ELECTRIC VEHICLES CHARGING STATIONS BASED ON RENEWABLE ENERGY SOURCES - MYTH OR REALITY

HRVATSKI OGRANAK MEĐUNARODNE ELEKTRODISTRIBUCIJSKE KONFERENCIJE - HO CIRED 4. (10.) savjetovanje Trogir/Seget Donji, 11. - 14. svibnja 2014. SO4 14 Igor Petrović Ipsus d.o.o., Pitomača Email: ured.ip@gmail.com Željko Ban Sveučilište u Zagrebu, Fakultet elektrotehnike i računarstva Email: zeljko.ban@fer.hr STANICE ZA PUNJENJE ELEKTRIČNIH VOZILA ZASNOVANE NA OBNOVLJIVIM IZVORIMA ENERGIJE MIT ILI REALNOST SAŽETAK U članku se daje pregled protokola punjenja električnih vozila i klasifikacija prema vremenu punjenja i snazi. Detaljno se prikazuju protokoli zasnovani na IEC 61851-1 i CHAdeMO standardima. Temeljem analize snage provodi se analiza primjenjivosti obnovljivih izvora energije kod stanica za punjenje električnih vozila u autonomnom radu odnosno u kombinaciji s energetskom mrežom. Od obnovljivih izvora energije razmatraju se fotoelektrični paneli i vjetroturbine. Budući da je raspoloživost energije spomenutih obnovljivi izvori stohastičke prirode te postoje periodi vremena bez raspoložive energije, razmatraju se sustavi skladištenja energije u svrhu povećanja autonomnosti sustava i smanjenja potrebe za korištenjem energije iz mrežnog sustava. Razmatraju se sustavi skladištenja zasnovani na baterijskim sustavima i energiji vodika. Energetskom analizom procjenjuju se zahtjevi na sustave skladištenja te opravdanost korištenja sustava skladištenja odnosno obnovljivih izvora energije.. Ključne riječi: Stanice za punjenje električnih vozila, CHAdeMO standard, IEC 61851 standard, fotoelektrični izvori energije, vjetroturbine, skladištenje energije, akumulatori, vodikovi gorivni članci ELECTRIC VEHICLES CHARGING STATIONS BASED ON RENEWABLE ENERGY SOURCES - MYTH OR REALITY SUMMARY The article deals with overview of the electric vehicles charging protocol and charging stations classification according to the charging time and power. Charging protocols based on IEC 61851-1 and CHAdeMO standards are discussed in detail. The applicability of the renewable energy sources in the electric vehicles charging stations for in the autonomous operation or in combination with the power grid is considered. The consideration is based on the power analysis for charging stations, photoelectric panels and wind turbines. Bearing in mind stochastic availability of energy from renewable energy sources, as well as periods of time without available energy, the energy storage systems are considered. In order to increase the autonomy of the system and reduce the usage of energy from the power grid, the storage systems based on batteries and hydrogen energy storages are taken into account. The requirements on storage systems and validity of storage systems and renewable energy sources usage is estimated with respect to energy analysis. Key words: Electric vehicles charging stations, CHAdeMO protocol, IEC 61851 standard, photoelectric energy sources, wind turbines, energy storage, batteries, fuel cell energy source 1

