Come funziona una stazione di ricarica solare per veicoli elettrici con accumulo a batteria?

Un caricabatterie rapido in corrente continua può aggiungere un carico elettrico elevato e concentrato a un sito che potrebbe già essere vicino al limite della sua rete elettrica. L'installazione del caricabatterie è solo una parte del progetto. Garantire una fornitura di energia sufficiente al momento richiesto può diventare il problema maggiore.

Una stazione di ricarica solare per veicoli elettrici con accumulo a batteria risolve questo problema coordinando la produzione fotovoltaica, l'energia immagazzinata, l'alimentazione dalla rete e la domanda di ricarica. La batteria può assorbire energia solare quando la domanda di ricarica è bassa, supportare i caricabatterie quando la domanda aumenta e ridurre i brevi periodi di picco di immissione dalla rete. Il valore deriva da come queste risorse lavorano insieme, piuttosto che da un singolo componente.

Che cos'è una stazione di ricarica solare per veicoli elettrici con accumulo a batteria?

Una stazione di ricarica solare per veicoli elettrici con accumulo a batteria combina la generazione fotovoltaica, un sistema di accumulo di energia a batteria, la connessione alla rete elettrica (ove disponibile), le apparecchiature di ricarica per veicoli elettrici e un sistema di gestione energetica. Il sistema di gestione energetica (EMS) monitora le fonti e i carichi disponibili, quindi controlla il flusso di energia all'interno del sito.

La domanda di ricarica rapida può superare la produzione istantanea di energia fotovoltaica, mentre la produzione di energia solare varia durante il giorno. I sistemi di accumulo contribuiscono a colmare questo divario temporale e di potenza.

Come si muove l'energia attraverso un sistema fotovoltaico-accumulo di energia-carica?

Il percorso di alimentazione dipende dalla produzione di energia solare, dallo stato di carica della batteria, dalle condizioni della rete, dal carico del sito e dalla richiesta di ricarica.

L'energia solare può servire più di una destinazione

Quando è disponibile energia fotovoltaica, l'energia solare può essere utilizzata per alimentare la ricarica, caricare la batteria o ridurre l'apporto di energia dalla rete. Se la produzione supera la domanda immediata di ricarica e il fabbisogno dell'impianto, parte dell'energia in eccesso può essere immagazzinata entro i limiti di carica della batteria.

Un veicolo elettrico non viene sempre caricato direttamente dall'energia solare. La copertura nuvolosa, la ricarica serale o un carico elevato del caricabatterie possono richiedere l'utilizzo della batteria o dell'alimentazione dalla rete elettrica.

L'accumulo di energia tramite batterie trasferisce energia nel tempo

L'accumulo in batteria separa la tempistica della produzione di energia solare da quella della ricarica del veicolo. L'energia solare prodotta a mezzogiorno può essere immagazzinata e utilizzata in un secondo momento, mentre la stessa batteria può anche fornire un supporto di breve durata durante i picchi di ricarica.

Il suo contributo dipende dall'energia utilizzabile, dalla potenza di scarica, dalla riserva di carica (SOC) e dalla durata dell'evento. Una batteria dimensionata solo in base ai kWh giornalieri potrebbe comunque risultare insufficiente per un evento di alta potenza di breve durata.

La rete elettrica copre il divario rimanente

Laddove sia disponibile un collegamento alla rete, questo può soddisfare parte del fabbisogno di ricarica, ricaricare la batteria durante determinati periodi o integrare l'energia fotovoltaica quando la produzione solare diminuisce.

L'obiettivo è spesso quello di mantenere l'importazione di energia dalla rete entro un intervallo definito, mentre il fotovoltaico e i sistemi di accumulo coprono parte del carico di carica variabile.

Perché una stazione di ricarica rapida per veicoli elettrici necessita di un sistema di accumulo a batteria?

L'accumulo di energia tramite batteria è più utile quando risolve un problema misurabile.

La domanda di carica può superare la capacità disponibile della rete.

