Солнечные панели для зарядки электромобилей: сколько панелей вам нужно и полное руководство по установке

Почему солнечные панели и электромобили — идеальная пара

Зарядка электромобиля от домашней солнечной батареи обходится примерно в 235 долларов в год — менее трети того, что среднее американское домохозяйство тратит на бензин. Математика проста: как только вы станете владельцем генерирующих мощностей, каждая миля, пройденная на солнечном свете, станет милей, которую не смогут преодолеть сетевая энергия или газ. Сопряжение солнечных панелей с зарядкой электромобилей также фиксирует цену на транспортное топливо на 25 и более лет, защищая вас от повышения тарифов на коммунальные услуги и нестабильных рынков нефти.

Помимо финансового обоснования, экологическая отдача будет немедленной. Типичный бензиновый седан выбрасывает около 4,6 тонны CO₂ в год. Электромобиль, заряжаемый от сети, по-прежнему несет в себе выбросы, составляющие в среднем 2200 фунтов CO₂ в год по всей стране. Переключите этот электромобиль на специальную солнечную батарею, и выбросы в выхлопных трубах при эксплуатации снизятся до нуля, в то время как выбросы в течение жизненного цикла производства останутся неизменными. Такая комбинация часто дает право на получение 30-процентной федеральной инвестиционной налоговой льготы (ITC) в солнечной системе, и многие штаты добавляют стимулы для установки зарядных устройств для электромобилей.

Эти цифры предполагают эффективное использование энергии, но они иллюстрируют основное положение: Солнечная зарядка электромобилей — это самый дешевый вариант топлива, доступный сегодня домовладельцам. Для установщиков такое сочетание создает убедительную историю продаж, объединяющую два дорогостоящих продукта и увеличивающую средний размер сделки.

Сколько солнечных панелей вам нужно для зарядки электромобиля?

Количество солнечных панелей зависит от того, как далеко вы едете, эффективности вашего электромобиля и местных пиковых солнечных часов. Начните с простой формулы: ежедневное расстояние поездки (мили) ÷ эффективность автомобиля (мили/кВтч) = ежедневная потребность в кВтч. Затем разделите это на дневную мощность одной панели (мощность панели × часы пиковой солнечной активности ÷ 1000). В большинстве мест в США пик солнечного света составляет от 4 до 5 часов, а современные жилые панели мощностью 400 Вт вырабатывают примерно 1,6 кВтч на панель в день при средних условиях.

Американский пассажир, проезжающий 40 миль каждый день на автомобиле со скоростью 3,5 мили за кВтч, потребляет около 11,4 кВтч в день. Разделив это на 1,6 кВтч, получим 7,1 панели. Округлите до 8 панелей, чтобы покрыть потери инвертора и сезонные колебания. В таблице ниже указано количество панелей для популярных моделей электромобилей, основанное на типичном ежедневном использовании, а не на полной зарядке 0–100 % каждый день.

Если у вас уже есть солнечная батарея, проверьте выработку излишков, прежде чем добавлять панели. Многие дома вырабатывают на 30–50 % больше, чем потребляют летом, создавая запас для зарядного устройства уровня 2 без увеличения мощности системы. Для новых установок добавление дополнительных 6–8 панелей к типичной жилой системе мощностью 8 кВт обычно покрывает годовую потребность пассажиров в электромобилях.

Основное оборудование для зарядки электромобилей на солнечной энергии

Функциональная система зарядки электромобилей на солнечной энергии требует четырех основных компонентов: фотоэлектрических панелей, инвертора, способного управлять нагрузками, дополнительного аккумуляторного блока и самой зарядной станции. Распространенной ошибкой является рассмотрение их как отдельных элементов. Их совместимость определяет, сможет ли система отдавать приоритет солнечной энергии, потребляемой собственными силами, планировать зарядку во время пиковой производительности и избегать потребления энергии из сети при высоких тарифах.

Инвертор – это мозг операции. Гибридные инверторы с несколькими устройствами отслеживания точки максимальной мощности (MPPT) позволяют подключать отдельные солнечные батареи и динамически направлять мощность к дому, аккумулятору и электромобилю. Ищите устройства, которые поддерживают режимы реагирования на спрос и имеют специальную логику зарядки электромобилей. Сопряжение гибридного инвертора с Зарядное устройство для электромобилей переменного тока мощностью 7 кВт гарантирует, что автомобиль сможет поглощать избыточную солнечную энергию, не превышая номинальную мощность инвертора.

