太陽能電動汽車充電站離網運行可行嗎？

美國純電動汽車制造商特斯拉公司最近在中國再次備受關注。據多家媒體報道，該公司首席執行官馬斯克4月22日提出，可以在中國建設一個以太陽能為能源、獨立于電網、實現24小時不間斷充電服務的“超級充電站”。由于它融入了電動汽車和太陽能這兩個低碳話題，引起了媒體和公眾的關注和興趣。使用太陽能和儲能設備為電動汽車充電的概念并非由馬斯克提出，在學術界也并不新穎。已有許多相關研究。然而，根據作者的研究，特斯拉聲稱可以耗盡電網的充電模式并不能從根本上解決太陽能密度低、不穩定、效率低等缺點帶來的不便。它只具有一定的示范作用，根本不能滿足電動汽車大規模發展的實際需要。從技術層面來看，筆者認為充電設施，特別是直流快充設施的并網運行，是現階段實現長期可持續發展的必由之路。

為了驗證特斯拉在中國推廣的“超級充電站”的可行性，只需對最近交付的上海特斯拉太陽能充電站進行簡單估算。據介紹，太陽能組件中充電站的鋪設面積約為150平方米，太陽能組件的最高轉換率為20.5%。上海市年總照明輻射約為1230kWh/m2，因此年可用照明輻射總量約為1230×80%≈980kWh/m2，而上述特斯拉太陽能充電站的日發電量約為（980×150）÷365×20.5%≈83kWh。因此，即使不考慮太陽能電池組件在使用壽命內光電轉換效率逐年下降的影響，以及作為光伏電源必須具有的儲能損失，離網太陽能充電站只能在極其理想的一天內為一輛特斯拉Model S充電85千瓦時，或者為兩輛該型號的汽車充電30%至80%。顯然很難滿足大型電動汽車的充電需求，因此我們必須尋求電網的幫助。

此外，太陽能充電站的發電量明顯受到天氣的影響。一朵云的經過將減少發電量，霧霾天氣將大大減少發電量。更不用說南部地區頻繁連續的雨天可能會導致停電。一個更簡單的問題，我晚上應該做什么？為了實現其宣傳的24小時不間斷快速充電服務的效果，特斯拉提議為其太陽能充電站建造儲能裝置，以按時間序列存儲和分配太陽能。然而，即使不考慮儲能裝置的高成本，在充電站增加儲能裝置也只能儲存太陽能，不能將其混淆和輕率地誤解為增加接收和轉換的太陽能的總能量。特斯拉公司展示的太陽能充電站的實際供電能力沒有變化，顯然不足以滿足電動汽車充電的實際需求。因此，特斯拉公司建設的離網太陽能充電站是不可行的，并網運營以提供電網支持是確保長期發展的必然選擇。

事實上，早在2013年6月，在美國特斯拉公司官網的論壇上，就有用戶質疑其“超級充電站”能否滿足所有電力需求。計算結果表明，如果世界上所有的汽車都被電動汽車取代，即使在總面積為3.8×1011平方米的全球屋頂上安裝光伏發電設備，也只能滿足十分之一的需求。此外，據外媒報道，即使在可再生能源和電動汽車推廣力度最大的德國，環境部提出的電動汽車的電能消耗應完全由太陽能、風能等可再生能源提供的環保理論遭到了經濟技術部專家的駁斥，認為這是不可能的……

受到相應限制。因此，特斯拉提出建立一個獨立于電網的“超級充電站”充電網絡，其目的可能是通過清潔能源的概念尋求更多支持。

事實上，從相關報道中可以看出，特斯拉電動汽車在中國的交付總量約為數十輛，充電需求幾乎可以忽略不計。因此，所謂的離網太陽能充電在展示和推廣其產品方面具有更大的作用。在電動汽車規模發展的趨勢下，參照目前每天加油車從數百輛到數千輛不等的常規汽車加油站規模，這種脫離電網、僅依靠太陽能的“超級充電站”模式顯然無法滿足充電需求。據媒體報道，特斯拉計劃建設的“超級充電網絡”尚未涉及國內規劃的細節。馬斯克的目標能否實現還有待觀察。然而，僅僅通過增加離網運營的“超級充電站”數量來滿足未來大型電動汽車的充電需求顯然是不可行的，而并網運營和尋求電網支持是發展的必由之路。

