توسط : 
افزایش استفاده از خودروهای برقی و اهمیت انرژیهای پاک، موجب شده تا ایده استفاده از پنلهای خورشیدی برای تأمین برق خودروهای برقی شکل بگیرد. در این مقاله قصد داریم با محاسبه دقیق انرژی مصرفی خودرو، توان تولیدی پنلها، تعداد پنلهای مورد نیاز و شرایط جغرافیایی منطقه، این ایده را شرح دهیم.
انرژی مصرفی خودروهای برقی بهطور میانگین چقدر است؟
میزان مصرف انرژی ماشینهای برقی با توجه به اندازه خودرو متفاوت است:
خودروهای برقی کوچک شهری، حدود ۱۳ تا ۱۵ کیلوواتساعت، خودروهای متوسط حدود ۱۵ تا ۱۸ کیلوواتساعت و خودروهای بزرگ (شاسیبلند) بیش از ۲۰ کیلوواتساعت در هر ۱۰۰ کیلومتر مصرف انرژی دارند.
فرض میکنیم یک خودرو متوسط با حدود ۱۸ کیلوواتساعت انرژی به ازای هر ۱۰۰ کیلومتر داریم. اگر روزانه حدود ۵۰ کیلومتر در سطح شهر رانندگی کنیم، این مقدار مسافت به طور معمول برابر با ۱۰ kWh انرژی است.
برای تأمین انرژی مصرفی خودروهای برقی به چند پنل خورشیدی نیاز است؟
برای پاسخ به این سؤال ابتدا لازم است چند عامل را بررسی کنیم:
ظرفیت باتری
برای بیان مقدار انرژی قابل ذخیر در باتری خودروهای برقی، از واحد کیلوواتساعت (kWh) استفاده میشود. باتریهایی با ظرفیت بالاتر، به انرژی بیشتری برای شارژ کامل نیاز دارند.
خودروهای شهری کوچک به طور باتریهایی با ظرفیت میانگین ۳۰ تا ۵۰ کیلوواتساعت دارند، در حالی که باتری خودروهای برقی پیشرفتهتر، ممکن است ظرفیت بیش از ۸۰ کیلوواتساعت داشته باشند.
معمولاً باتری خودروهای برقی بهصورت کامل از صفر تا صد درصد شارژ نمیشود بلکه تنها انرژی مصرفشده در طول روز را جبران میشود. این موضوع برای طراحی سیستم خورشیدی حائز اهمیت بوده و قبل از طراحی نیاز است تا مشخص شود هدف، شارژ کامل باتری است یا تنها تأمین انرژی مصرفی روزانه خودرو.
میزان رانندگی روزانه
با توجه به بررسیای که در بخش قبل انجام دادیم، مشخص شد یک خودروی برقی روزانه بهطور میانگین ۱۰ کیلوواتساعت انرژی مصرف میکند. اگر این مقدار انرژی را با ظرفیت باتری که در قسمت الف بررسی کردیم، مقایسه کنیم، درمییابیم که هدف اصلی شارژ کامل باتری در یک روز نیست؛ بلکه جبران انرژی مصرفشده در مسیرهای روزانه است.
توان هر پنل خورشیدی
توان تولیدی هر پنل خورشیدی یکی دیگر از عاملهای مهم در تعیین تعداد پنلهای موردنیاز است. پنلهای خورشیدی امروزی توانهایی بین بازه ۳۵۰ تا ۵۵۰ وات دارند.
برای یک پنل ۴۵۰ واتی در شرایط استاندارد، میتواند در هر ساعت حدود ۰٫۴۵ کیلووات تولید برق تخمین زده شده است. البته باید دقت داشت توان یک پنل خورشیدی وابسته به عواملی همچون میزان تابش خورشید، دمای محیط، زاویه نصب و شرایط آبوهوایی است.
برای مثال برای تأمین ۱۰ کیلوواتساعت انرژی موردنیاز خودروی برقی، نیاز به حدود ۴ یا ۵ پنل ۴۵۰ واتی که در روز حدود ۲ تا ۲٫۵ کیلوواتساعت انرژی تولید میکنند، داریم. در طراحی واقعی، تلفات سیستم، کاهش راندمان پنلها و تغییرات آبوهوایی در نظر گرفته میشود.
میزان تابش خورشید در محل نصب
منطقاً در شهرهایی با آبوهوای آفتابی که تابش خورشید بیشتر است، پنلهای خورشیدی قادر به تولید انرژی بیشتری خواهند بود نسبت به شهرهایی با آبوهوای ابری یا با روزهای کوتاه. علاوه بر این، نصب پنلها با زوایای صحیح یا اشتباه، در تعداد پنل مورد نیاز برای تأمین انرژی خودروی برقی بسیار مؤثر است.
محل شارژ پنلهای خورشیدی: سامانه ثابت یا پنل نصبشده روی خودرو
برای این حالت، پنلها را روی پشتبام خانه، پارکینگ یا ایستگاه شارژ نصب میکنند و هر خودرو با توقف در این محل به شارژر متصل میشود. سامانه ثابت میتواند به شبکه برق متصل باشد یا مستقل از شبکه عمل کند. در مدل متصل به شبکه، برق تولیدشده توسط پنلها ابتدا وارد شبکه یا تجهیزات محل شارژ میشود. این حالت امکان نصب پنلها به تعداد بالا را فراهم میکند و روشی رایج و قابلاجراتر برای شارژ خورشیدی خودروهای برقی است.