1. UVOD Dominantan udio u cestovnom prometu još uvijek pripada vozilima pokretanim motorima s unutrašnjim izgaranjem zasnovanim na fosilnim gorivima. No, zahtjevi za smanjenjem onečišćenja kao i napredak na području električnog pogona i skladištenja električne energije u zadnje vrijeme povećavaju udio hibridnih i električnih vozila u cestovnom prometu. Od vozila koja ne koriste motor s unutrašnjim sagorijevanjem sve važniju ulogu imaju vozila pogonjena komprimiranim zrakom te električna vozila. Kod vozila pokretanih elektromotorom moguća je primjena električnih vozila napajanih vodikovim gorivnim člancima, napajanim iz baterija te hibridnih vozila. Svim tim vozilima zajedničko je korištenje pogonskog električnog motora sa svim prednostima upravljanja po momentu, raspodjele momenta među pogonskim kotačima i poboljšanje voznih karakteristika temeljem naprednih metoda raspodjele momenta. Razlika među spomenutim vozilima je primarni izvor energije. Kod hibridnih vozila primarnih izvor energije su i dalje fosilna goriva te nije potrebno razmatrati druge izvore energije i stanice za punjenje. Vozila napajana vodikovim gorivnim člancima predstavljaju veći izazov od klasičnih električnih vozila, pa su usprkos povećanoj autonomiji još u postupku razvoja. S druge strane klasični električni automobili su dostigli zadovoljavajući stupanj razvoja tehnologije za primjenu u cestovnom prometu. Nužan uvjet za značajno povećanje udjela električnih vozila u cestovnom prometu je izgradnja mreže punionica. Uzimajući u obzir prosječan doseg električnih vozila od oko 100 km, proizlazi da razmak punionica ne bi trebao biti veći od 40 do 50 km. S druge strane, kod izgradnje punionica električnih vozila potrebno je osim o dobrom smještaju i rasporedu voditi računa i o njihovom napajanju energijom [1]. Postoji više kategorija punionica s obzirom na tip, način djelovanja te snagu i vrijeme punjenja [2], [3] pa je prema tome potrebno osigurati i različite izvore napajanja. Budući da električna vozila pripadaju kategoriji vozila s nultom stopom emisije ispušnih plinova idealno bi bilo osigurati za njihovo punjenje energiju iz obnovljivih izvora energije čime bi se u potpunosti izbjeglo zagađenje. Štoviše primjena obnovljivih izvora na mjestu punionica električnih vozila osigurala bi da punionice budu autonomne te bi se izbjegla potreba priključenja na konvencionalnu elektro energetsku mrežu. U ovom članku se razmatraju mogućnosti i ograničenja primjene obnovljivih izvora električne energije za napajanje punionica električnih vozila uzimajući u obzir tip punionice, smještaj, prihvatljivo vrijeme punjenja te potrebnu snagu. Razmotrene su mogućnosti primjene obnovljivih izvora energije u otočnom radu kao i u kombinaciji s elektroenergetskom mrežom za napajanje punionica električnih vozila. 2. PREGLED PUNIONICA PREMA VREMENU PUNJENJA I PROTOKOLIMA PUNJENJA Prihvatljivo vrijeme punjenja električnih vozila, glavni je faktor koji određuje tip i snagu punionice prikladnu za pojedino mjesto. Prihvatljivo vrijeme ovisi o vremenu ne korištenja vozila na pojedinom mjestu. Tako postoje punionice prihvatljive za kućnu upotrebu i garaže, za radne organizacije, trgovačke centre, odnosno za magistralne i autoceste. Boravak vozila u garaži vlasnika je u prosjeku 12 do 20 h dnevno, pa se i vrijeme punjenja takvih punionica prilagođava tom vremenu kako bi bila potrebna manja snaga punjenja. U radnim organizacijama zadržavanje automobila zaposlenika određeno je radnim vremenom te je u prosjeku 8 do 10 h. Kod trgovačkih centara vrijeme zadržavanja je dva do tri sata, dok je na autocestama poželjno što kraće zadržavanje. Na tim mjestima potrebno je osigurati punionice koje omogućuju punjenje baterija električnih vozila za 20 do 30 min ili kraće, da se izbjegne gubitak vremena. Stanice se prema vrsti napona na konektoru za punjenje vozila dijele na izmjenične (AC) i istosmjerne (DC). Prema snazi, svaka od navedenih vrsta dijeli se u tri nivoa, prema slijedećoj tablici. Tablica I. Klasifikacija stanica za punjenje električnih vozila Nivo Karakteristike AC DC Izlazni napon 120 V / 240 V 200 do 450 V Nivo 1 Maksimalna snaga 3,5 kw 36 kw Maksimalna struja 16 A 80 A Prosječno vrijeme punjenja 17 h 1,2 h 2

