شارژر خورشیدی برای ماشین های برقی و خودروهای الکتریکی
وابستگی جهان به سوخت های فسیلی در سال های اخیر از نظر زیست محیطی و همچنین از نظر مسائل تأمین و ژئوپلیتیکی به طور فزاینده ای به چالش کشیده شده است. برای مقابله با این موارد، بسیاری از کشورها به دنبال کاهش مصرف سوخت های فسیلی خود هستند، از جمله در بخش حمل و نقل، جایی که گرایش به وسایل الکتریکی به سرعت به هنجاری جدید تبدیل می شود.
فروش جهانی خودروهای الکتریکی (EV) در طول دهه گذشته به شدت افزایش یافته است و هنوز هم در حال رشد است. در حالی که قبلاً از سال ۲۰۱۲ تا ۲۰۱۷ پنج سال طول کشید تا فروش خودروهای الکتریکی از ۱۰۰۰۰۰ دستگاه در سال به ۱ میلیون دستگاه در سال افزایش یابد، در سال ۲۰۲۳ تنها در ماه جولای بیش از ۱ میلیون خودروی الکتریکی به فروش رفت.
این رشد قابل توجه به جایگزینی استفاده از حداقل ۱.۵ میلیون بشکه نفت در روز کمک می کند، اما با این کار تقاضای کاربران خودروهای الکتریکی به برق را نیز به شدت افزایش می دهد.
با توجه به اهداف زیست محیطی گذر جهانی به سمت خودروهای الکتریکی، چالش اصلی این است که به طور پایدار و به اندازه کافی برق برای تأمین انرژی خودروهای الکتریکی با ۱۰۰% انرژی تجدیدپذیر تولید کنیم.
وضعیت فعلی تولید انرژی خورشیدی در جهان
جذابیت انرژی خورشیدی به راحتی قابل درک است. برخلاف سوختهای فسیلی، انرژی خورشیدی به مقدار زیاد و به صورت رایگان در هر کجای دنیا در دسترس است. جای تعجب نیست که ظرفیت جهانی انرژی خورشیدی برای اولین بار در تاریخ از انرژی باد پیشی گرفته و در مسیر پیشی گرفتن از زغال سنگ و گاز به عنوان بزرگترین تولیدکننده برق جهان تا سال 2027 قرار دارد.
بر اساس گزارش کنفرانس تغییرات آب و هوایی سازمان ملل متحد (COP28) با موضوع «سه برابر کردن انرژیهای تجدیدپذیر، دو برابر کردن کارایی»، ظرفیت نصب شده انرژی خورشیدی جهان (کل مقدار برق تولید شده توسط تنها انرژی خورشیدی) در سال 2022 به 1 تراوات (TW) رسید و انتظار میرود تا سال 2030 به بیش از 5.4 تراوات برسد. برای درک بهتر، این مقدار برای پوشش مصرف برق سالانه فعلی ایالات متحده، روسیه و برزیل به صورت ترکیبی کافی است.
افزایش انفجاری در ظرفیت نصب شده انرژی خورشیدی تا حد زیادی ناشی از نصب پنلهای خورشیدی کوچک بر روی پشت بام خانهها و توسط ساکنان محلی صورت میگیرد. این اقدام باعث استقلال بیشتر از شبکه برق، کاهش هزینههای انرژی و درنتیجه کاهش ردپای کربن میشود.
انرژی خورشیدی چیست؟
وقتی در مورد انرژی خورشیدی صحبت می کنیم، اکثر مردم پنل های خورشیدی نصب شده روی پشت بام را تصور می کنند با این حال، این از نظر فنی با معنای “انرژی خورشیدی” از دیدگاه علمی متفاوت است.
فتوولتائیک چیست؟
به زبان ساده، انرژی خورشیدی به انرژی ساطع شده توسط خورشید اشاره دارد که بخشی از آن به زمین می رسد. انرژی خورشیدی را می توان از طریق فرآیندی به نام فتوولتائیک برای تولید برق جمع آوری کرد.
یک پنل فتوولتائیک (PV)، که معمولاً به عنوان پنل خورشیدی شناخته می شود، از صدها سلول خورشیدی منفرد که هر کدام از یک ماده نیمه هادی ساخته شده اند، تشکیل شده است که اغلب از جنس سیلیکون است.
