O relatório “PV-Powered Charging Stations: Sizing, Optimization and Control” analisa locais de carregamento em ambientes de trabalho, configurações de microrredes, operação veículo-rede (V2G), conceitos de troca de baterias e infraestruturas de carregamento para ônibus elétricos. Como explicam os autores, a adequação da demanda de carregamento à produção de energia solar é fundamental para maximizar o autoconsumo e reduzir custos.
Seis anos de dados sobre cobranças no local de trabalho
Um dos principais estudos de caso do relatório avalia uma instalação de carregamento para veículos elétricos em um local de trabalho no sul da França, utilizando seis anos de dados empíricos. O conjunto de dados inclui mais de 32.000 transações de carregamento de mais de 350 usuários de veículos elétricos em aproximadamente 80 pontos de carregamento.
Utilizando esses dados do mundo real, os pesquisadores desenvolveram uma metodologia de dimensionamento modular para avaliar diferentes estratégias de carregamento. A análise comparou o carregamento descontrolado com o carregamento inteligente alinhado à energia solar.
Os resultados mostram que o carregamento otimizado melhora significativamente o alinhamento entre a geração fotovoltaica e a demanda de veículos elétricos. O carregamento inteligente de energia solar reduz a capacidade de pico fotovoltaica necessária em comparação com o carregamento não controlado, ao mesmo tempo que aumenta o autoconsumo fotovoltaico e diminui a troca com a rede. A estrutura modular da metodologia permite que os operadores que gerenciam vários locais repliquem os procedimentos de dimensionamento de forma eficiente, uma vez estabelecidas as relações essenciais entre a produção fotovoltaica e a demanda de carregamento.
Sistemas conectados à rede elétrica apresentam desempenho superior aos sistemas isolados da rede
O relatório também examina estações de carregamento movidas a energia fotovoltaica baseadas em microrredes, que combinam painéis fotovoltaicos, sistemas de armazenamento de baterias e conexões à rede elétrica. Utilizando programação linear inteira mista, os sistemas foram otimizados ao longo de uma vida útil de 25 anos com base no custo nivelado de energia (LCOE) e nas emissões do ciclo de vida (LCE).
Os resultados indicam que cidades com alta irradiação solar apresentam LCOE e LCE menores em comparação com cidades com baixa irradiação solar. Observa-se também que a classificação das cidades com base na irradiação solar média não necessariamente se correlaciona com a classificação de LCOE e LCE.
A análise também destaca a importância da variabilidade sazonal. Uma maior irradiação solar anual não se traduz automaticamente em custos de sistema mais baixos. Descompassos mensais e sazonais entre a produção e a demanda de carregamento podem aumentar a capacidade necessária do sistema.
Uma comparação entre Dijon e Poitiers ilustra esse efeito. Embora Dijon tenha maior irradiação anual, a menor disponibilidade de energia solar no inverno e no outono reduz o autoconsumo fotovoltaico e aumenta o dimensionamento necessário do sistema em comparação com Poitiers, onde a demanda e a produção estão mais bem alinhadas.
Potencial de veículo para rede
O relatório avalia a operação V2G por meio da simulação de cronogramas de carregamento. Em cenários otimizados, os veículos elétricos carregam durante períodos de alta geração fotovoltaica e descarregam durante os picos de demanda, mantendo o nível de carga necessário para a partida.
Os resultados mostram que o agendamento inteligente pode reduzir os custos de energia em comparação com o carregamento não gerenciado. No entanto, os autores apontam diversos desafios de implementação, incluindo a degradação da bateria devido a ciclos adicionais, a necessidade de sistemas de comunicação robustos e a importância de simulações de longo prazo para avaliar os impactos operacionais ao longo do tempo.
Recomenda-se a utilização de estruturas de simulação anuais para melhor compreender os efeitos da degradação e o desempenho do sistema a longo prazo.
A troca de baterias aumenta a flexibilidade
O relatório também apresenta modelos de sistemas de troca de baterias. Nessa configuração, as baterias são carregadas independentemente do uso do veículo, permanecendo conectadas à rede elétrica por períodos prolongados. Isso permite programar o carregamento durante períodos de alta produção de energia fotovoltaica.
Uma região modelada com aproximadamente 200.000 habitantes foi usada para comparar a troca de baterias com abordagens de carregamento convencionais. Os resultados indicam que a troca de baterias pode aumentar a integração de energia fotovoltaica e reduzir a demanda de eletricidade da rede, uma vez que as baterias estacionárias proporcionam maior flexibilidade para alinhar o carregamento com a disponibilidade de energia solar.
Vantagens e desvantagens do carregamento de ônibus elétricos
A eletrificação do transporte público é analisada por meio de um estudo de caso da rede de ônibus em Compiègne, França. Três estratégias de carregamento foram modeladas: carregamento apenas em garagens, carregamento em terminais e carregamento de oportunidade.
O carregamento exclusivo em garagens exige grandes baterias de bordo de 422 kWh. O carregamento de oportunidade reduz significativamente a capacidade de bateria necessária, mas introduz altas demandas de potência de pico. Eventos de carregamento simultâneos podem exigir conexões à rede de até, no máximo, 1.200 kW.
Uma instalação fotovoltaica de 100 kWp pode exceder o consumo total do ônibus durante os meses de verão, mas fica aquém no inverno, o que destaca a necessidade de balanceamento sazonal e, potencialmente, de armazenamento estacionário.
O estudo conclui que a seleção da estratégia de carregamento afeta diretamente o dimensionamento da bateria, a sobrecarga da rede elétrica e o potencial de integração de energias renováveis.
Projeto orientado por dados e otimização multiobjetivo
Em todos os casos de uso, o relatório enfatiza que os dados empíricos melhoram a precisão do dimensionamento do sistema e que as estratégias de controle de carregamento influenciam materialmente o autoconsumo e o desempenho econômico.
Em vez de se basearem em médias anuais, os autores enfatizam a importância da análise horária e sazonal. A otimização multiobjetivo — que equilibra custos, emissões e restrições operacionais — é identificada como essencial para a implantação em larga escala.
O relatório também aponta para desafios contínuos, incluindo a escalabilidade computacional para grandes frotas de veículos elétricos, a melhoria da modelagem da degradação da bateria e a padronização dos protocolos de comunicação.
Em geral, a Tarefa 17 conclui que as estações de carregamento alimentadas por energia fotovoltaica são tecnicamente viáveis e economicamente rentáveis quando apoiadas por controle inteligente, análise detalhada de dados e projeto de sistema específico para cada local.
Autora: Bettina Sauer
Este artigo faz parte de uma coluna mensal do programa IEA-PVPS. Foi escrito pela Tarefa 17 do IEA-PVPS. O principal objetivo deste grupo de trabalho é acelerar e estruturar a implantação de energia fotovoltaica no setor de transportes.
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