Солнечная + зарядка электромобилей: проектирование интегрированной системы для коммерческих зданий

Парк коммерческих электромобилей быстро растет, как и счета за электроэнергию, необходимую для их зарядки. Солнечная батарея на крыше или навесе для автомобиля может покрыть 60–90% энергии для зарядки при почти нулевых предельных затратах, но только если система с самого начала спроектирована правильно. Ошибочно определите размер инвертора, проигнорируйте плату за потребление или пропустите буфер батареи, и в конечном итоге вы получите дорогостоящее пополнение сети, которое противоречит цели.

Зачем интегрировать солнечную энергию с зарядкой электромобилей?

Бизнес-кейс прост. Зарядное устройство переменного тока уровня 2 (22 кВт), работающее 8 часов в день, потребляет примерно 64 кВтч. При коммерческом тарифе на электроэнергию в размере 0,15 доллара США за кВтч плюс плата за потребление депо с 10 зарядными устройствами добавляет 35 000–60 000 долларов США в год к затратам на электроэнергию еще до того, как парк еще увеличится. Солнечная энергия при LCOE 0,04–0,06 долл. США/кВтч превращает это в управляемые эксплуатационные расходы в течение периода окупаемости 4–7 лет.

Помимо чистых затрат, многие корпоративные требования к устойчивому развитию и программы электрификации автопарка требуют документально подтвержденного источника возобновляемой энергии. Солнечная энергия на объекте является наиболее поддающимся проверке доказательством: электроны перетекают непосредственно от панелей к транспортным средствам, не покидая границ объекта.

Три компонента, которые вам нужны

Интегрированная система зарядки солнечных батарей и электромобилей имеет три уровня, каждый из которых имеет свою собственную логику определения размеров:

• Солнечная фотоэлектрическая батарея — генерирует мощность постоянного тока с крыши или навеса для автомобиля
• Сетевой инвертор — преобразует постоянный ток в переменный, синхронизируется с сетью и управляет потоком энергии; а гибридный инвертор также управляет зарядкой и разрядкой аккумулятора
• Хранение батареи (необязательно, но рекомендуется) — буферизует избыток солнечной энергии для вечерних сеансов зарядки и снижает всплески энергопотребления при одновременной активации нескольких зарядных устройств.

Сами зарядные устройства для электромобилей подключаются к распределительному щиту переменного тока после инвертора. Интеллектуальные зарядные устройства с управлением нагрузкой могут взаимодействовать с инвертором, чтобы регулировать скорость заряда в зависимости от доступной солнечной энергии, избегая экспорта электроэнергии из сети или скачков спроса.

Выбор солнечной батареи для нагрузки вашего электромобиля

Фундаментальный вопрос определения размера: сколько солнечной энергии потребляют ваши автомобили и когда они ее потребляют?

Шаг 1 — Рассчитайте годовую энергию зарядки

Умножьте количество транспортных средств на средний дневной пробег на потребление кВтч/км, а затем на 365. Парк из 20 фургонов со средней скоростью 80 км/день при 0,25 кВтч/км = 146 000 кВтч/год. Это энергетическая цель, к которой должна стремиться ваша солнечная система.

Шаг 2. Сопоставьте часы зарядки с солнечной генерацией

Именно на этом этапе большинство проектов идут не так. Если транспортные средства заряжаются с 07:00 до 09:00 (до пика солнечной активности) и снова с 17:00 до 19:00 (после пика солнечной активности), то солнечная батарея на месте напрямую компенсирует очень небольшую зарядку без аккумулятора. Если транспортные средства заряжаются в 09:00–15:00 (пиковое солнечное окно), безбатарейная система может обеспечить 70–85% собственного потребления солнечной энергии.

Шаг 3 — Размер массива

Грубое правило: солнечная мощность (кВт) ≈ годовая энергия электромобиля (кВтч) ÷ (пиковые солнечные часы × 365 × 0,80 эффективности системы). Для 146 000 кВтч/год в месте с 4,5 часами пиковой солнечной активности: 146 000 ÷ (4,5 × 365 × 0,80) ≈ 111 кВтпик. Добавьте 15–20% на будущий рост автопарка.

Вам нужен аккумуляторный буфер?

Аккумуляторная батарея увеличивает стоимость — обычно 200–350 долларов США за кВтч, установленную для систем LFP, — но она решает три проблемы, с которыми иначе трудно справиться:

• Несоответствие времени: Солнечные пики в полдень; автомобили часто заряжаются рано утром и вечером. BESS мощностью 150–300 кВтч накапливает излишки в полдень и высвобождает их во время сеансов зарядки, повышая собственное потребление солнечной энергии с ~ 40% до ~ 75–85%.
• Скачки платы за спрос: Десять зарядных устройств мощностью 22 кВт, включающиеся одновременно, потребляют 220 кВт — событие спроса, которое устанавливает плату за весь месяц. BESS может ограничить потребление электроэнергии заданным пределом, увеличивая ее по мере активации зарядных устройств.
• Ограничения на подключение к сети: Многие коммерческие помещения имеют подключение к электросети, рассчитанное на существующую нагрузку здания. Добавление зарядных устройств для электромобилей без BESS может потребовать дорогостоящих работ по модернизации сети. Буфер аккумулятора позволяет увеличить зарядную емкость, не прикасаясь к сети.

