山東省熱電設計院 ■ 劉冉

0 引言

2012年Tesla汽車公司發(fā)布了Tesla Model S車型，其超長續(xù)航，百公里加速不僅使Tesla火遍全球，也讓電動汽車重新回到了大眾視野。電動汽車不再使用傳統(tǒng)的化石能源來驅動汽車，而是直接利用電能，沒有尾氣排放且能源利用效率高，無疑成為綠色出行的好工具。

電動汽車用光伏充電系統(tǒng)就是利用光伏發(fā)電來為汽車蓄電池充電，這將比單純的電動汽車或光伏發(fā)電更加節(jié)能，帶來可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。

1 系統(tǒng)介紹

1.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)組成

根據(jù)電動汽車的實際使用情況，大部分充電時間應集中在晚上，即發(fā)電和充電時間是錯位的。光伏發(fā)電系統(tǒng)的電能是無法直接給電動車充電的，實際應用應是白天光伏系統(tǒng)發(fā)電上網(wǎng)，晚上從電網(wǎng)取電給電車充電。還可利用蓄電池儲能，但是大量的蓄電池價格昂貴，體積大，本文未予考慮。

因此，本文中電動汽車用光伏充電系統(tǒng)是由一套分布式光伏發(fā)電上網(wǎng)系統(tǒng)和一輛電動汽車充電裝置組成。分布式光伏發(fā)電上網(wǎng)系統(tǒng)由光伏組件、逆變器、雙向計量表等組成。

光伏組件能將光能轉化為電能，輸出直流電，而逆變器將直流電逆變?yōu)?80 V交流電。為了節(jié)約成本，光伏組件的安裝容量是根據(jù)電動車的不同日均行駛里程配置，目的是實現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)每天的發(fā)電量可滿足電動汽車用電量的需求。最后，要通過雙向計量表與電網(wǎng)相連，這樣既可得到光伏發(fā)電系統(tǒng)輸送到電網(wǎng)的發(fā)電量，又可得到用戶充電時的耗電量，是一種非常成熟的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)模式，已在國內很多分布式光伏發(fā)電項目中獲得應用。

1.2 國家對于分布式發(fā)電的補貼

國家完善光伏發(fā)電價格政策[1]對分布式光伏發(fā)電項目實行按照發(fā)電量進行電價補貼的政策，電價補貼標準為0.42元/kWh。

以山東電網(wǎng)為例，根據(jù)山東省物價局關于電價調整有關事項的通知(魯價格一發(fā)[2014]122號)[2]，電力火電廠脫硫標桿電價為0.45元/kWh，則光伏發(fā)電上網(wǎng)電價=火電脫硫標桿電價+分布式發(fā)電補貼=0.45+0.42=0.87元/kWh。而居民用電電價[3](即晚上充電時電價)約為0.55元/kWh，所以，使用光伏發(fā)電系統(tǒng)為電動汽車充電每度電可獲得收益為0.87–0.55=0.32元。

1.3 電動汽車參數(shù)

表1為Tesla Model S的詳細參數(shù)。

表1 Tesla Model S詳細參數(shù)

根據(jù)表1 給出的Tesla官方參數(shù)，以85 kWh容量的版本為例，E為電動汽車存儲電量，kWh；L為續(xù)航里程，則每km能耗為：

胡家莊稀土礦床位于萊蕪弧形斷裂弧頂?shù)谋眰萚4]，地層出露寒武—奧陶紀沉積巖及第四紀殘坡積物，其中以寒武系為主。寒武—奧陶系分布于該區(qū)的北部，地層NW—SE向分布，傾向NE。礦床受控于NW向的鹿野-孫祖斷裂[5]，破裂面向W傾斜，水平錯動較為明顯，為壓扭性斷裂，其成因與此斷裂密切相關。巖漿活動有2期，第1期為新太古代晚期，有花崗質巖漿侵入，生成了花崗巖及偉晶巖；第2期以中生代燕山晚期碳酸巖型巖漿為主的侵入，為碳酸巖、蛭石化含磷灰石云母巖等。礦體賦存于碳酸巖中，其圍巖為泥質灰?guī)r。

2 光伏裝機容量和成本計算

2.1 氣象條件

以濟南地區(qū)(北緯36.67°，東經(jīng)117°，海拔259 m)為例，地表反射率為0.2。由Meteonorm測得的數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 濟南地區(qū)輻照量數(shù)據(jù)

2.2 每W發(fā)電量計算

計算依據(jù)主要為GB 50797-2012《光伏發(fā)電站設計規(guī)范》[4]中第6.6章節(jié)“發(fā)電量計算”。光伏發(fā)電站上網(wǎng)電量計算式為：

