سیستم پارکینگ خورشیدی شارژ اتومبیل‌های برقی چگونه کار می‌کند؟

ایدهٔ اصلی پشت سایه‌بان شارژ خودروهای الکتریکی با انرژی خورشیدی

سایه‌بان شارژ خودروهای الکتریکی با انرژی خورشیدی، سه عملکرد را در یک سازه ترکیب می‌کند: سایه‌اندازی بر روی خودروهای ایستاده، تولید برق از نور خورشید، و انتقال این برق به شارژرهای خودروهای الکتریکی. این مفهوم ساده به نظر می‌رسد، اما جریان انرژی از پنل خورشیدی تا باتری خودرو شامل چند مرحلهٔ مهم است.

سایبان خودرو از جنس فولاد یا آلومینیوم است و ماژول‌های خورشیدی روی آن نصب شده‌اند. این ماژول‌ها هر زمان که نور خورشید به آن‌ها بتابد، برق مستقیم (DC) تولید می‌کنند. خروجی DC از طریق سیم‌کشی به یک مبدل (اینورتر) منتقل می‌شود که آن را به برق متناوب (AC) تبدیل می‌کند؛ برقی که ساختمان‌ها و اکثر شارژرهای خودروهای الکتریکی (EV) می‌توانند از آن استفاده کنند. پس از آن، برق یا به ساختمان تغذیه می‌شود، یا باتری را شارژ می‌کند، یا مستقیماً به خودرو ارسال می‌گردد.

آنچه این سیستم را ارزشمند می‌سازد، زمان‌بندی است. تولید انرژی خورشیدی در اوج خود در نیمه‌روز رخ می‌دهد. بسیاری از خودروهای محل کار در همین ساعات در حال ایستادن هستند. سایبان شارژ خورشیدی EV این همپوشانی را بهره‌برداری می‌کند و زمان ایستادن بی‌کار خودروها را به زمان شارژ تبدیل می‌کند.

مسیر واقعی جریان برق از صفحه خورشیدی تا خودرو

مسیر جریان برق بستگی به طراحی سیستم دارد. در یک راه‌اندازی پایه، ماژول‌های خورشیدی به یک اینورتر رشته‌ای یا اینورترهای ریز (میکرواینورترها) متصل می‌شوند. خروجی AC به یک تابلوی توزیع متصل می‌شود. شارژرهای EV مانند سایر بارهای الکتریکی از این تابلو تغذیه می‌شوند. هنگامی که نور خورشید قوی است، بیشتر برق مورد نیاز برای شارژ از خود سایبان تأمین می‌شود.

افزودن ذخیره‌سازی باتری جریان را تغییر می‌دهد. انرژی خورشیدی اضافی که بلافاصله مصرف نمی‌شود، در باتری ذخیره می‌گردد. سپس، زمانی که وسیله‌نقلیه در بعدازظهر یا عصر به شبکه متصل می‌شود، باتری تخلیه می‌شود تا فرآیند شارژ را پشتیبانی کند. این امر مقدار توانی را که در ساعات اوج گران‌قیمت از شبکه کشیده می‌شود، کاهش می‌دهد.

یک کنترل‌کننده شارژ یا سیستم مدیریت انرژی در میانهٔ تمام این فرآیندها قرار دارد. این سیستم خروجی خورشیدی، بار ساختمان، وضعیت شارژ باتری و نیاز شارژر را نظارت می‌کند. سپس در زمان واقعی تصمیم می‌گیرد که توان از کجا تأمین شود. در صبح آفتابی با بار کم ساختمان، کنترل‌کننده توان اضافی را به باتری هدایت می‌کند. در عصر ابری با شارژ همزمان چندین وسیله‌نقلیه، آن انرژی ذخیره‌شده را با توان شبکه ترکیب می‌کند تا از ایجاد پیک تقاضا جلوگیری شود.

