Como funciona uma estação de carregamento solar para veículos elétricos com armazenamento de bateria?

Um carregador rápido de corrente contínua pode adicionar uma carga elétrica grande e concentrada a um local que já pode estar próximo do limite da sua rede elétrica. A instalação do carregador é apenas uma parte do projeto. Garantir energia suficiente no momento necessário pode se tornar a maior dificuldade.

Uma estação de carregamento solar para veículos elétricos com armazenamento de energia em baterias resolve esse problema coordenando a geração fotovoltaica, a energia armazenada, o fornecimento da rede elétrica e a demanda do carregador. A bateria pode absorver energia solar quando a demanda de carregamento é baixa, alimentar os carregadores quando a demanda aumenta e reduzir períodos curtos de alta demanda de energia da rede. O valor reside na forma como esses recursos trabalham em conjunto, e não em um único componente isoladamente.

O que é uma estação de carregamento solar para veículos elétricos com armazenamento de bateria?

Uma estação de carregamento solar para veículos elétricos com armazenamento em baterias combina geração fotovoltaica, um sistema de armazenamento de energia em baterias, conexão à rede elétrica (quando disponível), equipamentos de carregamento para veículos elétricos e um sistema de gerenciamento de energia (EMS). O EMS monitora as fontes e cargas disponíveis e controla como a energia deve fluir pelo local.

A demanda por carregamento rápido pode exceder a produção instantânea de energia fotovoltaica, enquanto a geração solar varia ao longo do dia. O armazenamento ajuda a compensar essa discrepância de tempo e potência.

Como a energia se move através de um sistema de carregamento PV-ESS?

O caminho da energia depende da produção solar, do estado de carga da bateria, das condições da rede elétrica, da carga do local e da demanda do carregador.

A energia solar pode servir a mais de um destino.

Quando a produção fotovoltaica estiver disponível, a energia solar poderá auxiliar no carregamento, carregar a bateria ou reduzir a importação de energia da rede. Se a geração exceder o carregamento imediato e a demanda do local, parte do excedente poderá ser armazenada dentro dos limites de carga da bateria.

Um veículo elétrico nem sempre é carregado diretamente por energia solar. Céu nublado, carregamento noturno ou alta demanda no carregador podem exigir energia da bateria ou da rede elétrica.

O armazenamento de energia em baterias transfere energia ao longo do tempo.

O armazenamento em baterias separa o momento da geração de energia solar do carregamento do veículo. A energia solar gerada ao meio-dia pode ser armazenada e usada posteriormente, enquanto a mesma bateria também pode fornecer suporte de curta duração durante um pico de carga.

Sua contribuição depende da energia utilizável, da potência de descarga, da reserva de SOC (estado de carga) e da duração do evento. Uma bateria dimensionada apenas com base em kWh diários ainda pode ser insuficiente para um evento curto de alta potência.

A energia da rede elétrica supre a lacuna restante.

Onde houver conexão à rede elétrica, ela poderá suprir parte da demanda do carregador, recarregar a bateria durante períodos selecionados ou complementar a energia fotovoltaica quando a produção solar diminuir.

O objetivo geralmente é manter a importação da rede dentro de uma faixa definida, enquanto a energia fotovoltaica e o armazenamento cobrem parte da carga variável.

Por que um local de carregamento rápido para veículos elétricos precisa de armazenamento de baterias?

O armazenamento em baterias é mais útil quando resolve uma limitação mensurável.

A demanda de carregamento pode exceder a capacidade disponível da rede elétrica.

Um imóvel comercial pode já utilizar grande parte de sua capacidade elétrica. Adicionar 120 kW ou 240 kW de demanda de carregamento pode criar um novo pico. Um sistema de armazenamento de energia em baterias (BESS) pode descarregar durante esse pico e reduzir o consumo extra da rede, mas isso não elimina automaticamente a necessidade de uma atualização da rede. A utilização do carregador, a potência da bateria, a duração da descarga e as normas de conexão locais ainda são fatores importantes.

A geração de energia solar e a demanda de carregamento raramente coincidem exatamente.

A produção de energia solar acompanha as condições de luz do dia, enquanto a demanda de carregamento acompanha o comportamento dos veículos. Um ponto de recarga pode estar tranquilo durante o período de forte incidência solar ao meio-dia e mais movimentado mais tarde. Os veículos da frota também podem retornar dentro de um curto intervalo de tempo.

O armazenamento pode capturar parte desse descompasso em vez de exportar ou descartar todo o excedente de energia fotovoltaica.

A bateria pode limitar picos de tensão curtos na rede elétrica.

Quando vários veículos estão carregando simultaneamente, o sistema de gerenciamento de energia (EMS) pode descarregar a bateria para ajudar a limitar a importação de energia do local. Essa mesma estratégia pode ser útil para reduzir os picos de demanda ou gerenciar a demanda, quando as tarifas e as condições da rede elétrica tornarem esses objetivos relevantes.