（作者為東南大學電氣工程學院院長）美國純電動汽車制造商特斯拉公司近日在中國再次備受關注。據多家媒體報道，該公司首席執行官馬斯克4月22日提出，可以在中國建設一個以太陽能為能源、獨立于電網、實現24小時不間斷充電服務的“超級充電站”。由于它融入了電動汽車和太陽能這兩個低碳話題，引起了媒體和公眾的關注和興趣。使用太陽能和儲能設備為電動汽車充電的概念并非由馬斯克提出，在學術界也并不新穎。已有許多相關研究。然而，根據作者的研究，特斯拉聲稱可以耗盡電網的充電模式并不能從根本上解決太陽能密度低、不穩定、效率低等缺點帶來的不便。它只具有一定的示范作用，根本不能滿足電動汽車大規模發展的實際需要。從技術層面來看，筆者認為充電設施，特別是直流快充設施的并網運行，是現階段實現長期可持續發展的必由之路。

為了驗證特斯拉在中國推廣的“超級充電站”的可行性，只需對最近交付的上海特斯拉太陽能充電站進行簡單估算。據介紹，太陽能組件中充電站的鋪設面積約為150平方米，太陽能組件的最高轉換率為20.5%。上海市年總照明輻射約為1230kWh/m2，因此年可用照明輻射總量約為1230×80%≈980kWh/m2，而上述特斯拉太陽能充電站的日發電量約為（980×150）÷365×20.5%≈83kWh。因此，即使不考慮太陽能電池組件在使用壽命內光電轉換效率逐年下降的影響，以及作為光伏電源必須具有的儲能損失，離網太陽能充電站只能在極其理想的一天內為一輛特斯拉Model S充電85千瓦時，或者為兩輛該型號的汽車充電30%至80%。顯然很難滿足大型電動汽車的充電需求，因此我們必須尋求電網的幫助。

此外，太陽能充電站的發電量明顯受到天氣的影響。一朵云的經過將減少發電量，霧霾天氣將大大減少發電量。更不用說南部地區頻繁連續的雨天可能會導致停電。一個更簡單的問題，我晚上應該做什么？為了實現其宣傳的24小時不間斷快速充電服務的效果，特斯拉提議為其太陽能充電站建造儲能裝置，以按時間序列存儲和分配太陽能。然而，即使不考慮儲能裝置的高成本，在充電站增加儲能裝置也只能儲存太陽能，這是不可能的……

被錯誤地和輕率地誤解為增加接收和轉換的太陽能的總能量。特斯拉公司展示的太陽能充電站的實際供電能力沒有變化，顯然不足以滿足電動汽車充電的實際需求。因此，特斯拉公司建設的離網太陽能充電站是不可行的，并網運營以提供電網支持是確保長期發展的必然選擇。

事實上，早在2013年6月，在美國特斯拉公司官網的論壇上，就有用戶質疑其“超級充電站”能否滿足所有電力需求。計算結果表明，如果世界上所有的汽車都被電動汽車取代，即使在總面積為3.8×1011平方米的全球屋頂上安裝光伏發電設備，也只能滿足十分之一的需求。此外，據外媒報道，即使在可再生能源和電動汽車推廣力度最大的德國，環境部提出的電動汽車的電能消耗應完全由太陽能和風能等可再生能源提供的環保理論遭到了經濟技術部專家的駁斥，認為不能對此進行嚴格限制。因此，特斯拉提出建立一個獨立于電網的“超級充電站”充電網絡，其目的可能是通過清潔能源的概念尋求更多支持。

事實上，從相關報道中可以看出，特斯拉電動汽車在中國的交付總量約為數十輛，充電需求幾乎可以忽略不計。因此，所謂的離網太陽能充電在展示和推廣其產品方面具有更大的作用。在電動汽車規模發展的趨勢下，參照目前每天加油車從數百輛到數千輛不等的常規汽車加油站規模，這種脫離電網、僅依靠太陽能的“超級充電站”模式顯然無法滿足充電需求。據媒體報道，特斯拉計劃建設的“超級充電網絡”尚未涉及國內規劃的細節。馬斯克的目標能否實現還有待觀察。然而，僅僅通過增加離網運營的“超級充電站”數量來滿足未來大型電動汽車的充電需求顯然是不可行的，而并網運營和尋求電網支持是發展的必由之路。

（作者是東南大學電氣工程學院院長。）

標簽：特斯拉東南理念Model S

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