شحن الألواح الشمسية EV: عدد الألواح التي تحتاجها ودليل الإعداد الكامل

لماذا تعتبر الألواح الشمسية والمركبات الكهربائية زوجًا مثاليًا؟

إن شحن السيارة الكهربائية باستخدام الطاقة الشمسية المنزلية يكلف حوالي 235 دولارًا سنويًا - أي أقل من ثلث ما تنفقه الأسرة الأمريكية المتوسطة على البنزين. الحسابات واضحة ومباشرة: بمجرد أن تمتلك قدرة التوليد، فإن كل ميل تقطعه تحت أشعة الشمس هو ميل لا يمكن لشبكة الكهرباء أو الغاز أن تلمسه. يؤدي إقران الألواح الشمسية مع شحن المركبات الكهربائية أيضًا إلى تثبيت سعر وقود النقل الخاص بك لمدة 25 عامًا أو أكثر، مما يعزلك عن ارتفاع أسعار المرافق وأسواق النفط المتقلبة.

وبعيداً عن الحالة المالية، فإن المردود البيئي يأتي فورياً. تنبعث من سيارة السيدان النموذجية التي تعمل بالبنزين حوالي 4.6 طن متري من ثاني أكسيد الكربون سنويًا. لا تزال السيارة الكهربائية المشحونة من الشبكة تحمل انبعاثات تصل في المتوسط ​​إلى 2200 رطل من ثاني أكسيد الكربون سنويًا على مستوى الدولة. قم بتحويل تلك السيارة الكهربائية إلى مجموعة طاقة شمسية مخصصة وستنخفض انبعاثات أنبوب العادم التشغيلي إلى الصفر، بينما تظل انبعاثات التصنيع خلال دورة الحياة دون تغيير. غالبًا ما يكون هذا المزيج مؤهلاً للحصول على ائتمان ضريبة الاستثمار الفيدرالي (ITC) بنسبة 30% على النظام الشمسي، وتضيف العديد من الولايات حوافز لتركيب شاحن السيارة الكهربائية.

تفترض هذه الأرقام استخدام الطاقة بكفاءة، ولكنها توضح الاقتراح الأساسي: يعد شحن المركبات الكهربائية بالطاقة الشمسية هو خيار الوقود الأقل تكلفة المتاح لأصحاب المنازل اليوم. بالنسبة للقائمين بالتثبيت، يؤدي هذا الاقتران إلى إنشاء قصة مبيعات مقنعة تجمع بين منتجين عاليي التكلفة وتزيد من متوسط ​​حجم الصفقة.

كم عدد الألواح الشمسية التي تحتاجها لشحن مركبة كهربائية؟

يعتمد عدد الألواح الشمسية على المسافة التي تقطعها بالسيارة، وكفاءة سيارتك الكهربائية، وساعات الذروة المحلية للشمس. ابدأ بصيغة بسيطة: مسافة القيادة اليومية (أميال) ÷ كفاءة السيارة (أميال/كيلوواط/ساعة) = كيلوواط/ساعة المطلوبة يوميًا. ثم قم بتقسيم ذلك على الإخراج اليومي للوحة واحدة (القوة الكهربائية للوحة × ساعات الذروة للشمس ÷ 1000). تتلقى معظم المواقع في الولايات المتحدة ما بين 4 إلى 5 ساعات ذروة للشمس، وتوفر الألواح السكنية الحديثة بقدرة 400 واط ما يقرب من 1.6 كيلووات في الساعة لكل لوحة يوميًا في ظل الظروف المتوسطة.

إن المسافر الأمريكي الذي يقطع مسافة 40 ميلاً يوميًا في سيارة تحقق 3.5 ميلًا لكل كيلووات في الساعة يستهلك حوالي 11.4 كيلووات في الساعة يوميًا. بتقسيم ذلك على 1.6 كيلووات في الساعة ينتج 7.1 لوحة. قم بتقريب ما يصل إلى 8 لوحات لتغطية خسائر العاكس والتغير الموسمي. يوضح الجدول أدناه عدد اللوحات لنماذج السيارات الكهربائية الشهيرة بناءً على الاستخدام اليومي النموذجي، وليس الشحن الكامل بنسبة 0-100% كل يوم.

إذا كنت تمتلك بالفعل مجموعة شمسية، فتحقق من توليد الفائض لديك قبل إضافة الألواح. تولد العديد من المنازل زيادة بنسبة 30-50% عما تستهلكه في الصيف، مما يوفر مساحة كبيرة لشاحن المستوى 2 دون تكبير حجم النظام. بالنسبة للتركيبات الجديدة، عادةً ما تغطي إضافة 6-8 لوحات إضافية إلى نظام سكني نموذجي بقدرة 8 كيلووات الطلب السنوي للمركبات الكهربائية للركاب.

