探究光伏 - 直流智能充电桩有序充电策略及其应用成效

安科瑞鲁一扬15821697760

摘要：于能源转型的浪潮中，光伏 - 直流智能充电桩以其高效、环保特质崭露头角，成为充电基础设施发展的关键方向。本文深入探讨其有序充电策略及应用效果。鉴于大量光伏出力与电动汽车充电需求的时序错配给电网稳定性带来挑战，提出一种有序充电策略，在保障充电需求前提下，减少外网供电，提升光伏自消纳能力与负荷满足率。

关键词：充电桩；有序充电策略；电动汽车；S2V；直流系统

0 引言

在双碳目标的推动下，风光电等可再生能源的应用日益广泛，建筑屋顶光伏作为其中重要组成部分，预计到 2025 年公共机构新建建筑屋顶光伏覆盖率将达 50%。然而，大规模分布式光伏接入电网对其安全运行构成威胁，就地消纳问题亟待解决。与此同时，电动汽车迅猛发展，2030 年中国保有量预计达 8000 万辆，其充电需求给区域电力系统带来巨大挑战。鉴于私家电动汽车超 90% 的时间停放在建筑内或周边停车场，其充电与建筑能源系统深度融合，探索电动汽车与建筑光伏的互动模式，挖掘光伏利用潜力，对降低碳排放意义重大。2009 年提出 S2V 概念后，虽有相关研究，但当前电动汽车恒功率充电模式产生大量瞬时尖峰负荷，且光伏电力特性与负荷需求不匹配，实际 S2V 场景常需电网供电且存在光伏弃能现象，因此设计适配充电需求与光伏发电特性的有序充电策略对绿电消纳至关重要。

1 光伏 - 直流智能充电桩的优势

1.1 环保节能

光伏 - 直流智能充电桩利用太阳能光伏发电，降低对传统化石能源的依赖，削减碳排放。与传统交流充电桩相比，直流充电方式显著提升充电速度，为电动汽车更高效地补给能量，推动能源结构向绿色转型。

1.2 稳定可靠

白天，光伏系统为充电桩提供稳定电力，削弱电网波动对充电过程的干扰。智能充电桩配备完善保护功能，有效确保充电过程的安全性与可靠性，为用户提供稳定、持续的充电服务。

1.3 成本效益

尽管初期投资偏高，但长期运行中，光伏 - 直流智能充电桩通过利用太阳能，减少电费支出，提升充电设施利用率，降低运营成本，为充电桩运营商带来更可观的经济效益，增强其市场竞争力。

2 有序充电策略

2.1 智能调度

充电桩与电网建立通信连接，实现智能调度功能。依据电网负荷状况、光伏发电量以及电动汽车充电需求，动态优化充电时间与功率。例如，在电网负荷较低的夜间或凌晨，提高充电桩输出功率，加速充电进程；在电网负荷高峰时段，降低充电功率或暂停充电，平衡电网供需关系，减轻电网压力。

2.2 功率控制

基于电动汽车电池状态与充电需求，动态调整充电功率。电池电量低时，采用大功率快速充电，缩短充电时长；电量接近充满时，降低功率，保护电池寿命。同时，借助智能控制算法合理分配多辆电动汽车的充电功率，确保每辆车在适宜时间内完成充电，提高充电设施整体效率。

2.3 光伏发电优先利用

优先使用光伏系统发电量为电动汽车充电。当光伏发电量充足且大于充电需求时，存储多余电量或回馈电网；当光伏发电量不足时，再从电网获取补充电力。此举不仅提高光伏系统利用率，减少对电网的依赖，还能降低充电成本，促进可再生能源的有效利用。

