โซลูชันพลังงานแสงอาทิตย์ ระบบเก็บพลังงาน และการชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า

เหตุใดการผสานรวมพลังงานแสงอาทิตย์ ระบบเก็บพลังงาน และการชาร์จยานยนต์ไฟฟ้าจึงเปลี่ยนสมการทางการเงิน

สถานที่เชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่มักจัดการระบบพลังงานแสงอาทิตย์ ระบบแบตเตอรี่เก็บพลังงาน และการชาร์จยานยนต์ไฟฟ้าเป็นโครงการแยกจากกันสามโครงการ แนวทางนี้ทำให้สูญเสียโอกาสในการสร้างรายได้ เมื่อแผงโซลาร์เซลล์ผลิตไฟฟ้าได้มากกว่าความต้องการใช้ภายในอาคาร ส่วนเกินมักถูกส่งเข้าสู่ระบบสายส่งไฟฟ้าในอัตราค่าตอบแทนต่ำ ต่อมาในช่วงเย็นเมื่อรถยนต์ต้องการการชาร์จ สถานที่นั้นกลับต้องซื้อไฟฟ้าคืนจากระบบสายส่งในราคาปลีกที่สูงกว่ามาก

การรวมชิ้นส่วนทั้งสามชิ้นเข้าด้วยกันจะแก้ปัญหาความไม่สอดคล้องนี้ได้ พลังงานแสงอาทิตย์ส่วนเกินจะไหลเข้าสู่ระบบจัดเก็บพลังงานในแบตเตอรี่แทนที่จะถูกปล่อยออกนอกสถานที่ พลังงานที่จัดเก็บไว้นี้จะใช้ชาร์จยานยนต์หลังพระอาทิตย์ตกดิน หรือในช่วงเวลาที่มีความต้องการสูงสุด ระบบจึงกลายเป็นสาธารณูปโภคขนาดเล็ก ซึ่งเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าราคาถูกในเวลากลางวันให้กลายเป็นการชาร์จยานยนต์ในช่วงเย็นที่มีมูลค่าสูง

โซลูชันที่ผสานพลังงานแสงอาทิตย์ ระบบจัดเก็บพลังงาน และการชาร์จยานยนต์ไฟฟ้า ยังช่วยลดค่าธรรมเนียมความต้องการสูงสุดอีกด้วย ค่าไฟฟ้าสำหรับธุรกิจมักประกอบด้วยองค์ประกอบค่าความต้องการสูงสุด ซึ่งคำนวณจากปริมาณการใช้ไฟฟ้าสูงสุดในช่วงเวลาสิบห้านาทีใดๆ ภายในรอบการเรียกเก็บเงิน การที่รถยนต์ไฟฟ้าหลายคันชาร์จพร้อมกันอาจทำให้ค่าความต้องการสูงสุดนี้พุ่งขึ้น แต่แบตเตอรี่สามารถดูดซับยอดพุ่งนี้ ทำให้เส้นโค้งโหลดเรียบขึ้น และลดค่าใช้จ่ายรายเดือนโดยไม่จำเป็นต้องลดจำนวนรถยนต์ที่ชาร์จ

สถาปัตยกรรมเชิงเทคนิคที่อยู่เบื้องหลังระบบที่เชื่อถือได้

ระบบที่ออกแบบมาอย่างดีนั้นต้องมีมากกว่าเพียงแค่แผงเซลล์แสงอาทิตย์ แบตเตอรี่ และที่ชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าที่ยึดติดกันแบบผิวเผิน การแปลงพลังงานคือความท้าทายทางเทคนิคขั้นแรก แผงเซลล์แสงอาทิตย์ผลิตไฟฟ้ากระแสตรง (DC) แบตเตอรี่เก็บพลังงานในรูปแบบกระแสตรง (DC) ส่วนที่ชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า (EV chargers) จะส่งออกไฟฟ้าแบบกระแสสลับ (AC) หรือกระแสตรง (DC) ขึ้นอยู่กับระดับการชาร์จ ทุกขั้นตอนของการแปลงพลังงานจะสูญเสียพลังงานไปเล็กน้อย

