ระบบที่หลังคาจอดรถพลังงานแสงอาทิตย์สำหรับชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าทำงานอย่างไร

แนวคิดพื้นฐานของหลังคาจอดรถพลังงานแสงอาทิตย์สำหรับชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า

หลังคาจอดรถพลังงานแสงอาทิตย์สำหรับชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าผสานรวมหน้าที่สามประการไว้ในโครงสร้างเดียว ได้แก่ การบังแดดให้กับรถยนต์ที่จอดอยู่ การผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์ และการจ่ายไฟฟ้านั้นไปยังเครื่องชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า แนวคิดนี้อาจดูเรียบง่าย แต่วิธีที่พลังงานไหลจากแผงเซลล์แสงอาทิตย์ไปยังแบตเตอรี่ของรถยนต์นั้นมีขั้นตอนสำคัญหลายขั้นตอน

ที่จอดรถแบบมีหลังคาเองนั้นเป็นโครงสร้างคลุมทำจากเหล็กหรืออลูมิเนียม ซึ่งติดตั้งโมดูลพลังงานแสงอาทิตย์ไว้ด้านบน โมดูลเหล่านี้ผลิตไฟฟ้ากระแสตรง (DC) ทุกครั้งที่ได้รับแสงแดด กระแสไฟฟ้า DC ที่ได้จะส่งผ่านสายไฟไปยังอินเวอร์เตอร์ ซึ่งทำหน้าที่แปลงให้เป็นไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) ที่อาคารและแทบทุกเครื่องชาร์จ EV สามารถใช้งานได้ จากนั้นไฟฟ้าจะถูกส่งไปยังอาคาร ชาร์จแบตเตอรี่ หรือจ่ายโดยตรงไปยังยานพาหนะ

สิ่งที่ทำให้ระบบนี้มีคุณค่าคือ ช่วงเวลาที่เหมาะสม พลังงานแสงอาทิตย์จะผลิตได้มากที่สุดในช่วงกลางวัน ซึ่งเป็นเวลาเดียวกับที่ยานพาหนะของสถานที่ทำงานส่วนใหญ่จอดอยู่ ที่จอดรถแบบมีหลังคาพร้อมระบบชาร์จ EV ด้วยพลังงานแสงอาทิตย์จึงสามารถใช้ประโยชน์จากช่วงเวลาที่ทับซ้อนกันนี้ และเปลี่ยนช่วงเวลาที่จอดรถแบบไม่ได้ใช้งานให้กลายเป็นช่วงเวลาในการชาร์จไฟ

เส้นทางการไหลของพลังงานจริงจากแผงเซลล์แสงอาทิตย์ไปยังยานพาหนะ

เส้นทางการจ่ายพลังงานขึ้นอยู่กับการออกแบบระบบ ในระบบที่พื้นฐานที่สุด โมดูลพลังงานแสงอาทิตย์จะจ่ายไฟไปยังอินเวอร์เตอร์แบบสตริง (string inverter) หรืออินเวอร์เตอร์แบบไมโคร (microinverter) แล้วเอากระแสไฟฟ้า AC ที่ได้ออกมาเชื่อมต่อกับแผงกระจายไฟฟ้า เครื่องชาร์จ EV จะดึงไฟฟ้าจากแผงนี้เช่นเดียวกับโหลดไฟฟ้าอื่น ๆ เมื่อมีแสงแดดจัด กำลังไฟสำหรับการชาร์จส่วนใหญ่จะมาจากที่จอดรถแบบมีหลังคานี้โดยตรง

การเพิ่มระบบเก็บพลังงานด้วยแบตเตอรี่เปลี่ยนแปลงการไหลของกระแสไฟฟ้า ไฟฟ้าส่วนเกินจากแผงโซลาร์เซลล์ที่ไม่ถูกใช้งานทันทีจะถูกเก็บไว้ จากนั้น เมื่อรถยนต์เชื่อมต่อกับระบบชาร์จในช่วงบ่ายหรือเย็น แบตเตอรี่จะปล่อยพลังงานเพื่อสนับสนุนการชาร์จครั้งนั้น ซึ่งช่วยลดปริมาณพลังงานที่ดึงจากโครงข่ายไฟฟ้าในช่วงเวลาที่ค่าไฟฟ้าสูง