A energia solar realmente suporta carregamento rápido em corrente contínua?

Sim, mas a energia solar não deve ser tratada como uma fonte de energia fixa. Um carregador de 120 kW não requer exatamente 120 kW de energia fotovoltaica, e um conjunto fotovoltaico de 120 kW não fornecerá continuamente 120 kW para um carregador.

A produção de energia fotovoltaica varia com a irradiação solar, as condições climáticas e a hora do dia, enquanto a demanda de carregamento muda conforme os veículos se conectam e seguem suas curvas de carregamento. Um projeto prático, portanto, avalia a contribuição da energia fotovoltaica, do armazenamento em baterias e da rede elétrica em conjunto, com a potência em kWh e em kW ajustada ao perfil do local.

Como o sistema de gerenciamento de energia (EMS) coordena energia solar, baterias, rede elétrica e carregadores?

O sistema de gestão de energia (EMS) coordena a geração, o armazenamento, o fornecimento à rede e a demanda de carregamento, mantendo o local dentro dos limites da bateria, do carregador e da rede.

Ele monitora as condições que afetam o fluxo de energia.

O sistema de gestão de energia (EMS) compara a produção fotovoltaica, o estado de carga (SOC) da bateria, a importação da rede elétrica, a carga do local e a demanda do carregador de veículos elétricos. Esses valores podem mudar independentemente: a geração solar pode diminuir à medida que vários veículos começam a carregar, ou a bateria pode se aproximar do SOC mínimo durante um período de alta carga.

Se a demanda do carregador aumentar enquanto a importação da rede já estiver próxima do limite do local, pode ser necessário descarregar ainda mais a bateria. Uma geração fotovoltaica robusta pode, por outro lado, criar uma oportunidade para recarregar a bateria ou reduzir o consumo da rede.

Define as prioridades de despacho em torno do objetivo do local.

Um local pode priorizar o autoconsumo de energia solar, enquanto outro pode se concentrar em limitar a importação da rede ou preservar a reserva de bateria para picos de carga posteriores.

Uma estratégia típica pode utilizar primeiro a energia fotovoltaica disponível, descarregar a bateria quando a demanda do carregador exceder o limite da rede e manter um nível mínimo de carga (SOC) para backup ou picos posteriores. Durante períodos de menor demanda, a bateria pode ser recarregada pela energia fotovoltaica ou pela rede elétrica, se a estratégia operacional permitir.

Esses objetivos competem pela mesma energia armazenada, portanto o sistema de gestão de energia (EMS) deve gerenciar tanto a demanda imediata quanto a energia necessária posteriormente.

Caso a geração fotovoltaica, a descarga da bateria e a importação permitida da rede não consigam atender à demanda, a potência de carregamento deve ser reduzida ou as sessões de carregamento devem ser priorizadas dentro dos limites operacionais do local.

Coordena a comunicação entre o equipamento de carregamento e o sistema.

O sistema de gestão de energia (EMS) também precisa de comunicação confiável com carregadores, controladores de bateria, medidores e plataformas de monitoramento. A comunicação pode suportar o status do carregador, gerenciamento de carga, falhas, operação remota e acesso do usuário. Protocolos como OCPP e Modbus trocam dados, mas o local ainda precisa de regras claras para prioridade do carregador, importação da rede, reserva e limites de potência.

A estação pode continuar carregando durante uma queda de energia na rede elétrica?

Sistemas fotovoltaicos, de armazenamento e carregadores não garantem automaticamente o funcionamento durante uma queda de energia da rede elétrica. A operação em modo ilha requer controles compatíveis, isolamento seguro da rede, estado de carga (SOC) adequado da bateria, potência de descarga suficiente, compatibilidade do carregador e lógica de proteção.

A carga de carregamento também precisa ser compatível com a potência disponível no modo ilha. Uma bateria pode conter energia suficiente para horas, mas não ter a potência instantânea exigida por vários carregadores rápidos. Portanto, a capacidade de operação tanto em modo conectado à rede quanto em modo isolado deve ser confirmada em nível de sistema.

O que determina o tamanho ideal do painel fotovoltaico, da bateria e do carregador?

A potência indicada na placa de identificação do carregador é apenas uma das entradas. O dimensionamento deve começar pela forma como o local será efetivamente utilizado.

A demanda de carregamento define o perfil de potência necessário.

Verifique as sessões diárias, os carregadores simultâneos, a potência média e de pico, o tempo de permanência e a rotatividade de veículos. Um carregador de 240 kW pode raramente operar em potência máxima, enquanto várias sessões de menor potência ainda podem gerar um pico sustentado.

A capacidade da rede define a lacuna de energia.

