"ESTAÇÃO SOLAR PARA CARREGAMENTO DE VEÍCULOS ELÉCTRICOS"

Domínio técnico da invenção

A presente invenção diz respeito a uma estação solar para carregamento de veículos eléctrico-s, mais concretamente,, a uma estação construída de forma a albergar num núcleo central ambos os equipamentos de carregamento de veículos eléctricos e de produção de energia solar fotovoltaica .

Sumário da invenção

No âmbito da mobilidade eléctrica e com o vingar, num futuro muito próximo, dos carros eléctricos, será de extrema importância a existência de uma rede de distribuição / pontos de carregamento para dar resposta aos diversos utilizadores deste tipo de veículos. A estação solar para carregamento de carros eléctricos, em diante denominada apenas como estação solar ou i-ES, tem como objectivo dotar os principais locais de passagem e acesso dos carros eléctricos, de um local onde se possa abastecer/recarregar o mesmo de foram cómoda, rápida e sustentável. A presente invenção permite ainda, e de forma integrada, dar forma à progressiva integração de sistemas de microgeração de energia e de veículos eléctricos na rede eléctrica nacional. A solução tem a sua componente de produção de energia renovável, nomeadamente um sistema solar fotovoltaico, a componente do carregamento dos veículos eléctricos (carregamento directo, não prevendo a troca de baterias) e todo o seu interface com o utilizador, em conceito "user-friendly" , e ainda o sistema de medição e contabilização da energia produzida e/ou fornecida. 0 design da estrutura da estação solar, sendo um módulo individual, garante a sua integração com os vários espaços ambiente e a maximização da exposição solar, tratando-se de uma estrutura fixa. A centralização dos equipamentos eléctricos num núcleo central no qual convergem fisicamente as estruturas de suporte dos painéis solares, bem como as ligações à rede e aos veículos eléctricos, constitui outra importante diferenciação, ao simplificar a construção e reduzir custos associados a perdas eléctricas.

Antecedentes da Invenção

0 documento US 2009327165 divulga um sistema de recarregamento de baterias adaptável a parques de estacionamento, para abastecer viaturas, que utiliza energia solar. Na solução da estação da presente invenção não se prevê qualquer troca de baterias do VE's, contrariamente ao documento acima mencionado que refere essa mesma troca de baterias no local e toda a logística a si associada. Por outro lado, o sistema apresentado nesse documento não garante o carregamento universal de toda a gama de veículos eléctricos (VE's), porque está directamente dependente do tipo de bateria utilizada nos VE's, da sua localização e acessibilidade. O sistema não prevê ainda qualquer tipo de produção energia eléctrica nos locais de carregamento.

O preâmbulo da reivindicação 1 é definido de acordo com este documento.

O documento US 5315227 divulga uma estação de recarregamento de baterias para veículos eléctricos de tal modo que se a energia solar for insuficiente, é usada energia da rede. Ά solução desse documento não se destina a locais públicos, prevendo a instalação e interligação com uma habitação. O sistema descrito tem uma perda de eficiência energética uma vez que a energia é primeiramente armazenada em baterias (energia em corrente continua) , e só depois vertida para o VE. Nessa solução do acima referido documento não estão garantidos os seguintes pontos/referenciais :

- carregamento rápido e total do VE, pois trata-se nesse documento de uma transferência de energia entre dois bancos de baterias, sem recurso a energia consumida via habitação; aproveitamento da energia renovável produzida na sua totalidade, uma vez que nesse documento caso exista radiação solar e o banco de baterias esteja totalmente carregado, esta energia será desperdiçada.

0 documento JP 8019193 divulga um sistema simplificado de energia fotovoltaica para veículos, especialmente adaptado para habitação residencial. A solução desse documento não se destina a locais públicos, prevendo a instalação e interligação com uma habitação. Trata-se ainda de um sistema fotovoltaico doméstico, sendo um sistema que apenas permite baixas potências, e por consequência tempos de carregamento longos (não existe potência suficiente para carregamentos rápidos) .