ตัวควบคุมการชาร์จหรือระบบจัดการพลังงานทำหน้าที่เป็นศูนย์กลางของระบบทั้งหมด โดยตรวจสอบปริมาณพลังงานที่ผลิตได้จากแผงโซลาร์เซลล์ ภาระการใช้ไฟฟ้าของอาคาร ระดับประจุของแบตเตอรี่ และความต้องการพลังงานจากตัวชาร์จ จากนั้นจึงตัดสินใจแบบเรียลไทม์ว่าพลังงานควรจ่ายมาจากแหล่งใด ในตอนเช้าที่มีแดดจัดและภาระการใช้ไฟฟ้าของอาคารต่ำ ตัวควบคุมจะส่งพลังงานส่วนเกินไปยังแบตเตอรี่ ส่วนในช่วงบ่ายที่มีเมฆมากและมีรถยนต์หลายคันกำลังชาร์จพร้อมกัน ตัวควบคุมจะผสมผสานพลังงานที่เก็บไว้เข้ากับพลังงานจากโครงข่ายไฟฟ้า เพื่อหลีกเลี่ยงการพุ่งสูงขึ้นของภาระการใช้ไฟฟ้า

ประสิทธิภาพที่แท้จริงเกิดขึ้นจากตรงไหน

ทุกขั้นตอนของการแปลงพลังงานจะสูญเสียพลังงานบางส่วน ไฟฟ้ากระแสตรง (DC) จากแผงโซลาร์เซลล์จะถูกแปลงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) ที่อินเวอร์เตอร์ จากนั้นไฟฟ้ากระแสสลับอาจถูกแปลงกลับเป็นไฟฟ้ากระแสตรงอีกครั้งภายในตัวชาร์จของรถยนต์ แม้แต่ละขั้นตอนจะมีประสิทธิภาพสูงในตัวเอง แต่การสูญเสียพลังงานก็สะสมกันไปเรื่อย ๆ นี่คือเหตุผลที่สถาปัตยกรรมของระบบจึงมีความสำคัญ

ระบบที่เชื่อมต่อแบบ DC ช่วยลดการสูญเสียจากการแปลงพลังงานโดยรักษาพลังงานแสงอาทิตย์และระบบเก็บพลังงานแบตเตอรี่ไว้บนบัส DC เดียวกันก่อนที่จะแปลงเป็น AC วิธีนี้ให้ผลดีเมื่อมีสัดส่วนพลังงานแสงอาทิตย์จำนวนมากที่ต้องเก็บไว้ก่อนแล้วจึงนำมาใช้ในภายหลัง ขณะที่ระบบที่เชื่อมต่อแบบ AC สามารถติดตั้งเพิ่มเติมลงในระบบพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีอยู่ได้ง่ายกว่า แต่ต้องผ่านขั้นตอนการแปลงพลังงานเพิ่มเติม

ตารางด้านล่างเปรียบเทียบโครงสร้างทั่วไปสำหรับที่จอดรถที่ติดตั้งระบบชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าด้วยพลังงานแสงอาทิตย์

ตัวอย่างจริงจากลานจอดรถของกองยานพาหนะ

บริษัทโลจิสติกส์แห่งหนึ่งในรัฐแอริโซนา ติดตั้งหลังคาพลังงานแสงอาทิตย์เหนือพื้นที่จอดรถสามสิบช่อง ซึ่งใช้สำหรับรถตู้ส่งของไฟฟ้า แผนเดิมคือติดตั้งแผงเซลล์แสงอาทิตย์แบบเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าโดยไม่มีระบบเก็บพลังงาน ภายในไม่กี่เดือนแรก ทีมปฏิบัติการสังเกตเห็นว่ารถตู้ส่วนใหญ่จะเสียบปลั๊กชาร์จหลังเสร็จสิ้นเส้นทางส่งของช่วงบ่าย ซึ่งตรงกับช่วงเวลาที่การผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์เริ่มลดลง

