كيف تعمل محطة شحن السيارات الكهربائية بالطاقة الشمسية المزودة ببطارية تخزين؟

يمكن لشاحن التيار المستمر السريع أن يضيف حملاً كهربائياً كبيراً ومركزاً إلى موقع قد يكون بالفعل قريباً من الحد الأقصى لطاقته الكهربائية. ولا يمثل تركيب الشاحن سوى جزء واحد من المشروع، إذ قد يصبح تأمين الطاقة الكافية في الوقت المطلوب هو العائق الأكبر.

تُعالج محطة شحن السيارات الكهربائية بالطاقة الشمسية المزودة ببطاريات تخزين هذه المشكلة من خلال تنسيق توليد الطاقة الكهروضوئية، والطاقة المخزنة، وإمدادات الشبكة، وطلب الشحن. تستطيع البطارية امتصاص الطاقة الشمسية عندما يكون طلب الشحن منخفضًا، ودعم أجهزة الشحن عند ارتفاع الطلب، وتقليل فترات قصيرة من ارتفاع استهلاك الشبكة. تكمن القيمة في كيفية عمل هذه الموارد معًا، وليس في أي مكون بمفرده.

ما هي محطة شحن السيارات الكهربائية التي تعمل بالطاقة الشمسية والمزودة ببطارية تخزين؟

تجمع محطة شحن السيارات الكهربائية بالطاقة الشمسية المزودة ببطاريات تخزين الطاقة بين توليد الطاقة الكهروضوئية، ونظام تخزين الطاقة بالبطاريات، والربط بالشبكة الكهربائية عند توفرها، ومعدات شحن السيارات الكهربائية، ونظام إدارة الطاقة. يراقب نظام إدارة الطاقة المصادر والأحمال المتاحة، ثم يتحكم في كيفية تدفق الطاقة عبر الموقع.

قد يتجاوز الطلب على الشحن السريع إنتاج الطاقة الشمسية الكهروضوئية الفوري، بينما يتفاوت إنتاج الطاقة الشمسية على مدار اليوم. ويساعد تخزين الطاقة على سد هذا التباين في التوقيت والطاقة.

كيف تنتقل الطاقة عبر نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية وتخزين الطاقة والشحن؟

يعتمد مسار الطاقة على إنتاج الطاقة الشمسية، وحالة شحن البطارية، وظروف الشبكة، وحمل الموقع، وطلب الشاحن.

يمكن للطاقة الشمسية أن تخدم أكثر من وجهة واحدة

عند توفر الطاقة الشمسية الكهروضوئية، يمكن استخدامها لشحن البطارية أو تقليل استهلاك الطاقة من الشبكة. وإذا تجاوز إنتاج الطاقة احتياجات الشحن الفوري والطلب في الموقع، يمكن تخزين جزء من الفائض ضمن حدود قدرة البطارية على الشحن.

لا يتم شحن السيارة الكهربائية دائمًا مباشرةً من الطاقة الشمسية. فقد يتطلب الأمر استخدام طاقة البطارية أو الشبكة الكهربائية في حالة وجود غيوم، أو الشحن في المساء، أو ارتفاع حمل الشاحن.

تخزين الطاقة بالبطاريات ينقل الطاقة عبر الزمن

يفصل تخزين الطاقة في البطاريات بين توقيت توليد الطاقة الشمسية وشحن المركبات. يمكن تخزين الطاقة الشمسية المولدة في منتصف النهار واستخدامها لاحقًا، بينما قد توفر البطارية نفسها دعمًا قصير المدى خلال ذروة الشحن.

تعتمد مساهمتها على الطاقة القابلة للاستخدام، وقدرة التفريغ، واحتياطي حالة الشحن، ومدة الحدث. قد تكون البطارية التي تُقاس طاقتها بناءً على استهلاكها اليومي من الطاقة (كيلوواط/ساعة) ضعيفة جدًا لتغطية حدث قصير عالي الطاقة.