Nivo Karakteristike AC DC Izlazni napon 240 V 200 do 450 V Nivo 2 Maksimalna snaga 3,3 kw do 20 kw 90 kw Maksimalna struja 16 A do 80 A 200 A Prosječno vrijeme punjenja 7 h do 1,2 h 20 min Izlazni napon 240 V 200 do 600 V Nivo 3 Maksimalna snaga 20 kw 240 kw Maksimalna struja 80 A 400 A Prosječno vrijeme punjenja < 1,2 h 10 min AC i DC stanice za punjenje električnih vozila se osim po tipu izlaznog napona i snazi razlikuju po smještaju pretvarača za punjenje. AC stanice daju standardni izmjenični napon dok se pretvarač za punjenje nalazi u vozilu. U stanici se nalaze samo sigurnosni sklopovi za zaštitu same stanice. Za razliku od nje kod DC stanice pretvarač za punjenje se nalazi u stanici te stanica upravlja strujom punjenja temeljem zahtjeva koje isporučuje vozilo tijekom punjenja. AC stanice tipa 1 namijenjene su kućnoj upotrebi te snagom odgovaraju raspoloživoj snazi kućnog priključka. Vrijeme punjenja kod takvih stanica je prikladno za punjenje tijekom noći ili tijekom više dana u garažnim prostorima kuća. AC stanice tipa 1 uglavnom nemaju mogućnosti naplate energije i kontrola pristupa korisnika ako je potrebna mora se riješiti na način nevezan za punionicu. Kod AC stanica tipa 2 i 3 raspoloživa je veća snaga punjenja pa osim energetskog priključka konektor sadrži i upravljačke signale. Komunikacija tih AC stanice s vozilom je jednostavna i osigurava samo osnovne uvjete koji omogućuju sigurnost rukovanja uređajem kod priključivanja vozila kao i definiranje raspoložive i potrebne snage. AC stanice tipa 2 pogodne su za trgovačke centre i radne organizacije u kojima su vozila parkirana tijekom kupovine ili radnog vremena. Stanice DC tipa u sebi sadrže pretvarač za punjenje baterija vozila pa se stoga u priključnom konektoru osim energetskih priključaka nalaze i signalni priključci koji određuju način punjenja. Snaga stanice određena je nivoom stanice, dok vrijeme punjenja osim o nivou DC stanice ovisi o kapacitetu baterije vozila kao i maksimalnoj struji punjenja koju vozilo dopušta. Prosječno vrijeme punjenja na DC stanicama i potrebna snaga određuju i mjesto primjene takvih stanica. Takve stanice pogodne su za primjenu uz ceste i autoceste gdje je poželjna veća brzina punjenja vozila. 2.1. AC punionice električnih vozila Kod AC punionica električnih vozila, upravljivi pretvarač za punjenje baterija vozila nalazi se u samom vozilu te je u njega ugrađen i protokol punjenja kao i određivanje statusa napunjenosti baterije. Stanica za punjenje je samo AC izvor energije te podržava potrebne sigurnosne protokole za siguran rad. Protokoli punjenja uz upravljivi pretvarač za punjenje baterije na vozilu određeni su standardima SAE J1772-2001, IEC 61851 [2], [3] dok je priključak određen standardom IEC 62196-2. Priključak stanice za punjenje uz energetske pinove AC 1 i AC 2 ima pin uzemljenja (Protective Earth PE) i dva signalna pina: pin detekcije priključenosti (Proximiti pin PP) i upravljački pin (Control Pilot CP). Upravljački pinovi PP i CP omogućuju