محولات شحن السيارات الكهربائية المتوافقة مع الطاقة الشمسية لتحقيق استخدام أكثر ذكاءً للطاقة

عندما قام مدير الطاقة في فالنسيا، بإسبانيا، بمراجعة خطة الشحن لمجمع سكني مجهز بالطاقة الشمسية، وافق على تركيب عدة شواحن بقوة 7 كيلووات بعد التأكد من أن نظام الطاقة الكهروضوئية على السطح يمكن أن يوفر طاقة كهربائية كافية خلال النهار. بعد أسبوع من التشغيل، بدأ نظام الطاقة الكهروضوئية في تصدير الكهرباء إلى الشبكة في وقت الظهيرة، بينما كان السكان يقومون بشحن سياراتهم خلال ذروة المساء؛ حيث ارتفعت تكاليف الكهرباء على الرغم من وجود كمية كبيرة من الطاقة المتجددة في الموقع. لم تكن الشواحن ذاتيًا معيبة بالضرورة؛ فقد قام المشروع بتثبيت وحدات شحن السيارات الكهربائية دون دمجها في نظام الطاقة الشمسية ومعدات القياس والرسوم والتحكم في الحمل في العقار. كانت المشكلة الحقيقية ليست في وجود الألواح الشمسية، بل في كيفية جعلها تعمل بذكاء مع شحن السيارات الكهربائية.

محولات شحن السيارات الكهربائية المتوافقة مع الطاقة الشمسية لا تتصل مباشرةً بالطاريات الكهروضوئية في ترتيب بسيط من نوع "سلك وترك". فهي تعمل من خلال المغير في المبنى ونظام القياس ونظام إدارة الطاقة ولوحة التوزيع الكهربائية لتحديد أولويات فائض الطاقة الشمسية، وتقليل واردات الكهرباء من الشبكة، والحفاظ على شحن آمن عند تغير إمدادات الطاقة الشمسية.

كيف تعمل شحن السيارات الكهربائية المتوافقة مع الطاقة الشمسية

عادةً ما يتبع شحن الطاقة الشمسية هذا المسار للطاقة:

أجهزة الطاقة الشمسية → محول الطاقة الكهروضوئية → لوحة التوزيع في المبنى → محول الطاقة الكهربائي للإمداد بالكهرباء إلى السيارات → بطارية السيارة

يُستخدم مقياس الطاقة الذكي أو المحول الحالي لقياس الكهرباء التي تتدفق بين العقار والشبكة، ومبدل الطاقة الشمسية، والشاحن. ثم يقوم نظام التحكم بتعديل تيار الشحن وفقًا لتوافر الطاقة والعبء الكهربائي الآخر للعقار.

هذه التصميمات مهمة لأن توليد الطاقة الشمسية متغير. ينبغي أن يحدد ملخص طلبات التوريد تحكم في الفائض من الطاقة الشمسية وما هي مصادر البيانات التي تثبت وجود فائض؟ قد يقلل السحاب من الإنتاج في غضون ثوانٍ؛ وقد تزيد فرن الميكروويف أو مضخة الحرارة أو مكيف الهواء من الطلب المنزلي في الوقت نفسه. لذا، فإن محول الطاقة الشمسية الصغير المجهز بشكل جيد يحتاج إلى استراتيجية احتياطية محسوبة بدلاً من إيقاف تشغيل الشحن أو تشغيله بشكلٍ مباشر.

تشمل أنماط التشغيل الشائعة ما يلي:

• الشحن المسبق بالطاقة الشمسية: يستخدم الشاحن طاقة PV الفائضة أولاً ويقلل من الإخراج عندما ترتفع الطلب المنزلي.
• الشحن بمساعدة الشبكة: يتم استخدام الطاقة الشمسية عند توفرها، بينما توفر الشبكة الباقي اللازم للحفاظ على سرعة الشحن الأدنى.
• الشحن المجدول: يقوم السيارة بالشحن خلال فترة تعريفة محددة، بغض النظر عن الإنتاج الفوري من الطاقة الشمسية.
• الشحن مع الطاقة الشمسية والبطارية: يحدد نظام إدارة الطاقة ما إذا كان ينبغي أن يتم شحن الطاقة الفائضة للسيارة أو البطارية الثابتة أو تصديرها.

