Voorbeeldweek van een enkele gebruiker die zowel het gebruik van de BEV als de energieproductie door PV op het dak laat zien. In dit geregistreerde laadpatroon (dwz het basisscenario, zoals hieronder uitgelegd), zou het gunstig zijn om de auto niet onmiddellijk tot het maximum op te laden, maar in plaats daarvan te wachten op perioden van verhoogde PV-energieopwekking. Krediet: DOI: 10.1016/j.rser.2021.111969
Een elektrische auto die rijdt op PV-stroom klinkt aantrekkelijk. Maar is het echt mogelijk om van flexibiliteit te genieten met een voertuig dat wordt opgeladen via een fotovoltaïsch systeem thuis? Een ETH-onderzoeksteam is tot enkele verrassende conclusies gekomen.
Het gebied van fotovoltaïsche energie (PV) wint snel aan populariteit en in Zwitserland dekt het al 5 procent van het elektriciteitsverbruik van het land. Elektromobiliteit kent ook een sterke groei – met momenteel 70.000 puur elektrische voertuigen op de Zwitserse wegen, plus 200.000 hybrides. Martin Raubal, hoogleraar Geoinformation Engineering aan de ETH Zürich, verwelkomt de ontwikkeling: “De mobiliteitssector is verantwoordelijk voor ongeveer een derde van de broeikasgassen in Zwitserland. Elektromobiliteit is een manier om CO2 uitstoot van transport.”
Zonne-energie en e-mobiliteit zijn een perfecte match
Een onderzoeksteam onder leiding van Raubal heeft nu de groei van fotovoltaïsche energie en elektromobiliteit samengebracht in een hypothetische benadering. De wetenschappers wilden weten in hoeverre eigenaren van elektrische auto’s hun voertuigen kunnen opladen met stroom uit hun eigen fotovoltaïsche systeem zonder hun autogebruik meer te beperken dan bij conventioneel opladen op het lichtnet. Veel mensen staan sceptisch tegenover het concept van opladen met PV-stroom: “Hoe kan ik mijn elektrische auto gebruiken als hij overdag moet worden opgeladen terwijl de zon schijnt?” is een veel voorkomende reactie.
De studie van de ETH-onderzoekers gaat dit scepticisme in grote mate tegen: “Onze resultaten laten zien dat eigenaren van elektrische voertuigen hun auto’s zonder specifieke beperkingen kunnen gebruiken, en ze grotendeels kunnen opladen met hun eigen fotovoltaïsche stroom, zelfs zonder tussentijdse opslag, “, zegt Henry Martin, die het belangrijkste resultaat van het onderzoek samenvat. Martin is een doctoraalstudent aan het Institute of Cartography and Geoinformation aan de ETH Zürich en doet onderzoek aan het Institute of Advanced Research in Artificial Intelligence (IARAI) in Wenen. De studie van de ETH-wetenschappers is zojuist gepubliceerd in het tijdschrift Hernieuwbare en duurzame energie beoordelingen.
Echte gebruikersgegevens, virtuele PV-opwekking
Het onderzoek richtte zich op 78 gebruikers van elektrische mobiliteit, die over het algemeen in een eengezinswoning woonden en hun voertuigen vaak overdag gebruikten. Hun gebruikersgedrag werd tien maanden lang minutieus vastgelegd, zodat de ETH-onderzoekers wisten wanneer de elektrische auto’s hebben gereden, wanneer ze stilstonden en wanneer ze werden opgeladen. De gebruikersgegevens zijn afkomstig uit het project “SBB Groene Klasse”, waarbij particulieren een mobiliteitspakket konden aanschaffen bestaande uit een GA-reiskaart en een elektrische auto inclusief eigen laadpaal.
