راه‌حل خورشیدی + ذخیره‌سازی + شارژ خودروهای برقی

چرا ترکیب خورشید، ذخیره‌سازی و شارژ خودروهای الکتریکی معادلات اقتصادی را تغییر می‌دهد

بیشتر اماکن تجاری خورشید، ذخیره‌سازی باتری و شارژ خودروهای الکتریکی را به‌صورت سه پروژه جداگانه مدیریت می‌کنند. این رویکرد منجر به از دست دادن فرصت‌های اقتصادی می‌شود. هنگامی که آرایه خورشیدی بیشتر از مقدار مورد نیاز ساختمان تولید می‌کند، مازاد انرژی اغلب با نرخ پایین تغذیه شبکه (feed-in rate) به شبکه ارسال می‌شود. سپس، در ساعات عصر و شب که خودروها نیاز به شارژ دارند، این اماکن انرژی را با نرخ بالاتر خرید خرده‌فروشی (retail rate) از شبکه تأمین می‌کنند.

ترکیب این سه بخش، آن عدم تطابق را برطرف می‌کند. انرژی خورشیدی اضافی به جای خروج از محل، وارد ذخیره‌سازی باتری می‌شود. سپس انرژی ذخیره‌شده، خودروها را پس از غروب آفتاب یا در بازه‌های تقاضای اوج شارژ می‌کند. این سیستم تبدیل به یک کاربرد کوچک برق می‌شود که الکترون‌های ارزان‌قیمت روز را به جلسات شارژ ارزشمند عصر تبدیل می‌کند.

راه‌حل ترکیبی خورشیدی، ذخیره‌سازی و شارژ خودروهای الکتریکی همچنین هزینه‌های تقاضای اوج را کاهش می‌دهد. قبض‌های برق تجاری اغلب شامل مؤلفه‌ای برای بالاترین میزان مصرف در یک دوره صورتحساب (بر اساس بیشترین مصرف در ۱۵ دقیقه) هستند. شارژ همزمان چند خودروی الکتریکی می‌تواند این رقم را به‌طور ناگهانی افزایش دهد. باتری‌ها این اوج را جذب می‌کنند، منحنی بار را صاف می‌کنند و بدون تغییر در تعداد خودروهای شارژشده، قبض ماهانه را کاهش می‌دهند.

معماری فنی پشت یک سیستم قابل اعتماد

یک سیستمِ به‌خوبی طراحی‌شده نیازمند بیش از صرفاً پیوند دادن تخته‌ها، باتری‌ها و شارژرها به یکدیگر است. تبدیل انرژی الکتریکی نقطهٔ اولیهٔ چالش فنی است. پنل‌های خورشیدی برق مستقیم (DC) تولید می‌کنند. باتری‌ها برق مستقیم (DC) را ذخیره می‌کنند. شارژرهای خودروهای الکتریکی (EV) بسته به سطح شارژ، یا برق متناوب (AC) یا برق مستقیم (DC) تحویل می‌دهند. هر مرحله از تبدیل، درصد کوچکی از انرژی را از دست می‌دهد.

سیستم‌های متصل‌شده به‌صورت DC با اتصال پنل‌های خورشیدی و باتری‌ها به یک اتوبوس DC مشترک پیش از تبدیل به AC، این تلفات را کاهش می‌دهند. این معماری زمانی منطقی است که بیشتر انرژی خورشیدی ابتدا ذخیره شده و سپس در زمانی دیگر مصرف شود. سیستم‌های متصل‌شده به‌صورت AC برای ارتقاءٔ نصب‌های خورشیدی موجود آسان‌تر هستند، اما مراحل اضافی تبدیل را به همراه دارند.

سیستم مدیریت انرژی در مرکز قرار دارد. این سیستم تولید انرژی خورشیدی، بار ساختمان، وضعیت شارژ باتری و درخواست‌های شارژ را به‌صورت بلادرنگ نظارت می‌کند. یک کنترل‌کنندهٔ خوب به‌طور خودکار اولویت‌بندی بارها را انجام می‌دهد. در بعدازظهر آفتابی، انرژی اضافی خورشیدی را به باتری‌ها هدایت می‌کند. در صبح ابری و زمان اوج مصرف، انرژی شبکه را با انرژی ذخیره‌شده ترکیب می‌کند تا از افزایش ناگهانی تقاضا جلوگیری شود. جدول زیر پیکربندی‌های معمول سیستم را مقایسه می‌کند.