ระบบที่เชื่อมต่อแบบกระแสตรง (DC-coupled) ช่วยลดการสูญเสียนั้นโดยการเชื่อมต่อแผงเซลล์แสงอาทิตย์กับแบตเตอรี่เข้าด้วยกันบนบัสกระแสตรง (DC bus) เดียวกันก่อนที่จะแปลงเป็นกระแสสลับ (inversion) โครงสร้างเช่นนี้เหมาะสมอย่างยิ่งเมื่อพลังงานจากแสงอาทิตย์ส่วนใหญ่จะถูกเก็บไว้ก่อนแล้วจึงนำมาใช้งานในภายหลัง ส่วนระบบที่เชื่อมต่อแบบกระแสสลับ (AC-coupled) นั้นติดตั้งเพิ่มเติม (retrofit) ลงบนระบบพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีอยู่แล้วได้ง่ายกว่า แต่จะเพิ่มขั้นตอนการแปลงพลังงานเข้าไปอีก

ระบบจัดการพลังงานตั้งอยู่ที่ศูนย์กลาง โดยตรวจสอบการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ ภาระของอาคาร สถานะการชาร์จของแบตเตอรี่ และคำขอการชาร์จแบบเรียลไทม์ ตัวควบคุมที่ดีจะจัดลำดับความสำคัญของภาระโดยอัตโนมัติ ตัวอย่างเช่น ในช่วงบ่ายที่มีแดดจัด ระบบจะส่งพลังงานแสงอาทิตย์ส่วนเกินไปยังแบตเตอรี่ ส่วนในช่วงเช้าที่มีเมฆมากและมีการใช้พลังงานสูง ระบบจะผสมผสานพลังงานจากโครงข่ายไฟฟ้ากับพลังงานที่เก็บไว้เพื่อหลีกเลี่ยงการพุ่งขึ้นของภาระสูงสุด ตารางด้านล่างเปรียบเทียบการจัดวางระบบทั่วไป

สิ่งที่เกิดขึ้นจริงบนสถานที่เชิงพาณิชย์

คลังสินค้าสำหรับการจัดจำหน่ายแห่งหนึ่งในแคลิฟอร์เนียตอนกลางติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์กำลัง 200 กิโลวัตต์ พร้อมระบบแบตเตอรี่เก็บพลังงานความจุ 400 กิโลวัตต์-ชั่วโมง และสถานีชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าระดับ 2 จำนวนหกจุด ก่อนการปรับปรุง สถานที่นี้ต้องจ่ายค่าธรรมเนียมความต้องการสูงสุดรายเดือน ซึ่งพุ่งสูงขึ้นทุกครั้งที่พนักงานสามคนขึ้นไปเสียบปลั๊กชาร์จพร้อมกันในช่วงบ่าย ระบบแบตเตอรี่ถูกเขียนโปรแกรมให้ปล่อยพลังงานในช่วงเวลาที่มีการชาร์จดังกล่าว

หลังผ่านไปสิบสองเดือน สถานที่ดังกล่าวรายงานว่าความต้องการสูงสุดในแต่ละรอบเรียกเก็บค่าบริการลดลงอย่างต่อเนื่อง แบตเตอรี่ยังคงทำหน้าที่จ่ายพลังงานให้สถานีชาร์จได้ตามปกติระหว่างเหตุการณ์ไฟฟ้าดับจากโครงข่ายสองครั้ง ซึ่งไม่ได้อยู่ในแผนธุรกิจเดิมแต่อย่างใด แต่กลายเป็นประโยชน์ที่ผู้คนพูดถึงมากที่สุดอย่างรวดเร็ว ประสบการณ์นี้แสดงให้เห็นว่า ความสามารถในการฟื้นตัวและประหยัดค่าใช้จ่ายในใบแจ้งหนี้นั้นไม่ใช่เป้าหมายที่ขัดแย้งกัน แต่ทั้งสองอย่างล้วนเกิดขึ้นจากคำตัดสินใจในการออกแบบเดียวกัน

บทเรียนสำคัญไม่ใช่ตัวฮาร์ดแวร์ แต่เป็นกลยุทธ์การควบคุม เจ้าของสถานที่ใช้เวลามากกว่าในการปรับแต่งตารางการชาร์จและปล่อยพลังงานมากกว่าการเลือกแผงโซลาร์เซลล์หรือแบตเตอรี่ การตั้งค่าซอฟต์แวร์เป็นตัวกำหนดว่าระบบนั้นจะช่วยประหยัดเงินได้จริง หรือเพียงแค่เปลี่ยนเวลาที่เงินถูกใช้ไป