3 应用效果

3.1 缓解电网压力

有序充电策略使光伏 - 直流智能充电桩避免在电网高峰时段充电，降低电网负荷峰值，增强电网稳定性与可靠性，有效缓解电网压力，为电网安全运行提供有力支持。

3.2 提高充电效率

智能调度与功率控制策略根据电动汽车实际需求优化充电安排，提升充电效率。直流充电桩的快速充电特性进一步缩短用户充电时间，改善用户体验，推动电动汽车的普及应用。

3.3 促进可再生能源发展

推广应用光伏 - 直流智能充电桩，增加太阳能等清洁能源在能源消费结构中的比重，促进可再生能源发展，助力实现可持续发展目标，推动能源转型进程。

3.4 降低运营成本

利用光伏发电和有序充电策略，减少充电桩电费支出，提高经济效益。同时，为充电桩运营商创造更多商业契机，如参与电力市场交易、提供增值服务等，拓展盈利渠道。

4 安科瑞充电桩收费运营云平台助力有序充电开展

4.1 概述

AcrelCloud - 9000 安科瑞充电桩收费运营云平台系统借助先进的物联网技术，与接入系统的电动自行车充电站及各类充电桩建立紧密连接，实现对其数据的持续采集与实时监控。该平台不仅能够精准监控充电桩的运行状态，还提供了涵盖充电服务、支付管理、交易结算、资产管理、电能管理以及明细查询等一系列功能。同时，针对充电机可能出现的过温、漏电、输入 / 输出过压或欠压、绝缘低等各类故障，平台具备敏锐的预警能力。充电桩支持以太网、4G 或 WIFI 等多种便捷的互联网接入方式，用户可通过微信、支付宝、云闪付等主流支付手段扫码进行充电操作，极大地提升了充电服务的便利性与灵活性。

4.2 应用场所

此平台广泛适用于多种建筑场景下的充电桩基础设施设计，包括民用建筑、一般工业建筑、居住小区、实业单位、商业综合体、学校以及园区等。无论在何种场所，它都能有效满足充电桩的运营管理需求，为不同环境下的电动汽车充电提供稳定、可靠的支持。

4.3系统结构

系统分为四层：

1）即数据采集层、网络传输层、数据层和客户端层。

2）数据采集层：包括电瓶车智能充电桩通讯协议为标准modbus-rtu。电瓶车智能充电桩用于采集充电回路的电力参数，并进行电能计量和保护。

3）网络传输层：通过4G网络将数据上传至搭建好的数据库服务器。

4）数据层：包含应用服务器和数据服务器，应用服务器部署数据采集服务、WEB网站，数据服务器部署实时数据库、历史数据库、基础数据库。

5）应客户端层：系统管理员可在浏览器中访问电瓶车充电桩收费平台。终端充电用户通过刷卡扫码的方式启动充电。

小区充电平台功能主要涵盖充电设施智能化大屏、实时监控、交易管理、故障管理、统计分析、基础数据管理等功能，同时为运维人员提供运维APP，充电用户提供充电小程序。

4.4安科瑞充电桩云平台系统功能

4.4.1智能化大屏

智能化大屏作为平台的重要展示窗口，直观呈现站点分布情况。同时，对设备状态、使用率、充电次数、时长、金额、度数以及充电桩故障等关键信息进行全面统计显示。用户还可进一步查看每个站点的详细信息，包括充电桩列表、充电记录、收益、能耗、故障记录等，便于统一管理小区充电桩，根据设备使用率合理分配资源，提升运营效率。

4.4.2实时监控

实时监视充电设施运行状况，主要包括充电桩运行状态、回路状态、充电过程中的充电电量、充电电压电流，充电桩告警信息等。

4.4.3交易管理

平台管理人员可管理充电用户账户，对其进行账户进行充值、退款、冻结、注销等操作，可查看小区用户每日的充电交易详细信息。

4.4.4故障管理

设备自动上报故障信息，平台管理人员可通过平台查看故障信息并进行派发处理，同时运维人员可通过运维APP收取故障推送，运维人员在运维工作完成后将结果上报。充电用户也可通过充电小程序反馈现场问题。