Система хранения аккумуляторов добавляет еще один уровень гибкости. Когда производство солнечной энергии превышает потребность транспортных средств, излишки энергии можно хранить для зарядки в ночное время. Литий-железо-фосфатные батареи (LFP) с полезной емкостью 10–15 кВтч хорошо подходят для одного электромобиля; более крупные домохозяйства могут объединять несколько модулей. Контрольный список установщика должен включать:

• Совместимость количества инверторов MPPT и размеров цепочек с выбранными солнечными панелями
• Поддержка протокола зарядного устройства — зарядные устройства с поддержкой OCPP обеспечивают облачное управление нагрузкой и интеграцию с утилитами.
• КПД аккумулятора в обоих направлениях (предпочтительно ≥95%) и срок службы при глубине разряда 80%.
• Требования к межсетевому соединению, особенно при экспорте в сеть по чистому учету
• Физическое пространство для зарядного устройства уровня 2 в пределах 25 футов от автомобиля, желательно в выделенной цепи на 40 А.

Для максимального потребления энергии интеллектуальное зарядное устройство может модулировать зарядный ток в режиме реального времени на основе телеметрии солнечного инвертора. Некоторые системы даже позволяют установить режим «только солнечная энергия», при котором электромобиль заряжается исключительно от излишков солнечной энергии.

Зарядка от переменного или постоянного тока: что лучше всего работает с солнечной батареей?

Зарядка переменного тока уровня 2 (3,3–19,2 кВт) — практичное решение для дома. Он легко интегрируется с однофазными бытовыми солнечными инверторами и может быть запрограммирован на часы пиковой солнечной активности. Зарядное устройство переменного тока мощностью 7 кВт увеличивает запас хода примерно на 25 миль в час, покрывая ежедневные потребности в поездках на работу в течение типичного 4-часового солнечного окна. С другой стороны, быстрая зарядка постоянным током работает при мощности от 30 до 350 кВт и почти всегда требует трехфазного коммерческого подключения и значительного буфера аккумулятора.

Для жилых помещений, AC Level 2 — явный победитель по стоимости и совместимости. В таблице ниже показаны ключевые различия. Даже если домовладелец владеет большой солнечной батареей, зарядное устройство постоянного тока не имеет особого финансового смысла — плата за межсетевое соединение, модернизация трансформатора и потребность в батареях быстро сводят на нет любое преимущество в скорости.

Портативные солнечные панели — часто складные блоки мощностью 200–400 Вт — могут заряжать 12-вольтовую батарею или питать небольшую портативную электростанцию, но они не могут напрямую заряжать электромобиль с какой-либо значимой скоростью. Панель мощностью 400 Вт при идеальном солнечном свете увеличивает дальность действия примерно на 1,5 мили в час. Для экстренных пополнений целесообразен складной солнечный комплект в сочетании с портативной электростанцией, но для повседневного вождения постоянная батарея не подлежит обсуждению.

Шаг за шагом: как настроить солнечную систему зарядки электромобилей

Установка в жилом доме следует четкой последовательности. Начните с анализа нагрузки, сопоставьте солнечную батарею с потреблением энергии домохозяйством и транспортным средством, выберите инвертор и зарядное устройство, получите разрешения и введите в эксплуатацию систему с логикой зарядки с приоритетом солнечной энергии. Каждый приведенный ниже шаг основан на реальном опыте установщика.

1. Оцените потребность в энергии. Подсчитайте годовое потребление кВтч вашим домом из счетов за коммунальные услуги, а затем добавьте расчетное годовое потребление электромобиля (годовые мили ÷ мили/кВтч). Сравните это с доступным пространством для установки на крыше или на земле при мощности 15–18 Вт на квадратный фут. Этот первый шаг часто показывает, что сочетание солнечной энергии с зарядкой электромобилей требует размера системы 8–14 кВт.
2. Выберите гибридный инвертор с управлением нагрузкой с поддержкой EV. Инверторы, поддерживающие мониторинг потребления на месте, могут направлять избыточную мощность на зарядное устройство через Modbus или сигнализацию с сухими контактами. Это позволяет избежать экспорта дешевой солнечной энергии в сеть только для того, чтобы выкупить ее позже по розничной цене.
3. Выберите совместимое зарядное устройство для электромобилей. A Зарядное устройство переменного тока мощностью 22 кВт может быть излишним для одного пассажира, но полезен для семей с несколькими электромобилями. Если вы планируете участвовать в программах реагирования на спрос на коммунальные услуги, убедитесь, что зарядное устройство поддерживает OCPP.
4. Размер аккумуляторной батареи для вечерней зарядки. Если электроэнергия в непиковое время стоит дорого или у вас нет чистого учета, аккумуляторная батарея емкостью 10–20 кВтч улавливает дневную солнечную энергию и отдает ее в ночное время. Литий-железо-фосфатный состав обеспечивает 6000 циклов при глубине разряда 80 %, что соответствует 10-летнему сроку службы зарядного устройства.
5. Комиссия с настройками приоритета солнечной энергии. Во время настройки определите интервалы зарядки, соответствующие местным пиковым солнечным часам. Многие интеллектуальные зарядные устройства позволяют вам установить минимальный порог превышения мощности перед началом зарядки — например, заряжайте только тогда, когда мощность солнечной энергии превышает 1,5 кВт в течение 5 минут подряд.