هنگامی که نور خورشید به سلول های موجود در یک پنل خورشیدی برخورد می کند، یک واکنش فتوولتائیک بین انرژی خورشید و نیمه هادی (سیلیکون) رخ می دهد. در حین این واکنش، با عبور الکترون ها از سلول های پنل، برق تولید می شود. سپس پنل این برق تجدیدپذیر را جمع آوری کرده و به منبع برق خانه یا به باتری برای ذخیره سازی هدایت می کند.
فرآیند فتوولتائیک همان چیزی است که ما معمولاً به عنوان “انرژی خورشیدی” از آن یاد می کنیم، حداقل در زمینه تولید انرژی در خانه. برای جلوگیری از هرگونه سردرگمی و ساده نگه داشتن آن، در این مطلب از اصطلاح رایج “پنل های خورشیدی” برای اشاره به پنل های فتوولتائیک استفاده خواهیم کرد.
شارژ خورشیدی
در حالی که پنل های خورشیدی به تنهایی می توانند به طور قابل توجهی در صرفه جویی در هزینه خانوار کمک کنند، اتصال آنها با یک وسیله نقلیه الکتریکی می تواند مزایای آنها را چند برابر کند. اول اینکه، به جای اینکه به خرید برق خود از شبکه متکی باشید، پنل های خورشیدی 100٪ برق تجدیدپذیر تولید می کنند که سپس می توانید از آن برای شارژ رایگان باتری خودروی الکتریکی خود استفاده کنید.
خورشید یک منبع انرژی ناموزون و متغیر است
با این حال، برخی استدلالها در مورد اینکه شارژ خانگی با انرژی خورشیدی برای باتریهای خودروهای الکتریکی چقدر قابل اعتماد است وجود دارد. مسئله اصلی این است که برقی که توسط پنل های خورشیدی تولید می شود ناموزون و بسیار متغیر است و به قدرت و زمان تابش نور خورشید بستگی دارد. بنابراین، به طور کلی نمی توان آن را به طور مستقیم به باتری خودروهای الکتریکی (یا هر باتری دیگری) یا شبکه برق منتقل کرد.
در عوض، تاسیسات پنل های خورشیدی معمولاً باید یک اینورتر برای تبدیل برق تولیدی از DC به AC داشته باشند. به این ترتیب، سپس می تواند به شبکه برق خانه برای تأمین لوازم خانگی و شارژ خودروی الکتریکی شما از طریق ایستگاه شارژ AC نصب شده شما وارد شود.
آیا می توان خودروهای برقی را به طور کامل با انرژی خورشیدی شارژ کرد؟
صادقانه بگویم، بعید است یک سیستم استاندارد پنل خورشیدی خانگی بتواند در یک روز به اندازه کافی برق برای شارژ باتری خودروی برقی شما از 0 درصد به 100 درصد تولید کند. برای کسانی که به طور مرتب با خودروهای برقی خود مسافتهای طولانی طی میکنند، این مورد میتواند یک مشکل به حساب بیاید.
اما آیا شما نیاز دارید هر روز ماشین خود را به طور کامل شارژ کنید؟
با این حال، به همان اندازه هم درست است که تعداد کمی از افراد به طور منظم باتریهای خودروی برقی خود را تا این حد در طول روز خالی میکنند.
به عنوان مثال در انگلستان، کشوری که به سردی و تاریکی معروف است، پنلهای فتوولتائیک به طور متوسط بین ۱ تا ۹ کیلووات ساعت برق در روز تولید میکنند. بنابراین یک مجموعه ۱۰ پنلی تقریباً ۱۰ تا ۹۰ کیلووات ساعت برق تجدیدپذیر و رایگان در روز تولید میکند. میتوانیم از این نتیجه بگیریم که در کشورهای روشنتر، آفتابیتر و گرمتر مانند ایالات متحده، کشورهای آمریکای مرکزی و جنوبی، استرالیا، کشورهای اروپایی با آفتاب بیشتر و بسیاری از نقاط آسیا از جمله ایران و خاورمیانه، این میانگین حتی بالاتر خواهد بود.
