Идея привлекательная, правда? Зарядная станция, работающая исключительно на солнечной энергии. Никакого подключения к электросети, никаких счетов за электроэнергию — только чистая энергия, поступающая напрямую в электромобили. Кажется, что это очевидный следующий шаг. Но, увидев несколько таких установок в реальных условиях и понаблюдав за тем, как некоторые проекты пытаются заставить их работать, можно сказать, что реальность оказывается немного сложнее, чем это представляется в маркетинговых материалах.
Так что можно Станции зарядки электромобилей действительно работать на солнечной энергии? Краткий ответ — да. Более подробный ответ включает в себя аккумуляторы, подключение к электросети и честные расчёты того, сколько солнечного света на самом деле попадает на землю.
Как должна работать зарядная станция для электромобилей, работающая на солнечной энергии
В теории всё просто. Солнечные панели генерируют постоянный ток. Эта энергия либо поступает напрямую в зарядное устройство, либо накапливается в аккумуляторах для последующего использования. Автомобиль подъезжает, и энергия поступает от солнца.
Но вот тут ситуация уже не такая однозначная. Солнечные панели вырабатывают электроэнергию только днём и достигают номинальной мощности лишь тогда, когда солнце стоит высоко, а небо ясное. Типичная зарядная станция для электромобилей — особенно такая, где Ускоренные зарядные устройства постоянного тока—очень быстро потребляет большое количество энергии. Автомобиль, заряжающийся с мощностью 150 кВт, потребляет такую мощность, возможно, в течение 20–30 минут. Солнечные панели не генерируют энергию с такой интенсивностью в одномоментном режиме; они вырабатывают энергию равномерно в течение многих часов.
Буферная батарея
Большинство систем зарядки на солнечной энергии используют аккумуляторы для компенсации перепадов. В течение дня панели заряжают аккумуляторную батарею. Когда подъезжает автомобиль, зарядное устройство питается от аккумуляторов. Если заряд аккумуляторов заканчивается, станция либо снижает скорость зарядки, либо переключается на питание от электросети.
Именно этот момент часто упускают из виду. Для по-настоящему автономной солнечной зарядной станции требуется мощная аккумуляторная система, способная покрыть пиковую нагрузку. Речь идет о конструкции, которая скорее напоминает не парковочное место, а грузовой контейнер, заполненный аккумуляторами.
Солнечные системы, подключенные к сети, и автономные солнечные системы для зарядных станций электромобилей
Между этими двумя подходами существует существенная разница, которая определяет все аспекты проекта.
| Подход | Как это работает | Плюсы | Минусы |
|---|---|---|---|
| Солнечные системы, подключенные к сети | Солнечные панели подают энергию в сеть; зарядные устройства потребляют энергию из сети. Система «нетто-метринга» компенсирует расходы. | Меньшие первоначальные затраты, надежное энергоснабжение, отсутствие необходимости в установке огромного аккумуляторного блока. | В прямом смысле слова это не совсем “солнечная энергия”; система по-прежнему подключена к электросети. |
| Автономные солнечные системы | Солнечные панели заряжают аккумуляторы; зарядные устройства питаются исключительно от аккумуляторов. Подключение к электросети отсутствует. | Полная независимость, работа в отдаленных местах. | Требуется мощный аккумулятор, высокие первоначальные затраты, скорость зарядки может быть нестабильной. |
| Гибридная (с постоянным током) | Солнечные батареи и аккумуляторы работают совместно; электросеть служит резервным источником питания. | Обеспечивает баланс между стоимостью и надежностью, дает право на получение некоторых льгот. | При разработке более сложных систем по-прежнему требуется значительная ёмкость аккумулятора. |
Как показывает практика, большинство проектов, которые позиционируются как “работающие на солнечной энергии”, на самом деле подключены к энергосети, а солнечная энергия лишь компенсирует потребление электроэнергии. В этом нет ничего плохого — это всё равно позволяет сократить углеродный след и снизить эксплуатационные расходы. Но это не то же самое, что станция, которая продолжает работать даже при отключении электросети.
Настоящий вызов: удельная мощность
Об этом аспекте говорят недостаточно. Зарядные станции для электромобилей, обеспечивающие быструю зарядку, требуют подачи энергии большими импульсами. Солнечные панели же генерируют энергию небольшими, но постоянными потоками.
Краткое сравнение:
• Одно устройство быстрой зарядки постоянного тока мощностью 150 кВт, работающее 10 часов в сутки при коэффициенте использования 50%, потребляет примерно 750 кВт·ч энергии в сутки.
• Для выработки такого объема солнечной энергии потребуется система, состоящая из солнечных панелей общей мощностью около 200–250 кВт — это примерно соответствует площади крыши большого склада или значительной наземной солнечной электростанции.
• Это касается только одного зарядного устройства.
Умножьте это на четыре или шесть зарядных устройств — и необходимая площадь окажется весьма значительной. У большинства коммерческих объектов просто нет столько полезной площади на крыше или на земле.
А как насчёт зарядных устройств 2-го уровня?
Для более медленной зарядки солнечная энергия является более целесообразным вариантом. Зарядное устройство уровня 2 на рабочем месте или в жилом комплексе потребляет 7–20 кВт в течение нескольких часов. Это лучше соответствует кривым выработки солнечной энергии. Автомобиль, припаркованный на весь день, может медленно заряжаться от солнечной энергии без необходимости использования мощных аккумуляторов.
