汽車市場正在發生轉變，隨著電動汽車 (EV) 采用率的迅速提高，銷售預測上調。雖然電動汽車只占整個市場的一小部分，但預計 2025 年電動汽車銷量將達到 1000 萬輛，到 2050 年，所有銷售汽車中 50% 以上將是電動汽車。

大多數車輛在車道上停放過夜時，將通過連接到壁掛式充電盒來緩慢充電。一些車輛將在街道充電點更快地充電，未來的加油站極有可能加配快速充電樁。

由于多個充電點同時運行，當地電網的峰值需求將如此之大，如果不大規模投資輸電線路和發電廠來提供滿足這一需求的能力，當地電網崩潰可能會變得司空見慣。

電動汽車充電現狀

當前公共和私人設施中使用的交流充電基礎設施提供的電力各不相同。1級交流充電端口的工作電壓為 120 伏（最大提供 2 kW 的功率），而2級交流充電端口的工作電壓為 240 伏，可提供高達 20 kW 的功率。在這兩種情況下，交直流轉換都是在車載充電器中完成的，而不是在壁掛式充電盒中（壁掛式充電盒主要執行保護和計量功能）。

由于成本、尺寸和重量限制，車載充電器的額定功率通常低于 20 kW。或者，如果使用直流充電（而不是交流充電），則可以以更高的功率水平進行充電。3級直流充電樁的額定電壓為 450 V（提供高達 150 kW 的功率），而最新的超級充電器的額定電壓高達 800 V（提供高達 350 kW 的功率）。

出于安全原因，充電插頭連接到車輛時的最大電壓限制為 1000 V。在直流充電中，電力AC轉DC在充電端口中進行，充電端口直接連接到車輛的電池，從而無需車載充電器，從而使車輛更輕且可用空間更大。

未來的需求

隨著越來越多的電動汽車上路，駕駛員希望能夠在更短的時間內為汽車充電。考慮以下充電場景，這可能會在不到十年的時間內成為現實。路邊充電站有5個直流充電樁；當五輛車同時停下時，它們會在每個站點上充電。如果每輛車配備的 100 kWh 電池已充電 25%，駕駛員希望在 15 分鐘內充滿 75%，則需要從電網輸送到充電站的總電量為：

5x(75%-25%)x100 kWh/0.25 小時 = 1 MW

為充電站供電的電網需要能夠管理這些間歇性的 1 MW 峰值。這對電力輸送基礎設施有幾個影響。需要高效且復雜的有源功率因數校正（PFC）部分來確保電網頻率不受影響并保持穩定和高效。將低壓充電站連接到高壓電網還需要昂貴的變壓器。將電力從發電廠輸送到充電站的電纜需要采用適當的尺寸，以應對所輸送的電流水平。對于配備更高容量電池的車輛，峰值功率要求將會更高。

太陽能填補空白

使用太陽能或風能等當地可再生能源產生的電力是一種更簡單、更經濟的解決方案，無需安裝新的輸電線路和大型變壓器。就其本質而言，這些能源也是間歇性的。不過，如果精心管理，它們可以用來滿足電動汽車充電產生的間歇性電網需求。

過去十年，太陽能光伏技術的價格下降了近80%，在減少碳排放的要求的推動下，促進了可再生能源系統的持續增長。如今，太陽能發電占全球發電量的比例不到 5%，但預計到 2050 年將增長到三分之一以上。

太陽能的增長將影響電力的產生和使用方式——需要對發電站進行管理，以確保電網不會過度供電。人們將越來越多地消耗家中安裝的住宅太陽能系統的電力。這需要在集中式主電源供應和當地可再生能源發電以及客戶的可變需求之間取得仔細的平衡。以我們的充電站為例，該充電站直接連接到由太陽能光伏裝置供電、供電能力為 500 kW 的子電網，電網僅需要提供 500 kW 的電力。

儲能解決方案

使用光伏裝置的電力意味著只有在白天太陽最亮的時候才能實現最快的充電速率，這是一個不可持續的提議。

更現實的解決方案可以通過使用儲能系統（ESS）來實現，該系統相當于天然氣或石油儲罐，可用于各種用途（家用和工業）。在家庭應用中，可以很容易地將光伏逆變器連接到儲能電池，白天通過太陽能充電，然后可以在夜間為電動汽車充電。

在工業環境中，ESS 設備可用于不同的目的 - 調節光伏發電和其他可再生能源的電力，或為黑啟動提供備用支持，從而不再需要柴油發電機。使用ESS也具有經濟意義，因為市場對電動汽車更快充電的需求不斷增長，并且ESS支持在較長時間內逐步升級或更換現有輸電線路。

這些系統的市場預計將從目前的 20 GWh 快速增長到 2050 年的 2,000 GWh 以上。對于充電站來說，ESS 就像一個大型電池，存儲太陽能裝置（或其他可再生能源）的能量并將其傳輸到充電樁根據需要，將任何多余的能量輸送到電網。應選擇適當規模的ESS，以實現峰值電力需求和儲能容量之間的最佳平衡（其比例很大程度上取決于當地可用發電量（太陽能、風能或其他）、充電樁的數量以及本地連接的其他負載。

隨著電動汽車銷量的增加，駕駛員期望能夠在更短的時間內為車輛充電，這意味著電動汽車快速充電基礎設施的需求將快速增長。現有電網的設計無法應對由此產生的間歇性高峰需求。將太陽能光伏裝置與儲能系統結合使用可能是一種現實且商業上可行的替代電網基礎設施的方案，否則需要對電網基礎設施進行徹底更新升級，會產生較大的成本。