با انرژی خورشیدی چقدر مسافت می توان طی کرد؟
حتی در پایینترین سطوح پیشبینی شده تولید برق که در بالا ذکر شد، شارژ خورشیدی همچنان برای تامین حدود ۶۴ کیلومتر مسافت برای یک تسلا مدل ۳ استاندارد ۲۰۲۳ کافی خواهد بود، بسیار بیشتر از میانگین مسافت روزانه رانندگی در اتحادیه اروپا و حتی برای پوشش میانگین رفت و آمد روزانه آمریکاییها (۵۹.۵ کیلومتر (۳۷ مایل) در روز) کافی است. اگر به شارژ مجدد بیشتری، مثلاً بعد از یک سفر جادهای طولانی نیاز دارید، انرژی خورشیدی خانگی میتواند حداقل وابستگی رانندگان خودروهای برقی به برق شبکه را که روز به روز گرانتر میشود، کاهش دهد.
به طور خلاصه، شارژرهای خورشیدی خودروهای برقی با تولید قابل اعتماد و مداوم برق تجدیدپذیر به اندازه کافی برای تامین مسافت روزانه اکثر رانندگان خودروهای برقی کار می کنند. به شرط آنکه در ساعات روز با انرژی خورشیدی شارژ کنید (یا یک سیستم پشتیبان باتری برای شارژ عصر و شب داشته باشید) و از انرژی خورشیدی که تولید کردهاید برای سایر لوازم خانگی در خانه استفاده نکنید.
شارژرهای خورشیدی
بنابراین، آیا می توانید به سادگی ایستگاه شارژ خودروی برقی خود را به یک مجموعه پنل خورشیدی متصل کنید؟ آیا شارژرهای خورشیدی به طور خاص طراحی شده در بازار وجود دارد؟ یا برای استفاده از انرژی خورشیدی برای شارژ خودروی برقی خود به یک ایستگاه شارژ هوشمند EV نیاز دارید؟
پاسخ به این سوالات به نیازها و خواسته های شما بستگی دارد. اما به طور واضح، همه این موارد امکان پذیر هستند.
۱. سیستم مدیریت انرژی و شارژ خورشیدی
سیستم مدیریت انرژی (EMS) که همچنین با عنوان سیستم مدیریت انرژی خانگی (HEMS) شناخته میشود، به طور پویا بین تولید/مصرف انرژی بین سیستمهای خورشیدی و سایر داراییهای انرژی خانگی تعادل برقرار میکند.
این داراییها میتوانند شامل خودروی شما، همچنین ماشین لباسشویی، ماشین ظرفشویی، فر و غیره باشند. با اتصال شارژر خانگی خودروی برقی خود به یک سیستم مدیریت انرژی، میتوانید تنظیمات دلخواه را تعیین کرده و از طریق سیستم مدیریت انرژی خانگی که آن را طبق تنظیمات شما توزیع میکند، استفاده از انرژی خورشیدی خانگی خود را بهینه کنید.
این راهحل به ویژه برای صاحبخانههایی که علاوه بر خودروی برقی، ایستگاه شارژ و سقف پر از پنلهای خورشیدی، بیش از دو دستگاه هوشمند (مانند باتری ذخیرهساز و یا مثلاً پمپ حرارتی) دارند، مرتبط است.
۲. شارژ هوشمند خورشیدی و شارژ هوشمند
داشتن یک ایستگاه شارژ هوشمند با یک ویژگی شارژ خورشیدی اختصاصی، گزینه عالی برای بهینه سازی استفاده از انرژی خورشیدی شماست. این ویژگی روی بهینه سازی هر دوره شارژ شما با توجه به انرژی خورشیدی که تولید کرده اید تمرکز دارد. در حالی که ویژگیهای شارژ هوشمند متفاوت است، اغلب اوقات میتوانید تنظیمات شارژ خورشیدی خود را در برنامه شارژ خود تنظیم کنید. به عنوان مثال، آیا فقط می خواهید از انرژی خورشیدی استفاده کنید (و در صورت عدم وجود نور خورشید، شارژ نکنید)؟ یا میخواهید اولویت بر استفاده از انرژی خورشیدی موجود باشد و در صورت نیاز، برق را از شبکه برای پر کردن باتری خودروی خود اضافه کنید؟
با هر دو گزینه شارژ هوشمند و اتصال به سیستم مدیریت انرژی، میتوانید انتخاب کنید که خودروی برقی خود را فقط زمانی شارژ کنید که پنلهای خورشیدی شما در حال تولید برق باشند تا اطمینان حاصل کنید که وسیله نقلیه شما ۱۰۰٪ با انرژیهای تجدیدپذیر کار میکند.
