Cientistas liderados pela Universidade da Austrália do Sul desenvolveram um método de otimização para reduzir os custos anuais de energia para residências usando a tecnologia Vehicle-to-Home (V2H) e a energia fotovoltaica no telhado.
V2H é um modelo de transferência de energia em que as famílias podem usar sua bateria de veículo elétrico (VE) para alimentar sua carga doméstica.
“Este estudo propõe um novo método de otimização do custo de energia doméstica para uma casa conectada à rede com os veículos elétricos, fonte de energia renovável e armazenamento de energia de bateria (BES)”, explicaram. “Para alcançar o gerenciamento de energia residencial sensível à tarifa de eletricidade, o carregamento de VEs em vários locais e a demanda diária de condução são considerados para programar adequadamente o carregamento dos VEs e os eventos V2H.”
O novo modelo pressupõe um sistema de gerenciamento de energia residencial (HEMS) que decide se importa ou exporta energia para a rede com base nos preços. Ele pode importar energia da rede, do BES ou do VE e exportar energia para todos eles. Além disso, pode importar energia de um sistema fotovoltaico e VEs localizados fora de casa.
O modelo pressupõe que o sistema opera sob tarifas de tempo de uso (TOU), onde a precificação depende da demanda. Ele considerou as tarifas TOU de duas concessionárias australianas AGL e IO Energy, para compará-las. A diferença é que, embora a IO ofereça preços de pico mais altos do que a AGL, ela também oferece preços mais baixos fora de pico.
“Quando a geração fotovoltaica excede o consumo doméstico combinado e a procura de carregamento de veículos elétricos, então o excesso de energia gerada por energia fotovoltaica é primeiro utilizado para carregar o BES; quando o BES está totalmente carregado, então o excesso de energia fotovoltaica é devolvido à rede”, explicou o pesquisador. “Quando a produção de energia fotovoltaica é menor do que o consumo doméstico combinado e a demanda de carregamento de veículos elétricos, a estratégia HEMS proposta funciona de três maneiras com base em três períodos de preço dentro da tarifa TOU.”
Imagem: Universidade do Sul da Austrália, Energia Renovável, CC BY 4.0 DEED
De acordo com a equipe de pesquisa, a primeira forma se aplica à última hora do período fora de pico e, em seguida, a energia é importada da rede. A segunda forma refere-se ao resto do período fora de ponta e aos horários em que as tarifas estão entre os preços de pico e fora de pico. Depois, o BES é descarregado para fornecer energia à casa antes de importar da rede.
O terceiro e último método é ativado nos horários de pico. “Primeiro, o V2H é ativado para fornecer energia à casa antes de descarregar o BES; quando o limite inferior designado do estado de carga (SoC) do VE para operação V2H é atingido e o BES é totalmente descarregado, a energia é importada da rede”, explicaram os pesquisadores.
Além disso, o método determina que, na última hora do preço fora de ponta, o BES pode ser cobrado tanto pela energia fotovoltaica como pela rede e não descarrega por completo. Para o resto do dia, o sistema pode ser carregado a partir do excesso de geração fotovoltaica e descarregado para a casa.
“Ao contrário do BES doméstico, a carga e descarga de veículos elétricos são limitadas por variáveis adicionais, incluindo horários de partida e chegada dos usuários, distância diária de viagem e locais de estacionamento. Neste estudo, dois tipos de uso de VEs residenciais são examinados: VE de trabalho e VE casual”, acrescentou o grupo de pesquisa. O Work VE é um veículo de propriedade privada usado principalmente para o deslocamento de e para o trabalho e estacionado nos locais de trabalho durante o horário de trabalho. O VE casual é um veículo de propriedade privada usado para atividades diárias que não sejam o trabalho (por exemplo, compras, educação etc.) e será estacionado de forma flexível em lugares de estacionamento público durante o dia.”
Além disso, com base nos perfis trabalho/casual do VE, o modelo apresenta alguns cenários de operação. No cenário 1, o usuário que trabalha carrega o VE em casa nos dias úteis e fora de pico nos dias não úteis. No cenário 2, o usuário que trabalha carrega o VE no local de trabalho gratuitamente durante o horário de trabalho em dias úteis e em casa fora de pico em dias não úteis. No cenário 3, o usuário casual carrega o VE em casa durante o período fora de pico, tanto em dias úteis quanto em dias não úteis. No cenário 4, o usuário casual carrega o VE em um estacionamento público por uma hora diária em dias úteis e não úteis.
Todos os cenários foram definidos presumindo que a cobrança está disponível gratuitamente durante a primeira hora em estacionamentos públicos.
Imagem: Universidade do Sul da Austrália, Energia Renovável, CC BY 4.0 DEED
As condições acima foram inseridas em um software de simulação com um estudo de caso específico baseado em um domicílio com carga de 17 kWh/dia. O carro escolhido foi um Nissan Leaf, com uma distância diária de viagem de 37 km, com base na média australiana. A capacidade fotovoltaica foi calculada para ser de 4-8 kW e a capacidade do BES foi encontrada para ser de 7-11 kWh, mudando de acordo com os quatro cenários de uso descritos acima.
“Os resultados demonstram que, quando o carregamento de VE fora de casa está disponível gratuitamente, o uso da tecnologia V2H é mais benéfico do que o carregamento doméstico”, afirmaram os pesquisadores. “O V2H pode ajudar a reduzir o custo de energia (COE) em 16,7% para carregamento no local de trabalho e 25% para carregamento público, ambos comparados com o COE sem o uso de V2H.”
Esses resultados são alcançados para a tarifa AGL, observaram os pesquisadores, já que a IO proporcionou uma redução um pouco menor. “A utilização da transferência de energia V2H reduz a energia importada anual para todos os cenários de carregamento out-of-home considerados neste estudo, com uma redução máxima possível de 36% para o TOU AGL no cenário de carregamento público”, acrescentaram.
Suas descobertas foram apresentadas no estudo “Vehicle-to-home operation and multi-location charging of electric vehicles for energy cost optimization of households with photovoltaic system and battery energy storage”, que foi publicado recentemente na Renewable Energy.
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