Estações de carregamento de veículos alimentadas por energia solar

Otimização estocástica para estações de carregamento de veículos alimentadas por energia solar.

As estações de carregamento de veículos alimentadas por energia solar utilizam painéis fotovoltaicos para captar a luz solar e gerar eletricidade, que pode ser usada para carregar os veículos elétricos diretamente ou armazenada em baterias para carregamento posterior, mesmo em dias nublados ou à noite. Essas estações podem ser fixas (como os carports solares) ou móveis, oferecendo uma solução sustentável e, em muitos casos, econômica, por reduzir ou eliminar o consumo de energia da rede elétrica.

Como funcionam:

Geração de Energia: Os painéis solares captam a luz do sol e a convertem em eletricidade.

Armazenamento (Opcional): A energia pode ser armazenada em baterias integradas ao sistema, permitindo o carregamento contínuo mesmo sem sol.

Distribuição: A eletricidade é enviada para os veículos elétricos através de um sistema de carregamento, sem a necessidade de conexão com a rede elétrica tradicional.

Tipos de Estações:

Carports Solares: Estruturas de estacionamento cobertas com painéis solares, que não apenas fornecem sombra, mas também geram eletricidade para carregar veículos estacionados embaixo.

Estações Portáteis: Unidades móveis, como o EV ARC da Envision Solar, que capturam energia solar e a transmitem para os veículos elétricos. Podem ser deslocadas para atender diferentes pontos da cidade.

Soluções Integradas: Empresas oferecem a combinação de painéis solares, sistemas de armazenamento de energia e carregadores de veículos elétricos como uma solução completa e sustentável.

Vantagens:

Sustentabilidade: Contribuem para a redução de emissões de gases de efeito estufa, alinhando-se a objetivos de sustentabilidade ambiental.

Economia: Reduzem o custo de carregamento ao diminuir ou eliminar a dependência da energia elétrica da rede.

Flexibilidade: As unidades móveis ou portáteis oferecem a conveniência de carregar veículos em diversos locais, incluindo áreas sem infraestrutura de carregamento permanente.

Exemplos e Disponibilidade:

Empresas: A Envision Solar (EUA), Albioma (Ilha da Reunião), Energy True e Volt Park no Brasil são algumas das empresas que trabalham com essa tecnologia.

Aplicações: Estas estações podem ser encontradas em estacionamentos públicos, centros comerciais, empresas e locais de trabalho, promovendo a mobilidade sustentável.

Cientistas desenvolveram uma nova abordagem que combina otimização do dia seguinte e em tempo real para melhorar as operações de estações de carregamento de veículos elétricos movidos a energia fotovoltaica. A estrutura é baseada na média móvel autorregressiva e nos modelos de amostragem de hipercubos latinos.

Uma equipe de pesquisa global liderada por cientistas do Tianjin Renai College da China desenvolveu uma nova técnica de otimização estocástica para melhorar o despacho e a eficiência operacional em estações de carregamento de veículos elétricos (EVs) movidas a energia fotovoltaica equipadas com sistemas de armazenamento de energia (ESS).

As estruturas propostas integram uma otimização para o dia seguinte e uma otimização em tempo real para lidar com as incertezas da previsão, minimizando os custos operacionais ao programar dinamicamente o sistema de armazenamento de energia.

“A crescente população de veículos elétricos traz uma preocupação significativa: seu acesso arbitrário à rede por meio de unidades de carregamento pode piorar as flutuações de carga”, disseram os acadêmicos. “Este artigo propõe uma estratégia de despacho estocástico em escala de tempo múltipla que integra a programação do dia seguinte e a otimização da rolagem intradiária. Embora os modelos de integração e despacho de armazenamento fotovoltaico tenham sido estudados individualmente, poucos trabalhos coordenaram a programação do dia seguinte e em tempo real em uma estrutura unificada sob incerteza. Este estudo preenche essa lacuna introduzindo uma estratégia de otimização baseada em cenários que ajusta dinamicamente as decisões de despacho com base em previsões atualizadas”.

A nova técnica usa a média móvel autorregressivo (ARMA) para prever a produção fotovoltaica do dia seguinte e a carga de carregamento do EV. Em seguida, usa a amostragem de hipercubo latino (LHS) para criar muitos cenários de uso, depois agrupando-os em alguns, para ser computacionalmente mais eficiente. Esses dados são utilizados para otimizar o sistema. No nível intradiário, o sistema usa uma estratégia de otimização contínua em um ciclo de 15 minutos, enquanto otimiza dinamicamente o sistema.

Para demonstrar capacidades da técnica os cientistas simularam três estações de carregamento fotovoltaico, cada uma com 60 unidades de carregamento de 32 kW. A infraestrutura fotovoltaica gera 300 kW, utilizando inversores de 600 kW com 97% de eficiência e um ESS com capacidade de 800 kWh. O custo nivelado de eletricidade fotovoltaica (LCOE) foi estimado em CNY 0,6041 (US$ 0,085) / kWh, enquanto o ESS custa CNY 0,3 milhão / kWh. Os EVs têm uma capacidade de bateria de 70 kWh e uma potência de carregamento de 7 kW.

Nessas condições, quatro casos foram testados; o primeiro foi um cenário determinístico sem armazenamento e o segundo foi um cenário com 800 kWh de armazenamento. O caso três foi estocástico, com nove cenários gerados e 800 kWh de armazenamento, e o caso quatro também foi estocástico, com 800 kWh e 25 cenários.

Usando apenas a técnica do dia seguinte, o caso quatro teve um custo de execução de CNY 9.716,96, o caso três de CNY 9.692,65, o caso dois de CNY 9.663,15 e o caso um de CNY 10.916,04. Usando a otimização intrada, os preços diminuíram para CNY 9.283,63, CNY 9.279,53, CNY 9.274,98 e CNY 10.516,68, respectivamente.

“Ao contrário dos modelos determinísticos, que não levam em conta os erros de previsão, e das abordagens estocásticas de camada única que carecem de capacidade de resposta em tempo real, o método proposto integra a otimização diária e intradiária usando uma abordagem baseada em cenários, aumentando a flexibilidade e a precisão”, concluiu a equipe. “A economia de custos e as melhorias de resiliência observadas em nossas simulações demonstram adaptabilidade superior sob incerteza de previsão, ressaltando as vantagens de nossa estrutura de otimização estocástica em escala de tempo múltipla”.

Metodologia foi apresentada em “Multi-timescale stochastic optimization for enhanced dispatching and operational efficiency of electric vehicle photovoltaic charging stations“, publicado no International Journal of Electrical Power & Energy Systems. Cientistas do Tianjin Renai College da China, da Universidade Politécnica da Catalunha da Espanha e da Universidade de Aalborg da Dinamarca participaram do estudo. (pv-magazine-brasil)