در واقع در یک سایت تجاری چه اتفاقی می‌افتد

یک انبار توزیع در مرکز کالیفرنیا یک آرایه خورشیدی ۲۰۰ کیلوواتی با ظرفیت ذخیره‌سازی باتری ۴۰۰ کیلووات‌ساعت و شش ایستگاه شارژ خودروهای الکتریکی سطح ۲ نصب کرد. پیش از ارتقا، این سایت هر ماه هزینه تقاضای اوج را پرداخت می‌کرد که هر بار که سه یا بیشتر کارمند در بعدازظهر به شبکه متصل می‌شدند، به‌طور ناگهانی افزایش می‌یافت. باتری‌ها طوری برنامه‌ریزی شده بودند که در این بازه‌های زمانی شارژ، تخلیه شوند.

پس از دوازده ماه، این تأسیسات گزارش داد که در همه دوره‌های صورتحساب، تقاضای اوج کاهش یافته است. باتری‌ها همچنین در طول دو قطعی برق شبکه، ایستگاه‌های شارژ را فعال نگه داشتند؛ این موضوع بخشی از مورد تجاری اولیه نبود، اما به‌سرعت مهم‌ترین مزیت مطرح‌شده شد. این تجربه نشان داد که تاب‌آوری و صرفه‌جویی در صورتحساب برق اهداف متضادی نیستند؛ بلکه هر دو از یک تصمیم طراحی مشترک نشأت می‌گیرند.

درس اصلی مربوط به سخت‌افزار نبود. بلکه استراتژی کنترل بود. صاحب سایت بیشترین زمان را صرف تنظیم زمان‌بندی شارژ و دشارژ کرد تا انتخاب پنل‌ها یا باتری‌ها. تنظیمات نرم‌افزاری تعیین‌کننده این بود که آیا سیستم پول صرفه‌جویی می‌کند یا صرفاً زمان هزینه‌کردن پول را جابه‌جا می‌کند.

عوامل نظارتی و تشویقی که بر پرونده تجاری تأثیر می‌گذارند

قوانین برق‌رسان محلی اغلب تصمیم‌گیرنده این هستند که آیا یک پروژه از نظر مالی منطقی است یا خیر. برخی مناطق از سیستم اندازه‌گیری خالص استفاده می‌کنند که صادرات انرژی خورشیدی را با نرخ خرده‌فروشی اعتبار می‌دهد. در سایر مناطق، نرخ‌های مبتنی بر زمان استفاده باعث گران‌شدن برق در ساعات عصر می‌شوند. ارزش ذخیره‌سازی باتری به‌طور قابل‌توجهی به این ساختارهای نرخ وابسته است.

تسویه‌های مالی فدرال و ایالتی نیز بر اعداد تأثیر می‌گذارند. اعتبار مالیاتی سرمایه‌گذاری می‌تواند هزینه‌های اولیه سیستم‌های خورشیدی و ذخیره‌سازی را کاهش دهد — مشروط بر اینکه باتری عمدتاً از انرژی خورشیدی شارژ شود. برنامه‌های برق‌رسان در چند ایالت، بازپرداخت اضافی برای زیرساخت‌های شارژ خودروهای الکتریکی (EV) ارائه می‌دهند. این برنامه‌ها به‌طور مکرر تغییر می‌کنند؛ بنابراین برنامه‌ریزی پروژه باید شامل بررسی جدیدترین مقررات نظارتی باشد.

بازار شارژ خودروهای برقی در آمریکای شمالی به‌طور مداوم در حال گسترش است. بر اساس گزارش آژانس انرژی بین‌المللی، نصب ایستگاه‌های عمومی شارژ در سال‌های اخیر رشد قابل‌توجهی داشته است که عمدتاً ناشی از الکتریکی‌شدن ناوگان حمل‌ونقل و تقاضای شارژ در محیط‌های کاری بوده است. املاک تجاری که امروزه سیستم‌های یکپارچه را نصب می‌کنند، برای پذیرش الگوی باری که تنها روند روبه‌رشدی خواهد داشت، آماده‌سازی می‌کنند.