ปัจจัยด้านกฎระเบียบและแรงจูงใจที่มีผลต่อความคุ้มค่าทางธุรกิจ

กฎเกณฑ์ของบริษัทไฟฟ้าในท้องถิ่นมักเป็นตัวตัดสินว่าโครงการหนึ่งๆ จะคุ้มค่าทางการเงินหรือไม่ บางภูมิภาคให้ระบบการนับยอดไฟฟ้าแบบสุทธิ (net metering) ซึ่งให้เครดิตสำหรับไฟฟ้าที่ส่งออกจากระบบโซลาร์เซลล์ในอัตราค่าไฟฟ้าปลีก ในขณะที่ภูมิภาคอื่นใช้อัตราค่าไฟฟ้าตามช่วงเวลา (time-of-use rates) ซึ่งทำให้ค่าไฟฟ้าช่วงเย็นสูงมาก มูลค่าของการจัดเก็บพลังงานด้วยแบตเตอรี่ขึ้นอยู่กับโครงสร้างอัตราค่าไฟฟ้าเหล่านี้อย่างมาก

แรงจูงใจจากภาครัฐระดับชาติและรัฐก็ส่งผลต่อตัวเลขเช่นกัน ภาษีลดหย่อนสำหรับการลงทุน (Investment tax credits) สามารถลดต้นทุนเบื้องต้นสำหรับระบบโซลาร์เซลล์และระบบจัดเก็บพลังงานได้ โดยเฉพาะเมื่อระบบจัดเก็บพลังงานนั้นชาร์จพลังงานส่วนใหญ่จากแหล่งพลังงานแสงอาทิตย์ โปรแกรมของบริษัทไฟฟ้าในหลายรัฐยังเสนอเงินคืนเพิ่มเติมสำหรับโครงสร้างพื้นฐานการชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า (EV charging infrastructure) ทั้งนี้ โปรแกรมดังกล่าวมีการเปลี่ยนแปลงบ่อยครั้ง ดังนั้น การวางแผนโครงการจึงจำเป็นต้องรวมการทบทวนกฎระเบียบล่าสุดไว้ด้วย

ตลาดการชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าในอเมริกาเหนือยังคงขยายตัวอย่างต่อเนื่อง ตามรายงานของสำนักงานพลังงานระหว่างประเทศ การติดตั้งสถานีชาร์จสาธารณะเพิ่มขึ้นอย่างมากในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา โดยได้รับแรงหนุนจากการเปลี่ยนผ่านรถกองยานพาหนะสู่ระบบไฟฟ้า และความต้องการสถานีชาร์จในสถานที่ทำงาน อาคารเชิงพาณิชย์ที่ติดตั้งระบบที่บูรณาการไว้ล่วงหน้าในขณะนี้ กำลังเตรียมความพร้อมสำหรับภาระการใช้พลังงานที่จะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง

ข้อจำกัดที่ตรงไปตรงมา ซึ่งไม่ควรละเลย

ระบบร่วมของพลังงานแสงอาทิตย์ ระบบเก็บพลังงาน และสถานีชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า ไม่เหมาะกับทุกสถานที่ หลังคาที่ถูกบังแสง จุดเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าที่มีกำลังรองรับต่ำ หรือจำนวนรถยนต์ที่ใช้งานน้อยเกินไป อาจทำให้ผลตอบแทนจากการลงทุนไม่คุ้มค่า ทั้งนี้ อายุการใช้งานของแบตเตอรี่ยังขึ้นอยู่กับวิธีการใช้งานเซลล์แบตเตอรี่ด้วย หากตัวควบคุมระบบตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงความต้องการพลังงานแม้เพียงเล็กน้อยอยู่ตลอดเวลา ก็จะทำให้แบตเตอรี่สึกหรอเร็วกว่าระบบที่ปล่อยให้แบตเตอรี่ปล่อยพลังงานเฉพาะในช่วงพีคที่มีนัยสำคัญ

