可再生能源和电动汽车是当下全球炙手可热的两个行业，光储充一体系统作为两者的结合体（加上储能）也常被看作未来发展的方向。

为什么需要将这两者结合，以什么形式集成，可以解决什么问题？

光伏发电和汽车电动化都是解决环境和资源问题无可替代的选项，而这两者又都有各自的局限性，都存在需要解决的问题。

1.1. 可再生能源和电动车对电网的冲击

以光伏为代表的可再生能源发电不稳定、波动性大，不可预测和不稳定特性导致大规模并网会对电网带来冲击。而在世界各国能源转型的进度表上，将会有越来越多的光伏和风力发电接入电网，以降低传统化石能源发电的比例实现环境承诺，势必对电网带来更大挑战。

交通行业电动化对电网也带来前所未有的冲击，作为逐渐普及到个人用到的最大功率/容量用电设备，电动汽车从用电侧引发发电量缺口/电网波动/充电难等一系列问题，电网承载能力已经无法应对刚刚起步阶段的电动汽车数量，随着电动汽车持续爆发式增长，电网的压力可想而知。

总之，光伏发电是不听指挥的发电形式，时有时无，供需关系在时间空间维度都可能错位；电动车充电是高度分散而且移动的大功率用电设备，现有电网无法满足所有电动车随时随地的无计划充电需求。可见两者一个作为电网的输入，一个作为电网输出，都可能导致电网崩溃。

1.2. 现有解决方案

解决并网光伏发电不稳定的方案有：光伏加储能（电池或其他形式）对光伏发电曲线进行平滑，提高发电稳定性和可预测性；本地消纳，狭义上就是自发自用不并入电网，广义上就是本地电网自发自用，不需要跨电网长距离输送；最后是继续扩大电网并建设远距离输电网络，实现更大范围电网的平稳消化吸收。

针对电动汽车的充电的大功率需求，简单粗暴的解决方案就是限制充电桩安装的数量和限制充电功率，造成安装充电桩难，充电难等社会问题，造成资源浪费以及无法充分利用现有电网/线路容量和充电设备功率等后果；在有条件的场所，需要花费大量资金扩容改造线路，经济性差所以驱动力不足。

2. 光储充结合

既然一个是被电网嫌弃/限制的发电形式，一个是随时可能搞垮电网的用电大户，为什么不能两者结合呢？这就是光充概念的由来，光伏发电跟电动车充电结合在一起，理论上可以实现发电用电平衡而不介入电网，避免将波动带给电网。

光充系统的问题也很明显，新能源发电不可控，尤其大部分家庭应用场景是晚上回家充电，可此时光伏已经停止发电，因此光充系统还需要加上储能电池构成光储充系统，将白天光伏发的余电存储在电池中，晚上需要时再从电池中放电给电动车充电。大部分光储充系统都需要并入电网，毕竟没太阳的时候还需要电网支持。

按照应用场景不同，我们分户用和商用光储充分别介绍。户用光储充以家庭为单位，光伏储能安装在自家屋顶/地下室等，再配以充电桩为自家电动车充电；商用光储充指充电运营场所，公司等。

2.1. 户用光储充系统

户用光储充系统包括光伏发电，储能和电动车充电设备（充电桩）。

户用光储充系统一般是在现有光储系统的EMS（Energy Management System-能源管理系统）上进行通讯开发，集成对充电桩的控制。核心思想是增加新能源发电的自我消纳能力，也就是光伏发电以自发自用为主。

光伏发电优先供家庭负载使用（比如正好有电动车在充电，或者家庭负荷用电或者充电场站内其他负荷等），如果有余电并且电池不满可以为电池充电，储存电能；在电池也已经充满的情况下可以向电网出售多余电力。

如果充电功率超过光伏发电功率（或光伏停止发电），电池及时放电平衡系统供需，如果此时的光伏加电池放电功率不满足充电需求，可以适当从电网获取电力进行补充。

充电的策略控制主要可以分为：纯绿色电能充电，只允许光伏发电为电动汽车充电（冬天难度很大）；绿色光伏电能为主辅以最少的电网电力为电动车充电，在保证可以启动充电的条件下，最大程度利用光伏发电；不限制功率，随时按照车需要的最大功率充电。概括就是超级绿色环保，绿色环保为主和省心快速充电三种模式。

在居住条件、电网设施水平、环保理念和政府政策等综合因素作用下，目前户用光储充一体系统的核心市场在欧洲。

2020年欧洲户用光储系统已经相对成熟，2020年欧洲一年新装了14万个户用光储充系统。随着2020年底欧洲电动汽车的爆发，电网的压力剧增，户用光储充系统也应运而生。德国PV Magazine统计，在2021年6月其记录的 408种户用储能系统中，有151个系统支持充电桩功能，即户用光储充一体系统。近40%的欧洲光储系统都结合了充电控制。随着德国EEG可再生能源法2021年对小型光伏系统的松绑（征收EEG附加费光伏系统的上限从10kWp提高到30kWp）以及鼓励绿色电能充电（如KFW 440补贴要求）等政策，加上电动汽车的渗透率快速提高，欧洲户用光储充系统将会继续高速发展，这也是欧洲户用光储系统的必然发展趋势。

