太阳能电动汽车充电站离网运行可行吗?

OFweek太阳能光伏网 综合报道

美国纯电动汽车生产商特斯拉公司近期在中国再次备受瞩目,根据多家媒体报道,该公司CEO马斯克4月22日提出在我国可以建设仅靠太阳能作为能量来源、独立于电网、实现24小时不间断充电服务的“超级充电站”,因其融入了电动汽车和太阳能这两大低碳话题,引发了媒体和民众的关注和兴趣。利用太阳能和储能装置为电动汽车充电的概念并非马斯克首创,在学术界其实并不新颖,已有不少相关研究。然而经笔者考证,特斯拉公司这种号称可以脱离电网运行的充电模式其实未能从根本上解决太阳能能量密度低、不稳定、效率低等缺点带来的不便,仅仅具有一定的示范效果,根本不能满足电动汽车规模化发展的实际需求,笔者从技术层面上认为在目前阶段充电设施尤其是直流快充设施并网运行才是实现长期可持续发展的必经之路。

太阳能电动汽车充电站离网运行

为了验证特斯拉公司目前在国内宣传的“超级充电站”脱离电网运行的可行性,其实只需对近日交付的上海特斯拉太阳能充电站进行简单估算。据报道,该充电站太阳能组件铺设面积约为150平方米,太阳能组件最高转化率为20.5%。上海全年光照辐射总量约1230kWh/m2,则可利用的全年光照辐射总量约为1230×80%≈980kWh/m2,那么以上特斯拉太阳能充电站每天可发电量约为(980×150)÷365×20.5%≈83kWh。因此,即使不考虑太阳能组件光电转换效率在寿命期内逐年衰减的影响和作为光伏电源必须具备的储能损耗,该离网运行的太阳能充电站在极端理想情况下的发电量一天也仅够充满一辆电池容量为85kWh的特斯拉Model S,或将2辆该车型电量从30%充到80%。这样的电量显然难以满足规模化电动汽车的充电需求,必须寻求电网帮助。

另外,太阳能充电站发电量受天气的影响十分明显,一片云的飘过都会导致发电量降低,雾霾天气更会大大降低发电量,更不用说南方地区经常性连续的阴雨天可能导致无电可发。更简单一个问题,晚上怎么办?为了实现其宣传的24小时不间断的快速充电服务效果,特斯拉公司提出通过为其太阳能充电站建设储能装置,对太阳能进行存储和时序分配。然而,即使不考虑储能装置昂贵的成本,增加充电站的储能装置仅仅是存储了太阳能,并不能模糊概念、将其草率地误解为就能增加接收和转化的太阳能总能量,特斯拉公司展示的太阳能充电站实际的供电能力仍然没有改变,显然不够供应电动汽车充电的实用需求。因此特斯拉公司建设的这种离网太阳能充电站不具备可行性,并网运行以寻求电网支持才是保证长期发展的必然选择。

实际上,早在2013年6月,特斯拉公司美国官网的论坛上就有用户对其“超级充电站”能满足全部电量需求的可能性提出了质疑,用计算结果说明若将全球车辆都换成电动汽车,即使将总面积为3.8×1011m2的全球屋顶都安装光伏发电装置,也仅能满足需求的十分之一。此外据国外媒体报道,即使在以推广可再生能源和电动汽车力度最大的德国,该国环境部提出的电动汽车电能消耗应完全由太阳能、风电等可再生能源供应的环保理论,也遭到了经济技术部专家对其不具备实际可操作性的反驳,认定不能据此严格制约。因此特斯拉公司提出建设独立于电网的“超级充电站”充电网络,其目的可能是通过清洁能源理念以寻求更多支持。

其实从相关报道中可以看出,目前在国内陆续交付使用的特斯拉电动汽车总量约为数十台,充电需求几乎可以忽略,因此所谓的离网太阳能充电,对其产品的示范和宣传的作用更大。在电动汽车规模发展的趋势下,参照当前常规汽车加油站一天加油车辆数少则上百多则上千的规模,这种脱离电网、仅依靠太阳能供电的“超级充电站”模式显然无法满足充电需求。媒体报道中特斯拉计划建设的“超级充电网络”暂未涉及在国内规划的细节,马斯克的目标能否实现有待我们继续关注。然而,如果仅依靠增加脱离电网运行的“超级充电站”数量来满足今后大规模电动汽车的充电需求,显然不具备可行性,并网运行、寻求电网支持才是发展的必经之路。

(作者为东南大学电气工程学院院长 教授博导)

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