Заряджання електромобілів від сонячних панелей: скільки панелей вам потрібно та повний посібник із налаштування

Чому сонячні панелі та електромобілі — ідеальна пара

Зарядка електромобіля від домашньої сонячної панелі коштує приблизно 235 доларів на рік — це менше третини того, що середньостатистична американська сім’я витрачає на бензин. Математика проста: як тільки ви володієте генеруючою потужністю, кожна миля, пройдена на сонячному світлі, є милею, якої не може торкнутися енергомережа чи газ. Поєднання сонячних панелей із заряджанням електромобілів також фіксує вашу ціну на транспортне паливо на 25 або більше років, захищаючи вас від підвищення тарифів на комунальні послуги та нестабільності ринків нафти.

Крім фінансового випадку, екологічна віддача є негайною. Типовий бензиновий седан щорічно викидає близько 4,6 метричних тонн CO₂. Електротранспорт, який заряджається від електромережі, як і раніше, викидає в середньому 2200 фунтів CO₂ на рік по всій країні. Перемкніть цей EV на спеціальну сонячну батарею, і робочі викиди вихлопної труби впадуть до нуля, а викиди протягом життєвого циклу виробництва залишаться незмінними. Ця комбінація часто відповідає вимогам для 30% федерального інвестиційного податкового кредиту (ITC) на сонячну систему, і багато штатів додають стимули для встановлення зарядного пристрою для електромобілів.

Ці цифри передбачають ефективне використання енергії, але вони ілюструють основну пропозицію: Заряджання електромобілів від сонячних батарей є найдешевшим варіантом палива, доступним сьогодні власникам будинків. Для інсталяторів це поєднання створює переконливу історію продажів, яка об’єднує два високоякісні продукти та збільшує середній розмір угоди.

Скільки сонячних панелей потрібно для зарядки електромобіля?

Кількість сонячних панелей залежить від того, як далеко ви їдете, ефективності вашого електромобіля та години піку сонячного світла. Почніть із простої формули: щоденна відстань (милі) ÷ ефективність автомобіля (милі/кВт-год) = щоденна потреба в кВт-год. Потім розділіть це на добову потужність однієї панелі (потужність панелі × пік сонячних годин ÷ 1000). Більшість місць у США мають від 4 до 5 годин пік сонячного світла, а сучасні житлові панелі потужністю 400 Вт забезпечують приблизно 1,6 кВт-год на панель на день за середніх умов.

Американський мандрівник, який щодня проїжджає 40 миль на автомобілі, який розвиває 3,5 милі на кВт-год, споживає близько 11,4 кВт-год щодня. Якщо поділити це на 1,6 кВт/год, ви отримаєте 7,1 панелі. Округліть до 8 панелей, щоб покрити втрати інвертора та сезонні коливання. У таблиці нижче показано кількість панелей для популярних моделей електромобілів на основі типового щоденного використання, а не повного заряду 0–100% щодня.

Якщо у вас вже є сонячна батарея, перевірте надлишкову генерацію, перш ніж додавати панелі. У багатьох домівках виробляється на 30–50% більше, ніж споживається влітку, створюючи запас для зарядного пристрою рівня 2 без розширення системи. Для нових установок додавання додаткових 6–8 панелей до типової житлової системи потужністю 8 кВт зазвичай покриває річну потребу пасажира в електромобілі.

Основне обладнання для заряджання електромобілів від сонячних батарей

Функціональна сонячна система заряджання електромобілів потребує чотирьох основних компонентів: фотоелектричних панелей, інвертора, здатного керувати навантаженнями, додаткового накопичувального акумулятора та самої зарядної станції. Поширеною помилкою є розглядати їх як окремі елементи. Їхня сумісність визначає, чи зможе система визначати пріоритет сонячної енергії, що споживається власними силами, планувати заряджання під час пікового виробництва та уникати споживання з мережі, коли тарифи високі.

Інвертор - це мозок роботи. Гібридні інвертори з кількома трекерами максимальної потужності (MPPT) дозволяють підключати окремі сонячні ланцюги та динамічно направляти електроенергію до дому, акумулятора та електромобіля. Шукайте пристрої, які підтримують режими реагування на потреби та мають спеціальну логіку зарядки електромобілів. Поєднання гібридного інвертора з a Зарядний пристрій для електромобілів змінного струму на 7 кВт гарантує, що автомобіль може поглинати надлишкову сонячну енергію, не перевищуючи номінальної потужності інвертора.