ความไม่สอดคล้องกันนี้ทำให้บริษัทยังคงต้องซื้อไฟฟ้าในช่วงเย็นด้วยราคาสูง แม้จะมีแผงเซลล์แสงอาทิตย์ขนาดใหญ่ก็ตาม ทางออกคือการติดตั้งแบตเตอรี่ที่มีความจุเพียงพอสำหรับรองรับการชาร์จยานพาหนะเป็นเวลาประมาณสี่ชั่วโมง หลังการปรับปรุง หลังคาพลังงานแสงอาทิตย์จะชาร์จแบตเตอรี่ในช่วงกลางวัน และแบตเตอรี่จะจ่ายไฟให้กับช่วงเวลาที่รถตู้เสียบปลั๊กชาร์จในช่วงเย็น

โครงการนี้ไม่ได้ลดการใช้ไฟฟ้าจากโครงข่ายลงอย่างสมบูรณ์ สถานที่ยังดึงพลังงานจากโครงข่ายในช่วงสัปดาห์ที่มีเมฆมากและวันที่ต้องชาร์จรถจำนวนมาก แต่แบตเตอรี่สามารถย้ายภาระการใช้ไฟฟ้าได้เพียงพอ ทำให้ค่าธรรมเนียมความต้องการสูงสุดรายเดือนลดลงอย่างเห็นได้ชัด ผู้จัดการฝ่ายปฏิบัติการกล่าวภายหลังว่า แบตเตอรี่ไม่ใช่อุปกรณ์เสริม แต่เป็นองค์ประกอบสำคัญที่ทำให้โครงสร้างหลังคาโซลาร์สำหรับรถยนต์สอดคล้องกับตารางการใช้งานของกองยานพาหนะจริง

ข้อมูลบอกอะไรเกี่ยวกับการเติบโตของการชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าด้วยพลังงานแสงอาทิตย์

โครงสร้างหลังคาโซลาร์สำหรับรถยนต์ยังคงมีสัดส่วนเล็กน้อยเมื่อเทียบกับการติดตั้งระบบพลังงานแสงอาทิตย์ทั้งหมด แต่กำลังเติบโตอย่างต่อเนื่อง ตามรายงานของห้องปฏิบัติการพลังงานหมุนเวียนแห่งชาติ (NREL) โครงสร้างหลังคาเหนือลานจอดรถเป็นทางเลือกที่เหมาะสมสำหรับสถานที่ที่มีพื้นที่บนหลังคาจำกัดและมีต้นทุนที่ดินสูง นอกจากนี้ยังช่วยลดปรากฏการณ์เกาะความร้อนในเมือง และให้ที่จอดรถที่มีร่มเงา ซึ่งส่งผลดีต่อประสบการณ์ของพนักงานและผู้มาเยือน

การนำยานยนต์ไฟฟ้ามาใช้งานยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องทั่วอเมริกาเหนือและยุโรป สำนักงานพลังงานระหว่างประเทศรายงานว่ามีการเติบโตอย่างแข็งแกร่งทั้งในด้านยอดขายยานยนต์ไฟฟ้าและการลงทุนโครงสร้างพื้นฐานสำหรับการชาร์จไฟ อาคารเชิงพาณิชย์ที่ติดตั้งสถานีชาร์จในปัจจุบัน กำลังเตรียมความพร้อมสำหรับอนาคตที่พนักงานและผู้เช่าคาดหวังว่าจะสามารถเสียบปลั๊กชาร์จได้เป็นสิ่งอำนวยความสะดวกมาตรฐาน

การรวมกันของระบบผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์กับสถานีชาร์จยานยนต์ไฟฟ้ามีเหตุผลเฉพาะตัวอย่างยิ่งสำหรับสถานที่ทำงาน ยานพาหนะมักจอดนิ่งเป็นเวลาหกถึงแปดชั่วโมงในช่วงเวลากลางวัน ซึ่งตรงกับช่วงเวลาที่ระบบพลังงานแสงอาทิตย์ให้ผลผลิตสูงสุด การติดตั้งหลังคาที่ผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์พร้อมสถานีชาร์จยานยนต์ไฟฟ้าจึงเป็นการจัดวางโครงสร้างพื้นฐานให้สอดคล้องกับพฤติกรรมจริง แทนที่จะบังคับให้พฤติกรรมเปลี่ยนแปลง