تفاوت بین این گزینهها به این بستگی دارد که میخواهید استفاده از انرژی خورشیدی خود را در کجا بهینه کنید و میخواهید این بهینهسازی تا چه حد گسترده باشد. آیا از طریق ایستگاه شارژ (متمرکز بر شارژ خودروی برقی) یا از طریق سیستم مدیریت انرژی خانگی (متمرکز بر تمام لوازم هوشمند متصل) است؟
۳. شارژ خورشیدی
اگر پنل های خورشیدی روی سقف و یک ایستگاه شارژ خانگی EV دارید که نمی تواند به یک سیستم مدیریت انرژی یا یک ویژگی شارژ هوشمند خورشیدی اختصاصی متصل شود، همچنان می توانید با انرژی خورشیدی شارژ کنید. با این حال، بهینه سازی، تنظیمات یا گزینه های پیشرفته امکان پذیر نخواهد بود.
مهم نیست که از چه روشی از انرژی خورشیدی برای شارژ خودروی برقی خود استفاده می کنید، یک چالش وجود دارد که شارژرهای خورشیدی یا EMS به تنهایی نمی توانند آن را حل کنند: ذخیره انرژی خورشیدی برای استفاده در زمانی دیگر. اینجاست که سیستمهای ذخیره سازی باتری وارد عمل میشوند.
چگونه سیستم ذخیره سازی باتری با انرژی خورشیدی کار می کند؟
یکی از چالش های کلیدی انرژی خورشیدی، به ویژه زمانی که برای شارژ خودروهای برقی استفاده می شود، تفاوت بین میانگین زمان تولید و مصرف برق است. بدیهی است که انرژی خورشیدی عمدتاً در طول روز و زمانی که خورشید درخشان ترین حالت خود را دارد، تولید می شود. با این حال، برعکس، اکثر مردم تمایل دارند خودروهای برقی خود را در طول شب یا عصرها بعد از بازگشت از محل کار شارژ کنند.
یک راه برای غلبه بر این چالش، ذخیره انرژی است که سیستم شما در طول روز تولید می کند و استفاده از آن در زمان هایی است که بیشتر به آن نیاز دارید. محبوب ترین روش ذخیره سازی برق خورشیدی، نصب باتری های ذخیره سازی در خانه و اتصال آنها به پنل های شماست. با استفاده از چنین تنظیمی، می توانید پنل های خورشیدی خود را برای شارژ باتری های خود در طول روز تنظیم کنید و سپس با استفاده از برق تجدیدپذیر ذخیره شده در باتری ها، خودروی برقی خود را در طول شب شارژ کنید.
هزینه سیستم ذخیره سازی باتری خورشیدی چقدر است؟
خرید یک سیستم باتری ذخیره سازی و اتصال آن به برق خانه هزینه ای در بر دارد. بدون احتساب هزینه نصب، باتری های ذخیره سازی لیتیوم یون به تنهایی می توانند بین ۱۲۰۰۰ تا ۲۰ هزار دلار هزینه داشته باشند که البته این هزینه مازاد بر هزینه خود مجموعه پنل خورشیدی است.
با توجه به موقعیت مکانی شما، ممکن است جایگزین مقرون به صرفه تری برای ذخیره باتری خورشیدی، فروش مجدد مازاد برق تولید شده توسط مجموعه خورشیدی خود به شرکت برق یا تامین کننده انرژی شما باشد. به این ترتیب، هر زمان که از برق استفاده نمی کنید به عنوان مثال، اگر روز را در دفتر می گذرانید می توانید برق حاصل از پنل های خورشیدی خود را به شبکه بازگردانید و تا حدی هزینه های خود را جبران کنید. این فرآیند «میترینگ خالص» نامیده می شود. با این حال، این امکان در همه جای دنیا وجود ندارد (و انتظار نمی رود در همه جا در دسترس باقی بماند).
