Πώς λειτουργεί μια στέγη φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων με ηλιακή ενέργεια;

Η βασική ιδέα πίσω από μια στέγη φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων με ηλιακή ενέργεια

Μια στέγη φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων με ηλιακή ενέργεια συνδυάζει τρεις λειτουργίες σε μία δομή. Προστατεύει από τον ήλιο τα παρκαρισμένα οχήματα, παράγει ηλεκτρική ενέργεια από το φως του ήλιου και μεταφέρει αυτήν την ενέργεια σε φορτιστές ηλεκτρικών οχημάτων. Η ιδέα φαίνεται απλή, αλλά ο τρόπος με τον οποίο η ενέργεια μεταφέρεται από τα φωτοβολταϊκά πάνελ στη μπαταρία του αυτοκινήτου περιλαμβάνει διάφορα σημαντικά βήματα.

Η στέγη στάθμευσης είναι μια κατασκευή από χάλυβα ή αλουμίνιο, με φωτοβολταϊκά πλαίσια τοποθετημένα στην επάνω πλευρά. Αυτά τα πλαίσια παράγουν συνεχές ρεύμα (DC) όποτε πέφτει πάνω τους ηλιακό φως. Το ρεύμα DC διοχετεύεται μέσω καλωδίων σε έναν αντιστροφέα (inverter), ο οποίος το μετατρέπει σε εναλλασσόμενο ρεύμα (AC), που μπορούν να χρησιμοποιήσουν κτίρια και οι περισσότεροι φορτιστές ηλεκτρικών οχημάτων (EV). Στη συνέχεια, η ηλεκτρική ενέργεια είτε τροφοδοτεί το κτίριο, είτε φορτίζει μπαταρία, είτε οδηγείται απευθείας στόχο σε όχημα.

Το πλεονέκτημα του συστήματος οφείλεται στον χρονισμό. Η παραγωγή ηλιακής ενέργειας κορυφώνεται το μεσημέρι. Πολλά επαγγελματικά οχήματα σταθμεύουν ακριβώς κατά την ίδια ώρα. Μια στέγη στάθμευσης για φόρτιση ηλεκτρικών οχημάτων με ηλιακά πλαίσια εκμεταλλεύεται αυτή την επικάλυψη και μετατρέπει τον χρόνο αδρανοποίησης της στάθμευσης σε χρόνο φόρτισης.

Πώς διέρχεται πραγματικά η ενέργεια από το πλαίσιο στο όχημα

Η διαδρομή της ενέργειας εξαρτάται από τον τρόπο σχεδιασμού του συστήματος. Σε μια βασική διάταξη, τα φωτοβολταϊκά πλαίσια τροφοδοτούν έναν αντιστροφέα σειράς (string inverter) ή μικροαντιστροφείς (microinverters). Η έξοδος AC συνδέεται με έναν πίνακα διανομής. Οι φορτιστές ηλεκτρικών οχημάτων αντλούν ενέργεια από αυτόν τον πίνακα, όπως και κάθε άλλο ηλεκτρικό φορτίο. Όταν ο ήλιος λάμπει δυνατά, η μεγαλύτερη μερίδα της ενέργειας για τη φόρτιση προέρχεται από την ίδια τη στέγη στάθμευσης.

Η προσθήκη αποθήκευσης μπαταριών αλλάζει τη ροή. Η πλεονάζουσα ηλιακή ενέργεια που δεν χρησιμοποιείται αμέσως αποθηκεύεται. Αργότερα, όταν ένα όχημα συνδέεται το απόγευμα ή το βράδυ, η μπαταρία εκφορτώνεται για να υποστηρίξει τη διαδικασία φόρτισης. Αυτό μειώνει την ποσότητα ισχύος που αντλείται από το δίκτυο κατά τις ακριβές ώρες αιχμής.

Ένας ελεγκτής φόρτισης ή ένα σύστημα διαχείρισης ενέργειας βρίσκεται στο κέντρο όλων αυτών. Παρακολουθεί την παραγωγή ηλιακής ενέργειας, το φορτίο του κτιρίου, την κατάσταση φόρτισης της μπαταρίας και τη ζήτηση του φορτιστή. Στη συνέχεια, αποφασίζει σε πραγματικό χρόνο από πού πρέπει να προέρχεται η ισχύς. Το πρωί σε μια ηλιόλουστη μέρα με χαμηλό φορτίο κτιρίου, ο ελεγκτής αποστέλλει την πλεονάζουσα ισχύ στη μπαταρία. Το απόγευμα σε μια συννεφιασμένη μέρα με αρκετά οχήματα που φορτίζουν, αναμειγνύει την αποθηκευμένη ενέργεια με την ισχύ από το δίκτυο για να αποφύγει μια αιφνίδια αύξηση της ζήτησης.