การเลือกขนาดที่เหมาะสมมีความสำคัญมากกว่าการเลือกชิ้นส่วน ระบบเก็บพลังงานที่มีขนาดใหญ่เกินไปจะเพิ่มต้นทุนโดยไม่เพิ่มผลประหยัด ในขณะที่ระบบที่มีขนาดเล็กเกินไปจะไม่สามารถควบคุมค่าธรรมเนียมตามความต้องการได้ การออกแบบควรเริ่มต้นจากข้อมูลช่วงเวลาที่บันทึกโดยมิเตอร์ของบริษัทไฟฟ้า ไม่ใช่จากการเลือกอุปกรณ์จากรายการสินค้า

การวางแผนการบำรุงรักษาควรทำตั้งแต่ระยะเริ่มต้น แบตเตอรี่จำเป็นต้องมีระบบจัดการอุณหภูมิ การอัปเดตเฟิร์มแวร์ และการปรับสมดุลเซลล์เป็นครั้งคราว เครื่องชาร์จยานยนต์ไฟฟ้าต้องตรวจสอบสายเคเบิลและขั้วต่อ แผงโซลาร์เซลล์ต้องทำความสะอาดและตรวจสอบอินเวอร์เตอร์ ระบบที่ไม่มีแผนการให้บริการจะเสื่อมประสิทธิภาพจากค่าเริ่มต้นภายในไม่กี่ปี

เหตุใดการรองรับเชิงโครงสร้างและโครงสร้างพื้นฐานของสถานที่จึงยังคงมีความสำคัญ

โครงสร้างพื้นฐานด้านพลังงานแบบบูรณาการจะทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพก็ต่อเมื่อการติดตั้งทางกายภาพ โครงสร้างรองรับ และตู้ครอบถูกออกแบบให้ทนทาน แผงโซลาร์เซลล์ติดตั้งบนโครงเหล็กที่สัมผัสกับลม หิมะ และการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิซ้ำๆ ตู้ครอบแบตเตอรี่ต้องวางบนฐานที่มั่นคงและมีสิ่งกีดขวางเพื่อป้องกัน สถานีชาร์จยานยนต์ไฟฟ้าต้องติดตั้งบนพื้นฐานที่มั่นคงและมีระบบจัดการสายเคเบิลที่ทนต่อการใช้งานประจำวัน

ความล่าช้าของโครงการจำนวนมากเกิดจากส่วนประกอบโครงสร้างที่ระบุรายละเอียดไว้ช้าเกินไป ตัวอย่างเช่น การเปลี่ยนแปลงรูปแบบการจัดวางอุปกรณ์ชาร์จไฟทำให้เส้นทางเดินท่อไม่สอดคล้องกับแผนการติดตั้งอีกต่อไป หรือพื้นที่รองรับแบตเตอรี่จำเป็นต้องเสริมความแข็งแรงหลังจากการตรวจสอบดินพบว่าความสามารถในการรับน้ำหนักต่ำ แม้ประเด็นเหล่านี้จะไม่โดดเด่นนัก แต่กลับมีบทบาทสำคัญในการกำหนดว่าโครงการจะดำเนินไปตามกำหนดเวลาได้หรือไม่

คินเพาเวอร์จัดหาโครงสร้างเหล็กและระบบรองรับที่ใช้ในโครงการติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์ ระบบป้องกันบริเวณรอบขอบเขต และโครงสร้างพื้นฐานที่เกี่ยวข้อง โรงงานผลิตตั้งอยู่ที่เหอเป่ย ให้บริการลูกค้าในภาคพลังงานและก่อสร้าง โดยมีความเข้าใจในข้อกำหนดสำหรับการติดตั้งจริงในสนาม สำหรับผู้พัฒนาโครงการที่กำลังจัดรวมโซลูชันพลังงานแสงอาทิตย์ ระบบกักเก็บพลังงาน และสถานีชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า (EV charging) เข้าด้วยกัน การมีผู้จัดจำหน่ายโครงสร้างที่เข้าใจว่าชิ้นส่วนต่าง ๆ ต้องประกอบเข้าด้วยกันอย่างไรในสถานที่จริง จะช่วยลดความเสี่ยงด้านการประสานงาน และทำให้กรอบเวลาของโครงการเป็นไปได้จริง