De eigenaren laadden hun elektrische auto’s meestal op aan hun thuislaadstation met netstroom. Zouden ze hun auto net zo flexibel kunnen gebruiken als ze ze hadden opgeladen met stroom uit hun eigen PV-systeem? Om deze vraag te beantwoorden, rustte Martins collega-onderzoeker René Buffat de woningen van de 78 eigenaren van elektrische voertuigen uit met een hypothetisch PV-systeem: hij identificeerde de huizen via hun adressen, reconstrueerde het beschikbare dakoppervlak met behulp van geospatiale data en bedekte het virtueel met zonnepanelen . Met behulp van historische weergegevens met een resolutie van 30 minuten berekende Buffat de potentiële opbrengst van zonne-energie, rekening houdend met factoren zoals schaduw van aangrenzende gebouwen en bomen.
Hoog privéverbruik door intelligente regeling
Op basis van deze modelberekening konden de ETH-onderzoekers bepalen hoeveel PV-vermogen op elk moment beschikbaar was voor elke eigenaar van een elektrische auto om hun voertuig op te laden. Ze gingen ervan uit dat de stroom voornamelijk zou worden gebruikt om de elektrische auto op te laden. Het maximale laadvermogen in het model was 11 kilowatt (kW). Afhankelijk van het huis hadden de PV-systemen een piekvermogen van 5 tot 25 kW, wat meestal voldoende was om de auto in de zon op vol vermogen op te laden.
Voor vier verschillende laadstrategieën berekenden de onderzoekers het aandeel van het huishoudelijk PV-vermogen dat nodig is om de elektrische auto’s op te laden zonder dat het mobiliteitsgedrag van de gebruiker verandert. In het eerste geval werden ze tegelijk met het lichtnet opgeladen, maar nu met PV-vermogen, indien beschikbaar. Het resultaat was ontnuchterend: gemiddeld werd slechts 15 procent van de jaarlijkse elektriciteitsbehoefte door PV-stroom gedekt (de rest door netstroom).
De tweede laadstrategie, waarbij een eenvoudige intelligente besturing (smart charging) ervoor zorgde dat de batterij werd opgeladen wanneer er huishoudelijke PV-stroom beschikbaar was, had een ander resultaat. In dit geval werd aan meer dan de helft (56 procent) van de elektriciteitsbehoefte voldaan met huishoudelijke PV-stroom, zonder dat tijdelijke opslag nodig was. “We waren verrast door het hoge aandeel”, zegt Martin. “Slim opladen kan het huishoudelijk verbruik van fotovoltaïsche stroom aanzienlijk verhogen – en het voertuig kan net zo flexibel worden gebruikt alsof het wordt opgeladen met netstroom.”
Algoritmen voor slim opladen
Als het potentieel van intelligente besturing consequent wordt benut (de derde oplaadstrategie), kunnen elektrische voertuigen zelfs tot 90 procent van de tijd worden opgeladen met huishoudelijk PV-vermogen. Als het PV-vermogen wordt gebufferd in een opslageenheid (vierde laadstrategie), kunnen de voertuigen bijna uitsluitend op zonne-energie rijden. De ETH-onderzoekers zijn echter ambivalent over tussentijdse opslag. Hoewel het huishoudensverbruik van groene PV-stroom iets kan worden verhoogd, wordt de duurzaamheidsbalans van het laadsysteem als geheel beïnvloed door het feit dat de productie van elektriciteitsopslageenheden relevante hoeveelheden CO2 veroorzaakt.2.
“Onze casestudy toont het potentieel aan van slim opladen voor een gedecentraliseerde en netvriendelijke levering van hernieuwbare energie, die tot nu toe zeer weinig is benut”, zegt Raubal. Zijn onderzoeksgroep werkt momenteel aan het ontwikkelen van machine learning-strategieën om de PV-opbrengst en het gebruikersgedrag zo nauwkeurig mogelijk te voorspellen. Deze strategieën vormen de basis voor de ontwikkeling van slimme laadalgoritmen, die hopelijk binnenkort standaard worden toegepast in laadpalen voor elektrische voertuigen.
H. Martin et al, Fotovoltaïsche opwekking op het dak gebruiken om de individuele vraag naar elektrische voertuigen te dekken – Een gedetailleerde casestudy, Hernieuwbare en duurzame energie beoordelingen (2022). DOI: 10.1016/j.rser.2021.111969
Aangeboden door ETH Zürich