Система зберігання акумуляторів додає ще один рівень гнучкості. Коли виробництво сонячної енергії перевищує попит на автомобіль, надлишок енергії можна зберігати для нічної зарядки. Літій-залізо-фосфатні (LFP) батареї з корисною ємністю 10–15 кВт-год добре підходять для одного електромобіля; великі домогосподарства можуть складати кілька модулів. Контрольний список інсталятора повинен охоплювати:

• Сумісність кількості MPPT інвертора та розміру рядка з вибраними сонячними панелями
• Підтримка протоколу зарядного пристрою — зарядні пристрої з підтримкою OCPP дозволяють керувати навантаженням у хмарі та інтегрувати утиліти
• Ефективність батареї в обидві сторони (бажано ≥95%) і цикл роботи при глибині розряду 80%
• Вимоги до мережевого підключення, особливо якщо експортується в мережу під чистим вимірюванням
• Фізичний простір для зарядного пристрою рівня 2 в межах 25 футів від транспортного засобу, бажано на спеціальному ланцюзі 40 А

Для максимального власного споживання розумний зарядний пристрій може модулювати зарядний струм у режимі реального часу на основі телеметрії сонячного інвертора. Деякі системи навіть дозволяють установити режим «тільки від сонячної енергії», коли EV заряджається виключно від надлишку сонячної енергії.

Заряджання змінним або постійним струмом: що найкраще працює з сонячною батареєю?

Заряджання AC Level 2 (3,3–19,2 кВт) є практичним рішенням для дому. Він легко інтегрується з однофазними житловими сонячними інверторами та може бути запланований за часом, щоб збігатися з годинами піку сонячного світла. Зарядний пристрій змінного струму потужністю 7 кВт додає приблизно 25 миль запасу ходу на годину, покриваючи щоденні потреби в поїздках протягом типового 4-годинного сонячного вікна. З іншого боку, швидка зарядка постійним струмом працює при потужності від 30 до 350 кВт і майже завжди вимагає трифазного комерційного підключення та значного буфера батареї.

Для житлових приміщень, AC Level 2 є очевидним переможцем за ціною та сумісністю. У таблиці нижче висвітлено основні відмінності. Навіть якщо у домовласника є велика сонячна батарея, зарядний пристрій постійного струму не має фінансового сенсу — плата за підключення до комунальних мереж, модернізація трансформатора та потреба в акумуляторі швидко знищує будь-яку перевагу швидкості.

Портативні сонячні батареї — часто складні блоки потужністю 200–400 Вт — можуть заряджати батарею 12 В або живити невелику портативну електростанцію, але вони не можуть безпосередньо заряджати електромобіль з будь-якою суттєвою швидкістю. Панель потужністю 400 Вт при ідеальному сонячному світлі додає приблизно 2,5 милі радіусу дії на годину. Для екстрених поповнень життєздатним є складаний сонячний комплект у поєднанні з портативною електростанцією, але для рутинної їзди постійна батарея не підлягає обговоренню.

Крок за кроком: як налаштувати систему зарядки електромобілів від сонячних батарей

Житлова установка дотримується чіткої послідовності. Почніть з аналізу навантаження, підберіть сонячну батарею до споживання як домогосподарством, так і транспортним засобом, виберіть обладнання для інвертора та зарядного пристрою, забезпечте отримання дозволів і запустіть систему з логікою заряджання з пріоритетом сонячної енергії. Кожен наведений нижче крок базується на досвіді реального інсталятора.

1. Оцініть потребу в енергії. Підсумуйте річне споживання кВт-год у вашому домі з рахунків за комунальні послуги, а потім додайте приблизне річне споживання електромобіля (річні милі ÷ милі/кВт-год). Порівняйте це з наявним простором для монтажу на даху або землі при 15–18 Вт на квадратний фут. Цей перший крок часто показує, що для поєднання сонячних батарей із заряджанням електромобілів потрібна система розміром 8–14 кВт.
2. Виберіть гібридний інвертор із функцією керування навантаженням EV. Інвертори, які підтримують моніторинг споживання на місці, можуть направляти надлишкову потужність на зарядний пристрій через Modbus або сигналізацію сухих контактів. Це дозволяє уникнути експорту дешевої сонячної енергії в мережу, щоб потім викупити її за роздрібною ціною.
3. Виберіть сумісний зарядний пристрій для електромобілів. A Зарядний пристрій змінного струму на 22 кВт може бути надмірним для одного пасажира, але корисним для сімей з декількома електромобілями. Переконайтеся, що зарядний пристрій підтримує OCPP, якщо ви плануєте брати участь у програмах реагування на потреби комунальних послуг.
4. Акумулятор розміру для вечірньої зарядки. Якщо електроенергія в непіковий період коштує дорого або вам не вистачає чистого вимірювання, акумуляторна батарея ємністю 10–20 кВт/год збирає сонячну енергію вдень і випускає її протягом ночі. Літій-залізо-фосфатний хімічний склад забезпечує 6000 циклів при глибині розряду 80%, що відповідає 10-річному терміну служби зарядного пристрою.
5. Комісія з налаштуваннями пріоритету сонячної енергії. Під час налаштування визначте вікна зарядки, які відповідають місцевим годинам піку сонячного світла. Багато розумних зарядних пристроїв дають змогу встановити мінімальний поріг надлишку перед початком заряджання — наприклад, заряджайте лише тоді, коли експорт сонячної енергії перевищує 1,5 кВт протягом 5 хвилин поспіль.