تنص المعيار IEC 61851-1 على المتطلبات العامة لنظم شحن المركبات الكهربائية السلكية، بينما تتناول المعيار IEC 60364-7-712 التوصيلات الكهربائية المرتبطة بأنظمة الطاقة الفلطانية. لذا، يجب تصميم الشاحن ونظام الطاقة الكهروضوئية كأجهزة كهربائية متكاملة، بدلاً من اعتبارها منتجات تستهلك الكهرباء بشكل منفصل.

الشحن بالطاقة الشمسية ليس هو نفسه اتصال اللوحة المباشر

يبحث العديد من المشترين عن محولات شحن السيارات الكهربائية التي تعمل بالطاقة الشمسية توقع وجود شاحن يربط مباشرةً بالوحة على السطح. في معظم تركيبات المنازل والتجارية، لا يعمل النظام بهذه الطريقة. تنتج وحدات الطاقة الشمسية طاقة تيار مستمر متغير؛ ويحولها المغير إلى طاقة تيار متردد قابلة للاستخدام في المبنى وربط الشبكة. ثم يتفاعل شاحن السيارات الكهربائية بالتبديل مع السيارة ويقوم بإدارة جلسة الشحن.

لن يوفر الاتصال المباشر بين الألواح وشاحن التيار المتردد التقليدي جهدًا مستقرًا أو تيارًا أو عزلًا أو حماية. من الممكن إنشاء بنية مخصصة متصلة بالتيار المستمر في أنظمة مصمّمة بشكل خاص، لكن ذلك يتطلب إلكترونيات طاقة متوافقة، وإدارة البطارية، والحماية، والاعتمادية.

يجب أن يتضمن التركيب العملي ما يلي:

• أجهزة الطاقة الشمسية الكهروضوئية ذات حجم يتناسب مع الطلب المتوقع على الطاقة
• مغير شمسية متوافقة أو مغير هجين
• جهاز قياس أو جهاز استشعار CT قادر على قياس الواردات والصادرات
• منصة متوافقة لإدارة الطاقة
• دوائر شحن كهربائية مخصصة
• حماية التيار المتبقي، والتوتر الزائد، والارتفاع في الجهد، والجهد الأرضي
• وثائقية الرجوع إلى شبكة التوزيع وضع للاستخدام في ظل انخفاض إنتاج الطاقة الشمسية أو فقدان الاستشعار أو فشل الاتصالات
• وضع تشغيل آمن ضد فشل الاتصالات أو أجهزة الاستشعار

ولهذا السبب، ينبغي تحديد شواحن المركبات الكهربائية المزودة بألواح شمسية كجزء من مشروع لإدارة الطاقة المتكاملة. يجب أن تتفاعل الألواح الشمسية والمحول ومحول الطاقة ومقياس الطاقة والبرامج الكهربائية والتركيب الكهربائي مع بعضها البعض في أوقات استجابة مقبولة.

كم كمية الطاقة الشمسية تحتاجها سيارة كهربائية؟

يجب أن تحدد مطالبات إدارة الطاقة أي عبء كهربائي قابل للتعديل، وأي التزام خدمة غير قابل للتعديل. قم بتنسيق طاقة مغادرة المركبة، وإنتاج الطاقة الشمسية، وحالة التخزين، والطلب على المباني، وفترات التعريفات، وحدود الشبكة الكهربائية في نموذج قائم على الوقت واحد؛ ثم قم بتحديد سلوك الاسترجاع في حال تغيرات الناتج المتجدد أو الاتصالات أو توفر التخزين. يمكن أن توضح الإرشادات البحثية الشحن المدارة، لكنها لا يمكن أن تحل محل بيانات الاستشعار عن بعد في الموقع وسياسة التحكم المأمونة. فيما يتعلق بالبيئة التخطيطية العامة، انظر نيرل تدير توجيهات شحن المركبات الكهربائية; لا يزال سجل القبول المخصص للموقع يحدد القرار النهائي.

