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1、电动汽车光伏充电桩的研究与设计引言有限的石油资源加上与日俱增的耗用量，石油价格的暴涨是必然的现象。同时在大量的石油消耗的过程中环境问题也随之而出现，有害物质的排放极大的污染环境之余也在很大程度上对人们的健康问题造成危害，破坏了生活居住环境，严重影响了身心健康。无论从个人还是集体考虑，立足于经济与社会持续和谐发展的重要国情需求，我们不难发现石油的短缺和环境保护需求一直在制约着我国的工业经济发展，而其中汽车产业的发展就尤为明显。随着国民素质的整体提高，环保、低碳等这些名词已经逐渐融入到新时代的生活理念当中。而新能源汽车这一概念的提出，不仅仅受到国家的各项政策的鼓励支撑，同时也给人们的生活带来一种新
2、的方式。新能源汽车的出现无疑是有效地缓解了石油短缺和环境污染等问题，电动汽车是新能源概念中的主要研究方向之一，电动汽车可分成三种主要驱动方式：纯电动车、混合动力电动车、燃料电池车。然而想要更快更好的推动电动汽车的市场使用率，那么电动汽车的基础配套设施的建设就是刻不容缓的。电动汽车充电站的建设在国内外都已不在是新鲜的话题，国外的电动车充电站已经取得了相当不错的成果，我们国内的充电站虽然发展的比较迟，但是也在政府和一些大企业的支持下快速的发展开来。本篇论文的重点就是要研究电动汽车充电站未来的发展趋势，一种新的更加环保零排放的能源太阳能电动汽车充电站的设计研究。本论文将以光伏发电系统和电动汽车充电站
3、为研究对象，对其中的太阳能光伏电池的逆变仿真和电动汽车充电站进行分析研究。1.1新能源的开发利用根据世界国际铁路联盟给出的数据，运输行业所产生的二氧化碳排放量占全球总排放的 23，现今世界各个国家都制定了相关法律并采取了相应措施来限制二氧化碳的排放。据相关数据表明，我国在 2007 年每辆车的二氧化碳排放量平均为 193 克/公里，而从 2009 年我国相应的限制法律实施的情况下减排 13%，二氧化碳平均排放量下降到 168 克/公里。这两年虽然取得了一定的减排成果但是按照我国“到 2020 年单位GDP 的二氧化碳排放量减少 40%45%”的减排目标，要实现每台汽车的二氧化碳平均排放量降低到
4、 105 克/公里，我们距离这个目标还很远，需要的下降值相当大，给我们的考验和压力也是巨大的。上面的这些数据警示着我们全球因为能源利用而产生的环境问题日益突出，而社会经济的快速发展又与能源利用息息相关，面对着全球化石燃料的大量消耗，产生的这些日益严重的环境污染和能源匮乏等问题，全球提出了“低碳经济”的全新概念，“低碳经济”一方面指利用现代科学技术等手段来实现能源的节约、增效；另一方面指开发利用新的能源。环境污染与资源短缺的现实情况促使全球各国开始重新聚焦新能源的开发利用问题，并且寄希望于新能源能够改善化石燃料所带来的环境污染以及可能会发生的能源枯竭问题。我们最终要实现的目标是零污染、高能效、低
5、能耗和多元化的能源供给，走经济可持续发展的康庄大道。环保、节能、增效一直是受到诸多关注的话题，长久以来，我们用法律和经济以及科技等多种手段全面开展的低碳经济理念在现今是能看到一定的成效的。但是由于飞速发展的经济社会和日益扩大的石油能源的需求，与有限的地球资源背道而驰，由此而出现的社会震荡和担忧也越来越严重，新能源的利用就成了低碳经济背景下不可忽视的重要发展方向，也是全球各国加快经济发展步伐的重要展览手段。常规能源一般是指具有较成熟的利用技术并且已经被广泛利用的能源，而新能源通常是指还没有被广泛采用的，正处在研究开发阶段的能源。常规能源是指像煤碳、石油、天然气等已被人类普遍应用的能源，而太阳能、