jednostavnu komunikaciju između stanice i vozila analognim signalima koji su vrlo robusni i ne zahtijevaju postojanje posebnih komunikacijskih sklopova. Pojednostavljeni prikaz upravljačkog sklopovlja dan je shemom na Slici 1. Pri tome su oznake pinova konektora na slici kako slijedi: 1 AC1, 2 AC2, 3 PE, 4 CP, 5 PP. Dizajn konektora omogućuje da se energetski pinovi (AC 1 i AC 2) prvi priključuju, a zadnji odspajaju. Time je postignuto svojstvo kontroliranog smanjenja snage na nulu pri isključivanju prije nego li se energetski vodovi odspoje. Spajanjem konektora počinje komunikacija stanice i vozila. Prvo se spoje energetski vodovi koji u trenutku spajanja nisu aktivni. Status CP pina određuje stanje priključka vozila i pokreće komunikaciju kojom se određuje raspoloživa snaga punjenja sa strane stanice. 3

Sl. 1. Pojednostavljeni prikaz upravljačkog sklopovlja kod AC stanica namijenjenih za punjenje vozila s pretvaračem u vozilu. Stanica na pinu CP drži napon od 12 V. Ako vozilo nije priključeno energetske linije su isključene. Spajanjem vozila CP prema se spaja prema PE signalu preko otpornika od 2,7 kω. Protokom struje CP pinom stanica se tad prebacuje na slanje signala amplitude 12 V frekvencije 1 khz na pin CP. Popunjenošću pulsno širinski moduliranog signala (PŠM) stanica vozilu dojavljuje raspoloživu maksimalnu struju koju može isporučiti. Iznosi struje određeni su prema Tablici II. Tablica II. Definicija raspoložive struje punjenja stanice popunjenošću PŠM komunikacijskog signala Popunjenost SAE kontinuirano SAE kratkotrajno PŠM signala opterećenje opterećenje IEC 10% 6 A 16% 10 A 25% 15 A 20 A 16 A 30% 18 A 22 A 19 A 40% 24 A 30 A 25,5 A 50% 30 A 36 A 32 A Mjerenjem napona na CP pinu upravlja se energijom na pinovima AC1 i AC2 temeljem zahtjeva elektronike vozila. Vozilo zahtjeve za energijom određuje promjenom otpora što rezultira promjenom napona na CP pinu. Standardni zahtjevi vozila određeni su statusima prema Tablici III. Tablica III. Statusi komunikacije pomoću CP i PE pinova konektora Ukupni otpor CP-PE Otvoreno 2700 Ω 880 Ω 240 Ω Otpornik R 2 uz R 3 = 2740 Ω - - 1300 Ω 270 Ω Mjereni napon CP-PE +12 V +9 V ±1 V +6 V ±1 V +3 V ±1 V 0 V -12 V Status A B C D E F Stanje punjenja Standby Nema Detektirano Spremno Punjenje s energije vozilo (punjenje) ventilacijom (isključeno) Greška Promjenom otpora na strani vozila postavlja se zahtjev za isporučivanjem energije. Kod nepriključenog vozila detektirani napon je 12 V. Uz priključak vozila napon pada na 9 V. Detektiranjem napona od 6 V izdan je zahtjev za isporukom energije, a detektiranjem napona od 3 V dan je zahtjev za isporuku energije uz prisutnu ventilaciju. U tom slučaju se u zatvorenim neventiliranim prostorima prekida isporuka energije. Status greške signalizira da je došlo do kratkog spoja ili je signal došao zbog dodira prstima (signal je simetričan jer nije prošao kroz diodu) te se u tom slučaju ne isporučuje energija iz sigurnosnih razloga. Pin PP je vezan sa preklopkom S3 na slici 1 koja se otvara isključenjem. Tijekom priključenosti i punjenja preklopka premošćuje otpornik od 330 Ω što signalizira sustavu upravljanju pretvaračem punjenja u vozilu (Battery management system) da je sustav uredno spojen i punjenje je moguće. Otvaranjem sklopke daje se nalog sustavu punjenja da kntrolirano prekine punjenje. 4