حق فروش مازاد برق (Net Metering)
در حالی که جزئیات این طرح بین کشورها و شرکت های برق بسیار متفاوت است، به طور کلی حق فروش مازاد برق به صاحبان خانه اجازه می دهد تا برای تامین برق از منابع تجدیدپذیر به شبکه، پول دریافت کنند.
به طور معمول، با حق فروش مازاد برق، یک کنتور برق دو طرفه تعداد کیلووات ساعت تحویل داده شده به شبکه را در مقابل مقدار برقی که خانه از شبکه دریافت می کند، اندازه گیری می کند. برای هر کیلووات ساعت اضافی که به شبکه بازگردانده می شود، شما یک اعتبار از پیش توافق شده برای کسر از کل قبض برق خود به دست می آورید.
حق فروش مازاد برق راهی عالی برای کاهش هزینه های برق است، اگر نتوانید از انرژی مستقیماً در زمانی که پنل های خورشیدی شما آن را تولید می کنند استفاده کنید. به عنوان مثال، حتی اگر خودروی برقی خود را در شب و بدون ذخیره انرژی در باتری شارژ کنید، همچنان می توانید با فروش تولید پنل های خورشیدی خود در طول روز و کسر آن از کل مصرف برق خود، از قبض برق پایین تر بهره مند شوید.
لازم به ذکر است که اگرچه اکثر ایالت های آمریکا و برخی کشورهای اتحادیه اروپا و البته ایران حق فروش مازاد برق را مجاز می دانند، اما این امکان در همه جای دنیا وجود ندارد.
استفاده از مشوق های دولتی و غیردولتی برای شارژ خودروی برقی با انرژی خورشیدی
از آنجایی که دولتهای سراسر جهان روند دور شدن از سوختهای فسیلی را تسریع میکنند، بسیاری از آنها شروع به تشویق فعالانه صاحبان خانه برای نصب منابع انرژی تجدیدپذیر از جمله پنل های خورشیدی کردهاند. این مشوقها ممکن است در اشکال مختلفی ارائه شوند، از جمله یارانههای مستقیم که درصدی از هزینههای نصب پنلهای خورشیدی را بازپرداخت میکند، تعرفههای انرژی جذابتر از طریق طرحهای اندازهگیری خالص، تخفیفهای مالیاتی یا نرخهای پایینتر در قبضهای انرژی.
به عنوان مثال، بریتانیا تعرفهی تضمینی برای خرید برق را برای مالکانی که پنلهای خورشیدی نصب میکنند، ارائه میدهد تا اطمینان حاصل شود که آنها میتوانند انرژی تولید شده توسط پنلهای خود را با قیمت جذابی به شرکت برق بفروشند. هلند نیز به ساکنان خود اجازه میدهد تا انرژی تولید شده توسط خورشید را با تعرفه کامل به شبکه برگردانند، در حالی که بسیاری از ایالتهای امریکا علاوه بر تخفیف مالیاتی فدرال، یارانه و اعتبار مالیاتی نیز ارائه میدهند.
در برخی کشورها، سازمانهای غیردولتی با اهداف انرژی سبز ممکن است انواع کمکها و مشوقهایی را برای صاحبان خانه علاقهمند به شارژ خودروهای برقی خود با انرژی خورشیدی خانگی ارائه دهند.
مشوقهای موجود برای برنامههای شارژ خانگی خودروهای برقی با انرژی خورشیدی بسته به کشور، منطقه و مقامات محلی بسیار متفاوت است، اما به طور کلی، آنها میتوانند هزینه نصب پنلهای خورشیدی در خانه را به میزان قابل توجهی کاهش دهند. به خاطر داشته باشید که علاوه بر مشوقهای مربوط به انرژی خورشیدی، بسیاری از کشورها همچنین مزایای مختلفی را برای نصب ایستگاه شارژ خودروهای برقی ارائه میدهند که در صورت استفاده از انرژی خورشیدی برای شارژ خودروی برقی، هزینهها را بیشتر کاهش میدهد.