المعدات الأساسية لشحن المركبات الكهربائية بالطاقة الشمسية

يتطلب نظام شحن المركبات الكهربائية الشمسية الوظيفي أربعة مكونات أساسية: الألواح الكهروضوئية، وعاكس قادر على إدارة الأحمال، ووحدة تخزين البطارية الاختيارية، ومحطة الشحن نفسها. من الأخطاء الشائعة التعامل مع هذه العناصر كعناصر مستقلة. ويحدد توافقها ما إذا كان النظام قادراً على إعطاء الأولوية للطاقة الشمسية المستهلكة ذاتياً، وجدولة الشحن أثناء ذروة الإنتاج، وتجنب السحب من الشبكة عندما تكون التعريفات مرتفعة.

العاكس هو عقل العملية. تتيح لك المحولات الهجينة المزودة بأجهزة تعقب لنقاط الطاقة القصوى (MPPTs) توصيل سلاسل شمسية منفصلة وتوجيه الطاقة ديناميكيًا إلى المنزل والبطارية والمركبة الكهربائية. ابحث عن الوحدات التي تدعم أوضاع الاستجابة للطلب ولها منطق شحن مخصص للمركبات الكهربائية. إقران العاكس الهجين مع شاحن سيارة كهربائية يعمل بالتيار المتردد بقدرة 7 كيلو وات يضمن قدرة السيارة على امتصاص توليد الطاقة الشمسية الزائدة دون تجاوز الناتج المقدر للعاكس.

يضيف نظام تخزين البطارية طبقة أخرى من المرونة. عندما يتجاوز إنتاج الطاقة الشمسية الطلب على المركبات، يمكن تخزين الطاقة الفائضة للشحن طوال الليل. تعمل بطاريات ليثيوم فوسفات الحديد (LFP) بقدرة قابلة للاستخدام تبلغ 10-15 كيلووات في الساعة بشكل جيد لسيارة كهربائية واحدة؛ قد تقوم الأسر الكبيرة بتكديس وحدات متعددة. يجب أن تغطي قائمة التحقق الخاصة بالمثبت ما يلي:

• يتوافق عدد MPPT العاكس وتحجيم السلسلة مع الألواح الشمسية المختارة
• دعم بروتوكول الشاحن - تسمح أجهزة الشحن التي تدعم OCPP بإدارة الأحمال المستندة إلى السحابة وتكامل المرافق
• كفاءة البطارية ذهابًا وإيابًا (يفضل ≥95٪) وعمر الدورة عند عمق تفريغ 80٪
• متطلبات الربط البيني للشبكة، خاصة في حالة التصدير إلى الشبكة بموجب صافي القياس
• مساحة فعلية لشاحن المستوى 2 على مسافة 25 قدمًا من السيارة، ويفضل أن يكون ذلك على دائرة مخصصة بقدرة 40 أمبير

لتحقيق أقصى قدر من الاستهلاك الذاتي، يمكن للشاحن الذكي تعديل تيار الشحن في الوقت الفعلي بناءً على القياس عن بعد بواسطة العاكس الشمسي. حتى أن بعض الأنظمة تسمح بضبط وضع "الطاقة الشمسية فقط"، حيث يتم شحن السيارة الكهربائية حصريًا من فائض الطاقة الشمسية.

الشحن بالتيار المتردد مقابل التيار المستمر: ما هو الأفضل مع الطاقة الشمسية؟

يعد شحن التيار المتردد من المستوى 2 (3.3-19.2 كيلو واط) هو الحل العملي للمنزل. إنه يتكامل بسلاسة مع محولات الطاقة الشمسية السكنية أحادية الطور ويمكن جدولته زمنيًا ليتزامن مع ساعات الذروة للشمس. يضيف شاحن التيار المتردد بقدرة 7 كيلو واط نطاقًا يبلغ 25 ميلًا تقريبًا في الساعة، مما يغطي احتياجات التنقل اليومية خلال نافذة شمسية نموذجية مدتها 4 ساعات. من ناحية أخرى، يعمل الشحن السريع بالتيار المستمر بقدرة 30 كيلووات إلى 350 كيلووات ويتطلب دائمًا اتصالًا تجاريًا ثلاثي الطور ومخزنًا مؤقتًا كبيرًا للبطارية.

بالنسبة للتجهيزات السكنية يعتبر مستوى AC 2 هو الفائز الواضح من حيث التكلفة والتوافق. ويسلط الجدول أدناه الضوء على الاختلافات الرئيسية. حتى عندما يمتلك مالك المنزل مجموعة كبيرة من الطاقة الشمسية، فإن شاحن التيار المستمر لا معنى له من الناحية المالية - فرسوم التوصيل البيني للمرافق، وترقيات المحولات، واحتياجات البطارية تمحو بسرعة أي فائدة من السرعة.

