Cổng sạc xe điện năng lượng mặt trời hoạt động như thế nào?

Ý tưởng cơ bản đằng sau mái che sạc xe điện năng lượng mặt trời

Mái che sạc xe điện năng lượng mặt trời kết hợp ba chức năng trong một cấu trúc duy nhất. Nó che bóng cho các phương tiện đang đỗ, tạo ra điện từ ánh sáng mặt trời và cung cấp nguồn điện đó cho các trạm sạc xe điện. Ý tưởng nghe có vẻ đơn giản, nhưng quá trình truyền năng lượng từ tấm pin đến pin xe điện bao gồm nhiều bước quan trọng.

Bạt che xe tự thân là một mái vòm làm bằng thép hoặc nhôm, trên đó lắp đặt các mô-đun năng lượng mặt trời. Những mô-đun này sản xuất điện một chiều (DC) bất cứ khi nào có ánh sáng mặt trời chiếu vào. Dòng điện DC đi qua hệ thống dây dẫn tới bộ biến tần, nơi chuyển đổi nó thành điện xoay chiều (AC) để tòa nhà và hầu hết trạm sạc xe điện (EV) có thể sử dụng. Sau đó, điện năng này được đưa trực tiếp vào tòa nhà, sạc cho pin lưu trữ hoặc cung cấp thẳng cho xe.

Điều làm nên giá trị của hệ thống chính là yếu tố thời điểm. Sản lượng điện mặt trời đạt cực đại vào giữa ngày — cùng khoảng thời gian mà nhiều xe tại nơi làm việc thường đang đỗ. Một mái che sạc xe điện chạy năng lượng mặt trời tận dụng sự trùng hợp này, biến thời gian đỗ xe không hoạt động thành thời gian sạc xe.

Dòng điện thực tế di chuyển từ tấm pin đến xe như thế nào

Hành trình truyền tải điện phụ thuộc vào thiết kế hệ thống. Trong cấu hình cơ bản, các mô-đun năng lượng mặt trời cấp điện cho một bộ biến tần chuỗi (string inverter) hoặc các bộ biến tần vi mô (microinverters). Đầu ra AC kết nối với tủ phân phối điện. Các trạm sạc xe điện lấy điện từ tủ này giống như mọi tải điện khác. Khi ánh nắng mạnh, phần lớn năng lượng dùng để sạc đến trực tiếp từ mái che xe.

Việc bổ sung hệ thống lưu trữ pin làm thay đổi luồng năng lượng. Năng lượng mặt trời dư thừa không được sử dụng ngay lập tức sẽ được tích trữ. Sau đó, khi xe cắm sạc vào buổi chiều muộn hoặc buổi tối, pin sẽ xả điện để hỗ trợ quá trình sạc. Điều này làm giảm lượng điện lấy từ lưới trong các khung giờ cao điểm đắt đỏ.

Bộ điều khiển sạc hoặc hệ thống quản lý năng lượng nằm ở trung tâm của toàn bộ hệ thống này. Thiết bị này giám sát sản lượng điện mặt trời, tải tiêu thụ của tòa nhà, mức độ sạc hiện tại của pin và nhu cầu sạc từ trạm sạc. Sau đó, thiết bị đưa ra quyết định theo thời gian thực về nguồn cung cấp điện. Vào một buổi sáng nắng đẹp với tải tiêu thụ của tòa nhà thấp, bộ điều khiển sẽ chuyển phần điện dư sang tích trữ vào pin. Vào một buổi chiều âm u khi có nhiều xe đang sạc, bộ điều khiển sẽ kết hợp năng lượng đã tích trữ với điện từ lưới nhằm tránh đỉnh tải đột biến.

Hiệu quả thực sự đến từ đâu

Mỗi bước chuyển đổi đều làm mất một phần năng lượng. Dòng điện một chiều (DC) từ các tấm pin mặt trời được chuyển thành dòng điện xoay chiều (AC) tại bộ nghịch lưu. Sau đó, dòng điện xoay chiều này có thể được chuyển ngược lại thành dòng điện một chiều bên trong bộ sạc xe hơi. Mỗi bước riêng lẻ đều đạt hiệu suất cao, nhưng các tổn thất cộng dồn lại với nhau. Đó là lý do vì sao kiến trúc hệ thống rất quan trọng.

Các hệ thống nối trực tiếp theo chế độ DC giảm thiểu tổn thất chuyển đổi bằng cách giữ nguồn năng lượng mặt trời và hệ thống lưu trữ pin trên cùng một đường bus DC trước khi thực hiện nghịch lưu. Giải pháp này hoạt động tốt khi phần lớn năng lượng mặt trời được lưu trữ trước rồi mới sử dụng sau. Các hệ thống nối theo chế độ AC dễ lắp đặt bổ sung vào các hệ thống năng lượng mặt trời hiện hữu hơn, nhưng chúng đòi hỏi thêm các bước chuyển đổi.

Bảng dưới đây so sánh các cấu hình điển hình cho các mái che sạc xe điện chạy năng lượng mặt trời.

Một ví dụ thực tế từ bãi đỗ xe của đội xe

Một công ty logistics tại Arizona đã lắp đặt mái che năng lượng mặt trời trên ba mươi chỗ đỗ xe dành cho xe van giao hàng điện. Kế hoạch ban đầu là một hệ thống năng lượng mặt trời nối lưới đơn giản, không có lưu trữ. Trong vài tháng đầu tiên, đội vận hành nhận thấy hầu hết các xe van đều cắm sạc sau khi kết thúc tuyến giao hàng buổi chiều, đúng vào lúc sản lượng điện mặt trời bắt đầu giảm.