4.4.5统计分析

通过系统平台，从充电站点、充电设施、、充电时间、充电方式等不同角度，查询充电交易统计信息、能耗统计信息等。

4.4.6基础数据管理

在系统平台建立运营商户，运营商可建立和管理其运营所需站点和充电设施，维护充电设施信息、价格策略、折扣、优惠活动，同时可管理在线卡用户充值、冻结和解绑。

4.4.7运维APP

面向运维人员使用，可以对站点和充电桩进行管理、能够进行故障闭环处理、查询流量卡使用情况、查询充电充值情况，进行远程参数设置，同时可接收故障推送

4.4.8充电小程序

面向充电用户使用，可查看附近空闲设备，主要包含扫码充电、账户充值，充电卡绑定、交易查询、故障申诉等功能。

4.5系统硬件配置

类型	型号	图片	功能
安科瑞充电桩收费运营云平台	AcrelCloud-9000

	安科瑞响应节能环保、绿色出行的号召，为广大用户提供慢充和快充两种充电方式壁挂式、落地式等多种类型的充电桩，包含智能7kW交流充电桩，30kW壁挂式直流充电桩，智能60kW/120kW直流一体式充电桩等来满足新能源汽车行业快速、经济、智能运营管理的市场需求，提供电动汽车充电软件解决方案，可以随时随地享受便捷安全的充电服务，微信扫一扫、微信公众号、支付宝扫一扫、支付宝服务窗，充电方式多样化，为车主用户提供便捷、安全的充电服务。实现对动力电池快速、安全、合理的电量补给，能计时，计电度、计金额作为市民购电终端，同时为提高公共充电桩的效率和实用性。
互联网版智能交流桩	AEV-AC007D

	额定功率7kW，单相三线制，防护等级IP65，具备防雷 保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、远程升级，支持刷卡、扫码、即插即用。 通讯方：4G/wifi/蓝牙支持刷卡，扫码、免费充电可选配显示屏
互联网版智能直流桩	AEV-DC030D

	额定功率30kW，三相五线制，防护等级IP54，具备防雷保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、恒流恒压、电池保护、远 程升级，支持刷卡、扫码、即插即用 通讯方式：4G/以太网 支持刷卡，扫码、免费充电
互联网版智能直流桩	AEV-DC060S

	额定功率60kW，三相五线制，防护等级IP54，具备防雷保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、恒流恒压、电池保护、远程升级，支持刷卡、扫码、即插即用 通讯方式：4G/以太网 支持刷卡，扫码、免费充电
互联网版智能直流桩	AEV-DC120S

	额定功率120kW，三相五线制，防护等级IP54，具备防雷保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、恒流恒压、电池保护、远程升级，支持刷卡、扫码、即插即用 通讯方式：4G/以太网 支持刷卡，扫码、免费充电
10路电瓶车智能充电桩	ACX10A系列		10路承载电流25A，单路输出电流3A，单回路功率1000W，总功率5500W。充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别、独立计量、告警上报。 ACX10A-TYHN：防护等级IP21，支持投币、刷卡，扫码、免费充电 ACX10A-TYN：防护等级IP21，支持投币、刷卡，免费充电 ACX10A-YHW：防护等级IP65，支持刷卡，扫码，免费充电 ACX10A-YHN：防护等级IP21，支持刷卡，扫码，免费充电 ACX10A-YW：防护等级IP65，支持刷卡、免费充电 ACX10A-MW：防护等级IP65，仅支持免费充电
2路智能插座	ACX2A系列		2路承载电流20A，单路输出电流10A，单回路功率2200W，总功率4400W。充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别，报警上报。 ACX2A-YHN：防护等级IP21，支持刷卡、扫码充电 ACX2A-HN：防护等级IP21，支持扫码充电 ACX2A-YN：防护等级IP21，支持刷卡充电
20路电瓶车智能充电桩	ACX20A系列		20路承载电流50A，单路输出电流3A，单回路功率1000W，总功率11kW。充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别，报警上报。 ACX20A-YHN：防护等级IP21，支持刷卡，扫码，免费充电 ACX20A-YN：防护等级IP21，支持刷卡，免费充电
落地式电瓶车智能充电桩	ACX10B系列		10路承载电流25A，单路输出电流3A，单回路功率1000W，总功率5500W。充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别、独立计量、告警上报。 ACX10B-YHW：户外使用，落地式安装，包含1台主机及5根立柱，支持刷卡、扫码充电,不带广告屏 ACX10B-YHW-LL：户外使用，落地式安装，包含1台主机及5根立柱，支持刷卡、扫码充电。液晶屏支持U盘本地投放图片及视频广告
绝缘监测仪	AIM-D100-ES