يمكن للألواح الشمسية المحمولة - غالبًا وحدات قابلة للطي بقدرة 200 إلى 400 واط - أن تشحن بطارية 12 فولت بشكل متقطع أو تغذي محطة طاقة محمولة صغيرة، لكنها لا تستطيع شحن مركبة كهربائية مباشرة بأي معدل ذي معنى. تضيف لوحة بقوة 400 واط في ضوء الشمس المثالي حوالي 1.5 ميلًا من النطاق في الساعة. بالنسبة لعمليات زيادة الطاقة في حالات الطوارئ، فإن مجموعة الطاقة الشمسية القابلة للطي المقترنة بمحطة طاقة محمولة تكون قابلة للتطبيق، ولكن بالنسبة للقيادة الروتينية، فإن المجموعة الدائمة غير قابلة للتفاوض.

خطوة بخطوة: كيفية إعداد نظام شحن المركبات الكهربائية الشمسية

يتبع التثبيت السكني تسلسلاً واضحًا. ابدأ بتحليل الأحمال، وقم بمطابقة مجموعة الطاقة الشمسية مع استهلاك الأسرة والمركبة، وحدد أجهزة العاكس والشاحن، وتأمين التصاريح، وتشغيل النظام باستخدام منطق الشحن ذي الأولوية الشمسية. تعتمد كل خطوة أدناه على تجربة التثبيت الواقعية.

1. تقييم الطلب على الطاقة. قم بإجمالي استهلاك منزلك السنوي بالكيلووات في الساعة من فواتير الخدمات، ثم قم بإضافة الاستهلاك السنوي المقدر للسيارة الكهربائية (الأميال السنوية ÷ أميال/كيلووات في الساعة). قارن هذا بالمساحة المتوفرة على السقف أو الأرضية والتي تبلغ 15-18 واط لكل قدم مربع. غالبًا ما تكشف هذه الخطوة الأولى أن إقران الطاقة الشمسية بشحن المركبات الكهربائية يتطلب حجم نظام يتراوح بين 8 و14 كيلووات.
2. اختر عاكسًا هجينًا مزودًا بإدارة الأحمال التي تدعم EV. يمكن للعاكسات التي تدعم مراقبة الاستهلاك في الموقع توجيه الطاقة الفائضة إلى الشاحن عبر Modbus أو إشارات الاتصال الجافة. وهذا يتجنب تصدير الطاقة الشمسية الرخيصة إلى الشبكة ثم شرائها مرة أخرى لاحقًا بسعر التجزئة.
3. اختر شاحن EV متوافقًا. A شاحن تيار متردد بقوة 22 كيلو وات قد يكون ذلك مبالغة بالنسبة لراكب واحد ولكنه مفيد للأسر التي تمتلك مركبات كهربائية متعددة. تأكد من أن الشاحن يدعم OCPP إذا كنت تخطط للمشاركة في برامج الاستجابة لطلب المرافق.
4. حجم تخزين البطارية للشحن المسائي. إذا كانت الكهرباء خارج أوقات الذروة باهظة الثمن أو كنت تفتقر إلى القياس الصافي، فإن بنك البطاريات بقدرة 10-20 كيلووات في الساعة يلتقط الطاقة الشمسية بعد الظهر ويطلقها طوال الليل. توفر كيمياء فوسفات الحديد الليثيوم 6000 دورة بعمق تفريغ 80%، بما يتماشى مع عمر الشاحن الذي يبلغ 10 سنوات.
5. اللجنة مع إعدادات الأولوية للطاقة الشمسية. أثناء الإعداد، حدد نوافذ الشحن التي تتوافق مع ساعات الذروة الشمسية المحلية. تسمح لك العديد من أجهزة الشحن الذكية بتعيين حد أدنى للفائض قبل بدء الشحن - على سبيل المثال، لا يتم الشحن إلا عندما يتجاوز تصدير الطاقة الشمسية 1.5 كيلووات لمدة 5 دقائق متتالية.

أحد التفاصيل التي غالبًا ما يتم التغاضي عنها: معدل قبول الشاحن الموجود على متن السيارة الكهربائية. حتى لو تم تصنيف الشاحن بـ 11 كيلووات، فإن العديد من المركبات الكهربائية ذات المستوى المبتدئ تشحن التيار المتردد بسرعة 7.2 كيلووات. يؤدي تغيير حجم النظام إلى الحد الأقصى لمعدل السيارة إلى منع زيادة حجم العاكس بشكل غير ضروري.