در سامانه مستقل از شبکه، پنلها روی سقف یا بدنه خودرو نصب میشوند و بدین صورت، انرژی تولیدی مستقیماً وارد باتری خودرو میشود. یکی از چالشهای موجود در این روش، محدودیت در تعداد پنل قابل نصب به دلیل کمبود فضای کافی است؛ بنابراین توان سامانه مستقل بسیار کمتر از سامانه ثابت است و مناسب برای شارژ کامل باتری خودرو نیست، بلکه فقط قادر است انرژی روزانه برای حرکت خودرو یا افزایش تأمین کند.
چالشها و محدودیتهای شارژ خورشیدی خودروهای برق
هزینه اولیه بالا
مهمترین چالش این فناوری، هزینه اولیه بالا برای خرید و نصب تجهیزات است. پنلهای خورشیدی، اینورتر، تجهیزات کنترل، شارژر و در برخی موارد باتری ذخیرهسازی، هر کدام هزینهی قابلتوجهی ایجاد میکنند. البته باید توجه داشت در صورت خرید این سیستم، هزینه پرداختی در طول زمان با کاهش هزینه برق جبران میشود.
وابستگی به شرایط آبوهوایی
همانطور که قبلتر اشاره شد، تولید انرژی خورشیدی به میزان تابش خورشید وابسته است؛ پس در روزهای ابری، بارندگی یا ساعات شب، توان تولیدی پنلها کاهش مییابد. همچنین نصب نادرست پنل بهگونهای که تابش خورشید به آن را کمتر کند، در کاهش تولید انرژی مؤثر است؛ پس بسیاری از سامانهها نیاز دارند تا از باتری ذخیرهسازی استفاده کنند یا اتصال به شبکه برق داشته باشند.
نیاز به فضای نصب مناسب
برای تولید انرژی کافی، نیاز به نصب تعداد مشخصی پنل خورشیدی داریم. محدودیت سطح سقف خودرو، موجب محدودیت تعداد پنلهای قابل نصب و درنتیجه کاهش توان تولیدی آنها میشود.
راندمان محدود پنلهای خورشیدی
همچنین عوامل مختلفی مانند دمای بالا، گردوغبار و زاویه نامناسب نصب میتوانند راندمان سیستم را کاهش دهند و موجب شوند تا سلول خورشیدی بخشی از تابش انرژی خورشید را اتلاف میکنند.
جمعبندی
در بسیاری از کشورها، شارژ خودروهای برقی با استفاده از پنلهای خورشیدی اجرایی شده و بهطور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است. با توجه به ظرفیت باتری و میزان پیمایش روزانه، میتوان با تعداد ۴ تا ۶ پنل، انرژی مورد نیاز برای اکثر خودروهای معمولی را تأمین کرد. با توسعه این فناوری میتوان هزینههای انرژی را کاهش داد، از انتشار آلایندهها تا حد زیادی جلوگیری کرد و به سمت حملونقل پایدار حرکت داش
سؤالات متداول
بله، کاملاً امکانپذیر است. با نصب پنلهای خورشیدی در محل پارکینگ، پشتبام یا ایستگاه شارژ، میتوان برق موردنیاز خودرو را تأمین کرد. همچنین در برخی مدلها، پنلها روی سقف خودرو نصب میشوند، هرچند توان کمتری دارند.
بسته به مصرف روزانه و توان پنلها، معمولاً بین ۴ تا ۶ پنل ۴۵۰ واتی برای تأمین انرژی یک خودروی معمولی با مسافت روزانه حدود ۵۰ کیلومتر کافی است.
هزینه اولیه شامل پنل، اینورتر، شارژر و باتری ذخیرهسازی (در صورت نیاز) نسبتاً بالاست، اما در بلندمدت با کاهش هزینههای برق، این سرمایهگذاری جبران میشود و به صرفه خواهد بود.
تولید برق خورشیدی به تابش مستقیم خورشید وابسته است؛ بنابراین در شب یا روزهای ابری، توان تولیدی کاهش مییابد. برای جبران این مشکل، معمولاً از باتری ذخیرهسازی یا اتصال به شبکه برق استفاده میشود.
بله، اما فضای محدود سقف خودرو، تعداد پنلهای قابل نصب را کاهش میدهد و توان تولیدی پایینتر میآید. روش بهتر، نصب سامانه ثابت در محل پارکینگ یا پشتبام است که فضای کافی برای تعداد بیشتر پنل فراهم میکند.
بله، با طراحی سامانههای مستقل از شبکه (آفگرید) و استفاده از باتری ذخیرهسازی، میتوان تا حد زیادی به شبکه برق وابسته نبود، اما برای تأمین کامل در تمام شرایط، معمولاً اتصال به شبکه بهعنوان پشتیبان توصیه میشود.