	AIM-D100-ES系列直流绝缘监测仪可以应用在15~1500V的直流系统中，用于在线监测直流不接地系统正负极对地绝缘电阻，当绝缘电阻低于设定值时，发出预警或报警信号。
绝缘监测仪	AIM-D100-T

	AIM-D100-T系列直流绝缘监测仪可以应用在10~1000V的直流系统中，用于在线监测直流不接地系统正负极对地绝缘电阻，当绝缘电阻低于设定值时，发出预警或报警信号。
智能边缘计算网关	ANet-2E4SM

	4路RS485串口，光耦隔离，2路以太网接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA、ModbusTCP（主、从）、104（主、从）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模块）输入电源：DC12V～36V。支持4G扩展模块，485扩展模块。
扩展模块ANet-485	M485模块：4路光耦隔离RS485
扩展模块ANet-M4G	M4G模块：支持4G全网通
导轨式单相电表	ADL200

	单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，输入电流：10（80）A； 电能精度：1级 支持Modbus和645协议 证书：MID/CE认证
导轨式电能计量表	ADL400

	三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，分相总有功电能，总正反向有功电能统计，总正反向无功电能统计；红外通讯；电流规格：经互感器接入3×1（6）A，直接接入3×10（80）A，有功电能精度0.5S级，无功电能精度2级 证书：MID/CE认证
无线计量仪表	ADW300

	三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，有功电能计量（正、反向）、四象限无功电能、总谐波含量、分次谐波含量（2～31次）；A、B、C、N四路测温；1路剩余电流测量；支持RS485/LoRa/2G/4G/NB；LCD显示；有功电能精度：0.5S级（改造项目） 证书：CPA/CE认证
导轨式直流电表	DJSF1352-RN

	直流电压、电流、功率测量，正反向电能计量，复费率电能统计，SOE事件记录:8位LCD显示:红外通讯:电压输入*大1000V，电流外接分流器接入(75mV)或霍尔元件接入(0-5V);电能精度1级，1路485通讯，1路直流电能计量AC/DC85-265V供电 证书：MID/CE认证
面板直流电表	PZ72L-DE

	直流电压、电流、功率测量，正反向电能计量:红外通讯:电压输入*大1000V，电流外接分流器接入·(75mV)或霍尔元件接入(0-20mA0-5V);电能精度1级 证书：CE认证
电气防火限流式保护器	ASCP200-63D

	导轨式安装，可实现短路限流灭弧保护、过载限流保护、内部超温限流保护、过欠压保护、漏电监测、线缆温度监测等功能;1路RS485通讯，1路NB或4G无线通讯(选配);额定电流为0~63A，额定电流菜单可设。
开口式电流互感器	AKH-0.66/K

	AKH-0.66K系列开口式电流互感器安装方便，无须拆一次母线，亦可带电操作，不影响客户正常用电，可与继电器保护、测量以及计量装置配套使用。
霍尔传感器	AHKC

	霍尔电流传感器主要适用于交流、直流、脉冲等复杂信号的隔离转换，通过霍尔效应原理使变换后的信号能够直接被AD、DSP、PLC、二次仪表等各种采集装置直接采集和接受，响应时间快，电流测量范围宽精度高，过载能力强，线性好，抗干扰能力强。
智能剩余电流继电器	ASJ

该系列继电器可与低压断路器或低压接触器等组成组合式的剩余电流动作保护器，主要适用于交流50Hz，额定电压为400V及以下的TT或TN系统配电线路，防止接地故障电流引起的设备和电气火灾事故，也可用于对人身触电危险提供间接接触保护。

5. 未来展望：光伏 - 直流智能充电桩的发展新蓝图

在电动汽车市场蓬勃发展与可再生能源技术持续进步的双重驱动下，光伏 - 直流智能充电桩即将步入一个充满无限可能的新时代，其应用前景愈发广阔。展望未来，以下几大发展趋势将引领行业变革：

（1）技术创新：突破边界，迈向卓越

光伏系统增效提质：科研人员将致力于研发更高效的光伏电池材料与组件，提升光电转换效率，降低成本。通过优化光伏系统的结构设计与运行管理，增强其在不同光照条件下的稳定性，确保充电桩在白天能够获取充足且稳定的电能供应，最大程度发挥光伏发电的潜力。