Un immobile commerciale potrebbe già utilizzare gran parte della sua capacità elettrica. L'aggiunta di una richiesta di ricarica di 120 kW o 240 kW può creare un nuovo picco. Un sistema di accumulo di energia a batteria (BESS) può scaricarsi durante tale evento e ridurre il prelievo aggiuntivo dalla rete, ma ciò non esclude automaticamente la necessità di un potenziamento della rete. L'utilizzo del caricabatterie, la carica della batteria, la durata della scarica e le normative locali di connessione rimangono fattori rilevanti.

La produzione di energia solare e la domanda di ricarica raramente coincidono esattamente.

La produzione di energia solare segue le condizioni di luce diurna, mentre la domanda di ricarica segue il comportamento dei veicoli. Una stazione di ricarica potrebbe essere poco frequentata durante le ore di forte irraggiamento solare a mezzogiorno e più affollata in seguito. I veicoli della flotta potrebbero inoltre rientrare entro un intervallo di tempo ristretto.

Lo stoccaggio può compensare in parte questo squilibrio anziché esportare o limitare tutta la produzione fotovoltaica in eccesso.

La batteria può limitare i picchi di corrente di breve durata

Quando più veicoli si caricano contemporaneamente, il sistema di gestione energetica (EMS) può scaricare la batteria per contribuire a limitare l'importazione di energia dal sito. La stessa strategia può essere utile per la riduzione dei picchi di consumo o la gestione della domanda laddove le tariffe e le condizioni della rete rendano tali obiettivi rilevanti.

L'energia solare è davvero in grado di supportare la ricarica rapida in corrente continua?

Sì, ma la produzione di energia solare non dovrebbe essere considerata una fonte di energia fissa. Un caricabatterie da 120 kW non richiede esattamente 120 kW di energia fotovoltaica, e un impianto fotovoltaico da 120 kW non fornirà continuamente 120 kW a un caricabatterie.

La produzione fotovoltaica varia in base all'irraggiamento, alle condizioni meteorologiche e all'ora del giorno, mentre la domanda di ricarica varia in base alla connessione dei veicoli e ai loro cicli di ricarica. Una progettazione pratica, pertanto, valuta congiuntamente il fotovoltaico, l'accumulo a batteria e il contributo alla rete, adattando sia i kWh che i kW al profilo del sito.

Come fa il sistema di gestione energetica (EMS) a coordinare l'energia solare, le batterie, la rete elettrica e le colonnine di ricarica?

Il sistema di gestione energetica (EMS) coordina la generazione, lo stoccaggio, l'alimentazione dalla rete e la domanda di ricarica, mantenendo il sito entro i limiti di capacità delle batterie, dei caricabatterie e della rete.

Tiene traccia delle condizioni che influenzano il flusso di potenza

Il sistema EMS confronta la produzione fotovoltaica, lo stato di carica (SOC) della batteria, l'importazione dalla rete, il carico del sito e la domanda di ricarica dei veicoli elettrici. Questi valori possono variare indipendentemente: la produzione solare può diminuire quando diversi veicoli iniziano a ricaricarsi, oppure la batteria può avvicinarsi al livello minimo di SOC durante un periodo di carico elevato.

Se la domanda di ricarica aumenta mentre l'energia prelevata dalla rete è già prossima al limite del sito, potrebbe essere necessario un ulteriore scarico della batteria. Una forte produzione fotovoltaica potrebbe invece offrire l'opportunità di ricaricare la batteria o ridurre il consumo dalla rete.

Stabilisce le priorità di spedizione in base all'obiettivo del sito

Un sito potrebbe dare priorità all'autoconsumo di energia solare, mentre un altro potrebbe concentrarsi sulla limitazione dell'importazione di energia dalla rete o sulla conservazione della riserva di carica delle batterie per i successivi picchi di ricarica.