Descrição geral da invenção

A Estação Solar de Carregamento da presente invenção vem dar resposta à necessidade da existência de uma rede de carregamento de veículos eléctricos (VE) , nomeadamente no que diz respeito ao carregamento denominado rápido (20 a 30 minutos), isto em todas as situações onde o utilizador não pode despender de um tempo alargado para efectuar o carregamento do seu veiculo. Esta estação destina-se por isso a locais de acesso público e privado nomeadamente, parques de estacionamento de edifícios públicos e privados, e estações de serviço de combustíveis fósseis, locais estes onde a solução de carregamento lento não tem grande viabilidade, uma vez que este tipo de carregamento (6 a 8 horas) será feito maioritariamente durante a noite.

Assim a presente invenção inclui a forma de carregamento dos VE's num curto espaço de tempo e com a particularidade de ser energia renovável produzida no local.

Com a estação da presente invenção é possível num mesmo local produzir a energia eléctrica necessária para alimentar os VE's, dado que é uma solução que integra a produção de energia através da tecnologia fotovoltaica, e a transformação de energia para o carregamento rápido das baterias DC existentes nos VE's.

Desta forma, o sistema integrado, permite o aumento da eficiência energética global de uma rede de carregamento de VE's, comparativamente com uma rede análoga onde por cada ponto de carregamento não exista qualquer sistema de produção de energia. Sabe-se que o transporte de energia eléctrica do local de produção centralizada até ao local de consumo, traduz-se numa perda bastante significativa para a rede de distribuição.

Acresce ainda que a própria estrutura de suporte do sistema de produção, serve de resguardo e sombreamento aos VE's, minimizando-se assim a duplicação de material metalomecânico a usar para o efeito. Por outro lado, dado a concentração de ambos os equipamentos (produção e consumo de energia) existe uma partilha/rentabilização de toda a cablagem nas interligações do ponto de produção com os pontos de consumo. O mesmo acontece no que diz respeito à execução de bases de suporte em betão ou equivalente, para fixação da estrutura de sombreamento e suporte dos módulos fotovoltaicos .

Ao nível da utilização de recursos humanos, a solução da presente invenção funciona sem a necessidade da presença e apoio no local de qualquer operador.

Devido à sua abrangência e aplicabilidade, a estação solar permite contribuir para a diminuição da dependência do exterior, em termos energéticos (importação de energia eléctrica) , promove a mobilidade urbana de forma sustentável, contribui ainda para um alcançável balanço zero de energia consumida e C02 emitido pelos veículos eléctricos, e contribui para uma maior disponibilidade eléctrica da rede nacional em horas de ponta. Por outro lado, diminui significativamente a perda de energia no transporte, uma vez que a produção de energia se situa junto do local onde é consumida, permite a integração do fotovoltaico (BIPV) e contribui para a melhoria da classificação energética do edifício onde está instalada. A presente invenção pode ser instalada em qualquer espaço público ou privado desde que exista potência disponível suficiente (na rede pública ou em PT privado) , segundo necessidades do carregamento rápido das baterias. São alvos preferenciais os parques de estacionamento públicos ou empresariais, os actuais postos de abastecimento de combustível fóssil, hipermercados, centros comerciais, hotéis, hospitais, escolas, entre outros.

A solução da presente invenção é inovadora no elevado cuidado na minimização de perdas e ineficiências eléctricas. É conhecido que a transmissão de energia eléctrica envolve perdas. Esta solução evita as tradicionais perdas no transporte e distribuição de energia, na ordem dos 15% a 20%, que a solução convencional de ponto de carregamento ligado à rede de distribuição apresenta. A produção de energia de forma descentralizada nos locais de consumo - carregamento de VE' s - permite realizar um balanço de energia com rede eléctrica na mesma proporção da energia necessária ao carregamento dos veículos.

A localização dos equipamentos eléctricos num núcleo central, quer seja radial, quer seja linear (tipo backbone) , a partir do qual emanam as conexões à rede, aos veículos eléctricos e aos painéis solares, permite uma poupança construtiva e uma efectiva redução nas perdas eléctricas ao longo da própria estrutura da estação.