تقدر توقعات الوكالة الدولية للطاقة المتجددة لعام 2026 مبيعات أكثر من 20 مليون سيارة كهربائية على الصعيد العالمي في عام 2025، وتتوقع مبيعات حوالي 23 مليون سيارة في عام 2026. ولا يولد هذا النمو نسبة عامة بين الطاقة الشمسية والمولدات الكهربائية: تظل المتغير التصميمي المفيد هي الحمل المقاس في الموقع، وإيراد الطاقة الشمسية، وحضور المركبات، والطاقة المطلوبة للخروج من الموقع.

تعتمد الطاقة المطلوبة على كفاءة السيارة وعدد الرحلات اليومية وحالة شحن البطارية والطقس وفقدان الطاقة أثناء الشحن. تقدير أول مفيد هو:

الطاقة المستهلكة يوميًا = المسافة التي يتم السير بها يوميًا × استهلاك الطاقة للسيارة

إذا استهلكت السيارة الكهربائية 18 كيلوواط/ساعة لكل 100 كم وقطع مسافة 50 كم يوميًا، فإنها تحتاج إلى حوالي 9 كيلوواط/ساعة للقيادة. بعد خسائر الشحن والتحويل، قد تحتاج الممتلكة إلى إنتاج حوالي 10–11 كيلوواط/ساعة لاستبدال هذه الطاقة.

تختلف إنتاج الطاقة الشمسية باختلاف الموقع. قد ينتج نظام طاقة شمسية قوته 4 كيلووات في الساعة عوائد سنوية ومعدلات يومية مختلفة جداً في فالنسيا ولندن ودبي وسنغافورة وميلبورن بسبب خط العرض والطقس والظلال واتجاه السقف وأشعة الشمس الموسمية. لذلك، يجب حساب عدد الألواح المناسبة استناداً إلى بيانات إنتاج الطاقة الشمسية المحلية بدلاً من تطبيق قاعدة عامة.

ينبغي أيضًا مراعاة سعة البطارية. إذ لا تحتاج بطارية السيارة الكهربائية بسعة 60 كيلوواط/ساعة إلى إنتاج طاقة شمسية بمقدار 60 كيلوواط/ساعة كل يوم، إلا إذا كانت قيد الشحن الكامل من الصفر. وقد لا تحتاج السيارة إلا إلى 8 إلى 15 كيلوواط/ساعة لتستبدل طاقة القيادة اليومية العادية.

بالنسبة للعديد من الأسر، فإن الحل الأكثر واقعية ليس الاستقلال التام في الطاقة، بل الاستهلاك الذاتي الأعلى. ويمكن للشاحن الذكي استخدام الفائض من الطاقة الشمسية خلال النهار واستخدام الكهرباء من الشبكة الكهربائية بأسعار منخفضة عندما يكون السيارة جاهزة قبل الرحلة القادمة.

الميزات الرئيسية لمحولات الطاقة الشمسية الذكية للسيارات

إن الاختلاف بين الشحن الأساسي والشحن الذكي يكمن في المقام الأول في التحكم والقياس والتكامل، وليس فقط في سرعة الشحن.

ينبغي على المشترين الذين يضعون مقارنة بين الاختلافات بين شواحن السيارات الكهربائية الذكية وشواحن السيارات الأساسية أن يركزوا على السلوك الفعلي للتحكم. قد يعلن شاحن عن Wi-Fi أو تطبيق دون تقديم تتبع لمستويات الفائض من الطاقة الشمسية، أو موازنة الحمل الديناميكية، أو التكامل المفتوح مع مولد الطاقة في العقار.

