電動汽車光伏充電樁的研究與設(shè)計(jì)引言

電動汽車光伏充電樁的研究與設(shè)計(jì)引言有限的石油資源加上與日俱增的耗用量，石油價格的暴漲是必然的現(xiàn)象。同時在大量的石油消耗的過程中環(huán)境問題也隨之而出現(xiàn)，有害物質(zhì)的排放極大的污染環(huán)境之余也在很大程度上對人們的健康問題造成危害，破壞了生活居住環(huán)境，嚴(yán)重影響了身心健康。無論從個人還是集體考慮，立足于經(jīng)濟(jì)與社會持續(xù)和諧發(fā)展的重要國情需求，我們不難發(fā)現(xiàn)石油的短缺和環(huán)境保護(hù)需求一直在制約著我國的工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，而其中汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展就尤為明顯。隨著國民素質(zhì)的整體提高，環(huán)保、低碳等這些名詞已經(jīng)逐漸融入到新時代的生活理念當(dāng)中。而新能源汽車這一概念的提出，不僅僅受到國家的各項(xiàng)政策的鼓勵支撐，同時也給人們的生活帶來一種新的方式。新能源汽車的出現(xiàn)無疑是有效地緩解了石油短缺和環(huán)境污染等問題，電動汽車是新能源概念中的主要研究方向之一，電動汽車可分成三種主要驅(qū)動方式：純電動車、混合動力電動車、燃料電池車。然而想要更快更好的推動電動汽車的市場使用率，那么電動汽車的基礎(chǔ)配套設(shè)施的建設(shè)就是刻不容緩的。電動汽車充電站的建設(shè)在國內(nèi)外都已不在是新鮮的話題，國外的電動車充電站已經(jīng)取得了相當(dāng)不錯的成果，我們國內(nèi)的充電站雖然發(fā)展的比較遲，但是也在政府和一些大企業(yè)的支持下快速的發(fā)展開來。本篇論文的重點(diǎn)就是要研究電動汽車充電站未來的發(fā)展趨勢，一種新的更加環(huán)保零排放的能源——太陽能電動汽車充電站的設(shè)計(jì)研究。本論文將以光伏發(fā)電系統(tǒng)和電動汽車充電站為研究對象，對其中的太陽能光伏電池的逆變仿真和電動汽車充電站進(jìn)行分析研究。1.1新能源的開發(fā)利用根據(jù)世界國際鐵路聯(lián)盟給出的數(shù)據(jù)，運(yùn)輸行業(yè)所產(chǎn)生的二氧化碳排放量占全球總排放的23％，現(xiàn)今世界各個國家都制定了相關(guān)法律并采取了相應(yīng)措施來限制二氧化碳的排放。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)表明，我國在2007年每輛車的二氧化碳排放量平均為193克/公里，而從2009年我國相應(yīng)的限制法律實(shí)施的情況下減排13%，二氧化碳平均排放量下降到168克/公里。這兩年雖然取得了一定的減排成果但是按照我國“到2020年單位GDP的二氧化碳排放量減少40%—45%”的減排目標(biāo)，要實(shí)現(xiàn)每臺汽車的二氧化碳平均排放量降低到105克/公里，我們距離這個目標(biāo)還很遠(yuǎn)，需要的下降值相當(dāng)大，給我們的考驗(yàn)和壓力也是巨大的。上面的這些數(shù)據(jù)警示著我們?nèi)蛞驗(yàn)槟茉蠢枚a(chǎn)生的環(huán)境問題日益突出，而社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展又與能源利用息息相關(guān)，面對著全球化石燃料的大量消耗，產(chǎn)生的這些日益嚴(yán)重的環(huán)境污染和能源匱乏等問題，全球提出了“低碳經(jīng)濟(jì)”的全新概念，“低碳經(jīng)濟(jì)”一方面指利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)等手段來實(shí)現(xiàn)能源的節(jié)約、增效；另一方面指開發(fā)利用新的能源。