合肥工业大学学生研制光储充分布式智慧能源系统助力新能源产业发展

       新能源汽车产业是我国“碳达峰、碳中和”目标落实的重要战略新兴产业。充电基础设施又是新能源汽车用户绿色出行的重要保障，是促进新能源汽车产业发展、推进新型电力系统建设的重要支撑。新能源汽车作为一种新兴的负荷形式，其负荷充电带来的随机性会给区域配网造成一定负面影响，且固定的充电桩位难以保证大量电动汽车车主迅速完成充电。因此加速建设便利、高效、超前的集中式充换电站、公用智慧能源系统显得尤为重要。
       为此合肥工业大学电气学院蓄日能源团队提出了半小时充电圈-新能源汽车光储充分布式智慧能源系统，充电设施服务实现半小时车程全覆盖，充电站为传统停车棚＋新兴分布式能源光伏发电系统+快速无线充电技术、储能系统的结合，辅以能量管理系统进行电能调度与管理的综合能源系统，既能实现此方案既能光伏资源就地消纳，减少充电站与配网简单连接对配电网造成的冲击影响，又提高了可再生能源的渗透率，还能安全、高效、降损地电动汽车充电。
       2022年12月合肥工业大学电气学院蓄日能源团队通过建设模拟仿真利用光伏发电板，将太阳能辐射转化为直流电能，并通过光伏逆变器将直流电转换为交流电，再输入到储能系统中进行储存。其中储能系统由磷酸铁锂电池系统和超级电容缓冲储能系统两部分组成，可根据需要及时输出储能的电能以供充电使用。利用无线充电，通过电磁感应原理，使无线充电设备产生的电磁波与电动汽车内部线圈感应，实现安全高效充电。
      团队利用新兴分布式能源光伏发电系统，通过合理控制器件形态——采用抛物线式设计，在光能提供基础不变的情况下，提高对应有光能的最大化利用。另一方面采用的新型钙钛矿叠层太阳能电池理论光电转化率可达到40%，在材料成本增长不大的情况下显著提升电池效率，最大限度实现光能转化，有助于节能减排。
        另一方面团队所采用的混合储能系统在夜间进行储能，充电高峰期间通过储能电站和电网一同为充电站供电，既实现了削峰填谷，又能节省配电增容费用，同时能有效解决新能源发电不稳定等问题。储能系统中采用的磷酸铁锂电池系统和超级电容储能系统，具有快速响应、高效充放电的特点，可以在较短时间内完成充放电等过程，并能提高储能系统效率。
       团队为了提升系统的传输效率，设计了基于硅基或碳化硅器件的高效 AC-AC 变换器，减少系统变换器的级联数，根据实际的应用环境与需求，选取原边串联副边串联电容的补偿方式。应用无线充电技术避免了出现插拔充电枪时容易出现接触火花、机械磨损等安全问题。强电磁耦合机构实现了电能的快速、高效无线传输。保障了新能源汽车的充电速度，对于解决新能源汽车车主充电焦虑问题具有重要意义。
      团队研究的半小时充圈-新能源汽车光储充分布式智慧能源系统，既可以实现光伏资源就地消纳，减少充电站对配电网造成的冲击影响，同时提高了清洁能源的利用率，还能在短时间内为电动汽车提供足够充电能力，具有重要的现实意义。