تحليل التكلفة: شحن السيارات الكهربائية بالطاقة الشمسية مقابل شحن الشبكة مقابل البنزين

تعتمد فترة الاسترداد لنظام الطاقة الشمسية بالإضافة إلى المركبات الكهربائية بشكل كبير على أسعار الكهرباء المحلية، وأسعار الوقود، والحوافز المتاحة. بالنسبة لمالك منزل في كاليفورنيا يدفع 0.32 دولارًا لكل كيلووات في الساعة، فإن تركيب مجموعة طاقة شمسية مخصصة بقدرة 2 كيلووات (5 ألواح) لشحن المركبات الكهربائية يمكن أن يغطي تكاليفه في أقل من 4 سنوات مقارنة بشحن الشبكة، وأقل من عامين مقارنة بالبنزين. تعمل لجنة التجارة الدولية على تقليل تكلفة الطاقة الشمسية الأولية بنسبة 30%، وتقدم العديد من المرافق حسومات إضافية على أجهزة الشحن من المستوى 2.

يوضح تحليل التكلفة الإجمالية للملكية لمدة 5 سنوات الفرق. ويفترض السيناريو 13500 ميل في السنة، وسيارة تعمل بالبنزين بسعة 40 ميلا في الغالون، وكهرباء شبكة بقيمة 0.15 دولار لكل كيلووات في الساعة، وتكلفة إضافية للطاقة الشمسية بقدرة 2.4 كيلووات تبلغ 3120 دولارًا قبل الائتمان الضريبي. جميع التكاليف غير مخفضة من أجل البساطة.

وتصبح الأرقام أكثر دراماتيكية عندما تتصاعد أسعار المرافق بنسبة 3% إلى 5% سنويا؛ يظل LCOE الشمسي ثابتًا. بالنسبة للأساطيل التجارية، غالبًا ما يؤدي تجنب تكلفة الديزل وخفض رسوم الطلب من التوليد في الموقع إلى انخفاض عائد الاستثمار إلى أقل من 5 سنوات، حتى بدون إعانات.

شحن المركبات الكهربائية الشمسية التجارية: دليل للقائمين بالتركيب

تعتمد مستودعات الأسطول ومواقف السيارات للبيع بالتجزئة والمراكز اللوجستية الشحن السريع بالتيار المستمر الذي يعمل بالطاقة الشمسية بمعدل سريع. يمكن للمظلة الشمسية المصممة جيدًا بقدرة 100 كيلووات مقترنة بخمسة أجهزة شحن مزدوجة المنافذ بقدرة 120 كيلووات أن تخدم 10 مركبات في وقت واحد مع خفض رسوم الطلب وتوليد أرصدة الطاقة الشمسية المتجددة (SRECs) حيثما كان ذلك متاحًا. يوضح الجدول أدناه التكوين الأساسي لموقع يقوم بتزويد 30 مركبة كهربائية خفيفة بالوقود يوميًا.

ومع إيرادات مختلطة تبلغ 0.30 دولارًا أمريكيًا/كيلوواط ساعة من السائقين وتجنب رسوم الطلب البالغة 2000 دولارًا أمريكيًا شهريًا، يمكن لهذا النظام أن يولد 85000 دولارًا أمريكيًا سنويًا من صافي المدخرات والإيرادات. وبأخذ الائتمان الضريبي على الاستثمار بنسبة 10% وانخفاض قيمة MACRS في الاعتبار، ينخفض ​​الاسترداد البسيط إلى 4.2 سنوات. وبعد ذلك، تصبح الطاقة مجانية تقريبًا لعقود من الزمن. إن عامل التمكين الفني الرئيسي هو الامتثال لـ OCPP، والذي يسمح لمشغل الموقع بتقليل إنتاج الشاحن بناءً على توفر الطاقة الشمسية في الوقت الفعلي وحالة شحن البطارية. إن القائمين على التركيب الذين يمكنهم تقديم حزمة متكاملة تمامًا من الطاقة الشمسية والتخزين والشحن يستحوذون على سوق غالبًا ما يفتقده بائعو شواحن السيارات الكهربائية التقليدية.

بالنسبة للتطبيقات متوسطة الحجم مثل قطع الأراضي التابعة للبلديات أو الحرم الجامعي، فإن الإصدار المصغر المزود بمصفوفة بقدرة 50 كيلووات وشاحنين بقدرة 60 كيلووات يحقق عوائد مماثلة مع تقليل تعقيد الاتصال البيني. القاسم المشترك بين جميع المشاريع التجارية هو إقران الألواح الشمسية الأحادية PERC عالية الكفاءة، مثل تلك الموجودة في لونغي سولار ، مع أجهزة شحن DC معيارية يمكن توسيعها مع نمو الطلب على الأسطول.