環(huán)境污染與資源短缺的現(xiàn)實(shí)情況促使全球各國開始重新聚焦新能源的開發(fā)利用問題，并且寄希望于新能源能夠改善化石燃料所帶來的環(huán)境污染以及可能會發(fā)生的能源枯竭問題。我們最終要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)是零污染、高能效、低能耗和多元化的能源供給，走經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的康莊大道。環(huán)保、節(jié)能、增效一直是受到諸多關(guān)注的話題，長久以來，我們用法律和經(jīng)濟(jì)以及科技等多種手段全面開展的低碳經(jīng)濟(jì)理念在現(xiàn)今是能看到一定的成效的。但是由于飛速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)社會和日益擴(kuò)大的石油能源的需求，與有限的地球資源背道而馳，由此而出現(xiàn)的社會震蕩和擔(dān)憂也越來越嚴(yán)重，新能源的利用就成了低碳經(jīng)濟(jì)背景下不可忽視的重要發(fā)展方向，也是全球各國加快經(jīng)濟(jì)發(fā)展步伐的重要展覽手段。常規(guī)能源一般是指具有較成熟的利用技術(shù)并且已經(jīng)被廣泛利用的能源，而新能源通常是指還沒有被廣泛采用的，正處在研究開發(fā)階段的能源。常規(guī)能源是指像煤碳、石油、天然氣等已被人類普遍應(yīng)用的能源，而太陽能、風(fēng)能、海洋能及地?zé)崮芎蜌淠艿鹊冗@類在近代才開發(fā)利用的能源則被稱為新能源。新能源具備很多優(yōu)點(diǎn)，如取之不盡的太陽能和風(fēng)能，他們在使用的過程中不會釋放污染物。新能源所共有的特點(diǎn)如下：第一，資源豐富并普遍都具備可再生性，可滿足人類持續(xù)利用；第二，能量密集度較低，需要較大空間便于開發(fā)利用；第三，零碳含量或含量少，對環(huán)境污染??；第四，全球分布面積廣，利于各個地區(qū)分散的小規(guī)模利用；第五，由于能源的持續(xù)性供應(yīng)較差，波動性大使得不能用于持續(xù)的能源供給利用；第六，開發(fā)利用的成本高導(dǎo)致大規(guī)模推廣難。1.1.1太陽能地球上最根本的能源是太陽能。傳統(tǒng)能源如煤、石油中的化學(xué)能是由太陽能轉(zhuǎn)化而成的；風(fēng)能、生物能、海洋能等其實(shí)也都來自太陽能。太陽每年輻射到地球表面的能量為50×1018KJ，相當(dāng)于目前全世界能量消費(fèi)的1.3萬倍，因此利用太陽能的前景非常誘人。陽光普照大地，單位面積上的輻射并不大，如何把分散的熱量聚集在一起成為有用的能源是有效利用太陽能的關(guān)鍵。太陽能的利用方式是光熱轉(zhuǎn)化或光電轉(zhuǎn)化。太陽能的熱利用是通過集熱器進(jìn)行光熱轉(zhuǎn)化的，集熱器也就是太陽能熱水器。它的板芯由涂了吸熱材料的銅片制成，封裝在玻璃鋼外殼中。銅片只是導(dǎo)熱體，進(jìn)行光熱轉(zhuǎn)化的是吸熱涂層，這是特殊的有機(jī)高分子化合物。70年代石油危機(jī)以后，這類熱水器曾有蓬勃發(fā)展，特別是在美國、以色列、日本、澳大利亞等國家安裝家用太陽能熱水器的住宅達(dá)到10%—15%。80年代在美國已建成若干示范性的太陽能發(fā)電站，用特殊的拋物面反光鏡聚集熱量獲得高溫蒸汽送到發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。