منبع واقعی افزایش بازده از کجا حاصل می‌شود

هر مرحله از تبدیل، مقداری انرژی را از دست می‌دهد. جریان مستقیم (DC) از پنل‌ها در اینورتر به جریان متناوب (AC) تبدیل می‌شود. سپس این جریان متناوب ممکن است درون شارژر وسیله‌نقلیه دوباره به جریان مستقیم تبدیل شود. هر یک از این مراحل به‌تنهایی کارآمد هستند، اما تلفات تجمعی می‌شوند. به‌همین دلیل معماری سیستم اهمیت دارد.

سیستم‌های جفت‌شدهٔ دی‌سی با نگه‌داشتن انرژی خورشیدی و ذخیره‌سازی باتری روی یک اتوبوس دی‌سی مشترک پیش از تبدیل به ای‌سی، اتلاف تبدیل را کاهش می‌دهند. این روش زمانی به‌خوبی عمل می‌کند که سهم بزرگی از انرژی خورشیدی ابتدا ذخیره شده و سپس در زمانی دیگر مصرف گردد.

جدول زیر پیکربندی‌های معمول برای سایت‌های شارژ خودروهای الکتریکی با انرژی خورشیدی را مقایسه می‌کند.

نمونه‌ای واقعی از یک ایستگاه پارکینگ ناوگان

یک شرکت لجستیک در اریزونا، یک سایه‌بان خورشیدی روی سی فضای پارکینگ مورد استفادهٔ وان‌های تحویل برقی نصب کرد. طرح اولیه، یک آرایهٔ خورشیدی سادهٔ متصل به شبکه بدون ذخیره‌سازی بود. در طی چند ماه اول، تیم عملیات متوجه شد که اکثر وان‌ها پس از پایان مسیر عصری، همان زمانی که تولید انرژی خورشیدی در حال کاهش بود، به برق وصل می‌شوند.

این عدم تطابق باعث شد که شرکت علیرغم داشتن یک آرایهٔ خورشیدی بزرگ، همچنان برق گران عصر را از شبکه خریداری کند. راه‌حل، نصب یک بستهٔ باتری با ظرفیتی برابر با حدود چهار ساعت شارژ ناوگان بود. پس از ارتقا، سایه‌بان خورشیدی در ساعات ظهری باتری را شارژ می‌کرد و باتری در زمان وصل‌شدن وان‌ها در عصر کمک می‌کرد.

این پروژه مصرف برق از شبکه را حذف نکرد. همچنان در هفته‌های ابری و روزهای شارژ سنگین، سایت انرژی از شبکه تأمین می‌کرد. اما باتری بار کافی را جابه‌جا کرد تا هزینه تقاضای ماهانه به‌طور قابل‌توجهی کاهش یافت. مدیر عملیات بعداً گفت که باتری یک لوازم جانبی نبود؛ بلکه آن بخشی بود که باعث شد سایرخورشیدی پارکینگ واقعاً با زمان‌بندی فلیت هماهنگ شود.

داده‌ها درباره رشد شارژ خودروهای الکتریکی با انرژی خورشیدی چه می‌گویند

سایرخورشیدی‌های پارکینگ همچنان سهم کوچکی از کل نصب‌های خورشیدی را تشکیل می‌دهند، اما در حال رشد هستند. بر اساس آزمایشگاه ملی انرژی‌های تجدیدپذیر، سقف‌های سایه‌دار پارکینگ گزینه‌ای عملی برای سایت‌هایی با فضای سقف محدود و هزینه زمین بالا هستند. این سقف‌ها همچنین اثر جزیره گرمایی را کاهش داده و پارکینگ سایه‌دار فراهم می‌کنند که تجربه کارمندان و بازدیدکنندگان را بهبود می‌بخشند.