تغطي شبكة الكهرباء الفجوة المتبقية

في حال توفر اتصال بالشبكة، يمكنه تلبية جزء من الطلب على الشاحن، أو إعادة شحن البطارية خلال فترات محددة، أو استكمال الطاقة الشمسية الكهروضوئية عندما ينخفض ​​إنتاج الطاقة الشمسية.

الهدف في كثير من الأحيان هو الحفاظ على استيراد الطاقة من الشبكة ضمن نطاق محدد بينما تغطي الطاقة الشمسية الكهروضوئية والتخزين جزءًا من حمل الشحن المتغير.

لماذا يحتاج موقع الشحن السريع للسيارات الكهربائية إلى تخزين البطاريات؟

تكون تقنية تخزين الطاقة بالبطاريات أكثر فائدة عندما تحل قيدًا قابلًا للقياس.

قد يتجاوز الطلب على الشواحن القدرة المتاحة للشبكة

قد تستهلك العقارات التجارية بالفعل جزءًا كبيرًا من طاقتها الكهربائية. ويمكن أن تؤدي إضافة 120 كيلوواط أو 240 كيلوواط من الطلب على الشحن إلى ظهور ذروة جديدة. يمكن لنظام تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS) تفريغ شحنته خلال هذه الذروة وتقليل السحب الإضافي من الشبكة، ولكن هذا لا يُلغي تلقائيًا الحاجة إلى تحديث الشبكة. فاستخدام الشاحن، وطاقة البطارية، ومدة التفريغ، وقواعد الربط المحلية لا تزال عوامل مهمة.

نادراً ما يتطابق توليد الطاقة الشمسية مع الطلب على الشحن بشكل كامل.

يتأثر إنتاج الطاقة الشمسية بظروف ضوء النهار، بينما يتأثر الطلب على الشحن بسلوك المركبات. قد تكون محطة الشحن هادئة خلال ذروة سطوع الشمس في منتصف النهار، وأكثر ازدحامًا في وقت لاحق. كما قد تعود مركبات الأسطول خلال فترة زمنية قصيرة.

يمكن للتخزين أن يستوعب جزءًا من هذا التباين بدلاً من تصدير أو تقليص كل فائض الطاقة الشمسية الكهروضوئية.

يمكن للبطارية الحد من ذروة استهلاك الطاقة القصيرة للشبكة

عند شحن عدة مركبات في وقت واحد، يمكن لنظام إدارة الطاقة تفريغ البطارية للمساعدة في الحد من استيراد الطاقة من الموقع. وقد تدعم هذه الاستراتيجية نفسها تقليل ذروة الطلب أو إدارة الطلب حيثما تكون التعريفات وظروف الشبكة مناسبة لتحقيق هذه الأهداف.

هل يمكن للطاقة الشمسية حقاً دعم الشحن السريع بالتيار المستمر؟

نعم، ولكن لا ينبغي التعامل مع إنتاج الطاقة الشمسية كمصدر طاقة ثابت. فالشاحن بقدرة 120 كيلوواط لا يحتاج إلى 120 كيلوواط بالضبط من الألواح الكهروضوئية، كما أن منظومة الألواح الكهروضوئية بقدرة 120 كيلوواط لن توفر باستمرار 120 كيلوواط للشاحن.

يتغير إنتاج الطاقة الكهروضوئية تبعًا للإشعاع الشمسي والطقس ووقت اليوم، بينما يتغير الطلب على الشحن مع اتصال المركبات واتباعها لمنحنيات الشحن. لذا، يُقيّم التصميم العملي الطاقة الكهروضوئية وتخزين البطاريات ومساهمة الشبكة معًا، مع مراعاة توافق كل من الطاقة بالكيلوواط/ساعة والطاقة بالكيلوواط مع خصائص الموقع.

