光伏（PV）充电是指将阳光直接转化为能量，这一系统在电动汽车（EV）领域正迅速普及。
一个研究团队近期考察了电动汽车车主能在多大程度上使用自家光伏系统的电力为汽车充电。
由于充电必须在白天进行，这可能被视为该系统的一个重大缺陷，这种假设并非毫无道理。
但研究人员发现，在某些情况下，光伏电力可用于为电动汽车充电，且时间占比可达90%。
以光伏电力驱动的电动汽车听起来很有吸引力。但通过家用光伏系统充电的车辆，是否真能兼顾出行灵活性？苏黎世联邦理工学院（ETH）的一个研究团队得出了一些令人惊讶的结论。
光伏（PV）领域正迅速普及，在瑞士，光伏已占该国电力消费的5%。电动出行也呈现强劲增长势头，目前瑞士道路上有70,000辆纯电动汽车，另有200,000辆混合动力汽车。苏黎世联邦理工学院地理信息工程教授马丁·劳包尔（Martin Raubal）对这一发展表示欢迎：“交通运输业约占瑞士温室气体排放的三分之一。电动出行是减少交通领域二氧化碳排放的途径之一。”
太阳能发电与电动出行——完美契合
由劳包尔领导的一个研究团队，现已将光伏与电动出行的增长结合在一种假设性方案中进行研究。科学家们希望了解：电动汽车车主在多大程度上能够使用自家光伏系统发出的电力为车辆充电，同时又不比传统市电充电更多地限制其用车。对于光伏充电的理念，许多人持怀疑态度：“如果汽车必须在阳光明媚的白天充电，我怎么用电动车？”这是一种常见的回应。
苏黎世联邦理工学院研究人员的这项研究在很大程度上消除了这种怀疑：“我们的结果表明，电动汽车车主可以毫无特别限制地使用爱车，并且即使没有中间储能，也能在很大程度上依靠自家光伏发电为汽车充电。”亨利·马丁（Henry Martin）在总结该研究的主要结论时如此表示。马丁是苏黎世联邦理工学院地图学与地理信息研究所的博士生，同时在维也纳人工智能高级研究所（IARAI）开展研究。苏黎世联邦理工学院这项研究刚刚发表于享有盛誉的期刊《可再生与可持续能源评论》。
计算太阳能发电量
该研究聚焦于78名电动出行用户，他们通常居住在独户住宅中，且经常在白天用车。研究人员对其用户行为进行了长达10个月的细致记录，从而使苏黎世联邦理工学院的研究人员能够掌握电动汽车何时行驶、何时静止以及何时充电。用户数据来自“SBB Green Class”项目，在该项目中，个人可以购买一套出行套餐，其中包括一张GA通票和一辆电动汽车，并配备一个私人充电桩。
车主大多在家中充电桩使用市电为电动汽车充电。如果他们改用自家光伏系统的电力充电，是否同样能灵活用车？为回答这一问题，马丁的同事勒内·布法特（René Buffat）为78位电动汽车车主的住所虚拟配置了假设性光伏系统：他根据地址确定房屋位置，利用地理空间数据重建可用屋顶面积，并在其上虚拟覆盖太阳能板。布法特利用分辨率为30分钟的历史气象数据，计算了潜在太阳能发电量，并考虑了相邻建筑物和树木遮挡等因素。
不同的充电策略
基于这一模型计算，苏黎世联邦理工学院的研究人员能够确定，在任一时刻，每位电动汽车车主可用于为车辆充电的光伏电力有多少。他们假定，这些电力将主要用于为电动汽车充电。模型中的最大充电功率为11千瓦（kW）。根据房屋情况，光伏系统的峰值功率为5至25千瓦，在阳光充足时，通常足以以满功率为汽车充电。
针对四种不同的充电策略，研究人员计算了在用户出行行为不发生任何改变的情况下，为电动汽车充电所需的家用光伏电力比例。第一种情况下，汽车的充电时间与此前使用市电时相同，但如有可用光伏电力，则改用光伏电力。结果令人沮丧：平均而言，光伏电力仅满足了年度用电需求的15%（其余由市电提供）。
第二种充电策略是通过简单的智能控制（智能充电），确保在有家用光伏电力可用时即为电池充电，结果则有所不同。在这种情况下，超过一半（56%）的用电需求由家用光伏电力满足，且无需临时储能。“我们对这一高比例感到惊讶，”马丁表示，“智能充电能够显著提高家用光伏电力的自用比例，而且车辆的使用灵活性与使用市电充电时一样高。”
智能充电是未来
如果持续充分利用智能控制的潜力（第三种充电策略），电动汽车甚至可以在高达90%的时间里使用家用光伏电力充电。如果光伏电力被存入储能装置（第四种充电策略），车辆几乎可以完全依靠太阳能行驶。不过，苏黎世联邦理工学院的研究人员对中间储能持矛盾态度。尽管绿色光伏电力的家用消耗比例可以略有提高，但由于电力储能装置的生产会产生相当数量的二氧化碳，整个充电系统的可持续性平衡会受到影响。
“我们的案例研究表明，智能充电在实现分散式、对电网友好的可再生能源供应方面具有潜力，而迄今为止这一潜力几乎未得到开发，”劳包尔表示。他的研究小组目前正致力于开发机器学习策略，旨在尽可能准确地预测光伏发电量和用户行为。这些策略构成了智能充电算法开发的基础，人们希望这些算法能够尽快成为电动汽车充电站的标准配置。