Одна часто упускаемая из виду деталь: скорость приема встроенного зарядного устройства электромобиля. Даже если зарядное устройство рассчитано на 11 кВт, многие электромобили начального уровня ограничивают зарядку переменным током на уровне 7,2 кВт. Выбор системы в соответствии с максимальной производительностью автомобиля предотвращает ненужное превышение мощности инвертора.

Анализ затрат: зарядка электромобилей от солнечной энергии, зарядка от сети и бензин

Срок окупаемости системы «солнечная энергия плюс электромобиль» во многом зависит от местных тарифов на электроэнергию, цен на топливо и имеющихся стимулов. Для домовладельца в Калифорнии, который платит 0,32 доллара за кВтч, установка выделенной солнечной батареи мощностью 2 кВт (5 панелей) для зарядки электромобилей может окупиться менее чем за 4 года по сравнению с зарядкой от сети и менее чем за 2 года по сравнению с бензином. ITC снижает первоначальные затраты на солнечную энергию на 30%, а многие коммунальные предприятия предлагают дополнительные скидки на зарядные устройства уровня 2.

Анализ совокупной стоимости владения за 5 лет проясняет разницу. Сценарий предполагает пробег в 13 500 миль в год, бензиновый автомобиль на 40 миль на галлон, сетевую электроэнергию 0,15 доллара за киловатт-час и солнечную надстройку мощностью 2,4 кВт стоимостью 3 120 долларов до вычета налоговой льготы. Для простоты все затраты не дисконтированы.

Цифры становятся еще более драматичными, когда тарифы на коммунальные услуги растут на 3–5% ежегодно; солнечная LCOE остается постоянной. Для коммерческих автопарков отсутствие затрат на дизельное топливо и снижение платы за спрос за счет выработки электроэнергии на месте часто приводят к тому, что окупаемость инвестиций составляет менее 5 лет, даже без субсидий.

Коммерческая солнечная зарядка электромобилей: руководство для установщиков

Автопарки, торговые стоянки и логистические центры внедряют быструю зарядку постоянным током на солнечной энергии. Хорошо спроектированный солнечный навес мощностью 100 кВт в сочетании с пятью двухпортовыми зарядными устройствами мощностью 120 кВт может одновременно обслуживать 10 автомобилей, одновременно сокращая расходы на потребление и генерируя кредиты на солнечную возобновляемую энергию (SREC), если таковые имеются. В таблице ниже показана базовая конфигурация объекта, который ежедневно заправляет 30 электромобилей малой грузоподъемности.

Благодаря совокупному доходу от водителей в размере 0,30 доллара США/кВтч и предотвращению расходов на потребление в размере 2000 долларов США в месяц, эта система может генерировать 85 000 долларов США в год в виде чистой экономии и дохода. С учетом 10% инвестиционного налогового кредита и амортизации MACRS простой срок окупаемости снижается до 4,2 года. После этого энергия будет практически бесплатной в течение десятилетий. Ключевым техническим фактором является соответствие требованиям OCPP, которое позволяет оператору объекта регулировать мощность зарядного устройства в зависимости от доступности солнечной энергии в реальном времени и уровня заряда аккумулятора. Установщики, которые могут предоставить полностью интегрированный пакет «солнечная энергия плюс хранилище плюс зарядка», захватывают рынок, который традиционные поставщики зарядных устройств для электромобилей часто упускают из виду.

Для объектов среднего масштаба, таких как муниципальные участки или университетские кампусы, уменьшенная версия с массивом мощностью 50 кВт и двумя зарядными устройствами по 60 кВт обеспечивает аналогичную отдачу при одновременном снижении сложности межсетевых соединений. Общим знаменателем всех коммерческих проектов является сочетание высокоэффективных солнечных панелей из моно-PERC, таких как ЛОНГи Солнечная , с модульными зарядными устройствами постоянного тока, которые можно расширять по мере роста спроса на автопарк.