پذیرش وسایل نقلیهٔ برقی به‌طور مداوم در آمریکای شمالی و اروپا افزایش می‌یابد. آژانس بین‌المللی انرژی رشد قابل‌توجهی در فروش وسایل نقلیهٔ برقی (EV) و سرمایه‌گذاری در زیرساخت‌های شارژ گزارش داده است. املاک تجاری که امروزه تجهیزات شارژ را نصب می‌کنند، برای آینده‌ای آماده می‌شوند که کارمندان و مستاجران انتظار دارند دسترسی به پریز شارژ به‌عنوان یک امکان استاندارد فراهم باشد.

ترکیب تولید انرژی خورشیدی و شارژ وسایل نقلیهٔ برقی به‌ویژه در محیط‌های کار منطقی است. وسایل نقلیه طی ساعات روزی شش تا هشت ساعت ساکن می‌مانند — دقیقاً زمانی که تولید انرژی خورشیدی به اوج خود می‌رسد. سایبان شارژ خورشیدی-الکتریکی زیرساخت را با رفتار واقعی همسو می‌کند، نه اینکه مجبور کند رفتارها تغییر کنند.

محدودیت‌های صادقانه‌ای که بر پروژه‌های واقعی تأثیر می‌گذارند

هر پارکینگی برای نصب سایبان خورشیدی مناسب نیست. سایه‌اندازی ناشی از ساختمان‌ها یا درختانِ مجاور ممکن است تولید انرژی را تا حدی کاهش دهد که معیارهای مالی پروژه را تحت تأثیر قرار دهد. مقررات محلی ممکن است ارتفاع یا میزان پوشش سایبان را محدود کند. همچنین ممکن است آسفالت موجود نیاز به تقویت داشته باشد تا بتواند ستون‌های سازه‌ای و تجهیزات ساخت را تحمل کند.

اندازه‌گیری باتری نیز مسئله‌ای رایج دیگر است. باتری‌ای که خیلی کوچک باشد، پنجره‌ی شارژ عصر را پوشش نمی‌دهد. باتری‌ای که خیلی بزرگ باشد، هزینه را افزایش می‌دهد بدون اینکه صرفه‌جویی متناسبی ایجاد کند. اندازه‌ی مناسب از داده‌های واقعی شارژ و سوابق فاصله‌ی زمانی شرکت تأمین برق، نه از یک فرمول ساده، به‌دست می‌آید.

نگهداری نیز اهمیت دارد. پنل‌ها نیاز به تمیزکردن دارند، اینورترها نیاز به نظارت دارند و باتری‌ها نیاز به خدمات دوره‌ای دارند. سیستمی که برنامه‌ی خدماتی نداشته باشد، عملکرد خود را به‌آرامی اما پایدار از دست می‌دهد. این کاهش عملکرد را آسان است نادیده گرفت تا اینکه مقایسه‌ی قبض‌های شرکت تأمین برق آن را آشکار کند.

تأثیر کیفیت ساختاری بر کل سیستم

اجزای الکتریکی بیشترین توجه را دریافت می‌کنند، اما خود سازه‌ی پارکینگ ماشین تعیین‌کننده‌ی طول عمر سیستم است. بلندشدن در اثر باد، بار برف و انبساط حرارتی همه بر قاب فولادی اثر می‌گذارند. اگر سازه جابه‌جا شود یا خوردگی پیدا کند، ترازپذیری پنل‌ها تحت تأثیر قرار می‌گیرد و تولید کاهش می‌یابد.

کین‌پاور سازه‌های فولادی و سیستم‌های نگهدارنده را برای پارکینگ‌های خورشیدی و زیرساخت‌های مرتبط تأمین می‌کند. این شرکت یک واحد تولیدی در هبئی دارد و با مشتریان بخش انرژی و ساخت‌وساز در زمینه نیازهای نصب در محل همکاری می‌کند. برای توسعه‌دهندگانی که پارکینگ‌های شارژ خودروهای الکتریکی (EV) مبتنی بر انرژی خورشیدی می‌سازند، داشتن تأمین‌کننده‌ای برای سازه‌ها که شرایط محلی و مسیرهای بارگذاری را درک می‌کند، پروژه را ایمن‌تر و هماهنگ‌تر می‌سازد.