Поэтому, когда кто-то спрашивает, можно ли использовать солнечную энергию для зарядных станций электромобилей, более точный ответ будет таким: для медленных станций — да, и довольно легко. Для быстрых — технически возможно, но, как правило, нецелесообразно без подключения к электросети.
Где зарядка от солнечной энергии действительно работает
Есть места, где такая схема имеет смысл, и, как правило, это не оживленные автомагистральные коридоры.
Подходящие кандидаты:
• Удаленные районы, где затраты на подключение к энергосистеме являются непомерно высокими
• Автопарковые базы, куда транспортные средства возвращаются и где они стоят в течение нескольких часов
• Зарядка на рабочем месте с дневной парковкой
• Направления, где туристы останавливаются на длительный срок
Сильные кандидаты:
• Пункты быстрой зарядки на автомагистралях с высокой пропускной способностью
• Городские центры быстрой зарядки с ограниченной площадью
• Любой объект, рассчитанный на круглосуточную работу с пиковым спросом в вечернее время
Объекты, на которых успешно внедрены системы быстрой зарядки на солнечной энергии, как правило, представляют собой демонстрационные проекты или тщательно контролируемые пилотные площадки. На них часто используются зарядные станции постоянного тока, работающие по гибридному принципу: дневную нагрузку покрывают солнечные батареи и аккумуляторы, а остальную часть — электросеть.
Вопросы, связанные с испытаниями и вводом в эксплуатацию
Один из аспектов, который приобретает всё большее значение при использовании систем «солнечная энергия плюс аккумулятор», — это тестирование. Когда с зарядным устройством взаимодействуют несколько источников питания (солнечная энергия, аккумулятор, сеть), возрастает вероятность возникновения проблем со связью. Использование Прибор для тестирования зарядных устройств EV В ходе ввода в эксплуатацию можно убедиться, что переключение между источниками питания происходит плавно. Нередко в таких гибридных системах возникают сбои, когда зарядное устройство ожидает питание от сети, но получает питание от аккумулятора с несколько иными характеристиками напряжения.
Реальность затрат
От этого никуда не деться: установка солнечных батарей и аккумуляторов на зарядных станциях для электромобилей значительно увеличивает первоначальные затраты.
Типичная структура затрат на станцию быстрой зарядки:
• Только зарядные устройства: $30 000–$60 000 за штуку (для оборудования)
• Электросетевая инфраструктура: от $50 000 до $150 000 в зависимости от объекта
• Солнечная батарея: $1,00–$1,50 за установленный ватт, то есть 200 кВт = $200 000–$300 000
• Емкость аккумуляторной батареи: $400–$700 на 1 кВт·ч. Для аккумуляторной батареи емкостью 500 кВт·ч это составляет $200 000–$350 000
Если сложить все расходы, то станция быстрой зарядки на солнечной энергии может легко обойтись в два раза дороже, чем станция, работающая исключительно от электросети. Окупаемость обеспечивается за счет более низких счетов за электроэнергию и возможных льгот — однако эти льготы не покрывают всех затрат.
Как выглядит будущее
Ситуация развивается в том направлении, что совместное использование солнечной энергии и зарядки становится всё более целесообразным. Вот несколько тенденций, на которые стоит обратить внимание:
1. «Автомобиль-сеть» (V2G): со временем припаркованные электромобили сами по себе смогут служить аккумуляторными батареями для хранения солнечной энергии.
2. Более эффективные панели: более высокая мощность на квадратный фут означает, что для получения той же мощности требуются меньшие массивы.
3. Снижение стоимости аккумуляторов: цены на литий-ионные аккумуляторы в долгосрочной перспективе демонстрируют тенденцию к снижению.
4. Архитектура с постояннотоковым соединением: новейшие системы, в которых электроэнергия от солнечных панелей поступает в зарядное устройство в виде постоянного тока (без преобразования в переменный ток и обратно), повышают эффективность.
Кроме того, растет интерес к установке солнечных батарей на навесах над парковками. Это позволяет решить сразу две проблемы — выработку электроэнергии и создание тени — без отвода дополнительных земельных участков.
ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ
Может ли быстрая зарядная станция постоянного тока работать исключительно на солнечной энергии без подключения к электросети?
Теоретически да, но для покрытия пикового спроса потребуется очень большой аккумуляторный блок. В большинстве реальных установок в качестве резервного источника используется электросеть либо применяются подключенные к сети солнечные системы с учетом чистой выработки.
Какая площадь земли требуется для размещения солнечной электростанции, обеспечивающей электроэнергией станцию быстрой зарядки?
Приблизительно 1 акр площади, занятой солнечными панелями, может обеспечить работу одной–двух станций быстрой зарядки с аккумуляторными батареями, в зависимости от интенсивности использования. При установке нескольких зарядных станций потребность в земельном участке быстро возрастает.
Имеют ли право на получение льгот зарядные станции, работающие на солнечной энергии?
Да, многие федеральные, штатные и коммунальные программы стимулирования распространяются как на солнечные установки, так и на зарядное оборудование для электромобилей. Некоторые программы специально поощряют совместное использование этих двух видов оборудования.
