Jak działa parking z systemem ładowania pojazdów elektrycznych z wykorzystaniem energii słonecznej?

Podstawowa koncepcja solarnej struktury parkingowej do ładowania pojazdów elektrycznych

Solarna struktura parkingowa do ładowania pojazdów elektrycznych łączy w jednej konstrukcji trzy funkcje: zacienia zaparkowane pojazdy, generuje energię elektryczną ze światła słonecznego oraz dostarcza tę energię do ładowarek pojazdów elektrycznych. Pomysł wydaje się prosty, ale przepływ energii od paneli fotowoltaicznych do akumulatora pojazdu obejmuje kilka istotnych etapów.

Samochodowy namiot jest stalowym lub aluminiowym daszkiem z modułami fotowoltaicznymi zamontowanymi na górze. Te moduły wytwarzają prąd stały (DC) za każdym razem, gdy padają na nie promienie słoneczne. Wyjściowy prąd stały przepływa przez okablowanie do falownika, który przekształca go na prąd przemienny (AC), używany przez budynki i większość ładowarek pojazdów elektrycznych (EV). Następnie energia albo zasila budynek, albo ładuje akumulator, albo jest bezpośrednio dostarczana do pojazdu.

Wartość systemu wynika z odpowiedniego momentu jego działania. Produkcja energii słonecznej osiąga szczyt w południe. Wiele pojazdów służbowych stoi zaparkowanych właśnie w tych godzinach. Namiot ładowania EV z panelem słonecznym wykorzystuje tę zgodność czasową i zamienia bezczynny czas postoju w czas ładowania.

Jak energia rzeczywiście przepływa od panelu do pojazdu

Ścieżka przepływu energii zależy od projektu systemu. W podstawowej konfiguracji moduły fotowoltaiczne zasilają falownik szeregowy lub mikrofalowniki. Wyjściowy prąd przemienny jest podłączony do tablicy rozdzielczej. Ładowarki EV pobierają z niej energię tak jak każde inne obciążenie elektryczne. Gdy słońce świeci mocno, większość mocy potrzebnej do ładowania pochodzi bezpośrednio z namiotu.

Dodanie magazynu energii zmienia przepływ energii. Nadmiar energii słonecznej, który nie jest natychmiast wykorzystywany, jest magazynowany. Później, gdy pojazd jest podłączany do ładowania w późnym popołudniu lub wieczorem, bateria rozładowuje się, wspierając sesję ładowania. Dzięki temu zmniejsza się ilość energii pobieranej z sieci w drogich godzinach szczytowego obciążenia.

Wszystko to kontroluje sterownik ładowania lub system zarządzania energią. Monitoruje on moc generowaną przez panele słoneczne, obciążenie budynku, stopień naładowania baterii oraz zapotrzebowanie ładowarki. Następnie w czasie rzeczywistym decyduje, skąd powinna pochodzić energia. W słoneczne poranki przy niskim obciążeniu budynku sterownik kieruje nadmiarową energię do baterii. W pochmurne popołudnia, gdy kilka pojazdów jest jednocześnie ładowanych, łączy on energię zmagazynowaną z energią z sieci, aby uniknąć szczytowego zapotrzebowania.

Skąd pochodzą rzeczywiste korzyści wynikające ze zwiększenia wydajności

Każdy etap konwersji wiąże się z pewnymi stratami energii. Prąd stały (DC) z paneli jest zamieniany na prąd przemienny (AC) w falowniku. Następnie prąd przemienny może być ponownie przekształcany na prąd stały wewnątrz ładowarki pojazdu. Każdy z tych etapów jest sam w sobie wydajny, ale straty się kumulują. Dlatego architektura systemu ma tak duże znaczenie.

Systemy połączone prądem stałym (DC) zmniejszają straty związane z konwersją, pozostawiając energię słoneczną i magazynowanie energii w systemie akumulatorów na tym samym obwodzie prądu stałego przed przekształceniem na prąd przemienny. Rozwiązanie to działa dobrze, gdy znaczna część energii słonecznej jest najpierw magazynowana, a dopiero później wykorzystywana. Systemy połączone prądem przemiennym (AC) łatwiej jest zainstalować w istniejących instalacjach fotowoltaicznych, ale wymagają dodatkowych etapów konwersji.

Poniższa tabela porównuje typowe konfiguracje parkingów z ładowarkami pojazdów elektrycznych zasilanych energią słoneczną.

Rzeczywisty przykład z parkingu floty

Firma logistyczna w Arizonie zainstalowała nad parkingiem dla trzydziestu miejsc postojowych, wykorzystywanych przez elektryczne furgonetki dostawcze, konstrukcję fotowoltaiczną typu carport. Pierwotny plan zakładał prosty system fotowoltaiczny przyłączony do sieci bez magazynowania energii. W ciągu pierwszych kilku miesięcy zespół operacyjny zauważył, że większość furgonetek była podłączana do ładowania po zakończeniu tras popołudniowych, dokładnie w momencie, gdy produkcja energii słonecznej zaczynała spadać.

