Фотоволтаични зарядни станции за електромобили

В съвременния динамичен свят значителна част от живота на хората преминава "на колела". Големите транспортни разстояния, гъстата мрежа от светофарни уредби, неизбежните задръствания в големия град създават силно замърсена и вредна среда както за автомобилистите, така и за цялото население.

Световният опит доказва, че развитието на електромобилите без вредни емисии е глобална тенденция, която няма алтернатива за решаване на екологичните проблеми. Но масовото навлизане на електромобилите в градските условия зависи в значителна степен от необходимата инфраструктура за зареждането им с електроенергия.

Понастоящем в ключови градски зони се поставят зарядни колони, които черпят електроенергия от наличната градска мрежа. Често пъти опонентите на електромобилизма твърдят, че тази енергия е добита в топлоцентрали, които също замърсяват околната среда, т. е. екологичният ефект от движението на електромобилите е твърде спорен.

Практична и ефективна тяхна алтернатива са зарядните екостанции за електромобили със слънчева енергия. Те са автономни съоръжения, които не консумират ток от електроразпределителната мрежа, а от собствена фотоволтаична инсталация. Не се нуждаят от инфраструктура - трафопост, кабелно захранване, ел. табло и други и могат да функционират самостоятелно където и да е - в градската среда или по магистралите.

Освен това фотоволтаичните зарядни станции за електромобили осигуряват директно използване на добитата от слънчевата радиация електроенергия, без загуби от пренос по разпределителната електромрежа. Така се затваря цикълът за зареждане на електромобилите като екологичен и икономичен градски транспорт.

Основни компоненти на PV зарядните станции

Фотоволтаичните зарядни станции за електромобили осигуряват енергиен капацитет, достатъчен за зареждане на два електромобила. Енергията се добива от дневната светлина с помощта на фотоволтаични модули и се съхранява в акумулаторна батерия. Акумулираната енергия може да се ползва при необходимост и за битово потребление, например за офисно оборудване.

Станцията се състои от:

Фотоволтаични панели, които са закрепени към лека алуминиева конструкция със съответни болтови връзки за носещите греди. Всеки панел има клемна кутия с указания за поляритета на изходите и е свързан към терминала със специални DC конектори (конектори за постоянен ток). При натрупване на снежна покривка над 10 см е желателно почистване на фотоволтаичния покрив, за да може системата да продължи да работи в нормален режим и да произвежда нужната електроенергия от слънчевото греене.

DC терминал, който е връзката на фотоволтаичните панели с контролера на зареждането. В него са разположени предпазители с капацитет 16 А за защита на фотоволтаичните панели и за прекъсване на захранването към контролера на заряда.

Контролер на заряда, който автоматично регулира нивото на заряда от фотоволтаичните панели към акумулаторната батерия. Той предпазва батерията както от презареждане, така и от дълбок разряд. За целта в него е вградена защита от късо съединение и защита от обратен ток през тъмната част на денонощието.

Синусоидален инвертор, който трансформира съхранената електроенергия от акумулаторните батерии в енергия, подходяща за зареждане на ЕМ. В апарата са предвидени функция за включване към мрежата и при необходимост включване на външен генератор. Освен това е снабден и с изход за дистанционно управление и контрол.

Акумулаторна батерия, в която се съхранява енергията, произведена от фотоволтаичните модули. Корпусът й е капсулован и не изисква специално обслужване. Защитена е от дълбок разряд и презареждане. Тя е монтирана в метален шкаф и е защитена от пряко атмосферно въздействие. Капацитетът на батерията е предвиден за зареждане на два електромобила.

Зарядна колона, която служи за контролирано зареждане на електромобили с вградени бордови изправители за контрол на заряда. Тя осигурява ток с напрежение 220 V, честота 50 Hz и сила 16 А. Управлението й е посредством безконтактна карта за достъп. Има разработени варианти за зареждане с монетен апарат, разплащателна карта или със заплащане на услугата чрез SMS.

Зарядната колона има вградена защита за прекъсване на захранването при липса на консуматор и след края на пълното зареждане. Автоматична система контролира включването и изключването на осветлението в тъмната част на деня. При необходимост може да бъде изпращано съобщение до абоната при завършване на заряда.

Принцип на работа

Фотоволтаичната зарядна станция е автономна и работи в автоматичен режим. При зареждане на електромобили е необходимо да се свърже контактът на автомобила с контакта на станцията посредством удължителен проводник с подходящи конектори, сечение и изолация. На дисплея на зарядната колона се редуват свободните контакти за присъединяване.

Включването на заряда се извършва посредством безконтактната карта. При включен заряд на колоната се изписва “CHARGING” в комбинация с избрания порт за зареждане. На дисплея периодично се изписва изразходваната енергия за конкретното зареждане. Захранването се прекъсва автоматично при прекъсване на връзката между електромобила и зарядната колона или при достигане на пълно (100%) зареждане на батерията на превозното средство. При токов удар зареждането прекъсва автоматично. След разпад на връзката повторното включване на зареждането става пак посредством безконтактната карта.

За една година станцията осигурява зареждането със зелена енергия на 1440 електромобила и 3800 електрически скутера. При пробег за едно дозареждане от 50 км се получава средногодишна икономия на вредни емисии от порядъка на 10,5 т/год. Към този екологичен ефект трябва да се прибави вторичният ефект от намаление на вредните емисии в резултат на добива на електроенергия от слънчевата радиация в размер на 3800 kWh/год.

Макар на пръв поглед фотоволтаичната зарядна станция да изглежда елементарна по отношение на съставните си части и да работи в автоматичен режим, тя е потенциално опасна система, защото постоянно е под напрежение. Фотоволтаичният модул е под напрежение дори в тъмната част на деня, а напрежението в инвертора е 220 V - точно толкова, колкото е нормалното ел. напрежение в бита и техниката. В акумулиращата батерия винаги има заряд, който може да предизвика дъга при неправилна експлоатация и да доведе до изключително сериозни наранявания.

За потребителите на зарядната станция ползването й е безопасно, ако се спазват стриктно обикновените правила за работа с електрически уреди. Лицата, обслужващи станцията, трябва да са преминали обучение за безопасна работа и да притежават съответната квалификационна група за работа с електрически съоръжения.

Перспективи за развитието на зарядните екостанции

Развитието на зарядните екостанции зависи преди всичко от наличието на електромобили. Засега има твърде малко подобни превозни средства в движение, за да се състави програма за тяхното зареждане в столичния град. Друг проблем е липсата на обща стандартизационна система както за някои компоненти на зарядните станции, така и за конекторите на електромобилите. Очаква се в бъдеще масовото изграждане на зарядни станции и обслужването на различни марки автомобили да бъде унифицирано.

Прототипна зарядна екостанция бе изградена в кв. Дървеница през 2011 г., а първата градска екостанция работи пред Интер Експо Център в София от лятото на 2012 г. Изпълнители на екостанцията са Консорциум Зелена Енергия - БИЕС и фирмите А1 Лимитед, гр. Исперих, Инженерно конструкторско бюро Рангелов консулт - София, Стримона строй - Петрич и Фарко - София.

В бъдеще зарядни екостанции могат да бъдат изградени на входящите магистрали на столичния град; буферните подземни и надземни паркинги; централната ж. п. гара; централната автогара; спортните зали и стадионите; моловете и хипермаркетите и др. Собствениците на електромобили могат да ги зареждат през времето, когато са ангажирани с посещения на тези публични места.

проф. инж. Росен Малчев,

Бюро за икономия на енергия в строителството (БИЕС)