Laddar elbilar med solceller hemma

Exemplarisk vecka av en enskild användare som visar användningen av BEV såväl som energiproduktionen av tak-PV. I detta registrerade laddningsmönster (dvs. baslinjescenariot, som förklaras nedan), skulle det vara fördelaktigt att inte omedelbart ladda bilen till maximalt, utan istället vänta på perioder med ökad solenergigenerering. Kredit: DOI: 10.1016/j.rser.2021.111969

En elbil som körs på PV-kraft låter tilltalande. Men är det verkligen möjligt att njuta av flexibilitet med ett fordon laddat via ett solcellssystem i hemmet? En forskargrupp från ETH har kommit fram till några överraskande slutsatser.

Området solceller (PV) ökar snabbt i popularitet, och i Schweiz täcker det redan 5 procent av landets elförbrukning. Elektromobilitet växer också starkt – med för närvarande 70 000 rena elfordon på schweiziska vägar plus 200 000 hybrider. Martin Raubal, professor i geoinformationsteknik vid ETH Zürich, välkomnar utvecklingen: ”Mobilitetssektorn är ansvarig för ungefär en tredjedel av växthusgaserna i Schweiz. Elektromobilitet är ett sätt att minska CO2-utsläppen från transporter.”

Solenergi och e-mobilitet är en perfekt match

En forskargrupp ledd av Raubal har nu sammanfört tillväxten av solceller och elektromobilitet i ett hypotetiskt tillvägagångssätt. Forskarna ville veta i vilken utsträckning elbilsägare kan ladda sina fordon med ström från sitt eget solcellssystem utan att begränsa sin bilanvändning mer än med konventionell nätladdning. Många människor är skeptiska till konceptet att ladda med PV-kraft: “Hur kan jag använda min elbil om den måste laddas under dagen medan solen skiner?” är ett vanligt svar.

Studien av ETH-forskarna går långt för att motverka denna skepsis: “Våra resultat visar att ägare av elfordon kan använda sina bilar utan särskilda begränsningar, ladda dem i stor utsträckning med sin egen solcellskraft, även utan mellanlagring, ” säger Henry Martin och sammanfattar studiens huvudresultat. Martin är doktorand vid Institutet för kartografi och geoinformation vid ETH Zürich och forskar vid Institutet för avancerad forskning inom artificiell intelligens (IARAI) i Wien. Studien av ETH-forskarna har just publicerats i tidskriften Recensioner av förnybar och hållbar energi.

Verkliga användardata, virtuell PV-generering

Studien fokuserade på 78 användare av elektrisk mobilitet, som vanligtvis bodde i ett enfamiljshus och ofta använde sina fordon under dagen. Deras användarbeteende registrerades noggrant under tio månader, vilket gjorde att ETH-forskarna kunde veta när elbilarna kördes, när de stod stilla och när de laddades. Användardatan kom från projektet ”SBB Green Class”, där privatpersoner kunde köpa ett mobilitetspaket bestående av ett GA-resekort och en elbil inklusive en privat laddstation.

Ägarna laddade mestadels sina elbilar vid sin hemladdstation med el. Hade de kunnat använda sina bilar lika flexibelt om de hade laddat dem med ström från sitt eget solcellssystem? För att svara på denna fråga utrustade Martins forskarkollega René Buffat hemmen för de 78 elfordonsägarna med ett hypotetiskt PV-system: han identifierade husen via deras adresser, rekonstruerade det tillgängliga takområdet med hjälp av geospatiala data och täckte det virtuellt med solpaneler . Med hjälp av historiska väderdata med en 30-minuters upplösning beräknade Buffat det potentiella solenergiutbytet, med hänsyn till faktorer som skugga från närliggande byggnader och träd.

Hög privat konsumtion tack vare intelligent styrning

Baserat på denna modellberäkning kunde ETH-forskarna fastställa hur mycket PV-kraft som var tillgänglig för varje elbilsägare vid varje given tidpunkt för att ladda sitt fordon. De gjorde antagandet att strömmen främst skulle användas för att ladda elfordonet. Den maximala laddningseffekten i modellen var 11 kilowatt (kW). Beroende på hus hade PV-systemen en toppeffekt på 5 till 25 kW, vilket vanligtvis räckte för att ladda bilen med full effekt i solsken.

För fyra olika laddningsstrategier beräknade forskarna hur stor andel av hushållens PV-kraft som krävs för att ladda elbilarna utan någon förändring i användarens rörlighetsbeteende. I det första fallet laddades de samtidigt som tidigare med nätel, men nu med PV-kraft, om tillgängligt. Resultatet var nykter: i genomsnitt täcktes endast 15 procent av det årliga elbehovet av PV-kraft (resten av elnätet).

Den andra laddningsstrategin, där en enkel intelligent kontroll (smart laddning) såg till att batteriet laddades närhelst hushålls PV-ström var tillgänglig, fick ett annat resultat. I det här fallet uppfylldes mer än hälften (56 procent) av elbehovet med hushålls PV-kraft, utan behov av tillfällig lagring. – Vi blev förvånade över den höga andelen, säger Martin. “Smart laddning kan avsevärt öka hushållens förbrukning av solceller – och fordonet kan användas lika flexibelt som om det vore laddat med el.”

Algoritmer för smart laddning

Om potentialen för intelligent styrning konsekvent utnyttjas (den tredje laddningsstrategin), kan elfordon till och med laddas med hushålls-PV-ström upp till 90 procent av tiden. Om PV-effekten buffras i en lagringsenhet (fjärde laddningsstrategin) kan fordonen nästan uteslutande köras med solenergi. ETH-forskarna är dock ambivalenta när det gäller mellanlagring. Även om hushållens förbrukning av grön solcellskraft kan ökas något, påverkas hållbarhetsbalansen i laddsystemet som helhet av att produktionen av ellagringsenheter orsakar relevanta mängder CO2.

“Vår fallstudie visar potentialen med smart laddning för en decentraliserad och nätvänlig leverans av förnybar energi som hittills har utnyttjats väldigt lite”, säger Raubal. Hans forskargrupp arbetar för närvarande med att utveckla strategier för maskininlärning i syfte att förutsäga PV-utbyte och användarbeteende så exakt som möjligt. Dessa strategier ligger till grund för utvecklingen av smarta laddningsalgoritmer, som man hoppas snart ska användas som standard i laddstationer för elfordon.

---

Smart laddning kan spara elbilsförare 110 pund per år och minska koldioxidavtrycket med 20 %

---

Mer information:
H. Martin et al, Att använda solcellsgenerering på taket för att täcka individuella elfordonsbehov – En detaljerad fallstudie, Recensioner av förnybar och hållbar energi (2022). DOI: 10.1016/j.rser.2021.111969

Citat:Ladda elfordon med solceller hemma (2022, 4 januari)hämtad 4 januari 2022 från https://techxplore.com/news/2022-01-electric-vehicles-photovoltaics-home.html

Detta dokument är föremål för upphovsrätt. Bortsett från all rättvis handel i syfte att privata studier eller forskning, får ingen del reproduceras utan skriftligt tillstånd. Innehållet tillhandahålls endast i informationssyfte.