光電轉(zhuǎn)化主要通過光電池，即太陽能電池，這是一種能把光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿哪芰哭D(zhuǎn)換器。利用“光生伏打效應(yīng)”原理，當(dāng)半導(dǎo)體材料受到光照射時，物體內(nèi)產(chǎn)生電動勢或電流。已有使用價值的光電池種類不少，多晶硅、單晶硅(摻入少量硼、砷)、碲化鎘、硒化銅銦等都是制造光電池的半導(dǎo)體材料。其中以單晶硅電池性能較好，光電轉(zhuǎn)化率高，性能穩(wěn)定可靠，使用壽命長。不僅能滿足當(dāng)時的供電需求，而且還能將部分電能儲存于蓄電池中，大的可用于微波中繼站、衛(wèi)星地面站、農(nóng)村電話系統(tǒng)，小的可用于太陽能手表、太陽能計(jì)算器、太陽能充電器等，這些產(chǎn)品已有廣大市場。我國是太陽能資源相對豐富的國家之一，其全年太陽能總量為917一2333kwh/m2，中值為1625kw/m2。與同緯度的國家相比，我國太陽能資源狀況與美國相當(dāng)，但比歐洲和日本優(yōu)越得多，具體分布如表1.1所示。表1.1中國太陽能輻射資源分布狀況地區(qū)年日照時數(shù)h年輻射量Wh/cm2高輻射區(qū)西藏、新疆、青海、寧夏、甘肅等2600~3300160~235中等輻射區(qū)東北、中部、山東、北京等2200~2600140~160底輻射區(qū)山海關(guān)、黑龍江、湖北、貴州、江西、浙江等1000~2200100~1401.1.2風(fēng)能風(fēng)能是因空氣流動所產(chǎn)生的氣流而提供給人們的一種可被利用的能量，即風(fēng)能就是空氣動能?？諝饬鲃铀俣仍娇烀芏仍酱?，產(chǎn)生的動能就越大。風(fēng)能較其他新能源來說，具有十分明顯的優(yōu)勢，它的蘊(yùn)藏量巨大，分布極為廣泛，永不殆盡，對一些離主干電網(wǎng)較遠(yuǎn)的島嶼及交通不便利的邊遠(yuǎn)區(qū)域所產(chǎn)生的作用極為重要。目前，風(fēng)能因?yàn)槠涮厥獾男再|(zhì)被最廣泛的利用于發(fā)電產(chǎn)業(yè)，但是風(fēng)能的開發(fā)利用也是利弊兼得，因?yàn)樽匀粭l件的影響風(fēng)速具有不穩(wěn)定性，它所產(chǎn)生的動能大小也就不穩(wěn)定；不同的地理位置也嚴(yán)重制約著風(fēng)能的可利用性；風(fēng)能的轉(zhuǎn)換率較低且作為新型能源，其使用設(shè)備也并不完全成熟。1.1.3其他能源還有其他各種新型能源，如光能、核能、鈾能、生物能源、地?zé)崮芤约八芎蜌淠艿鹊?。對這些新能源的開發(fā)利用都是有利有弊，比如核能不但其資源利用率低，而且其反應(yīng)之后產(chǎn)生的核廢料將成為生物圈的危害因素之一，因?yàn)楹藦U料的處理技術(shù)還未達(dá)到可以完全分解的階段；核電站的安全問題也存在隱患，且建設(shè)核電站的費(fèi)用比常規(guī)能源發(fā)電站高的多，相應(yīng)的投資風(fēng)險(xiǎn)必然大。海洋能指蘊(yùn)藏在海底的多種可再生能源，像潮汐能、海水溫差能及海水鹽度差能等等，這類能源都具備可再生和零污染等特性，所以海洋能的開發(fā)利用將是一項(xiàng)具有戰(zhàn)略意義的能源利用策略。但是其局限性體具體表現(xiàn)在全球地域海洋面積的不同分布情況，各個地區(qū)要考察實(shí)地的利用條件才能加以開發(fā)利用。鈾能是原子能的其中之一，雖然此能源在地球上儲藏量稀少，但其產(chǎn)生的功效卻高于其他能源很多。如果一座普通發(fā)電站一天需要消耗大約一千噸左右的煤，但用鈾來替代煤，那么只需要大約0.5千克量的就足夠了。