كيف يقوم نظام إدارة الطاقة بتنسيق الطاقة الشمسية والبطاريات والشبكة الكهربائية وأجهزة الشحن؟

يقوم نظام إدارة الطاقة بتنسيق عمليات التوليد والتخزين وإمداد الشبكة وطلب الشحن مع الحفاظ على الموقع ضمن حدود البطارية والشاحن والشبكة.

يتتبع الظروف التي تؤثر على تدفق الطاقة

يقارن نظام إدارة الطاقة إنتاج الطاقة الشمسية، وحالة شحن البطارية، واستهلاك الطاقة من الشبكة، وحمل الموقع، والطلب على شواحن السيارات الكهربائية. ويمكن أن تتغير هذه القيم بشكل مستقل: فقد ينخفض ​​إنتاج الطاقة الشمسية مع بدء شحن عدة سيارات، أو قد تقترب حالة شحن البطارية من الحد الأدنى خلال فترة ذروة الحمل.

إذا ارتفع الطلب على الشحن بينما يقترب استيراد الطاقة من الشبكة من الحد الأقصى للموقع، فقد يلزم تفريغ إضافي للبطارية. في المقابل، قد يوفر توليد الطاقة الكهروضوئية القوي فرصة لإعادة شحن البطارية أو تقليل استهلاك الشبكة.

يحدد أولويات الإرسال حول هدف الموقع

قد يعطي أحد المواقع الأولوية للاستخدام الذاتي للطاقة الشمسية، بينما قد يركز موقع آخر على الحد من استيراد الطاقة من الشبكة أو الحفاظ على احتياطي البطارية لذروات الشحن اللاحقة.

قد تعتمد الاستراتيجية النموذجية على استخدام الطاقة الشمسية الكهروضوئية المتاحة أولاً، ثم تفريغ البطارية عندما يتجاوز الطلب على الشحن حد الشبكة، مع الحفاظ على مستوى شحن أدنى للاحتياط أو لتلبية ذروة الطلب لاحقاً. خلال فترات انخفاض الطلب، يمكن إعادة شحن البطارية من الطاقة الشمسية الكهروضوئية أو من الشبكة إذا سمحت استراتيجية التشغيل بذلك.

تتنافس هذه الأهداف على نفس الطاقة المخزنة، لذلك يجب على نظام إدارة الطاقة إدارة كل من الطلب الفوري والطاقة اللازمة لاحقًا.

إذا لم تتمكن الطاقة الشمسية الكهروضوئية وتفريغ البطارية واستيراد الطاقة المسموح به من الشبكة من تلبية الطلب، فيجب تقليل طاقة الشحن أو إعطاء الأولوية لجلسات الشحن ضمن حدود تشغيل الموقع.

يقوم بتنسيق معدات الشحن واتصال النظام

يحتاج نظام إدارة الطاقة أيضًا إلى اتصال موثوق مع أجهزة الشحن، وأجهزة التحكم في البطاريات، والعدادات، ومنصات المراقبة. يدعم هذا الاتصال حالة الشاحن، وإدارة الأحمال، والأعطال، والتشغيل عن بُعد، ووصول المستخدم. تتبادل بروتوكولات مثل OCPP وModbus البيانات، ولكن لا يزال الموقع بحاجة إلى قواعد واضحة لأولوية الشاحن، واستيراد الطاقة من الشبكة، والاحتياطي، وحدود الطاقة.

هل يمكن للمحطة الاستمرار في الشحن أثناء انقطاع التيار الكهربائي؟

لا يضمن وجود الألواح الشمسية ووحدات التخزين والشاحن التشغيل التلقائي أثناء انقطاع التيار الكهربائي. يتطلب التشغيل المستقل أنظمة تحكم متوافقة، وعزلًا آمنًا عن الشبكة، وحالة شحن كافية للبطارية، وطاقة تفريغ كافية، وتوافقًا مع الشاحن، ومنطق حماية.