Una strategia tipica potrebbe prevedere l'utilizzo prioritario dell'energia fotovoltaica disponibile, la scarica della batteria quando la richiesta di ricarica supererebbe il limite della rete e il mantenimento di un livello minimo di carica (SOC) per il backup o per i picchi successivi. Durante i periodi di minore richiesta, la batteria può essere ricaricata dall'energia fotovoltaica o dalla rete, se la strategia operativa lo consente.

Questi obiettivi competono per la stessa energia immagazzinata, quindi il sistema di gestione energetica (EMS) deve gestire sia la domanda immediata sia l'energia necessaria in seguito.

Se l'energia fotovoltaica, la scarica delle batterie e l'importazione consentita dalla rete non sono sufficienti a soddisfare la domanda, la potenza di ricarica deve essere ridotta oppure le sessioni di ricarica devono essere prioritarie entro i limiti operativi del sito.

Coordina le apparecchiature di ricarica e la comunicazione del sistema.

Il sistema di gestione energetica (EMS) necessita inoltre di una comunicazione affidabile con i caricabatterie, i sistemi di controllo delle batterie, i contatori e le piattaforme di monitoraggio. La comunicazione può supportare lo stato dei caricabatterie, la gestione del carico, la segnalazione di guasti, il funzionamento da remoto e l'accesso degli utenti. Protocolli come OCPP e Modbus si occupano dello scambio di dati, ma il sito necessita comunque di regole chiare per la priorità dei caricabatterie, l'immissione in rete, la riserva e i limiti di potenza.

La stazione può continuare a caricare durante un'interruzione di corrente?

I pannelli fotovoltaici, i sistemi di accumulo e un caricabatterie non garantiscono automaticamente il funzionamento durante un'interruzione di corrente. Il funzionamento in isola richiede sistemi di controllo compatibili, un isolamento sicuro dalla rete, un adeguato stato di carica della batteria (SOC), una potenza di scarica sufficiente, la compatibilità del caricabatterie e una logica di protezione.

Il carico di ricarica deve inoltre essere compatibile con la potenza disponibile in modalità isolata. Una batteria può contenere energia sufficiente per ore, ma non disporre della potenza istantanea richiesta da più caricabatterie rapidi. La capacità di funzionamento sia in rete che in modalità isolata deve pertanto essere verificata a livello di sistema.

Quali fattori determinano le dimensioni ottimali di pannello fotovoltaico, batteria e caricabatterie?

La potenza nominale del caricabatterie è solo uno degli input. Il dimensionamento dovrebbe partire da come verrà effettivamente utilizzato il sito.

La richiesta di ricarica definisce il profilo di potenza necessario

Verifica le sessioni giornaliere, i caricabatterie simultanei, la potenza media e di picco, il tempo di permanenza e il ricambio dei veicoli. Un caricabatterie da 240 kW potrebbe raramente funzionare a piena potenza, mentre diverse sessioni a potenza inferiore possono comunque creare un picco prolungato.

La capacità della rete definisce il divario energetico

La questione chiave per il dimensionamento è il divario tra la domanda di ricarica e la capacità disponibile della rete, nonché la durata di tale divario.

Ipotizzando una richiesta di carica di 120 kW, la potenza di rete disponibile per la carica, al netto degli altri carichi, è di 80 kW, senza alcun contributo dal fotovoltaico; tralasciando per ora le perdite di conversione, il deficit è di 40 kW. Ipotizzando che questa situazione si protragga per un'ora, il lato carico dovrà reintegrare 40 kWh. La capacità nominale effettiva della batteria deve inoltre tenere conto dell'intervallo di stato di carica utilizzabile, delle perdite, dei carichi ausiliari, del degrado e della capacità di riserva; pertanto, non è possibile semplicemente scegliere una "batteria da 40 kWh".

La produzione fotovoltaica definisce il contributo delle energie rinnovabili

La capacità fotovoltaica, la produzione oraria, le variazioni stagionali e il consumo del sito determinano quanta energia solare può raggiungere la batteria o i caricabatterie. La sola produzione annua non fornisce informazioni temporali.