Za razliku od AC stanica kod kojih je upravljivi punjač baterija u vozilu, kod DC stanica upravljivi punjač nalazi se u samoj stanici. Protokol komunikacije je složeniji, a upravljački sustav vozila zadaje referencu struje punjenja, dok je samo upravljanje strujom na temelju primljene reference ostavljeno punjaču u stanici. 2.2. DC punionice električnih vozila Kod DC punionica električnih vozila isporučuje se istosmjerna struja prema vozilu, a protokol punjenja određen je IEC 62196-3 standardom. Punjenje se odvija prema CHAdeMO ili GreenPHY PLC protokolima. CHAdeMO protokol [4] uključuje protokol komunikacije između vozila i stanice za punjenje zasnovanim na analognim signalima i na signalima CAN protokola te energetske linije za isporučivanje električne energije vozilu od strane stanice za punjenje. Sučelje zasnovano na CHAdeMO protokolu prikazano je slikom. Prema protokolu izlazni istosmjerni napon je ograničen na 500V, a maksimalna struja je 200A. Budući da se u ovom slučaju radi o većim raspoloživim snagama, povećana sigurnost sustava postignuta je kombinacijom analognih i digitalnih signalnih linija čime se sprečavaju hazardna stanja u slučaju da dođe do neispravnog rada digitalnog sustava. Punjenje se može provoditi samo u slučaju da su i analogni i digitalni dio sustava ispravni. Djelovanje CHAdeMO protokola prikazano je na Slici 2. Energetski vodovi Analogne upravljačke linije Izvor (+) Punjač 12V j Izvor (-) d1 d2 Punjač 12V V Punjač Start/stop 1 Punjač Start/stop 2 Kontrola spojenosti Punjenje Omogući/onemogući 6 5 2 10 7 4 Kontaktor vozila Kontakt paljenja 12V Kontrolni relej kontaktora vozila f g h k 1 2 3 4 6 5 7 9 8 10 Uzemljenje 1 CAN BUS Uzemljenje CAN - H CAN - L 8 9 Uzemljenje Sl. 2. Sučelje priključka stanice za punjenje zasnovane na CHAdeMO protokolu. Protokol punjenja prema Slici 2 odvija se na slijedeći način. Nakon analognog signala (d1) Start of charging sa strane stanice, vozilo putem CAN sučelja vraća podatke o maksimalnom naponu, željenom naponu punjenja, kapacitetu baterije i sl. Nakon toga stanica vozilu dostavlja podatke o maksimalnom isporučivom naponu i maksimalnoj mogućoj struji punjenja. Vozilo tad provjerava kompatibilnost sa stanicom i računa vrijeme punjenja te daje dozvolu punjenja aktiviranjem k signala. Stanica otkriva dozvolu punjenja preko j signala aktiviranog pinom 4 konektora te nakon toga zaključava konektor i provodi test izolacije priključka. U slučaju da ne postoji kratki spoj ili dozemni spoj stanica šalje charging ready signal na vod d2. Vozilo prijemom tog signala spaja kontaktor prema bateriji. Spajanjem kontaktora prema bateriji vozilo s pokreće nadzorni protokol s vremenom uzorkovanja od 100 ms. Protokol provjerava stanje napunjenosti baterije i temperaturu baterije i računa optimalnu 5

struju punjenja. Taj podatak se šalje stanici putem CAN sučelja. Stanica prihvaća taj podatak i regulira izlaznu struju prema njemu. Postizanjem maksimalne napunjenosti baterije, napon baterije dostiže maksimalnu vrijednost i potrebno je završiti postupak punjenja. Vozilo šalje stanici zahtjev za struju iznosa 0 i stanica postavlja izlaznu struju na nulu. Vozilo identificira pad struje na nulu i odspaja kontaktor baterije u vozilu te šalje signal za zaustavljanje punjenja postavljanjem k linije na nulu. Stanica prepoznaje taj signal na svojoj j liniji koja se isključuje te postavlja linije d1 i d2 u isključeno stanje. Nakon toga se odključava priključak. 