قاعدة البيانات الخاصة بالتطبيق والتكاليف

تكلفة محولات شحن السيارات الكهربائية التجارية يشمل ذلك أكثر من مجرد الشاحن والبطاريات. يجب على فرق المشاريع وضع ميزانية لمكونات الطاقة الشمسية، مثل وحدات الطاقة الشمسية، ومحولات الطاقة، ومعدات التحكم، والمقاييس، والاتصالات، والأعمال المدنية، والتصميم، والتفعيل، وعقود البرمجيات، والصيانة، وإمكانية تخزين البطاريات.

يمكن أن تقلل شواحن السيارات الكهربائية المنزلية الموفرة التكلفة على الطاقة عندما يكون التركيب مجهزًا بالفعل بمعدات مناسبة لتوليد الطاقة الكهربائية ومقياس متوافق. ومع ذلك، قد يضيع شاحن غير مكلف دون تكامل مناسب للطاقة الشمسية طاقة فائضة، كما أن التحكم في الطلب في أوقات الذروة قد يكون محدودًا.

المتطلبات القياسية والمتطلبات التنظيمية

قد تشمل المعايير ذات الصلة لتشغيل السيارات الكهربائية المتكاملة بالطاقة الشمسية ما يلي:

• IEC 61851-1: المتطلبات العامة لنظم شحن المركبات الكهربائية السلكية.
• IEC 60364-7-712: المنشآت الكهربائية المرتبطة بمحطات الطاقة الكهروضوئية.
• IEC 60364-7-722: الأنظمة الكهربائية التي توفر الطاقة للسيارات الكهربائية.
• IEC 62196: موصلات الكهرباء، ومنافذ الشحن، وموصلات المركبات، ومنافذ دخول المركبات.
• IEC 62955: أجهزة الكشف عن التيار المستمر المتبقي لعملية الشحن بنظام Mode 3.
• المواصفة ISO 15118-20: وظائف الاتصال بالمركبة ذات الصلة بالتشغيل المتقدم والثنائي الاتجاه.
• OCPP 2.0.1: إدارة محطات الشحن والتشغيل المنسق.
• UL 2594 وUL 1741: متطلبات معدات إمداد الكهرباء ومعدات تحويل الطاقة المعمول بها في المشاريع ذات الصلة في أمريكا الشمالية.

يجب تقييم أنظمة شحن الطاقة الشمسية والسيارات الكهربائية من حيث العزل الكهربائي، وحماية الصدمات الكهربائية، وحماية التيار المتبقي، والجهد الأرضي، وحماية التيار الزائد، وسلوك منع الانقلاب، وفشل الاتصال. ولا يثبت وجود علامة مؤكدة على الاستعداد للطاقة الشمسية تلقائيًا توافقها مع كل مولد أو سيارة.

ينبغي التحقق من شهادات CE وCCC وغيرها من العلامات السوقية الخاصة بالنموذج المحدد والأسواق المستهدفة. ويجب على المشترين التمييز بين المعدات المصممة وفقًا لمعيار معيّن ومعدات خضعت لاختبارات في المختبرات، والشهادات الصادرة من جهات خارجية، والموافقات السوقية.