Από πού προέρχονται πραγματικά οι κέρδη απόδοσης

Κάθε βήμα μετατροπής χάνει λίγη ενέργεια. Το DC από τα φωτοβολταϊκά πλαίσια μετατρέπεται σε AC στον αντιστροφέα. Το AC μπορεί στη συνέχεια να μετατραπεί ξανά σε DC μέσα στον φορτιστή του οχήματος. Κάθε βήμα είναι αποδοτικό από μόνο του, αλλά οι απώλειες συσσωρεύονται. Γι’ αυτόν τον λόγο η αρχιτεκτονική του συστήματος έχει μεγάλη σημασία.

Τα συστήματα με σύζευξη σε συνεχές ρεύμα (DC) μειώνουν τις απώλειες μετατροπής διατηρώντας την ηλιακή ενέργεια και την αποθήκευση σε μπαταρίες στο ίδιο δίκτυο συνεχούς ρεύματος (DC bus) πριν από την αντιστροφή. Αυτό λειτουργεί καλά όταν μεγάλο μέρος της ηλιακής ενέργειας αποθηκεύεται πρώτα και χρησιμοποιείται αργότερα. Τα συστήματα με σύζευξη σε εναλλασσόμενο ρεύμα (AC) είναι ευκολότερο να προστεθούν σε υφιστάμενες ηλιακές εγκαταστάσεις, αλλά περιλαμβάνουν επιπλέον βήματα μετατροπής.

Ο παρακάτω πίνακας συγκρίνει τις τυπικές διαμορφώσεις για στεγασμένες στάθμευσεις φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων (EV) με ηλιακή ενέργεια.

Ένα πραγματικό παράδειγμα από ένα χώρο στάθμευσης στόλου

Μια εταιρεία λογιστικής στην Αριζόνα εγκατέστησε μια ηλιακή κατασκευή πάνω από τριάντα θέσεις στάθμευσης που χρησιμοποιούνταν από ηλεκτρικά φορτηγάκια παράδοσης. Το αρχικό σχέδιο προέβλεπε μια απλή ηλιακή συστοιχία συνδεδεμένη με το δίκτυο, χωρίς αποθηκευτική μονάδα. Μέσα στους πρώτους μήνες, η ομάδα λειτουργίας παρατήρησε ότι τα περισσότερα φορτηγάκια συνδέονταν στο ρεύμα μετά το τέλος της απογευματινής διαδρομής, ακριβώς τη στιγμή που η παραγωγή ηλιακής ενέργειας μειωνόταν.

Αυτή η αντιστοιχία σήμαινε ότι η εταιρεία συνέχιζε να αγοράζει ακριβή απογευματινή ενέργεια, παρόλο που διέθετε μια μεγάλη ηλιακή συστοιχία. Η λύση ήταν μια μπαταρία μεγέθους επαρκούς για να καλύψει περίπου τέσσερις ώρες φόρτισης του στόλου. Μετά την αναβάθμιση, η ηλιακή κατασκευή φόρτιζε τη μπαταρία κατά τη μεσημβρινή περίοδο, ενώ η μπαταρία υποστήριζε το απογευματινό χρονικό παράθυρο σύνδεσης.

Το έργο δεν εξάλειψε την κατανάλωση από το δίκτυο. Ο χώρος συνέχιζε να αντλεί ενέργεια κατά τις συννεφιασμένες εβδομάδες και τις ημέρες με έντονη φόρτιση. Ωστόσο, η μπαταρία μετέτοπισε αρκετό φορτίο, με αποτέλεσμα η μηνιαία χρέωση για τη ζήτηση να μειωθεί σημαντικά. Αργότερα, ο διευθυντής λειτουργιών δήλωσε ότι η μπαταρία δεν ήταν ένα πρόσθετο. Ήταν το κομμάτι που έκανε το ηλιακό carport να συμφωνεί πραγματικά με το χρονοδιάγραμμα του στόλου.

Τι λένε τα δεδομένα για την ανάπτυξη της ηλιακής φόρτισης οχημάτων ηλεκτρικής κίνησης

Τα ηλιακά carports παραμένουν μια μικρή αναλογία των συνολικών ηλιακών εγκαταστάσεων, αλλά αυξάνονται. Σύμφωνα με το Εθνικό Εργαστήριο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (NREL), οι στεγασμένες θέσεις στάθμευσης αποτελούν μια πρακτική επιλογή για χώρους με περιορισμένο χώρο στη στέγη και υψηλό κόστος γης. Επιπλέον, μειώνουν τα φαινόμενα «θερμικού νησιού» και παρέχουν σκιασμένες θέσεις στάθμευσης, βελτιώνοντας έτσι την εμπειρία των εργαζομένων και των επισκεπτών.

