分布式光伏电动汽车充电站的平均年收益为6707元。

2.2 经济技术评估

根据可再生能源的技术经济学的有关评价原理，结合不同地点光伏组件的性能特点并考虑到各种因素的影响[3]。项目以净现值和动态投资回收期两个指标作为对分布式光伏电动汽车充电站技术经济评价和分析的标准。

每台充电桩需要的总投资为42540元，因此在财政补贴后总投资为34032元。

（1）寿命净现值

由于太阳能为非商品能源，其价值不可以直接确定，只能用能源代替的方法计算。按分布式光伏电动汽车充电站产能出售的标准来计算分布式光伏电动汽车充电站系统的年收益。分布式光伏电动汽车的充电站的净现值可按下式计算。

式中C0是系统的初始投资为34032元;B是分布式光伏电动汽车充电站的平均年收益为6707 元;C是系统的运行成本为50元;n是系统的使用寿命为25年;nb是系统的蓄电池和充电桩的更换周期（蓄电池和充电桩的更换周期分别为5年、7年;更换成本分别为12480元、3200元）;i为社会折现率为10%。将数据代入上式中得

由此可见对于本分布式光伏电动汽车充电站系统34032元的初始投资来说，本系统在使用寿命期间内不仅可以接受可以把投资成本收回，还可以收益2322.25元。因此本系统的投资完全。

（2）回收期分析

采用动态投资回收期原理，设投资回收期为ndp，年社会年利率为i，B为系统的年收益，C为每年的运行维护费。由于回收期的定义，分布式光伏电动汽车充电站的初始投资C0与年净收益（B-C）的关系为：

已知C0=34032元，（B-C）=6657元，i=10%。由上述公式计算出分布式光伏电动汽车充电站的动态回收期为：

也可以利用静态回收期原理计算分布式光伏电动汽车充电站的回收期

nsp：

由此可见在国家日益重视的电动汽车的前提下，分布式光伏电动汽车充电站的建立投资方案可行。若以这个系统运行25年，可发电23.2万kwh的电能，相当于77吨煤产生的电能。这个计算仅仅是以一台充电桩为例，要是整个沈阳普及这种充电桩将可以减少更多的燃煤。

3结束语

本分布式光伏电动汽车充电站，为了鼓励新能源汽车的使用者在发电高峰期为新能源汽车补给电能，以较低的价格出售电能，这样减少了蓄电池的储能成本。当设计储能为全天发电量的25%时，充电电价在9～15时为0.8元/kwh，其余时间1.0元/kwh的情况下，利用经济技术评估的方法计算得到相关数據证实了本系统完全具备可行性。

参考文献

[1] Liu Zuming，Li Yingjun，Xie Jian，et al. Optimum design for fixed grid connected photovoltaic array[J]. Journal of Yunnan Normal University：Natural Science Edition，2000，20（6）：24-28.

[2] 周振凯，朱金生，朱燕艳，等.昆山市农村光伏车棚项目的设计及综合效益评估[J].浙江科技信息，2018，（3）：40-41.

[3] 鞠振河.太阳能路灯系统的技术经济评价[J].可再生能源，2004， （5）：29-31.

作者简介

张波（1998-），男，辽宁葫芦岛人，在读学生，学历：本科，研究方向：新能源光伏发电设计。

刘姝（1973-），女，辽宁凌源人;学历：博士学位，职称：副教授/高级工程师，研究方向：分布式发电与微电网技术。