2.3. Sustav identifikacije korisnika i naplate energije Sustav identifikacije korisnika i naplate energije potreban je samo kod javnih stanica za punjenje. Kod kućnih priključaka, odnosno kod priključaka s ograničenim pristupom (radne organizacije) identifikacija korisnika i naplata energije se najčešće ne provodi ili je izvedeno nezavisno od stanice za punjenje. Kod javnih stanica za punjenje cjelokupni postupak punjenja odvija se u četiri faze: Identifikacija korisnika i dozvola punjenja Punjenje prema protokolu određenim priključkom i stanicom Plaćanje usluge Odspajanje stanice od vozila i oslobađanje vozila Identifikacija korisnika može se provesti primjenom RFID, magnetskih, bar kod ili smart kartica, kreditnih kartica, odnosno NFC ili Bluetooth protokola. Nakon identifikacije korisnika provodi se validacija metode plaćanja te autorizacija pristupa korisnika stanici za punjenje. Slijedi otključavanje mehanizma konektora i omogućenje priključka vozila. Po priključku kabela na vozilo konektor se zaključava i pokreće se postupak punjenja prema ugrađenom protokolu. Po završetku punjenja bilježi se utrošena energija, podaci o korisniku i utrošenoj energiji šalju se nadzornom sustavu koji formira račun te se račun naplaćuje od korisnika. Nakon prihvata podataka o plaćenom računu od nadzornog sustava i usporedbe s identifikacijskim podacima korisnika, otključava se mehanizam konektora omogućava se njegovo vraćanje na stanicu i zaključavanje na samoj stanici. Time je vozilo oslobođeno i postupak punjenja završen. 3. IZVEDIVOST PUNIONICA NAPAJANIH OBNOVLJIVIM IZVORIMA ENERGIJE Stanice za punjenje električnih vozila moraju na raspolaganju imati električnu energiju. Potrebna ulazna snaga stanice po priključnom mjestu kreće se prema Tablici I, od 3,5 kw do 240 kw. Idealno bi bilo osigurati potrebnu energiju iz obnovljivih izvora energije. Time bi se dobila autonomnost punionica kao i smanjenje troškova eksploatacije. Razmotriti se moraju stanice u autonomnom radu, stanice priključene na energetsku mrežu i na obnovljive izvore te stanice samo priključene na energetsku mrežu. Budući da obnovljivi izvori zasnovani na fotoelektričnim člancima i vjetru imaju stohastičku prirodu i raspoloživost, u slučaju stanice bez priključka na energetsku mrežu potrebno je razmotriti i sustave skladištenja energije. Na raspolaganju za skladištenje stoje baterije i vodik. Baterija ima vrlo visoku korisnost, dok kod pohrane u vodiku pretvaranjem iz električne energije u energiju vodika i natrag 75% početne energije završi u toplini. U tom slučaju prikladni su kogeneracijski sustavi radi povećanja korisnosti. U slučaju korištenja fotoelektrične tehnologije za punionice električnih vozila neophodno je provesti analizu mogućnosti instalacije sustava na zadanoj lokaciji. Moguće je izvesti autonomnu fotonaponsku punionicu, ili je izvesti hibridno u kombinaciji sa distributivnom električnom mrežom, te uz korištenje ili bez baterijskih spremnika energije, kao što je prikazano na Slici 3. Fotonaponska energija bi svakako trebala biti iskorištena u cijelosti, a samo u slučaju hibridnih stanica električnu energiju iz distributivne mreže koristiti isključivo kao dopunu potrebnih kapaciteta punionice. Analiza mogućnosti ovakve upotrebe fotonaposnke tehnologije svodi se na dva osnovna kriterija. Prvo i najveće ograničenje je dostupna površina za ugradnju fotonaponskih modula u slučaju modela za jedno parkirališno mjesto. Drugo ograničenje je potreba za brzinom punjenja unutar vremena zadanog standardom, odnosno određivanjem potrebne instalirane fotonaponske snage za zadovoljavanje ovog zahtjeva. 6