Η υιοθέτηση ηλεκτρικών οχημάτων συνεχίζει να αυξάνεται σε όλη τη Βόρεια Αμερική και την Ευρώπη. Ο Διεθνής Οργανισμός Ενέργειας ανέφερε ισχυρή ανάπτυξη στις πωλήσεις EV και στις επενδύσεις σε υποδομές φόρτισης. Τα εμπορικά ακίνητα που εγκαθιστούν σήμερα σταθμούς φόρτισης προετοιμάζονται για μια μελλοντική εποχή όπου οι εργαζόμενοι και οι ενοικιαστές θα αναμένουν τη δυνατότητα σύνδεσης ως πρότυπο πλεονέκτημα.

Αυτός ο συνδυασμός παραγωγής ηλιακής ενέργειας και φόρτισης EV έχει ιδιαίτερη λογική για τους χώρους εργασίας. Τα οχήματα παραμένουν ακίνητα για έξι έως οκτώ ώρες κατά τη διάρκεια της ημέρας — ακριβώς την ώρα που η παραγωγή ηλιακής ενέργειας βρίσκεται στο απόγειό της. Ένας ηλιακός σταθμός φόρτισης με σκέπη ευθυγραμμίζει τις υποδομές με τη συμπεριφορά, αντί να επιβάλλει αλλαγή της συμπεριφοράς.

Ειλικρινείς Περιορισμοί που Επηρεάζουν Πραγματικά Έργα

Δεν κάθε χώρος στάθμευσης είναι κατάλληλος για ηλιακή σκέπη. Η σκίαση από γειτονικά κτίρια ή δέντρα μπορεί να μειώσει την παραγωγή τόσο ώστε να αλλάξει την οικονομική εφικτότητα. Οι τοπικοί κανονισμοί ρύθμισης μπορεί να περιορίζουν το μέγιστο ύψος ή την επιφάνεια κάλυψης της σκέπης. Το υπάρχον οδόστρωμα μπορεί να χρειάζεται ενίσχυση για να υποστηρίξει τις δομικές κολόνες και τον κατασκευαστικό εξοπλισμό.

Η διάσταση της μπαταρίας είναι ένα ακόμη συνηθισμένο πρόβλημα. Μια μπαταρία που είναι πολύ μικρή δεν θα καλύψει το χρονικό παράθυρο φόρτισης το βράδυ. Μια μπαταρία που είναι πολύ μεγάλη αυξάνει το κόστος χωρίς ανάλογη μείωση δαπανών. Το κατάλληλο μέγεθος προκύπτει από πραγματικά δεδομένα φόρτισης και από τις χρονικές καταγραφές της εταιρείας ηλεκτροδότησης, όχι από μια απλή μαθηματική σχέση.

Επίσης, έχει σημασία η συντήρηση. Οι φωτοβολταϊκές πλάκες χρειάζονται καθαρισμό, οι αντιστροφείς χρειάζονται παρακολούθηση και οι μπαταρίες χρειάζονται περιοδική συντήρηση. Ένα σύστημα χωρίς σχέδιο συντήρησης θα χάνει σταδιακά, αλλά συνεχώς, την απόδοσή του. Αυτή η μείωση είναι εύκολο να περάσει απαρατήρητη, μέχρις ότου μια σύγκριση λογαριασμών ηλεκτρικής ενέργειας την αποκαλύψει.

Πώς η Δομική Ποιότητα Επηρεάζει Ολόκληρο το Σύστημα

Τα ηλεκτρικά εξαρτήματα λαμβάνουν τη μεγαλύτερη προσοχή, αλλά η ίδια η δομή του καρπόρτ καθορίζει εάν το σύστημα θα διαρκέσει. Η ανύψωση από τον άνεμο, το φορτίο του χιονιού και η θερμική διαστολή ενεργούν όλα στο χαλύβδινο πλαίσιο. Εάν η δομή μετακινηθεί ή διαβρωθεί, η στοίχιση των πλακών επηρεάζεται και η παραγωγή μειώνεται.

Η Kinpower προμηθεύει χαλύβδινες κατασκευές και συστήματα στήριξης για ηλιακά πάρκινγκ και σχετική υποδομή. Η εταιρεία λειτουργεί μια βιομηχανική βάση στο Hebei και συνεργάζεται με πελάτες στον τομέα της ενέργειας και της κατασκευής για τις απαιτήσεις εγκατάστασης επιτόπου. Για αναπτυξιακούς φορείς που κατασκευάζουν ηλιακά πάρκινγκ φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων (EV), η ύπαρξη ενός προμηθευτή δομικών στοιχείων που κατανοεί τις συνθήκες του χώρου και τις διαδρομές φόρτισης καθιστά το έργο ασφαλέστερο και ευκολότερο στη συντονισμό.