式中，Ep為上網(wǎng)發(fā)電量，kWh；HA為水平面太陽能總輻照量(峰值小時數(shù))，kWh/m2；Es為標準條件下的輻照度(常數(shù)=1 kW/m2)；PAZ為組件安裝容量，kWp；K為綜合效率系數(shù)，綜合效率系數(shù)K包括：光伏組件類型修正系數(shù)，光伏方陣的傾角、方位角修正系數(shù)，光伏發(fā)電系統(tǒng)可用率、光照利用率、逆變器效率、集電線路損耗、光伏組件表面污染修正系數(shù)，光伏組件轉換效率修正系數(shù)，取值0.9。

結合光伏工程實際發(fā)電量數(shù)據(jù)，由式(1)可得，Ep=1388.2×0.001×0.9 ≈ 1.25 kWh。則濟南地區(qū)光伏組件每W年發(fā)電量約為1.25 kWh。

2.3 成本計算

使用光伏發(fā)電系統(tǒng)為電動汽車充電是一種分布式光伏發(fā)電的應用形式。本文未對電動汽車的價格進行分析，僅分析建設分布式光伏發(fā)電和單純使用電網(wǎng)充電的成本及效益。

根據(jù)家用汽車不同的日平均行駛km數(shù)，計算得出需要配置的光伏組件容量。

目前市場上光伏組件的價格約為4元/W，5000 W小型逆變器的價格約為5000元。以濟南地區(qū)光伏充電系統(tǒng)為例，設總成本為C，日均行駛里程為L，組件容量為V，則：

式中，Qr為電動汽車每km能耗；1.25為濟南地區(qū)光伏組件每W年平均發(fā)電量。

圖1為濟南地區(qū)光伏充電系統(tǒng)成本組成圖。由圖1可直觀地看出，光伏充電系統(tǒng)的成本隨著日均行駛里程的增加而增加。

2.4 效益分析

本文指的效益是光伏發(fā)電系統(tǒng)相對市電充電的收益。

式中，使用電量=時間×日均行駛里程用電量。

設P為光伏充電系統(tǒng)相對收益，t為時間，Q為用電量，則：

式中，0.55為居民用電電價；0.32為使用光伏發(fā)電系統(tǒng)為電動汽車充電每度電可獲得的收益Q=QrLt

將式(3)代入式(5)得：

由此，為了直觀表現(xiàn)收益情況，做如圖2所示的折線圖。

當 t=1342天 (即 3.7年 )時，P=-5000，即圖2中各條直線的交點。此時，光伏充電系統(tǒng)的收益已達到光伏組件的投資成本，只有逆變器的成本還需收回。

因此得出如下結論：

圖2 光伏充電系統(tǒng)相對利用市電充電收益

1)光伏充電系統(tǒng)產生效益的時間在4～12年。

2)車主日均行駛里程越長，盈利越快。比如日均行駛100 km，則只需4年時間光伏充電系統(tǒng)的使用成本就會和使用電網(wǎng)電能成本持平，以后通過補貼每年還會產生額外收益；而如果日均行駛30 km，則需要6年；日均行駛50 km，需要5年。所以光伏充電系統(tǒng)適合日均行駛公里數(shù)較長者。

3 結論

通過對比光伏充電系統(tǒng)和市電充電的成本和收益，我們發(fā)現(xiàn)要體現(xiàn)出光伏充電系統(tǒng)的投資效益，僅需要4～12年的時間，同時使用光伏發(fā)電可以減少化石能源的消耗，對節(jié)能減排、防治大氣污染有很大的示范意義。隨著光伏產業(yè)的規(guī)?；l(fā)展，光伏組件和逆變器的價格會逐步降低，光伏充電系統(tǒng)的投資回收時間還將進一步縮短；并且，光伏充電系統(tǒng)組成簡單，光伏組件的使用壽命高達25年，安裝維護都很方便。綜上所述，電動汽車用光伏充電系統(tǒng)在國家鼓勵新能源發(fā)展及度電補貼的背景下，投資效益明顯，有著很大的推廣意義。

[1] 國家發(fā)改委.關于發(fā)揮價格杠桿作用促進光伏產業(yè)健康發(fā)展的通知[EB/OL]. http://www.sdpc. gov. cn/zwfwzx/zfdj/jggg/dian/201308/t20130830_556127.html, 2013-8-26.

[2] 山東省物價局.山東省物價局關于電價調整有關事項的通知[EB/OL]. http://www.sdwj. gov. cn/ggfw/jggl/zls/08/82465.shtml , 2014-8-29.

[3] 山東省政府. 山東省電網(wǎng)銷售電價表[EB/OL]. http://www.jinan.gov. cn/art/2009/8/10/art_13623_366685. html, 2009-08-10.

[4] GB 50797-2012, 光伏發(fā)電站設計規(guī)范 [S].