Sl. 3. Mogućnosti izvođenja punionice električnih vozila fotonaponskim sustavima. Za modeliranje fotonaposnkog sustava punionice korišteni su podaci lokacije Fakulteta elektrotehnike i računarstva u Zagrebu. Sustav je definiran sa podacima lokacije 15 58'16" istočno i 45 48'2" sjeverno, te kao fiksna instalacija fotonaponskih modula u optimalnom godišnjem položaju od 0 azimuta i 35 nagiba. Pri modeliranju pristupa se određivanju energije po kilovatu instalirane snage E(1kW), a koja je određena modelom PVGIS (Slika 4., [5]) i prikazana je Tablicom IV. Navedeni model daje rezultatne prosjećne dnevne snage i energije za svaki mjesec u godini, ali ne uzima u obzir satna odstupanja od idealnih vrijednosti prikazanih na Slici 5. za sustav SE Solvis, Varaždin, Hrvatska, te u [6], [7], [8]. Pomoću te energije se dalje računa dostupna energija E iz instalirane snage fotonaponskog sustava P i prema jednadžbi (1). Modelirana fotonaponska tehnologija sustava odabrana je kao monokristalna, te prema podacima fotonaponskog modula od 245 W na površini od 1,5 m 2. S obzirom na to da nije očekivano da fotonaponski sustav pokriva velike instalirane snage, analiza je ogranićena na punjenje baterije za Fiat Panda od 19,68 kwh u vremenu od 10 sati kao što je zadano najnižim standardom. Vrijednost energije u svim proračunima uzima se kao 20 kwh. Sl. 4. Model PVGIS za lokaciju Fakulteta elektrotehnike i računarstva u Zagrebu. 7

Tablica IV. Prosječna proizvodnja fotonaposnke električne energije po kw instalirane snage E(1kW) Godišnja energija po 1 kw 1080 kwh/kw Dostupna prosječna energija / kwh/kw Prosječno (12 h) Najgori dan (8 h) Najbolji dan (16 h) Dnevno 2,96 1,17 4,25 Satno (snaga) 0,25 0,15 0,27 Sl. 5. Primjer prosječne satne snage FN sustava SE Solvis. E Pi E 1kW (1) Prema standardu za parkirališno mjesto za vozilo je 5 x 2,5 m 2, odnosno 12,5 m 2 horizontalne površine koja se mora koristiti za prilagođenje dostupne površine fotonaponsog sustava. Uz korištenje nagiba od 35 vrši se prilagođenje zauzete horizontalne površine S iz površine instaliranih fotonaponskih modula jednadžbom 2. P i S 1,5 cos 35 (2) 245 Da bi se popunila dostupna horizontalna površina modulima pod odabranim nagibom potrebno je 10 fotonaponskih modula (12,3 m 2 ) te osigurava 2,45 kw instalirane snage. Uvrštavanjem dobivene instalirane snage u jednadžbu (1) uz podatke iz Tablice IV. može se izračunati iz prosječnih energija i snaga kumulativna energija u vremenskom periodu od 10 sati te vrijeme punjenja baterije vozila Fiat Panda. Rezultati su prikazani u Tablici V. Prema rezultatima za jedno parkirališno mjesto vidljivo je da takav sustav nemože autonomno puniti električno vozilo prema zadanim standardima. Isti proračun može se ponoviti uz povećanje instalirane snage fotonaponskog sustava dok se ne dobiju rezultati koji prema svim kriterijima zadanih standarda punjenja 20 kwh u vremenu manjem od 10 h. 8