Sự lệch pha này khiến công ty vẫn phải mua điện vào buổi tối với giá cao, dù đã sở hữu một hệ thống năng lượng mặt trời quy mô lớn. Giải pháp được áp dụng là lắp một cụm pin có dung lượng đủ đáp ứng khoảng bốn giờ sạc cho toàn bộ đội xe. Sau nâng cấp, mái che năng lượng mặt trời sạc pin vào giữa ngày, và pin hỗ trợ việc sạc xe vào khung giờ cắm sạc buổi tối.

Dự án không loại bỏ việc tiêu thụ điện từ lưới. Cơ sở vẫn phải lấy điện từ lưới trong những tuần nhiều mây và những ngày sạc xe mạnh. Tuy nhiên, pin đã dịch chuyển đủ tải để phí yêu cầu hàng tháng giảm rõ rệt. Quản lý vận hành sau đó nhận định rằng pin không phải là thiết bị phụ trợ — mà chính là thành phần giúp mái che năng lượng mặt trời thực sự phù hợp với lịch trình hoạt động của đội xe.

Dữ liệu nói gì về tốc độ tăng trưởng của việc sạc xe điện bằng năng lượng mặt trời

Mái che năng lượng mặt trời dành cho chỗ đậu xe vẫn chiếm một tỷ lệ nhỏ trong tổng số các hệ thống năng lượng mặt trời được lắp đặt, nhưng đang không ngừng mở rộng. Theo Phòng Thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia Hoa Kỳ (NREL), mái che đậu xe là một giải pháp thực tế cho các cơ sở có diện tích mái hạn chế và chi phí đất cao. Đồng thời, chúng còn làm giảm hiệu ứng đảo nhiệt và cung cấp chỗ đậu xe có mái che, qua đó nâng cao trải nghiệm cho nhân viên và khách tham quan.

Việc áp dụng xe điện tiếp tục gia tăng trên khắp Bắc Mỹ và châu Âu. Cơ quan Năng lượng Quốc tế đã báo cáo mức tăng trưởng mạnh về doanh số xe điện và đầu tư vào cơ sở hạ tầng sạc điện. Các bất động sản thương mại lắp đặt trạm sạc ngay hôm nay đang chuẩn bị cho một tương lai, khi nhân viên và người thuê nhà kỳ vọng khả năng cắm sạc sẽ trở thành tiện ích tiêu chuẩn.

Sự kết hợp giữa sản xuất điện mặt trời và sạc xe điện đặc biệt phù hợp với nơi làm việc. Xe thường đậu từ sáu đến tám giờ trong thời gian ban ngày — đúng vào lúc sản lượng điện mặt trời đạt đỉnh. Một mái che sạc xe điện tích hợp pin mặt trời giúp đồng bộ hóa cơ sở hạ tầng với hành vi thực tế, thay vì ép buộc thay đổi hành vi.

Những hạn chế trung thực ảnh hưởng đến các dự án thực tế

Không phải bãi đậu xe nào cũng thích hợp để xây dựng mái che năng lượng mặt trời. Bóng râm từ các tòa nhà hoặc cây cối lân cận có thể làm giảm sản lượng đến mức làm thay đổi tính khả thi tài chính. Quy định quy hoạch địa phương có thể giới hạn chiều cao hoặc diện tích che phủ của mái che. Mặt đường hiện hữu có thể cần gia cố để chịu được tải trọng từ các cột kết cấu và thiết bị thi công.

Kích thước pin là một vấn đề phổ biến khác. Pin quá nhỏ sẽ không đáp ứng được khoảng thời gian sạc vào buổi tối. Pin quá lớn làm tăng chi phí mà không mang lại mức tiết kiệm tương xứng. Kích thước phù hợp xuất phát từ dữ liệu sạc thực tế và hồ sơ ghi chép theo khung giờ của công ty cung cấp điện, chứ không phải từ một công thức đơn giản.

Bảo trì cũng rất quan trọng. Tấm pin cần được làm sạch, bộ đổi nguồn (inverter) cần được giám sát và pin cần được bảo dưỡng định kỳ. Một hệ thống không có kế hoạch bảo trì sẽ suy giảm hiệu suất từ từ nhưng đều đặn. Sự suy giảm này dễ bị bỏ sót cho đến khi so sánh hóa đơn tiền điện mới làm rõ điều đó.

Chất lượng kết cấu ảnh hưởng thế nào đến toàn bộ hệ thống

Các thành phần điện thường thu hút nhiều sự chú ý nhất, nhưng chính kết cấu mái che xe mới quyết định tuổi thọ của cả hệ thống. Lực nâng do gió, tải trọng tuyết và giãn nở nhiệt đều tác động lên khung thép. Nếu kết cấu dịch chuyển hoặc bị ăn mòn, độ thẳng hàng của các tấm pin sẽ bị ảnh hưởng và sản lượng điện giảm.

Kinpower cung cấp các kết cấu thép và hệ thống đỡ cho mái che xe chạy năng lượng mặt trời cũng như cơ sở hạ tầng liên quan. Công ty vận hành một cơ sở sản xuất tại Hà Bắc và hợp tác với các khách hàng trong lĩnh vực năng lượng và xây dựng để đáp ứng yêu cầu lắp đặt tại hiện trường. Đối với các nhà phát triển xây dựng mái che xe điện (EV) sạc năng lượng mặt trời, việc có nhà cung cấp kết cấu hiểu rõ điều kiện thực địa và đường truyền tải tải trọng sẽ giúp dự án an toàn hơn và dễ phối hợp hơn.