A questão fundamental para o dimensionamento é a diferença entre a demanda de carregadores e a capacidade disponível na rede elétrica, além da duração dessa diferença.

Considerando uma demanda de carregamento de 120 kW, a potência da rede disponível para carregamento, após deduzir outras cargas, é de 80 kW, sem contribuição da energia fotovoltaica; ignorando as perdas de conversão por enquanto, o déficit é de 40 kW. Supondo que isso continue por uma hora, o lado da carga precisará repor 40 kWh. A capacidade nominal real da bateria também deve levar em conta a faixa de SOC (estado de carga) utilizável, as perdas, as cargas auxiliares, a degradação e a capacidade de reserva; portanto, não se pode simplesmente selecionar uma “bateria de 40 kWh”.

A geração fotovoltaica define a contribuição das energias renováveis.

A capacidade fotovoltaica, a produção horária, a variação sazonal e o consumo no local determinam quanta energia solar pode chegar à bateria ou aos carregadores. A geração anual por si só não indica o momento ideal para o carregamento.

A expansão futura do carregador e a reserva de energia de backup também devem ser incluídas antes que a configuração seja definida. Gama de sistemas de carregamento PV ESS Oferece uma visão mais abrangente das configurações integradas de energia solar, armazenamento e carregamento.

Onde a combinação de energia solar com armazenamento e carregamento rápido faz mais sentido?

Essa arquitetura é mais relevante onde a demanda de carregamento, as limitações da rede elétrica e a geração de energia solar criam um claro problema de gerenciamento de energia. Áreas de serviço em rodovias podem precisar de alta potência durante paradas curtas. Estacionamentos comerciais podem combinar a geração de energia fotovoltaica durante o dia com o tempo de permanência dos veículos e as cargas do edifício. Depósitos de frotas podem apresentar picos previsíveis no horário de retorno, enquanto locais com restrições na rede elétrica podem usar armazenamento para limitar o consumo adicional de energia.

Esses são cenários de operação diferentes, portanto, a capacidade da bateria e a potência do carregador não devem ser copiadas de um local para outro sem antes analisar o perfil de carga.

Qual é a aparência de um sistema integrado de carregamento rápido com painéis fotovoltaicos e sistema de armazenamento de energia?

No SunwayIntegramos entrada fotovoltaica, armazenamento em baterias, equipamentos de carregamento, gestão de energia e interação com a rede elétrica em torno do fluxo de energia necessário para o local.

Ambas as configurações utilizam uma taxa de carga/descarga de bateria de 0,5C, refrigeração líquida inteligente, conexão direta de energia fotovoltaica em corrente contínua (CC), saída de carga de 150–1000 V, OCPP 1.6 e comunicação Modbus. Elas são projetadas para operação tanto conectadas à rede quanto isoladas.

O projeto final deve ser compatível com a capacidade da rede elétrica, o potencial fotovoltaico, a utilização dos carregadores, os requisitos de reserva, a proteção e a possibilidade de expansão.

Verifique o saldo de energia do local antes de adicionar carregadores rápidos.

Antes de selecionar a quantidade de carregadores ou a capacidade da bateria, defina a potência da rede elétrica disponível no local, o perfil de carregamento esperado, o potencial fotovoltaico, as horas de operação e a reserva necessária.

Compartilhe essas informações conosco para Analise seu projeto de carregamento PV-ESS.Um projeto útil deve mostrar como a energia deverá ser fornecida pela rede elétrica, pelos painéis fotovoltaicos e pela bateria durante períodos críticos, em vez de partir apenas da potência nominal do carregador.

Perguntas frequentes

P: Uma estação de carregamento solar para veículos elétricos pode funcionar quando a produção de energia solar é baixa?

R: Sim, se outra fonte, como armazenamento em baterias ou a rede elétrica, estiver disponível. O sistema de gerenciamento de energia (EMS) pode coordenar essas fontes com base na produção fotovoltaica, no estado de carga (SOC) da bateria, na demanda do carregador e nas prioridades de operação.

P: O armazenamento em baterias pode reduzir a capacidade da rede elétrica necessária para o carregamento rápido em corrente contínua?

A: Pode reduzir períodos curtos de demanda da rede elétrica, descarregando a bateria durante os picos de carga. Se isso reduz ou evita uma atualização da rede depende da diferença de potência, da duração do problema, da utilização do carregador, da capacidade da bateria e dos requisitos da rede local.

P: Qual deve ser o tamanho da bateria para uma estação de carregamento de veículos elétricos?

A: O dimensionamento da bateria deve ser baseado na diferença de potência necessária e na sua duração, considerando também a utilização do carregador, a capacidade disponível da rede elétrica, a geração fotovoltaica, a reserva de SOC (estado de carga), a carga do local e a possibilidade de expansão futura. A potência nominal do carregador, por si só, não é suficiente.