Prima di fissare la configurazione, è necessario includere anche l'espansione futura del caricabatterie e la riserva di backup. Gamma di sistemi di ricarica PV ESS Fornisce una visione più ampia delle configurazioni integrate di energia solare, accumulo e ricarica.

Dove è più utile la ricarica rapida con sistema solare e accumulo?

L'architettura è particolarmente rilevante laddove la domanda di ricarica, i limiti della rete e la produzione di energia solare creano un chiaro problema di gestione energetica. Le aree di servizio autostradali potrebbero necessitare di un'elevata potenza durante le brevi soste. I parcheggi commerciali possono combinare il fotovoltaico diurno con il tempo di sosta dei veicoli e i carichi dell'edificio. I depositi delle flotte potrebbero registrare picchi prevedibili all'orario di rientro, mentre i siti con limitazioni di rete potrebbero utilizzare sistemi di accumulo per limitare ulteriori prelievi di energia.

Si tratta di scenari operativi differenti, pertanto la capacità della batteria e la potenza del caricabatterie non devono essere copiate da un sito all'altro senza prima aver esaminato il profilo di carico.

Che aspetto ha un sistema integrato fotovoltaico-accumulo di energia con ricarica rapida?

A SunwayIntegriamo l'immissione di energia fotovoltaica, l'accumulo a batteria, le apparecchiature di ricarica, la gestione dell'energia e l'interazione con la rete elettrica in base al flusso di potenza richiesto dal sito.

Entrambe le configurazioni utilizzano una velocità di carica/scarica della batteria di 0,5C, raffreddamento a liquido intelligente, connessione diretta al fotovoltaico in corrente continua, uscita di carica da 150 a 1000 V, OCPP 1.6 e comunicazione Modbus. Sono progettate sia per il funzionamento in rete che in modalità isolata.

Il progetto finale deve essere compatibile con la capacità della rete, il potenziale fotovoltaico, l'utilizzo dei caricabatterie, i requisiti di riserva, la protezione e l'espansione.

Verificare il saldo di alimentazione del sito prima di aggiungere i caricabatterie rapidi.

Prima di selezionare la quantità di caricabatterie o la capacità della batteria, è necessario definire la potenza disponibile dalla rete elettrica del sito, il profilo di carica previsto, il potenziale fotovoltaico, le ore di funzionamento e la riserva necessaria.

Condividi questi input con noi per rivedi il tuo progetto di ricarica PV-ESSUn progetto efficace dovrebbe mostrare come si prevede che l'energia provenga dalla rete elettrica, dal fotovoltaico e dalla batteria durante i periodi critici, anziché basarsi unicamente sulla potenza nominale del caricabatterie.

FAQ

D: Una stazione di ricarica solare per veicoli elettrici può funzionare anche con una bassa emissione di energia solare?

R: Sì, se è disponibile un'altra fonte, come ad esempio un sistema di accumulo a batteria o la rete elettrica. Il sistema di gestione energetica (EMS) può coordinare queste fonti in base alla produzione fotovoltaica, allo stato di carica della batteria, alla domanda di ricarica e alle priorità operative.

D: L'accumulo di energia tramite batterie può ridurre la capacità della rete necessaria per la ricarica rapida in corrente continua?

A: Può ridurre i brevi periodi di domanda di rete scaricando durante i picchi di carica. Se ciò riduca o eviti un potenziamento della rete dipende dal divario di potenza, dalla durata, dall'utilizzo del caricabatterie, dalla capacità della batteria e dai requisiti della rete locale.

D: Quali dimensioni deve avere la batteria di una stazione di ricarica per veicoli elettrici?

A: La dimensione della batteria dovrebbe essere basata sul divario di potenza richiesto e sulla sua durata, insieme all'utilizzo del caricabatterie, alla capacità di rete disponibile, alla produzione fotovoltaica, alla riserva di SOC, al carico del sito e alle future espansioni. La sola potenza nominale del caricabatterie non è sufficiente.