Rosnąca liczba pojazdów elektrycznych wymusza nowe rozwiązania w zakresie infrastruktury ich ładowania. Jednym z takich rozwiązań są wiaty fotowoltaiczne, które po pierwsze umożliwiają wytwarzanie energii elektrycznej do ładowania pojazdów, a po drugie chronią pojazd przed nadmiernym nagrzaniem jego wnętrza.
Zespół naukowców z Lubelskiej Akademii WSEI, Politechniki Lubelskiej i Uniwersytetu Przyrodniczego w Lublinie przeprowadził analizę ekonomiczną i energetyczną efektywnego wykorzystania wiat fotowoltaicznych. Lubelscy naukowcy przy współpracy z badaczami z Wileńskiego Uniwersytetu Technicznego im. Giedymina, zaprezentowali funkcjonowanie małej wiaty do ładowania pojazdu elektrycznego zwracając uwagę na problemy doboru mocy szczytowej instalacji fotowoltaicznej do ładowania pojazdu elektrycznego [E. Sokolovskij, et al., Energies, 2023, 16, 3126].
Ostatnie porozumienie Parlamentu Europejskiego oraz Rady Unii Europejskiej w sprawie nowelizacji rozporządzenia 2019/31 wskazuje na wprowadzenie nowych, zeroemisyjnych samochodów osobowych i dostawczych, sprzedawanych w UE do 2035 r. Jako cel pośredni, który ma zostać osiągnięty w 2030 r., przyjęto, że redukcja emisji CO2 ma wynieść 55 % dla aut osobowych i 50 % redukcji w przypadku pojazdów dostawczych, w stosunku do emisji z 2021 r. Producenci, którzy nie dostosują się do nowych przepisów będą narażeni na wysokie kary finansowe. Dlatego w niektórych krajach już w 2022 roku ogłoszono zaprzestanie produkcji silników Diesla, a także benzynowych do 2028 roku. Aktualnie wiele pojazdów może być zasilanych dwoma lub trzema rodzajami paliw (dual lub tri fuel). Oprócz paliw tradycyjnych (oleju napędowego, benzyny i gazu płynnego LPG), które są łatwo dostępne i bezpieczne, na wybranych stacjach w Europie i Polsce można zatankować samochód etanolem (E85), sprężonym gazem ziemnym (CNG), a nawet wodorem. Jednak z dużym prawdopodobieństwem można przyjąć, że w dłuższej perspektywie źródła alternatywne zdominują technologie napędowe.
Napędy elektryczne pojazdów charakteryzują się przede wszystkim cichą pracą oraz wysoką sprawnością. Z tego powodu są często wykorzystywane do zasilania małych pojazdów oraz autobusów miejskich. Co roku na rynek wprowadzane są pojazdy o lepszych osiągach, a wiele systemów pokładowych pojazdów elektrycznych jest wydajniejszych od rozwiązań tradycyjnych. Dla bezpiecznego i niezawodnego funkcjonowania urządzeń wytwarzających energię i odbiorników energii niezbędny jest odpowiedni monitoring i nadzór nad tymi obiektami, tak jak dzieje się to obecnie w urządzeniach Internetu Rzeczy (IoT ang. Internet of Things) (więcej w artykule: Fotowoltaika wewnętrzna – nowy kierunek rozwoju małych urządzeń IPV). Monitorowanie urządzeń, diagnostyka oraz ich konserwacja jest możliwa poprzez przesyłanie wybranych parametrów do chmury danych, gdzie są one analizowane on-line lub off-line. Dlatego dzięki zaawansowanym platformom on-line zarządzanie energią elektryczną nie stanowi problemu, nawet na dużych obszarach.