6、风能、海洋能及地热能和氢能等等这类在近代才开发利用的能源则被称为新能源。新能源具备很多优点，如取之不尽的太阳能和风能，他们在使用的过程中不会释放污染物。新能源所共有的特点如下：第一，资源丰富并普遍都具备可再生性，可满足人类持续利用；第二，能量密集度较低，需要较大空间便于开发利用；第三，零碳含量或含量少，对环境污染小；第四，全球分布面积广，利于各个地区分散的小规模利用；第五，由于能源的持续性供应较差，波动性大使得不能用于持续的能源供给利用；第六，开发利用的成本高导致大规模推广难。1.1.1 太阳能地球上最根本的能源是太阳能。传统能源如煤、石油中的化学能是由太阳能转化而成的；风能、生物能、海洋能等
7、其实也都来自太阳能。太阳每年辐射到地球表面的能量为501018KJ，相当于目前全世界能量消费的1.3万倍，因此利用太阳能的前景非常诱人。阳光普照大地，单位面积上的辐射并不大，如何把分散的热量聚集在一起成为有用的能源是有效利用太阳能的关键。太阳能的利用方式是光热转化或光电转化。太阳能的热利用是通过集热器进行光热转化的，集热器也就是太阳能热水器。它的板芯由涂了吸热材料的铜片制成，封装在玻璃钢外壳中。铜片只是导热体，进行光热转化的是吸热涂层，这是特殊的有机高分子化合物。70年代石油危机以后，这类热水器曾有蓬勃发展，特别是在美国、以色列、日本、澳大利亚等国家安装家用太阳能热水器的住宅达到10%15%。
8、80年代在美国已建成若干示范性的太阳能发电站，用特殊的抛物面反光镜聚集热量获得高温蒸汽送到发电机进行发电。光电转化主要通过光电池，即太阳能电池，这是一种能把光能转变为电能的能量转换器。利用“光生伏打效应”原理，当半导体材料受到光照射时，物体内产生电动势或电流。已有使用价值的光电池种类不少，多晶硅、单晶硅(掺入少量硼、砷)、碲化镉、硒化铜铟等都是制造光电池的半导体材料。其中以单晶硅电池性能较好，光电转化率高，性能稳定可靠，使用寿命长。不仅能满足当时的供电需求，而且还能将部分电能储存于蓄电池中，大的可用于微波中继站、卫星地面站、农村电话系统，小的可用于太阳能手表、太阳能计算器、太阳能充电器等，这些
9、产品已有广大市场。我国是太阳能资源相对丰富的国家之一，其全年太阳能总量为917一2333kwh/m，中值为1625kw/m。与同纬度的国家相比，我国太阳能资源状况与美国相当，但比欧洲和日本优越得多，具体分布如表1.1所示。表1.1中国太阳能辐射资源分布状况地区年日照时数h年辐射量Wh/cm高辐射区西藏、新疆、青海、宁夏、甘肃等26003300160235中等辐射区东北、中部、山东、北京等22002600140160底辐射区山海关、黑龙江、湖北、贵州、江西、浙江等100022001001401.1.2 风能风能是因空气流动所产生的气流而提供给人们的一种可被利用的能量，即风能就是空气动能。空气流动
10、速度越快密度越大，产生的动能就越大。风能较其他新能源来说，具有十分明显的优势，它的蕴藏量巨大，分布极为广泛，永不殆尽，对一些离主干电网较远的岛屿及交通不便利的边远区域所产生的作用极为重要。目前，风能因为其特殊的性质被最广泛的利用于发电产业，但是风能的开发利用也是利弊兼得，因为自然条件的影响风速具有不稳定性，它所产生的动能大小也就不稳定；不同的地理位置也严重制约着风能的可利用性；风能的转换率较低且作为新型能源，其使用设备也并不完全成熟。1.1.3 其他能源 还有其他各种新型能源，如光能、核能、铀能、生物能源、地热能以及水能和氢能等等。对这些新能源的开发利用都是有利有弊，比如核能不但其资源利用率低