محدودیت‌های صادقانه‌ای که نباید نادیده گرفته شوند

سیستم ترکیبی خورشیدی-ذخیره‌سازی-شارژ EV برای همه‌ی سایت‌ها مناسب نیست. وجود سایه روی سقف، نقاط ضعیف اتصال به شبکه، یا تعداد کم خودروها می‌تواند محاسبات بازگشت سرمایه را نابود کند. عمر چرخه‌ی باتری نیز به میزان فعالیت شدید سیستم در شارژ و دشارژ سلول‌ها بستگی دارد. کنترل‌کننده‌ای که به‌دنبال هر افزایش جزئی در تقاضا می‌رود، باتری را سریع‌تر از کنترل‌کننده‌ای که تنها در اوج‌های معنادار بار دشارژ می‌کند، فرسوده می‌کند.

اندازه‌گیری اهمیت بیشتری نسبت به انتخاب اجزا دارد. ذخیره‌سازی بزرگ‌تر از حد، هزینه را افزایش می‌دهد بدون اینکه صرفه‌جویی ایجاد کند. ذخیره‌سازی کوچک‌تر از حد، نمی‌تواند هزینه تقاضا را کنترل کند. طراحی باید با داده‌های بازه‌ای از کنتور برق آغاز شود، نه با فهرستی از تجهیزات.

برنامه‌ریزی نگهداری نیز باید در ابتدا انجام شود. باتری‌ها نیازمند مدیریت حرارتی، به‌روزرسانی‌های نرم‌افزاری و گاهی تعادل‌سازی سلول‌ها هستند. شارژرهای EV نیازمند بازرسی کابل‌ها و اتصال‌دهنده‌ها هستند. پنل‌های خورشیدی نیازمند تمیزکاری و بررسی اینورترها هستند. سیستمی که فاقد برنامه خدماتی باشد، ظرف چند سال عملکرد اصلی خود را از دست می‌دهد.

چرا حمایت سازه‌ای و زیرساخت محل همچنان اهمیت دارند

زیرساخت انرژی یکپارچه تنها زمانی کار می‌کند که نصب فیزیکی، حمایت‌های سازه‌ای و جعبه‌های محافظ طوری ساخته شده باشند که طولانی‌مدت دوام بیاورند. آرایه‌های خورشیدی روی قاب‌های فولادی قرار می‌گیرند که در معرض باد، برف و چرخه‌های حرارتی قرار دارند. جعبه‌های باتری نیازمند پی‌بندهای محکم و موانع محافظ هستند. ایستگاه‌های شارژ EV نیازمند پدهای نصب پایدار و مدیریت کابل‌ها هستند که در برابر استفاده روزانه مقاوم باشند.

تأخیرهای بسیاری در پروژه‌ها به دلیل این است که اجزای سازه‌ای خیلی دیر مشخص می‌شوند. طرح شارژر تغییر می‌کند و ناگهان مسیرکشی کانال‌ها دیگر با نقشهٔ نصب هماهنگ نیست. پس از آزمایش خاک و کشف ظرفیت باربری ضعیف، پد باتری نیاز به تقویت دارد. این مسائل جذاب نیستند، اما تعیین‌کنندهٔ این هستند که آیا پروژه در زمان تعیین‌شده باقی می‌ماند یا خیر.

کین‌پاور سازه‌های فولادی و سیستم‌های نگهدارنده‌ای را عرضه می‌کند که در پروژه‌های نصب خورشیدی، حفاظت از محیط اطراف و زیرساخت‌های مرتبط به کار می‌روند. واحد تولیدی این شرکت در هِبِی، با درکی دقیق از نیازهای نصب در محل، به مشتریان حوزهٔ انرژی و ساخت‌وساز خدمات ارائه می‌دهد. برای توسعه‌دهندگانی که راه‌حل‌های ترکیبی خورشیدی + ذخیره‌سازی + شارژ خودروهای الکتریکی (EV) را گرد هم می‌آورند، داشتن تأمین‌کننده‌ای سازه‌ای که نحوهٔ قرارگیری اجزا در محل را می‌شناسد، خطر هماهنگی را کاهش داده و زمان‌بندی پروژه را واقع‌بینانه نگه می‌دارد.