Tablica V. Prosječna proizvodnja fotonaposnke električne energije po kw instalirane snage E(1kW) Godišnja energija FN sustava 2646 kwh/kw Dostupna prosječna energija / kwh Prosječno (12 h) Najgori dan (8 h) Najbolji dan (16 h) Dnevno 7,25 2,87 10,41 Satno (snaga) 0,60 0,36 0,65 Energija (10h) / kwh 6,04 3,58 6,51 Vrijeme punjenja / h 33,1 55,8 30,7 Rezultati su prikazani na Slici 6. i Slici 7. Najmanja instalirana snaga fotonaponskog sustava prema rezultatima proračuna mora biti 8,0 kw ako se želi zadovoljiti količina energije i zadano vrijeme punjenja. Za tu instaliranu snagu potrebno je ugraditi 33 fotonaponska modula na potrebnoj horizontalnoj površini od 40,6 m 2. Sl. 6. Prosječna ukupna dostupna energija u vremenu od 10 sati. Sl. 7. Prosječna ukupna dostupna energija u vremenu od 10 sati. 9

4. POTREBNI KAPACITETI SPREMANJA ENERGIJE Iz provedene analize vidljivo je da autonomne sustave punjenja automobila ima smisla graditi samo uz punionice nivoa 1 i snage do 3,5kW. Apsolutnu autonomnost bez dodatnog izvora energije teško je postići jer u zimskom periodu postoje intervali od 40 dana bez sunca. No za pokrivanje perioda noći uz sunčane dane, baterije se mogu dimenzionirati za najgori slučaj u zimsko vrijeme. Tad se u 8 sati uz punjenje automobila moraju napuniti i baterije koje bi osiguravale energiju 16 sati (u vrijeme bez sunca). U tom slučaju bi za punionicu snage od 3,5 kw trebalo osigurati kapacitet skladištenja od 56 kwh a fotonaponski sustav bi trebao osiguravati snagu od 10,5 kw. Na ovaj način potpunu autonomiju punionice nije moguće postići, nego za vrijeme dugotrajne nemogućnosti proizvodnje energije iz fotonaponskih sustava treba osigurati dodatni izvor energije. 5. ZAKLJUČAK U radu su prikazani načini punjenja električnih vozila i dana je klasifikacija punionica. Detaljno su prikazani načini upravljanja punionicama za AC i DC punionice te je dano razmatranje upotrebe fotonaponskih sustava za napajanje punionica. Iz razmatranja je vidljivo da je fotonaponski sustav napajanja punionica smislen samo kod punionica nivoa1. Kao autonomni sustav može se koristiti u slučaju da konvencionalni izvori nisu raspoloživi uz skladištenje energije i dodatni izvor. Kao hibridni sustav u kombinaciji s mrežom fotonaponski sustav služi za smanjenje potrebne energije iz mreže i njegova isplativost ovisi o cijeni ulaganja i cijeni kupljene energije iz mreže. Kod brzih punionica potrebna je velika snaga i primjena fotonaponskih sustava napajanja je upitne isplativosti. 5. LITERATURA [1] Perujo, A.; Ciuffo, B.: Potential Impact of Electric Vehicles on the Electric Supply System A case study for the Province of Milan, Italy, JRC Scientific and Technical Reports, 2009 [2] HRN EN 61851-1_2012: Sustav za vodljivo punjenje električnih vozila 1. dio: Opći zahtjevi [3] HRN EN 61851-1_2008: Električna vozila Sustavi za napajanje električnom energijom 1. dio: Opći zahtjevi [4] http://chademo.com/00_main.html (dostupno 27. 11. 2013.) [5] http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php# (dostupno 27. 11. 2013.) [6] Petrović, I.; Šimić, Z.; Vražić, M.: Advancements in PV plant energy production prediction with model improvement based on measured data, Journal of International Review of Electrical Engineering (I.R.E.E.), Vol 8, Issue 2, april 2013, stranice 832-838 [7] Petrović, I.; Šimić, Z.; Vražić, M.: Comparison of PV plant energy generation prediction tools with measured data, Journal of Przegląd Elektrotechniczny, Vol. 89, Issue 06/2013, june 2013, stranice 121-124 [8] Petrović, I.; Purković, D.; Maleš, N.: PV energy production analysis on examples of real PV plants, International Conference on Electrical Drives and Power Electronics EDPE 2013, October 2 4, 2013 Dubrovnik, Croatia, stranice 267-271 10