11、，而且其反应之后产生的核废料将成为生物圈的危害因素之一，因为核废料的处理技术还未达到可以完全分解的阶段；核电站的安全问题也存在隐患，且建设核电站的费用比常规能源发电站高的多，相应的投资风险必然大。海洋能指蕴藏在海底的多种可再生能源，像潮汐能、海水温差能及海水盐度差能等等，这类能源都具备可再生和零污染等特性，所以海洋能的开发利用将是一项具有战略意义的能源利用策略。但是其局限性体具体表现在全球地域海洋面积的不同分布情况，各个地区要考察实地的利用条件才能加以开发利用。铀能是原子能的其中之一，虽然此能源在地球上储藏量稀少，但其产生的功效却高于其他能源很多。如果一座普通发电站一天需要消耗大约一千吨左右的
12、煤，但用铀来替代煤，那么只需要大约0.5千克量的就足够了。这样即能体现环保还能节约煤炭的消耗量，向地球环保道路又跃进了一步。1.2 新能源电动汽车的产生和发展现状有数据表明，中国石油的开采量在 20 年之后就会消耗殆尽，煤炭的开采也坚持不到 200 年。然而我们的人口数量却是在不断的攀升，传统能源的利用将不能满足现实的需求，那么新能源代替传统能源的意义就变得非常重要。我认为中国新能源的开发利用在未来的发展中前景是一片大好，特别是在全球关注的环境问题下产生节能减排的号召下，使用传统能源的汽车所造成的空气污染和能源缺乏等问题都将依靠新能源的利用来解决。汽车业的发展道路上新的里程碑将是新能源汽车，新
13、能源汽车能够满足现阶段汽车业发展中的两大问题。第一，当今时代背景下汽车技术的首要核心发展方向便是节能环保，与此相应地全球各国也同时采取了日趋严格的排放法规来要求汽车行业解决尾气污染的问题。那么，汽车燃料将走向多元化，新能源汽车无疑将成为汽车工业发展的必然趋势。第二，随着我国经济的飞速发展燃料资源的消耗量也逐步扩大，在2001年我国的进口石油量已经占到我国国内耗油量的32.5，显然在国际安全警戒线30的标准值上超过了 2.5%。数值虽然并不大，但是石油危机的到来是我们不得不承认的隐忧。因此，新能源被用来代替传统能源是新时代的新要求也同时解决了石油危机的现实忧患。随着我国新能源汽车产量的快速增长，
14、上游原材料企业将成为我国新能源汽车产业发展的主要受益者，作为控制上游资源的企业，盐湖集团、西藏矿业、宝钢稀土目前已成为新能源汽车产业发展的主要受益者。随着磷酸铁锂电池技术的突破以及锂电池生产成本的降低，未来锂电池将取代镍氢电池成为新能源汽车的主要动力来源，目前我国主要生产锂电池的企业有风帆股份、赛德电池，他们都将从新能源汽车的产业发展中受益匪浅。我国电机与控制系统尽管属于竞争激烈的成熟行业，但由于先进入该市场的宁波韵升、大洋电机等电机企业已抢先与下游汽车厂商开展了相关合作，因而已占据了较大比例的市场份额与客户资源，具备较强的竞争优势。此外，目前我国生产充电站及相关配套设施的企业主要有国电南瑞和
15、许继电气，二者都以国家电网为背景，在国家电网的主导下开展了新能源汽车充电站的建设。目前，国内电动汽车的使用主要是在公交车方面，造成现在这种现象的原因是什么呢？电动汽车作为日常使用的产品就像是我们使用手机一样，但是试着想象如果苹果手机没有配套的充电器那么乔布斯的 Iphone 还会买这么“疯”吗？同样的道理，无论多完美的电动汽车，没有电力的补给也只能作为摆设而且是只能摆在车库而已。世界各国在扶持电动汽车发展的政策上都不尽相同，总的方向是保持支持态度并鼓励企业投资开发研究，虽然纯电动汽车是我们最终努力的目标，但是目前作为过渡阶段产生的插电式的电动汽车，混合动力汽车，这类汽车的基础设施建设正是电动汽车发展速度缓慢的原因。