Ten brak zgodności oznaczał, że firma nadal zakupowała drogą wieczorną energię elektryczną mimo posiadania dużego systemu fotowoltaicznego. Rozwiązaniem okazał się zestaw akumulatorów zaprojektowany tak, aby pokrywać około czterogodzinne ładowanie floty. Po modernizacji konstrukcja carport ładowała akumulatory w południowych godzinach, a akumulatory z kolei zapewniały zasilanie w okresie wieczornego ładowania.

Projekt nie wyeliminował zużycia energii z sieci. Obiekt nadal pobierał energię w pochmurne tygodnie i w dni intensywnego ładowania. Jednak bateria przesunęła wystarczającą ilość obciążenia, dzięki czemu miesięczna opłata za zapotrzebowanie znacznie spadła. Kierownik operacyjny stwierdził później, że bateria nie była dodatkiem – była kluczowym elementem, który sprawił, że parking słoneczny rzeczywiście dopasował się do harmonogramu floty.

Co dane mówią o wzroście ładowania pojazdów elektrycznych za pomocą energii słonecznej

Parkingi słoneczne stanowią niewielką część całkowitej liczby instalacji fotowoltaicznych, ale ich udział rośnie. Zgodnie z raportem Narodowego Laboratorium Energii Odnawialnej (NREL), parkingi z daszkami fotowoltaicznymi stanowią praktyczną opcję dla obiektów z ograniczoną powierzchnią dachów i wysokimi kosztami gruntów. Ponadto zmniejszają efekt wyspy ciepła oraz zapewniają zacienione miejsca postojowe, co poprawia komfort pracowników i gości.

Wdrożenie pojazdów elektrycznych nadal rośnie w Ameryce Północnej i Europie. Międzynarodowa Agencja Energetyczna zgłosiła silny wzrost sprzedaży pojazdów elektrycznych (EV) oraz inwestycji w infrastrukturę ładowania.

Połączenie produkcji energii słonecznej z ładowaniem pojazdów elektrycznych ma szczególne uzasadnienie w miejscach pracy. Pojazdy pozostają na parkingu przez sześć do ośmiu godzin w ciągu dnia – dokładnie wtedy, gdy produkcja energii słonecznej osiąga szczyt. Nawieszone na słupach parkingowe konstrukcje ładowania EV z panelem fotowoltaicznym dostosowują infrastrukturę do rzeczywistych zachowań użytkowników, zamiast wymuszać zmianę tych zachowań.

Rzetelne ograniczenia wpływające na rzeczywiste projekty

Nie każdy parking nadaje się na nawieszoną konstrukcję fotowoltaiczną. Zacienienie pochodzące od pobliskich budynków lub drzew może obniżyć wydajność do stopnia, który wpływa na opłacalność projektu. Lokalne przepisy urbanistyczne mogą ograniczać maksymalną wysokość konstrukcji lub jej powierzchnię pokrycia. Istniejące nawierzchnie mogą wymagać wzmocnienia, aby wytrzymać obciążenia wynikające z kolumn nośnych i sprzętu budowlanego.

Dobór pojemności akumulatora to kolejny powszechny problem. Zbyt mały akumulator nie pokryje okresu ładowania wieczornego. Zbyt duży akumulator zwiększa koszty bez proporcjonalnej oszczędności. Odpowiednia pojemność wynika z rzeczywistych danych dotyczących ładowania oraz zapisów interwałowych dostawcy energii elektrycznej, a nie z prostego wzoru.

Konserwacja również ma znaczenie. Panele wymagają czyszczenia, falowniki – monitorowania, a akumulatory – okresowej konserwacji. System bez zaplanowanej obsługi traci wydajność powoli, ale systematycznie. Ten spadek łatwo przeoczyć, dopóki porównanie rachunków od dostawcy energii elektrycznej nie ujawni go wyraźnie.

Wpływ jakości konstrukcyjnej na cały system

Najwięcej uwagi poświęca się komponentom elektrycznym, lecz sama konstrukcja parkingowa decyduje o trwałości systemu. Wpływają na nią podmuchy wiatru, obciążenie śniegiem oraz rozszerzalność termiczna – wszystkie te czynniki oddziałują na stalową konstrukcję nośną. Jeśli konstrukcja ulega przemieszczeniu lub korozji, ustawienie paneli ulega zaburzeniu, co prowadzi do spadku produkcji energii.

Kinpower dostarcza konstrukcji stalowych oraz systemów wsporczych do parkingów słonecznych i powiązanej infrastruktury. Firma posiada zakład produkcyjny w Hebei i współpracuje z klientami z sektorów energetycznego oraz budowlanego w zakresie wymagań dotyczących montażu na miejscu. Dla deweloperów budujących parkingi słoneczne do ładowania pojazdów elektrycznych (EV) posiadanie dostawcy konstrukcji, który rozumie warunki terenowe oraz ścieżki obciążeń, czyni projekt bezpieczniejszym i łatwiejszym w koordynacji.