آیا استفاده از پنلهای خورشیدی برای شارژ خودروهای برقی ارزشش را دارد؟
همانطور که در مورد هر سرمایهگذاری صدق می کند، شارژ خودروی برقی با انرژی خورشیدی خانگی هم مزایا و معایبی دارد. ما هر دو استدلال موافق و مخالف شارژ خانگی خودروهای برقی با انرژی خورشیدی را ذکر کردهایم تا به شما در تصمیمگیری آگاهانهتر و مطمئنتر کمک کنیم.
مزایای انرژی خورشیدی و شارژ
- هزینه برق کمتر: برق تولید شده توسط انرژی خورشیدی کاملاً رایگان است، به این معنی که به قبض ماهانه خدمات شما اضافه نمیشود. با استفاده استراتژیک از انرژی خورشیدی در ساعات اوج مصرف و تغییر به برق شبکه در ساعات غیر اوج مصرف با تعرفههای پایینتر، میتوانید کل هزینههای برق خود را بیشتر کاهش دهید.
- شارژ رایگان: بسته به مسافت روزانهی شما، ممکن است متوجه شوید که اغلب میتوانید به لطف سیستم خورشیدی خانگی خود، خودروی برقی خود را به صورت رایگان شارژ کنید.
- دسترسی به مزایای مالی بیشتر: به طور بالقوه در طرحهای اندازهگیری خالص شرکت کنید و با بازگرداندن مازاد برق خورشیدی به شبکه، اعتبار مالیاتی یا پاداش نقدی دریافت کنید.
- کاهش ردپای کربنی: با تولید انرژی خورشیدی پاک و تجدیدپذیر برای شارژ خودروی خود، تأثیر زیست محیطی خود را کاهش دهید.
- مستقل شدن از انرژی: راهحلی مستقل و خارج از شبکه برای تامین انرژی خانگی خود ایجاد کنید.
معایب انرژی خورشیدی و شارژ
- هزینه اولیه بالا: سرمایهگذاری اولیه مورد نیاز برای نصب پنلهای خورشیدی در خانه میتواند زیاد باشد. (با این حال، طرحهای دولتی زیادی در سراسر جهان وجود دارد که به مقرون به صرفه شدن انرژی خورشیدی کمک میکند.)
- وابستگی به آب و هوا: راندمان پنلهای خورشیدی به شرایط آب و هوا و نور خورشید وابسته است و بر تولید برق تأثیر میگذارد.
- نیاز به ذخیره باتری: اگر خودروی برقی شما ساعات زیادی از روزاستفاده می شود، سرمایهگذاری در ذخیره باتری برای ادامه استفاده از انرژی خورشیدی برای شارژ مجدد ضروری میشود.
- محدودیتهای تولید انرژی: به طور معمول، یک مجموعه پنل خورشیدی خانگی استاندارد ممکن است در یک روز به اندازهای برق تولید نکند که باتری یک خودروی برقی را از 0% به 100% به طور کامل شارژ کند.
- الزامات مالکیت: برای نصب پنل های خورشیدی، به مالکیت سقف خود یا یک زمین بزرگ و قابل دسترس نیاز دارید که ممکن است برای ساکنان شهری مانند تهران امکان پذیر نباشد.
- چالشهای جابهجایی: به خاطر داشته باشید که جابهجایی دستگاه شارژ EV در هنگام تغییر محل سکونت میتواند یک چالش برای شما باشد.
آینده انرژی خورشیدی چیست؟
با گذار جهان از منابع انرژی با کربن بالا، منابع تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی نقش فزایندهای در تامین برق ما ایفا خواهند کرد.
انرژی خورشیدی راهی جذاب برای خانوارها برای کاهش هزینههای انرژی، رهایی از وابستگی به شبکه و تضمین برق تولید شده به طور پایدار است که با آن میتوانند به طور روزانه خودروهای برقی خود را شارژ کنند.
ترکیب پنلهای خورشیدی با ایستگاههای شارژ خودروهای برقی به شما امکان میدهد با انرژی تجدیدپذیر تولید شده درست در پشت بام خود، خودروی خود را شارژ کنید. شارژ خودروهای برقی با انرژی خورشیدی در خانه نه تنها امکانپذیر است، بلکه همین الان در سراسر جهان اتفاق میافتد و میتواند از نظر مالی، زیستمحیطی و راندمان انرژی برای صاحب خودروی برقی بسیار مفید باشد.