标准的户用光储充系统中主要部件有：屋顶光伏组件（10kW左右），储能逆变器（3-10kW），集成充电桩（7-11kW）。户用光储充系统的示意图如图1。

图1：户用光储充系统示意图

2.1.1. 德国主流户用光储充一体系统

德国作为欧洲遥遥领先的户用光储市场，2020年占据欧洲总销量的3/4。参考德国咨询机构EUPD Research德国2020年户用储能电池品牌销售排名（图2），表1搜集罗列了前十名光储系统集成商中提供的充电桩设备（其中有纯电池供应商如比亚迪和LG，不提供光储充系统）。

表格最后列出的是英国充电桩厂商Zappi，声称是世界上第一个支持光伏发电系统的充电桩，兼容所有户用光伏系统。具体细节可以看该公司网站的介绍。

图2：2020年德国户用储能电池销售品牌份额

表1：德国主流光储充系统配套充电桩

2.1.2. 户用光储充系统现状和发展

大部分户用光储充系统对储能的依赖度较高，发电和用电在时间维度的重叠太少，大部分上班族充电时间都会在晚上，需要电池将白天存储的太阳能发电释放出来给电动车充电。

另外需要注意的就是智能化控制策略对光伏和电动车结合充电影响很大，瑞士ETH大学做了相关研究（尽管样本数量少，只有满足筛选条件的78个电动车主；而且不够多样性，车主们都是住在独立别墅，而且用的是模拟光伏数据，并且没考虑欧洲对光伏最苛刻的冬季），如果不使用充电控制软件，自家光伏发电只能满足15%的电动车充电需要，在使用智能控制策略后，可以将电动车用电中自家光伏发电的比例提升至56%，或者进一步提升至90%，如果配置光储系统，则该比例可以甚至达到99%。

欧洲户用光储充系统充分利用现有光伏系统或者光储系统，增加EMS-充电桩的通讯控制可以快速集成光储充系统，完美解决欧洲现有户用配电容量不足的问题，响应车主/电网/国家绿色电能充电的理念和要求。光储充系统在欧洲有切实存在的应用场景并且能完美贴切环保主题。

户用光储充系统的主要发展方向：在经济性前提下提高自发自用率；统一EMS-充电通讯协议，可以便用户灵活自由选择充电桩搭配光储系统；光伏和储能系统降本。

2.2. 商用光储充场景

商用场景光储充系统原理跟户用类似，只是场所不同，容量和功率不同。商用光储充系统的光伏，储能和充电桩相比家用光储系统，功率大，数量多，容量大。

一般适用的场景有充电运营场站，机场，公交公司或者公司停车场等，可以充分利用空间铺设光伏，储能电池和充电桩。结合智能充电管理（如负载管理技术等），可以在不大量投资扩容线路的情况下实现更多车辆充电。

典型的系统有特斯拉的光储充系统，配置有超级充电桩，屋顶光伏和特斯拉的Powerwall储能系统。

下面重点介绍一下奥迪的Charging Hub光储充一体中心，该中心于2021年12月23日在德国纽伦堡启用。

该光储充系统配置：30kWp光伏系统； 2.45MWh梯次储能电池；6个320kW快充；现有AC低压网200kW（绿电合同）配电容量基础，无需线路扩容改造和增加变压器。

系统特点：储能电池均为电动车退役梯次电池；基于集装箱的模块化设计便于快速安装和拆卸；充电价格31欧分/度，基本与德国民用电价格一致；每天可为80辆车充电（光伏 30kW AC 200kW 2.45MWh储能）。

图3：奥迪光储充中心（Audi Charging Hub）

图4：奥迪光储充中心（Audi Charging Hub）

奥迪的Charging Hub光储充中心还提供了其他充电服务之外的车厂服务（Audi车辆试驾等），因此可以看作Audi的示范项目。除此之外。它为欧洲即将到来的规模化梯次储能电池利用提供了很好的示范和借鉴作用。梯次电池储能的利用是该项目中最值得称赞的部分，从环境的角度，真正做到了新能源和电动汽车的互相结合：光伏为电动车提供清洁能量来源，电动车退役电池为光储充系统提供储能。从这点来讲，Audi Charging Hub的意义尤其重要。

3. 可持续发展理念

光储充系统概念存在的基础是可持续发展理念，用可再生能源服务电动化，绿色能源驱动电动汽车，让电动汽车真正做到用电和行驶过程的零排放和零污染，与此同时也减少二者对电网的冲击。

户用和商用光储充系统都可以在尽量不改造线路扩容的前提下，充分利用可再生能源作为补充为电动车充电，可以解决电网基础设施薄弱或者扩容经济性不高地区的充电可行性，为电动车的进一步普及提供了基础。

相信随着技术的进步和成本的下降，光储充系统一定会为环境和能源做出重要贡献，也将迎来更大发展。