يجب أن يتناسب حمل الشحن مع الطاقة المتاحة في وضع التشغيل المستقل. قد تحتوي البطارية على طاقة كافية لساعات، لكنها تفتقر إلى الطاقة الفورية المطلوبة لتشغيل عدة شواحن سريعة. لذلك، يجب التأكد من إمكانية توصيل النظام بالشبكة الكهربائية أو تشغيله بشكل مستقل على مستوى النظام.

ما الذي يحدد الحجم المناسب للألواح الكهروضوئية والبطاريات والشاحن؟

الطاقة المذكورة على لوحة بيانات الشاحن ليست سوى مدخل واحد. يجب أن يبدأ تحديد الحجم بكيفية استخدام الموقع فعليًا.

يحدد طلب الشحن مستوى الطاقة المطلوب

تحقق من عدد جلسات الشحن اليومية، وأجهزة الشحن المتزامنة، ومتوسط ​​الطاقة وذروتها، ومدة الشحن، ومعدل دوران المركبات. قد لا يعمل شاحن بقدرة 240 كيلوواط بكامل طاقته إلا نادرًا، بينما قد تؤدي عدة جلسات شحن بقدرة أقل إلى ذروة مستمرة.

تحدد سعة الشبكة فجوة الطاقة

إن السؤال الرئيسي المتعلق بحجم الشحن هو الفجوة بين الطلب على أجهزة الشحن والمساحة المتاحة في الشبكة، بالإضافة إلى المدة التي تستمر فيها هذه الفجوة.

بافتراض طلب شحن يبلغ 120 كيلوواط، فإن طاقة الشبكة المتاحة للشحن بعد خصم الأحمال الأخرى هي 80 كيلوواط، دون أي مساهمة من الألواح الشمسية؛ وبإهمال فاقد التحويل مؤقتًا، يكون العجز 40 كيلوواط. بافتراض استمرار هذا الوضع لمدة ساعة، سيحتاج جانب الحمل إلى إعادة شحن 40 كيلوواط ساعة. يجب أن تأخذ السعة المقدرة الفعلية للبطارية في الاعتبار أيضًا نطاق حالة الشحن القابل للاستخدام، والفاقد، والأحمال الإضافية، والتدهور، وسعة الاحتياط؛ لذلك، لا يمكن ببساطة اختيار "بطارية 40 كيلوواط ساعة".

يُحدد توليد الطاقة الكهروضوئية مساهمة الطاقة المتجددة

تحدد سعة الألواح الكهروضوئية، والإنتاج الساعي، والتغيرات الموسمية، واستهلاك الموقع، كمية الطاقة الشمسية التي يمكن أن تصل إلى البطارية أو أجهزة الشحن. ولا يُظهر الإنتاج السنوي وحده التوقيت.

ينبغي أيضاً تضمين إمكانية توسيع الشواحن مستقبلاً وتوفير احتياطي احتياطي قبل تثبيت الإعدادات. مجموعة أنظمة شحن الطاقة الشمسية الكهروضوئية يوفر نظرة أوسع على التكوينات المتكاملة للطاقة الشمسية والتخزين والشحن.

أين يكون الشحن السريع باستخدام الطاقة الشمسية مع التخزين هو الخيار الأمثل؟

تُعدّ البنية التحتية ذات أهمية بالغة في الحالات التي تُشكّل فيها متطلبات الشحن، وحدود الشبكة، وتوليد الطاقة الشمسية تحديًا واضحًا لإدارة الطاقة. قد تحتاج محطات الخدمة على الطرق السريعة إلى طاقة عالية خلال فترات التوقف القصيرة. ويمكن لمواقف السيارات التجارية الجمع بين الطاقة الشمسية الكهروضوئية خلال النهار ووقت توقف المركبات وأحمال المباني. وقد تشهد مستودعات أساطيل المركبات ذروات متوقعة في أوقات العودة، بينما قد تستخدم المواقع ذات القيود على الشبكة أنظمة تخزين الطاقة للحد من سحب الطاقة الإضافي.