智能控制算法进阶：借助深度学习、强化学习等前沿人工智能技术，不断优化充电桩的智能控制算法。实现对充电过程的精准预测与动态调控，根据电动汽车的电池状态、用户需求以及电网负荷等多因素实时调整充电功率与时间，进一步提高充电速度，同时确保充电过程的安全性与电池寿命的延长。

储能技术创新突破：积极探索新型储能技术，如固态电池、液流电池等，提升储能系统的能量密度、充放电效率与循环寿命。实现光伏发电的有效存储与灵活调用，不仅能够在夜间或光照不足时为电动汽车提供持续稳定的充电能源，还能参与电网的削峰填谷，提高能源利用效率，促进能源互联网的构建。

（2）政策支持：保驾护航，加速发展

政府在推动光伏 - 直流智能充电桩产业发展中扮演着至关重要的角色。未来，政府部门有望进一步加大政策支持力度，通过多种方式鼓励企业和社会资本积极参与充电基础设施建设：

补贴政策精准发力：制定更具针对性的补贴政策，对充电桩生产企业、运营商以及用户给予补贴。例如，依据充电桩的技术水平、充电效率、服务质量等指标进行分级补贴，激励企业提升产品品质与服务水平；为购买配备光伏 - 直流智能充电桩的电动汽车用户提供购车补贴或充电费用补贴，提高用户接受度与市场普及率。

税收优惠政策持续优化：实施税收减免、优惠税率等政策，降低企业的生产成本与运营负担。对从事充电桩研发、生产、运营的企业给予企业所得税、增值税等税收优惠，鼓励企业加大技术创新投入，扩大产业规模；对个人用户安装家用光伏 - 直流智能充电桩给予一定的税收优惠，促进私人充电桩的普及。

产业规划引领发展方向：制定完善的产业发展规划，明确光伏 - 直流智能充电桩的发展目标、重点任务与布局方向。加强对充电基础设施建设的统筹规划，引导企业合理布局充电桩站点，避免盲目投资与重复建设，确保产业健康有序发展。

（3）互联互通：构建生态，智慧共享

实现充电桩与电动汽车、电网、能源管理系统等的深度互联互通，将打造一个智能化的能源生态系统，开启能源管理的新篇章：

车桩协同智能互动：建立充电桩与电动汽车之间的高速通信链路，实现车辆与充电桩的实时信息交互。电动汽车可向充电桩发送电池状态、行驶计划等信息，充电桩则根据车辆需求优化充电策略，提供个性化充电服务。同时，支持车辆对充电桩的远程控制与预约，提升用户体验。

桩网融合双向互动：推动充电桩与电网的双向通信与能量互动，使充电桩成为电网的智能终端。充电桩不仅能从电网获取电能，还能在电网负荷较低时将多余的光伏发电回馈电网，实现 “削峰填谷”，提高电网稳定性与能源利用效率。通过智能调度与控制，电网可实时监测充电桩的运行状态，优化电力分配，降低电网运营成本。

大数据驱动智能决策：运用大数据分析与人工智能技术，深度挖掘充电桩运行数据、电动汽车使用数据以及电网负荷数据等信息。通过数据分析预测电动汽车充电需求与光伏发电量，优化充电策略与能源调度方案；基于用户行为分析提供个性化充电服务推荐，提高用户满意度；利用数据驱动的故障预测与诊断技术，实现充电桩的预防性维护，降低故障率。

综上所述，光伏 - 直流智能充电桩的有序充电策略在当前能源转型的关键时期具有不可替代的重要现实意义和广泛的应用价值。通过科学合理的规划与精细化管理，充分释放其环保、高效、智能的优势，不仅能够为电动汽车用户提供便捷、可靠的充电服务，满足日益增长的出行需求，还将有力推动能源结构优化升级，助力实现可持续发展的宏伟目标，为构建清洁、低碳、安全、高效的能源体系贡献重要力量。

参考文献：

[1] 丁屹峰.光伏直流智能充电桩有序充电策略与应用效果

[2] 詹天津,谢玉荣国内分布式光伏发展形势分析及思考

[3] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05版

审核编辑 黄宇