Wiaty samochodowe, a w szczególności wiaty garażowe, są efektywnym źródłem energii słonecznej. Tak zwane carporty są idealnym rozwiązaniem do montażu na dużych parkingach przed biurowcami i centrami handlowymi. Samochody elektryczne klientów lub pracowników są chronione przed nadmiernym nasłonecznieniem i mogą być dodatkowo ładowane. Obiektem badań naukowców była wiata fotowoltaiczna zainstalowana na parkingu Lubelskiej Akademii WSEI. Wiata składała się z czterech modułów na bazie krzemu polikrystalicznego o łącznej mocy 1 kWp, usytuowanych dokładnie na południe, a kąt nachylenia modułów wynosił 30 stopni. Na potrzeby badań wiata służyła do ładowania samochodu elektrycznego Renault Twizy, który jest najmniejszym pojazdem produkowany przez Renault i służy do przewozu dwóch dorosłych osób w warunkach miejskich. Samochód posiada akumulatory trakcyjne o pojemności 6,1 kWh, które zapewniają autonomiczne poruszanie się na dystansie od 60 do 100 km. Zazwyczaj ładowanie całkowicie rozładowanych akumulatorów Renault Twizy trwa około 4 godzin, natomiast przy użyciu wiaty samochodowej proces ten trwał 210 minut przy zmiennej mocy ładowania. Badana wiata działała w systemie podpięcia do sieci energetycznej (on-grid). Pojazd zużył prawie 6 kWh energii elektrycznej do pełnego naładowania. W tym czasie wiata wygenerowała 2,75 kWh energii elektrycznej, co stanowi 46% zapotrzebowania, a brakująca moc była pobrana z sieci energetycznej. Tak więc wiata WSEI nie była w stanie pokryć chwilowej mocy potrzebnej do naładowania samochodu, mimo czerwcowych, bardzo dobrych warunkach nasłonecznienia. Autorzy słusznie podkreślają, że każda instalacja PV charakteryzuje się niepowtarzalnością generowanej mocy, która jest ściśle związana z panującymi warunkami pogodowymi i charakteryzuje się sezonowością. Dlatego moc szczytowa instalacji PV nie może być jedynym parametrem, na podstawie którego określa się zapotrzebowanie na moc i dobiera się wielkość dla konkretnego pojazdu.
Analiza dziennej ilości energii wyprodukowanej przez wiatę WSEI wykonana przez naukowców mieści się w przedziale od 1,5 do ponad 6 kWh dla czerwca 2022 roku. Dodatkowo maksymalna ilość energii wyprodukowanej w badanym miesiącu jest zbliżona do pojemności energetycznej testowanego akumulatora samochodu Renault. Biorąc pod uwagę, że w polskich warunkach klimatycznych ilość produkowanej energii jest bardzo zróżnicowana latem i zimą, w okresie zimowym (listopad, grudzień, styczeń, luty) wiata WSEI wyprodukuje niewielkie ilości energii elektrycznej w przeliczeniu na cały miesiąc. Odpowiadają one kilku ładowaniom akumulatora Renault Twizy. W okresie letnim (maj, czerwiec, lipiec) produkcja energii przez wiatę jest zdecydowanie większa i pozwala na około 20-krotne pełne naładowanie akumulatorów pojazdu. Przy takiej ilości energii mały pojazd elektryczny ma zasięg ponad 1000 km, a wieloletnie testy (7 lat) pojazdu Renault Twizy wykazały, że jest to średni miesięczny przebieg testowanego pojazdu.
Według naukowców nominalna wielkość wiaty powinna być dobrana tak, aby pokryć roczne zapotrzebowanie samochodu na energię elektryczną. Zapotrzebowanie to zależy od ilości przejeżdżanych kilometrów w ciągu roku (przebieg roczny) oraz średniego zużycia energii przez pojazd na 100 km. Przykładem małego elektrycznego pojazdu miejskiego o zużyciu energii na poziomie 10 kWh/100 km jest badany Renault Twizy. Przykładowo Nissan Leaf to samochód elektryczny klasy C o zużyciu energii ok. 15 kWh/100 km, a większe limuzyny i SUV-y zużywają do 25 kWh energii na 100 km. Przy założeniu, że ilość energii elektrycznej wyprodukowanej przez instalację fotowoltaiczną o mocy szczytowej 1 kWp w polskich warunkach klimatyczno-pogodowych powinna wynosić ok. 1 MWh (1000 kWh) możliwe jest określenie wielkości wiaty fotowoltaicznej w zależności od pojazdu i rocznego przebiegu.