هذه حالات تشغيل مختلفة، لذلك لا ينبغي نسخ سعة البطارية وطاقة الشاحن من موقع إلى آخر دون مراجعة ملف تعريف الحمل.

كيف يبدو نظام الشحن السريع المتكامل مع نظام تخزين الطاقة الكهروضوئية؟

في صنواينقوم بدمج مدخلات الطاقة الشمسية الكهروضوئية، وتخزين البطاريات، ومعدات الشحن، وإدارة الطاقة، والتفاعل مع الشبكة حول تدفق الطاقة المطلوب للموقع.

يستخدم كلا التصميمين معدل شحن/تفريغ للبطارية يبلغ 0.5C، ونظام تبريد سائل ذكي، وتوصيل مباشر بتيار مستمر للخلايا الكهروضوئية، ومخرج شحن يتراوح بين 150 و1000 فولت، وبروتوكول OCPP 1.6، وتقنية Modbus للاتصال. وهما مصممان للعمل في وضعيات التشغيل المتصلة بالشبكة والمنفصلة.

يجب أن يتوافق التصميم النهائي مع سعة الشبكة، وإمكانات الطاقة الشمسية الكهروضوئية، واستخدام الشواحن، ومتطلبات الاحتياطي، والحماية، والتوسع.

تحقق من توازن الطاقة في الموقع قبل إضافة الشواحن السريعة

قبل اختيار كمية الشاحن أو سعة البطارية، حدد طاقة الشبكة المتاحة للموقع، وملف الشحن المتوقع، وإمكانات الطاقة الشمسية الكهروضوئية، وساعات التشغيل، والاحتياطي المطلوب.

شاركنا هذه المعلومات لـ راجع مشروع شحن الطاقة الشمسية الكهروضوئية الخاص بكينبغي أن يوضح التصميم المفيد كيفية توقع الحصول على الطاقة من الشبكة الكهربائية، والخلايا الكهروضوئية، والبطارية خلال الفترات الحرجة بدلاً من البدء من طاقة لوحة اسم الشاحن فقط.

التعليمات

س: هل يمكن لمحطة شحن السيارات الكهربائية التي تعمل بالطاقة الشمسية أن تعمل عندما يكون إنتاج الطاقة الشمسية منخفضًا؟

ج: نعم، إذا كان هناك مصدر آخر متاح مثل تخزين البطاريات أو الشبكة الكهربائية. يمكن لنظام إدارة الطاقة تنسيق هذه المصادر بناءً على إنتاج الطاقة الشمسية الكهروضوئية، وحالة شحن البطارية، وطلب الشاحن، وأولويات التشغيل.

س: هل يمكن لتخزين البطاريات أن يقلل من سعة الشبكة اللازمة للشحن السريع بالتيار المستمر؟

ج: يمكن أن يقلل ذلك من فترات قصيرة من الطلب على الشبكة عن طريق تفريغ البطارية أثناء ذروة الشحن. ويعتمد ما إذا كان هذا يقلل من الحاجة إلى ترقية الشبكة أو يتجنبها على فجوة الطاقة، ومدة الشحن، واستخدام الشاحن، وسعة البطارية، ومتطلبات الشبكة المحلية.

س: ما هو حجم البطارية المناسب لمحطة شحن السيارات الكهربائية؟

ج: يجب تحديد حجم البطارية بناءً على فجوة الطاقة المطلوبة ومدة استمرارها، بالإضافة إلى استخدام الشاحن، وسعة الشبكة المتاحة، وتوليد الطاقة الشمسية، واحتياطي حالة الشحن، وحمل الموقع، والتوسعات المستقبلية. ولا تكفي القدرة المقدرة للشاحن وحدها.