這樣即能體現(xiàn)環(huán)保還能節(jié)約煤炭的消耗量，向地球環(huán)保道路又躍進(jìn)了一步。1.2新能源電動汽車的產(chǎn)生和發(fā)展現(xiàn)狀有數(shù)據(jù)表明，中國石油的開采量在20年之后就會消耗殆盡，煤炭的開采也堅(jiān)持不到200年。然而我們的人口數(shù)量卻是在不斷的攀升，傳統(tǒng)能源的利用將不能滿足現(xiàn)實(shí)的需求，那么新能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源的意義就變得非常重要。我認(rèn)為中國新能源的開發(fā)利用在未來的發(fā)展中前景是一片大好，特別是在全球關(guān)注的環(huán)境問題下產(chǎn)生節(jié)能減排的號召下，使用傳統(tǒng)能源的汽車所造成的空氣污染和能源缺乏等問題都將依靠新能源的利用來解決。汽車業(yè)的發(fā)展道路上新的里程碑將是新能源汽車，新能源汽車能夠滿足現(xiàn)階段汽車業(yè)發(fā)展中的兩大問題。第一，當(dāng)今時代背景下汽車技術(shù)的首要核心發(fā)展方向便是節(jié)能環(huán)保，與此相應(yīng)地全球各國也同時采取了日趨嚴(yán)格的排放法規(guī)來要求汽車行業(yè)解決尾氣污染的問題。那么，汽車燃料將走向多元化，新能源汽車無疑將成為汽車工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。第二，隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展燃料資源的消耗量也逐步擴(kuò)大，在2001年我國的進(jìn)口石油量已經(jīng)占到我國國內(nèi)耗油量的32.5％，顯然在國際安全警戒線30％的標(biāo)準(zhǔn)值上超過了2.5%。數(shù)值雖然并不大，但是石油危機(jī)的到來是我們不得不承認(rèn)的隱憂。因此，新能源被用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源是新時代的新要求也同時解決了石油危機(jī)的現(xiàn)實(shí)憂患。隨著我國新能源汽車產(chǎn)量的快速增長，上游原材料企業(yè)將成為我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要受益者，作為控制上游資源的企業(yè)，鹽湖集團(tuán)、西藏礦業(yè)、寶鋼稀土目前已成為新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要受益者。隨著磷酸鐵鋰電池技術(shù)的突破以及鋰電池生產(chǎn)成本的降低，未來鋰電池將取代鎳氫電池成為新能源汽車的主要動力來源，目前我國主要生產(chǎn)鋰電池的企業(yè)有風(fēng)帆股份、賽德電池，他們都將從新能源汽車的產(chǎn)業(yè)發(fā)展中受益匪淺。我國電機(jī)與控制系統(tǒng)盡管屬于競爭激烈的成熟行業(yè)，但由于先進(jìn)入該市場的寧波韻升、大洋電機(jī)等電機(jī)企業(yè)已搶先與下游汽車廠商開展了相關(guān)合作，因而已占據(jù)了較大比例的市場份額與客戶資源，具備較強(qiáng)的競爭優(yōu)勢。此外，目前我國生產(chǎn)充電站及相關(guān)配套設(shè)施的企業(yè)主要有國電南瑞和許繼電氣，二者都以國家電網(wǎng)為背景，在國家電網(wǎng)的主導(dǎo)下開展了新能源汽車充電站的建設(shè)。目前，國內(nèi)電動汽車的使用主要是在公交車方面，造成現(xiàn)在這種現(xiàn)象的原因是什么呢？電動汽車作為