Одна деталь, про яку часто не звертають уваги: ​​швидкість прийому бортового зарядного пристрою електромобіля. Навіть якщо зарядний пристрій розрахований на 11 кВт, багато електромобілів початкового рівня обмежують заряджання змінним струмом на рівні 7,2 кВт. Розмір системи відповідно до максимальної швидкості транспортного засобу запобігає непотрібному перерозміру інвертора.

Аналіз витрат: зарядка від сонячних електромобілів проти зарядки від мережі та бензину

Термін окупності сонячної системи плюс електромобілі значною мірою залежить від місцевих тарифів на електроенергію, цін на паливо та доступних стимулів. Для домовласника в Каліфорнії, який платить 0,32 дол. США за кВт-год, встановлення спеціальної сонячної батареї потужністю 2 кВт (5 панелей) для заряджання електромобілів може окупитися менш ніж за 4 роки порівняно з заряджанням від мережі та менше ніж за 2 роки порівняно з бензином. ITC знижує попередні витрати на сонячну енергію на 30%, а багато комунальних служб пропонують додаткові знижки на зарядні пристрої рівня 2.

Аналіз загальної вартості володіння за 5 років прояснює різницю. Сценарій припускає 13 500 миль на рік, бензиновий автомобіль на 40 миль на галон, 0,15 дол. США/кВт-год електроенергії та додаткову сонячну енергію потужністю 2,4 кВт вартістю 3 120 дол. США без податкового кредиту. Усі витрати не дисконтовані для простоти.

Цифри стають ще більш драматичними, коли тарифи на комунальні послуги зростають на 3–5% щорічно; сонячний LCOE залишається постійним. Для комерційних автопарків уникнення витрат на дизельне паливо та зниження плати за попит від виробництва на місці часто призводять до зниження рентабельності інвестицій нижче 5 років навіть без субсидій.

Комерційна зарядка електромобілів від сонячних батарей: посібник для монтажників

Автопарки, автостоянки та логістичні центри швидко впроваджують швидку зарядку від сонячних батарей постійного струму. Добре спроектований сонячний навіс потужністю 100 кВт у поєднанні з п’ятьма двопортовими зарядними пристроями потужністю 120 кВт може обслуговувати 10 автомобілів одночасно, скорочуючи плату за попит і генеруючи кредити на відновлювану сонячну енергію (SREC), де це можливо. У таблиці нижче показано базову конфігурацію для підприємства, яке щодня заправляє 30 легких електромобілів.

Завдяки змішаному доходу від водіїв у розмірі 0,30 дол. США/кВт-год та уникненню плати за попит у розмірі 2 000 дол. США на місяць ця система може генерувати 85 000 дол. США щорічної чистої економії та прибутку. З урахуванням 10% інвестиційного податкового кредиту та амортизації MACRS проста окупність скорочується до 4,2 років. Після цього енергія майже безкоштовна протягом десятиліть. Ключовим технічним фактором є відповідність вимогам OCPP, що дозволяє оператору об’єкта регулювати потужність зарядного пристрою на основі сонячної доступності в реальному часі та стану заряду акумулятора. Інсталятори, які можуть поставити повністю інтегрований пакет із сонячною батареєю, накопичувачем і зарядкою, захоплюють ринок, який традиційні постачальники зарядних пристроїв для електромобілів часто пропускають.

Для середніх застосувань, таких як муніципальні ділянки чи університетські містечка, зменшена версія з масивом потужністю 50 кВт і двома зарядними пристроями потужністю 60 кВт забезпечує аналогічну віддачу при зменшенні складності з’єднання. Спільним знаменником для всіх комерційних проектів є поєднання високоефективних моно-PERC сонячних панелей, таких як LONGi Solar , із модульними зарядними пристроями постійного струму, які можна розширити, коли попит зростає.