Для объектов, где транспортные средства заряжаются исключительно в светлое время суток, а уровень потребления энергии в сети ниже 8 долларов США за кВт/месяц, часто бывает достаточно системы без аккумуляторов. Для всех остальных BESS окупается только за счет экономии на расходах — независимо от окупаемости инвестиций в солнечную энергию.

Риск платы до востребования: тихая угроза

Это заслуживает отдельного раздела, потому что это сюрприз номер один в электрификации парка электромобилей. Коммерческие тарифы выставляют счета за спрос при самом высоком среднем 15-минутном розыгрыше месяца. Десять зарядных устройств мощностью 22 кВт, активирующиеся в 08:00, когда включается система отопления, вентиляции и кондиционирования здания, также создают событие спроса на 280–320 кВт. То есть по цене $18/кВт/месяц. $5400–5760 в месяц только плата за спрос — до каких-либо затрат на электроэнергию.

Программное обеспечение для интеллектуального управления зарядкой может распределять активацию зарядного устройства, чтобы одновременное потребление энергии было ниже потолка. В сочетании с BESS (см. руководство по бритью пиков), потолок может точно удерживаться независимо от того, сколько автомобилей подключено к сети. Это превращает воздействие платы за спрос из непредсказуемой переменной в фиксированные, контролируемые эксплуатационные расходы.

Выбор инвертора: струнный или гибридный

Для простой установки только для зарядки в дневное время, без аккумулятора и небольшого размера (<50 кВтпик), стандартный инвертор струн для профессионального использования является наиболее экономичным выбором. Диапазон Sungrow от SG30CX до SG250HX охватывает 30–250 кВт на единицу с высоким КПД (до 98,9%) и проверенной надежностью.

Для любой системы, которая включает или планирует включать в себя аккумуляторное хранилище, гибридный инвертор (или аккумуляторный инвертор, работающий по переменному току). Серия Sungrow SH объединяет солнечный MPPT, контроль заряда/разряда аккумулятора и взаимодействие с сетью в одном устройстве, что упрощает установку и мониторинг. Для крупных объектов C&I мощностью более 50 кВт SH250CX-V21 обеспечивает выходную мощность переменного тока до 250 кВт с несколькими входами MPPT.

Навес для автомобиля или крыша: какое крепление подойдет для складов электромобилей?

Склады электромобилей обычно имеют большие мощеные парковки, идеально подходящие для навесов с солнечными батареями. Навес для автомобиля выполняет две функции: генерирует солнечную энергию и обеспечивает крытую парковку, что продлевает срок службы аккумулятора электромобиля в экстремально жарком или холодном климате. Двойная функция часто облегчает оправдание более высоких структурных затрат для финансовых команд.

Основные соображения по проектированию навеса для машины:

• Расстояние между столбцами: должно позволять транспортному средству маневрировать — обычно 5,5–6 м между рядами для фургонов, 8–10 м для грузовых автомобилей.
• Прокладка кабеля: Кабели постоянного тока от цепочек панелей прокладываются по колоннам к объединительной коробке; длина кабеля постоянного тока должна быть менее 100 м, чтобы избежать падения напряжения
• Структурная нагрузка: снеговая нагрузка (для рынков СНГ и Северной Европы), ветровая подъемная сила и возможность динамической замены панелей — все это влияет на характеристики стали.
• Наклон модуля: Для навесов характерен угол наклона 5–10° — малый наклон снижает ветровую нагрузку, но незначительно снижает годовую урожайность; приемлемо на широте ниже 40°

Наш Монтажные системы Econo Solar включают балласт с плоской крышей и специальные рамы навесов для автомобилей, разработанные для грузовых автомобилей.

Оценка окупаемости инвестиций: 100 кВт солнечной энергии + 200 кВтч BESS для депо на 20 фургонов.

• Солнечная генерация: 100 кВт × 4,5 PSH × 365 × 0,80 КПД = 131 400 кВтч/год
• Зарядка электромобилей от солнечной энергии: ~105 000 кВтч (80 % самопотребления с BESS)
• Энергия сети исключена: 105 000 кВтч × 0,15 доллара США = 15 750 долларов США в год
• Сэкономленная плата за спрос: сокращение пиковой мощности 80 кВт × 18 долл. США в месяц × 12 = 17 280 долларов США в год
• Общая годовая экономия: ~$33 000
• Установленная стоимость: Солнечная энергия на 100 кВтч по цене 0,65 долл. США/Вт = 65 000 долл. США + BESS на 200 кВтч по цене 280 долл. США/кВтч = 56 000 долл. США + установка = ~$165 000
• Простая окупаемость: ~5,0 лет; IRR за 20 лет >15%

Эти цифры являются ориентировочными — структура ваших тарифов, стоимость подключения к сети и местные расценки на рабочую силу изменят цифры. Отправьте нам свой счет за коммунальные услуги и данные о автопарке и мы точно смоделируем проект для вашего сайта.

Ключевые вопросы, на которые нужно ответить, прежде чем приступать к проектированию

1. В какое время заряжаются транспортные средства и можно ли сдвинуть этот график на полдень?
2. Какова существующая мощность присоединения к сетям и какой тариф применяется?
3. Возможна ли установка на крыше, навесе для машины или на земле?
4. Есть ли у сайта планы по расширению автопарка в будущем, которые следует учесть в системе уже сейчас?
5. Подключен ли объект к электросети или существуют проблемы с надежностью, требующие возможности резервного питания от батареи?