ข้อจำกัดที่ตรงไปตรงมาซึ่งส่งผลต่อโครงการจริง

ไม่ใช่ลานจอดรถทุกแห่งที่เหมาะสมสำหรับการติดตั้งหลังคาพลังงานแสงอาทิตย์ ร่มเงาจากอาคารหรือต้นไม้บริเวณใกล้เคียงอาจลดปริมาณการผลิตไฟฟ้าลงจนกระทบต่อความคุ้มค่าทางการเงิน ข้อกำหนดการผังเมืองท้องถิ่นอาจจำกัดความสูงหรือพื้นที่ครอบคลุมของหลังคา และพื้นผิวถนนเดิมอาจจำเป็นต้องเสริมความแข็งแรงเพื่อรับน้ำหนักเสาโครงสร้างและเครื่องจักรก่อสร้าง

การเลือกขนาดแบตเตอรี่เป็นอีกหนึ่งปัญหาที่พบบ่อย แบตเตอรี่ที่มีขนาดเล็กเกินไปจะไม่สามารถรองรับช่วงเวลาการชาร์จในช่วงเย็นได้ ขณะที่แบตเตอรี่ที่มีขนาดใหญ่เกินไปจะเพิ่มต้นทุนโดยไม่ส่งผลให้ประหยัดค่าใช้จ่ายอย่างสอดคล้องกัน ขนาดที่เหมาะสมเกิดจากการวิเคราะห์ข้อมูลการชาร์จจริงและบันทึกการใช้ไฟฟ้าตามช่วงเวลาของบริษัทจำหน่ายไฟฟ้า ไม่ใช่จากสูตรคำนวณแบบง่าย

การบำรุงรักษาก็มีความสำคัญเช่นกัน แผงเซลล์แสงอาทิตย์จำเป็นต้องทำความสะอาด อินเวอร์เตอร์ต้องมีการตรวจสอบอย่างสม่ำเสมอ และแบตเตอรี่ต้องได้รับการบริการเป็นระยะ หากไม่มีแผนการให้บริการระบบ ประสิทธิภาพจะลดลงอย่างช้าๆ แต่ต่อเนื่อง ซึ่งการลดลงนี้อาจสังเกตได้ยากจนกว่าจะมีการเปรียบเทียบค่าไฟฟ้ากับรอบก่อนหน้า

คุณภาพเชิงโครงสร้างส่งผลต่อระบบโดยรวมอย่างไร

แม้ว่าส่วนประกอบทางไฟฟ้าจะได้รับความสนใจมากที่สุด แต่โครงสร้างที่ใช้เป็นที่จอดรถสำหรับรถยนต์ต่างหากที่กำหนดว่าระบบนั้นจะคงทนนานหรือไม่ แรงยกจากลม น้ำหนักของหิมะ และการขยายตัวจากความร้อน ล้วนกระทำต่อโครงเหล็กทั้งสิ้น หากโครงสร้างเคลื่อนตัวหรือผุกร่อน การจัดเรียงของแผงเซลล์แสงอาทิตย์จะเสียหาย และส่งผลให้กำลังการผลิตลดลง

คินพาวเวอร์จัดหาโครงสร้างเหล็กและระบบรองรับสำหรับที่จอดรถพลังงานแสงอาทิตย์และโครงสร้างพื้นฐานที่เกี่ยวข้อง บริษัทมีโรงงานผลิตตั้งอยู่ที่เหอเป่ย และทำงานร่วมกับลูกค้าในภาคพลังงานและก่อสร้างเพื่อตอบสนองความต้องการติดตั้งจริงในสนาม สำหรับผู้พัฒนาโครงการที่กำลังสร้างที่จอดรถสำหรับชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า (EV) ด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ การมีผู้จัดหาโครงสร้างที่เข้าใจสภาพพื้นที่จริงและเส้นทางการรับน้ำหนัก จะช่วยให้โครงการมีความปลอดภัยมากขึ้น และจัดการประสานงานได้ง่ายยิ่งขึ้น