كيف تختار شواحن السيارات الكهربائية المتوافقة مع الطاقة الشمسية

نوصي باتخاذ خمس خطوات عملية:

1. قياس نمط الطاقة. تسجيل توليد الطاقة الشمسية، واستهلاك المنازل أو المنشآت، وأوقات وصول المركبات، والمسافات اليومية، ومتطلبات المغادرة.
2. تأكد من توافق المغير ومقياس الطاقة. لا يمكن للجهاز الشاحن أن يعمل بشكل صحيح إذا لم يتمكن من تلقي بيانات موثوقة عن الواردات والصادرات وتوليد الطاقة من الألواح الشمسية.
3. حدد أولويات الشحن. قم بقرار ما إذا كان الفائض من الطاقة الشمسية أو شحن البطارية أو الطاقة الكهربائية من الشبكة بأسعار منخفضة أو وقت مغادرة السيارة له الأولوية.
4. اعد خطة لمواجهة الظروف الجوية المتغيرة. ينبغي أن يستمر النظام بأمان عندما تقل الطاقة الشمسية المتاحة بسبب الغيوم أو الحرارة أو المطر أو فشل الاتصالات.
5. طلب أدلة محددة للتكوين. الحصول على رسوم التكامل والبروتوكولات المدعومة والحدود البيئية والشهادات وسياسات البرامج الثابتة وسلوك إدارة الحمل.
6. طلب تواريخ حزمة الأدلة الخاصة بالطاقة الشمسيةتوافق المغير ومقياس الطاقة، وأطر التحكم، وافتراضات الحد الأقصى للتصدير، وتوثيق النموذج المحدد.

رؤية الطاقة الكهربائية العالمية لعام 2026 الصادرة عن الوكالة الدولية للطاقة يوفر السياق السوقي الحالي؛ ولا يزال حجم المشروع يتطلب بيانات إنتاج ومطالبة محددة لموقع المشروع.

تنتج XYDF أجهزة شحن السيارات الكهربائية للاستخدام السكني أو في مكان العمل أو في الأسطول أو في التطبيقات التجارية. يجب على المشترين الذين يخططون لشراء شواحن شمسية للسيارات الكهربائية التأكد من نطاق طاقة النموذج المحدد، وطريقة التحكم بالكهرباء، والعدادات أو منصات إدارة الطاقة التي تدعمها، ووظائف الحماية، والوثائق الخاصة بالسوق.

في المواقع الكبيرة، قد يتم دمج شحن الطاقة الشمسية مع تخزين البطارية، وإدارة الطلب، والبنية التحتية ذات القدرة العالية. مجموعة منتجات شحن السيارات الكهربائية ينبغي تقييمها وفقًا لتدفقات الطاقة في الموقع بدلاً من إخراج الشاحن وحده.

أسئلة متكررة

هل يمكن شحن سيارة كهربائية بالطاقة الشمسية؟

نعم. يمكن للطاقة الشمسية أن تمدّ شاحنة كهربائية بالكهرباء من خلال مغير كهربائي متوافق، ونظام توزيع كهربائي، ومقياس كهرباء، ومحسّن شحن ذكي. لا يتصل المحسّن عادةً مباشرةً بمصابيح الطاقة على السطح؛ بل يستخدم إمداد التيار الكهربائي في المبنى، بينما يحدد نظام إدارة الطاقة مقدار الطاقة المستمدّة من توليد الطاقة الشمسية.

هل يمكنني شحن سيارتي الكهربائية باستخدام الألواح الشمسية؟

نعم، شريطة أن يتم دمج نظام الطاقة الشمسية ومحول الشحن بشكل صحيح. ويتمثل الترتيب الأكثر فائدة في استغلال إنتاج الطاقة الشمسية الزائد وتعديل التيار الكهربائي الذي يتم استخدامه في عملية الشحن وفقًا لذلك. وعندما تنخفض إمدادات الطاقة الشمسية، قد يقلل النظام من معدل الشحن أو يستخدم الشبكة الكهربائية أو ينتظر فترة منخفضة التكلفة يتم تحديدها مسبقًا.

هل يمكن تشغيل محطة شحن المركبات الكهربائية بالطاقة الشمسية؟

يمكن تزويد محطة شحن المركبات الكهربائية جزئيًا أو كليًا بنظام الطاقة الشمسية والبطارية، ولكن يجب أن يتضمن التصميم القدرة على التحويل، وحجم البطارية، والحماية، والربط بالشبكة، واحتياجات الشحن، وأوقات مغادرة المركبات. ولا يكفي وجود مجموعة شمسية مستقلة دون تحويل الطاقة والتحكم المناسبين.

