電動(dòng)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(jià)格的暴漲是必然的現(xiàn)象。同時(shí)在大量的石油消耗的過(guò)程中環(huán)境問(wèn)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(duì)人們的健康問(wèn)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(wú)論從個(gè)人還是集體考慮，立足于經(jīng)濟(jì)與社會(huì)持續(xù)和諧發(fā)展的重要國(guó)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(guó)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(guó)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(shí)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(guó)家的各項(xiàng)政策的鼓勵(lì)支撐，同時(shí)也給人們的生活帶來(lái)一種新的方式。新能源汽車的出現(xiàn)無(wú)疑是有效地緩解了石油短缺和環(huán)境污染等問(wèn)題，電動(dòng)汽車是新能源概念中的主要研究方向之一，電動(dòng)汽車可分成三種主要驅(qū)動(dòng)方式：純電動(dòng)車、混合動(dòng)力電動(dòng)車、燃料電池車。然而想要更快更好的推動(dòng)電動(dòng)汽車的市場(chǎng)使用率，那么電動(dòng)汽車的基礎(chǔ)配套設(shè)施的建設(shè)就是刻不容緩的。電動(dòng)汽車充電站的建設(shè)在國(guó)內(nèi)外都已不在是新鮮的話題，國(guó)外的電動(dòng)車充電站已經(jīng)取得了相當(dāng)不錯(cuò)的成果，我們國(guó)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(lái)。本篇論文的重點(diǎn)就是要研究電動(dòng)汽車充電站未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，一種新的更加環(huán)保零排放的能源——太陽(yáng)能電動(dòng)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(dòng)汽車充電站為研究對(duì)象，對(duì)其中的太陽(yáng)能光伏電池的逆變仿真和電動(dòng)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(guó)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(gè)國(guó)家都制定了相關(guān)法律并采取了相應(yīng)措施來(lái)限制二氧化碳的排放。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)表明，我國(guó)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(guó)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(guó)“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(tái)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(gè)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(wèn)題日益突出，而社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展又與能源利用息息相關(guān)，面對(duì)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(wèn)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(lái)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(guó)開始重新聚焦新能源的開發(fā)利用問(wèn)題，并且寄希望于新能源能夠改善化石燃料所帶來(lái)的環(huán)境污染以及可能會(huì)發(fā)生的能源枯竭問(wèn)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(zhǎng)久以來(lái)，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(huì)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(huì)震蕩和擔(dān)憂也越來(lái)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(guó)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(méi)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(yáng)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(yáng)能和風(fēng)能，他們?cè)谑褂玫倪^(guò)程中不會(huì)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(duì)環(huán)境污染?。坏谒模蚍植济娣e廣，利于各個(gè)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(dòng)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(yáng)能地球上最根本的能源是太陽(yáng)能。傳統(tǒng)能源如煤、石油中的化學(xué)能是由太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化而成的；風(fēng)能、生物能、海洋能等其實(shí)也都來(lái)自太陽(yáng)能。太陽(yáng)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(wàn)倍，因此利用太陽(yáng)能的前景非常誘人。陽(yáng)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(yáng)能的關(guān)鍵。太陽(yáng)能的利用方式是光熱轉(zhuǎn)化或光電轉(zhuǎn)化。太陽(yáng)能的熱利用是通過(guò)集熱器進(jìn)行光熱轉(zhuǎn)化的，集熱器也就是太陽(yáng)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(guó)、以色列、日本、澳大利亞等國(guó)家安裝家用太陽(yáng)能熱水器的住宅達(dá)到10%—15%。80年代在美國(guó)已建成若干示范性的太陽(yáng)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(guò)光電池，即太陽(yáng)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(shí)，物體內(nèi)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)或電流。已有使用價(jià)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(zhǎng)。不僅能滿足當(dāng)時(shí)的供電需求，而且還能將部分電能儲(chǔ)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(yáng)能手表、太陽(yáng)能計(jì)算器、太陽(yáng)能充電器等，這些產(chǎn)品已有廣大市場(chǎng)。我國(guó)是太陽(yáng)能資源相對(duì)豐富的國(guó)家之一，其全年太陽(yáng)能總量為917一2333kwh/m2，中值為1625kw/m2。與同緯度的國(guó)家相比，我國(guó)太陽(yáng)能資源狀況與美國(guó)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(guó)太陽(yáng)能輻射資源分布狀況地區(qū)年日照時(shí)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(dòng)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(dòng)能。空氣流動(dòng)速度越快密度越大，產(chǎn)生的動(dòng)能就越大。風(fēng)能較其他新能源來(lái)說(shuō)，具有十分明顯的優(yōu)勢(shì)，它的蘊(yùn)藏量巨大，分布極為廣泛，永不殆盡，對(duì)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(dòng)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芎蜌淠艿鹊取?duì)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(wèn)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(gè)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(chǔ)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(lái)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(dòng)汽車的產(chǎn)生和發(fā)展現(xiàn)狀有數(shù)據(jù)表明，中國(guó)石油的開采量在20年之后就會(huì)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(guó)新能源的開發(fā)利用在未來(lái)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(wèn)題下產(chǎn)生節(jié)能減排的號(hào)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(wèn)題都將依靠新能源的利用來(lái)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(wèn)題。第一，當(dāng)今時(shí)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(guó)也同時(shí)采取了日趨嚴(yán)格的排放法規(guī)來(lái)要求汽車行業(yè)解決尾氣污染的問(wèn)題。那么，汽車燃料將走向多元化，新能源汽車無(wú)疑將成為汽車工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。第二，隨著我國(guó)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(guó)的進(jìn)口石油量已經(jīng)占到我國(guó)國(guó)內(nèi)耗油量的32.5％，顯然在國(guó)際安全警戒線30％的標(biāo)準(zhǔn)值上超過(guò)了2.5%。數(shù)值雖然并不大，但是石油危機(jī)的到來(lái)是我們不得不承認(rèn)的隱憂。因此，新能源被用來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源是新時(shí)代的新要求也同時(shí)解決了石油危機(jī)的現(xiàn)實(shí)憂患。隨著我國(guó)新能源汽車產(chǎn)量的快速增長(zhǎng)，上游原材料企業(yè)將成為我國(guó)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(lái)鋰電池將取代鎳氫電池成為新能源汽車的主要?jiǎng)恿?lái)源，目前我國(guó)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(guó)電機(jī)與控制系統(tǒng)盡管屬于競(jìng)爭(zhēng)激烈的成熟行業(yè)，但由于先進(jìn)入該市場(chǎng)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(chǎng)份額與客戶資源，具備較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。此外，目前我國(guó)生產(chǎn)充電站及相關(guān)配套設(shè)施的企業(yè)主要有國(guó)電南瑞和許繼電氣，二者都以國(guó)家電網(wǎng)為背景，在國(guó)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(guó)內(nèi)電動(dòng)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(dòng)汽車作為