تخطى إلى المحتوى

تقنيات شحن السيارات الكهربائية واستخدام الطاقة المتجددة

هناك طريقتان أساسيتان لشحن السيارات الكهربائية، أولاً: الشحن التوصيلي (conductive charging) ويتم عن طريق توصيل كابل من السيارة إلى مقبس الكهرباء، ويمكن أن تتم هذه العملية في المنزل أو في محطات الشحن، ثانياً: الشحن الحثي (inductive charging) وهي عملية شحن المركبة من خلال سيرها فوق مسارات تحتوي على أسلاك تحمل تيارًا متناوبًا والذي يولد مجالاً كهرومغناطيسياً والذي بدوره سوف يشحن المركبة لاسلكيا [1].

أنواع الشحن التوصيلي بحسب سرعة الشحن:

النوع الأول: وهو الشاحن المنزلي ويكون مرفق مع السيارة الكهربائية، وهو يستمد الطاقة من خلال مقبس (120 أو 240) فولت ذو التيار المتردد AC الذي يتواجد في المنازل، وتصل مدة الشحن إلى يوم كامل في بعض الأنواع من السيارات.

الشكل 1: الشاحن المنزلي (120 فولت) [2].
النوع الثاني: وهو شاحن التيار المتردد السريع (Fast AC charging) حيث يتم توصيله بمقبس 240 فولت أو أكثر وهو أسرع بكثير مقارنةً بالنوع الأول حيث تصل مدة الشحن فيه إلى أقل من ثماني ساعات، و تحتوي أجهزة الشحن هذه على موصل من نوع (J1772) ويتوفر هذا النوع من الشواحن في المنزل أو في محطات الشحن.

الشكل 2: الأنواع المختلفة لموصلات الشحن [3].
النوع الثالث: وهي أجهزة شحن توجد في المحطات العامة وتُعرف أيضاً باسم DCFC أو DC Fast Chargers، محطات الشحن هذه هي أسرع طريقة لشحن السيارة الكهربائية حيث يصل وقت الشحن بها إلى أقل من نصف ساعة كما يظهر في الشكل (3) ومن أشهر هذه المحطات هي محطة تيسلا للشحن السريع (Tesla Supercharger).

الشكل 3: تصنيف شواحن البطاريات من حيث سرعة الشحن [4].
الشكل 4: محطة شحن تيسلا الكهربائية (Tesla Supercharger) [5].
 

الشحن الحثي أو اللاسلكي [1]:

تستخدم أجهزة الشحن الحثية ملفاً لإنشاء مجال كهرومغناطيسي متناوب داخل قاعدة الشحن والتي تتواجد تحت سطح الأرض، ويقوم ملف الحث الثاني الموجود في المركبة بأخذ الطاقة من المجال الكهرومغناطيسي وتحويلها مرة أخرى إلى تيار كهربائي لشحن البطارية، ومن أبرز مميزات الشحن الحثي: الراحة وعدم الحاجة إلى الكابلات وانخفاض مخاطر الشحن، ومن سلبياته: زيادة التكلفة وبطئ سرعة الشحن.

الشكل 5: مبدأ عمل الشاحن الحثي [1].

 

عندما نتحدث عن السيارات الكهربائية فلابد أن يتم شحنها عبر مصادر الطاقة المتجددة للحفاظ على البيئة، وينبغي عدم استخدام الوقود الأحفوري كمصدر لطاقة الشحن وإلا فإن السيارات الكهربائية لن تختلف عن سيارات الوقود من ناحية الأضرار البيئية.

هناك ثلاث مصادر أساسية لشحن السيارات الكهربائية [6]:

1- طاقة الشبكة المنزلية: تكلفة الشحن من الشبكة هي ما تدفعه مقابل كل كيلو واط في الساعة (kWh)، في الولايات المتحدة يتراوح ذلك بين 0.10 دولار إلى 40 دولار حسب المنطقة، ويمكن الاستفادة منها ليلاً في أوقات عدم تغطية الألواح الشمسية للطاقة.

2- محطات الشحن العامة: يمكن الاستفادة منها عندما تكون خارج المنزل أو في طريق سفر وتحتاج إلى شحن السيارة في وقت قصير، وتختلف أسعار الشحن حسب المنطقة على سبيل المثال تكلف محطات شحن Tesla حالياً 0.28 دولار/ كيلو واط في الساعة.

3- الشحن باستخدام الطاقة الشمسية: إذا كنت ترغب بتركيب الألواح الشمسية في منزلك فسيتعين عليك دفع مبلغ ليس بالقليل ولكن يمكنك مقارنته بتكلفة الكهرباء لمدة 25 عام، يمكنك حساب التكلفة المستوية للطاقة (Levelized cost of energy) وهي التكلفة الإجمالية للتركيب الموزعة على الكهرباء التي ستولدها الألواح الشمسية، وتبلغ حوالي 0.11 دولار/ كيلوواط ساعة في الولايات المتحدة وتعتبر حالياً هي أرخص مصدر لشحن السيارة الكهربائية.

الشكل 6: مصادر الشحن وتكلفتها [6].
الشكل 7: تكلفة الشحن بالطاقة الشمسية مقارنةً مع مصادر الطاقة الأخرى [6].

كاتب