هل يوجد شاحن للسيارات الكهربائية يعمل بالطاقة الشمسية؟

تتوفر شواحن السيارات الكهربائية الذكية المصمّمة للعمل مع محولات الطاقة الشمسية وأجهزة قياس الطاقة وأنظمة إدارة المباني. وتكمن قيمتها في التحكم في وقت وطرائق شحن السيارة؛ فهي ليست شواحن مستقلة عادةً تعمل مباشرة من إخراج اللوحة المتذبذب.

كم عدد ألواح الطاقة الشمسية التي أحتاجها لشحن سيارة كهربائية؟

تعتمد هذه النسبة على المسافة اليومية التي يتم قطعها، وكفاءة السيارة، والإنتاج الضوئي المحلي، ومستوى توليد الطاقة من الألواح الشمسية، والظلال، والموسم، وفقدان الطاقة أثناء الشحن. لذلك، تحتاج سيارة تستخدم 10 كيلووات في اليوم إلى حوالي 10-11 كيلووات من الطاقة المولدة بعد خسائر، لكن عدد الألواح الشمسية المطلوبة يختلف بشكل كبير حسب الموقع.

هل توجد شاحن للطاقة الشمسية للسيارات الكهربائية؟

نعم. تستخدم شواحن السيارات الكهربائية المتوافقة مع الطاقة الشمسية أجهزة قياس، وأجهزة استشعار CT، ومحولين، أو منصات إدارة الطاقة لتنسيق عملية الشحن مع إنتاج الطاقة الشمسية. يجب على المشترين التحقق مما إذا كان الشاحن يدعم شحن الطاقة الشمسية الإضافية، أو التخزين الاحتياطي للشبكة، أو موازنة الحمل، والرسوم المحددة، والمحول المحدد المستخدم في الموقع.

كيف ينبغي لموقع الطاقة المتجددة التحقق من استراتيجية الطاقة الشمسية أو التخزين أو إدارة الحمل؟

تحقق من صحة الاستراتيجية باستخدام بيانات زمنية تتضمن بيانات عن طاقة المركبة، والإنتاج من الطاقة الشمسية، وحالة التخزين، وعبء المبنى، وفترات التعريفة، ومتطلبات المغادرة. قم باختبار حالات انخفاض إنتاج الطاقة الشمسية، وانخفاض استهلاك الشبكة الكهربائية، وفقدان الاتصالات، والتأخر في مغادرة المركبة، ثم سجل ما إذا كان وحدة التحكم يحافظ على الطاقة المطلوبة للمركبة قبل تحويل الحمل المرن. لا يشكل لقطة شاشة لوحة المعلومات عرضًا لأداء النظام.

المراجع

1. ملخص التوقعات العالمية للسيارات الكهربائية لعام 2026 الصادر عن الوكالة الدولية للطاقة الذرية
2. IEC 61851-1 — نظام الشحن السلكي للسيارات الكهربائية
3. IEC 60364-7-722:2018 — لوازم وقطع غيار لسيارات كهربائية
4. NFPA 70 — قانون الكهرباء الوطني

تُصنع شركة XYDF معدات الشحن لتلبية متطلبات إدارة الطاقة هذه، عندما يجب أن تعمل شحن السيارات الكهربائية كجزء من نظام شمسي وميكانيكي أوسع نطاقاً. يمكن لفرق المشاريع التعرف على المزيد عن هذا النظام. القدرات في مجال التصنيع وحلول الشحن قبل مناقشة سعة الخلايا الشمسية وتكوين الشواحن وتحقيق التوازن في الحمل والامتثال المحدد للسوق.