A estrutura radial é mais claramente ilustrada caso se utilizem uma pluralidade de estações deste tipo (Fig. 1 e2), que preferivelmente se encontrarão dispostas radialmente, a partir de um ponto central portanto. A pessoa de conhecimento médio na área facilmente reconhecerá que os efeitos técnicos da presente invenção se obtêm independentemente do número de estações dispostas à volta desse ponto central, sendo que o número de 3 estações nas figuras 1 e 2 é meramente ilustrativo, podendo ser facilmente em número variável. A estrutura linear será mais claramente ilustrada caso se utilize uma pluralidade de estações deste tipo (Fig. 3), que preferivelmente se encontrarão dispostas longitudinalmente, lado-a-lado, portanto. Ainda mais preferivelmente, podem-se dispor as estações também longitudinalmente mas em duas linhas paralelas, costas contra costas. Em ambas estas realizações preferenciais, esta estrutura cresce assim de forma linear.

Descrição das Figuras

Para uma mais fácil compreensão da invenção juntam-se em anexo as figuras, as quais, representam realizações preferenciais do invento que, contudo, não pretendem, limitar o objecto da presente invenção.

Figura 1: Representação esquemática da estação solar para carregamento de veículos eléctricos, na solução radial em torno de um ponto central, onde

(101) representa a estrutura de fixação metálica,

(102) representa a estrutura de suporte dos painéis fotovoltaicos ,

(103) representa os painéis fotovoltaicos ,

(104) representa o armário central de alojamento dos equipamentos eléctricos,

(105) representa o ecrãn-visor de interface com cliente, e

(106) representa a tomada do ponto de carregamento.

Figura 2: Representação esquemática da estação solar para carregamento de veículos eléctricos, na solução radial em torno de um ponto central, onde

(201) representa a estrutura de fixação metálica, (202) representa a estrutura de suporte dos painéis fotovoltaicos ,

(204) representa o armário central de alojamento dos equipamentos eléctricos,

(205) representa o ecrãn-visor de interface com cliente, e

(206) representa a tomada do ponto de carregamento.

Figura 3: Representação esquemática da estação solar para carregamento de veículos eléctricos, na solução linear, do tipo "backbone", onde

(301) representa a estrutura de fixação metálica,

(302) representa a estrutura de suporte dos painéis fotovoltaicos ,

(303) representa os painéis fotovoltaicos ,

(304) representa o armário central de alojamento dos equipamentos eléctricos,

(305) representa o ecrãn-visor de interface com cliente, e

(306) representa a tomada do ponto de carregamento.

Figura 4: Diagrama de blocos dos principais elementos da estação solar de carregamento de veículos eléctricos onde

(401) representa a rede eléctrica pública,

(402) representa o conjunto dos painéis fotovoltaicos ,

(403) representa o bloco-inversor de produção, equipamento apto à produção de energia eléctrica a partir dos painéis fotovoltaicos ,

(404) representa o ponto de carregamento rápido, que compreende equipamento eléctrico apto ao carregamento da bateria ou baterias dos referidos veículos eléctricos, e

(405) representa o veículo eléctrico. Descrição detalhada da invenção

A presente invenção diz respeito a uma estação solar para alimentação de veículos eléctricos (VE's). Pretende-se com esta estação, para além do simples carregamento dos VE' s realizar uma compensação para a rede eléctrica pública de energia renovável, em horário de ponta e cheia do diagrama de carga, e retirada pelo VE, dessa mesma rede. Desta forma, a solução evita 15% a 20% das perdas de energia no transporte e distribuição até ao carregamento do VE. A solução cria ainda, no utilizador a noção de energia "verde", maximizando a utilização do VE, numa perspectiva de responsabilidade ambiental.

A presente invenção compreende um conjunto de elementos esquematicamente representados no diagrama de blocos apresentado (Figura 4), que do ponto de vista técnico pode ser desagregada em 4 sub-sistemas , descritos de seguida sob a forma de várias realizações preferenciais:

SISTEMA DE PRODUÇÃO DE ENERGIA

0 sistema de produção de energia da presente invenção recorre à tecnologia do solar fotovoltaico e dos sistemas ligados à rede. Assim este sistema é constituído por painéis fotovoltaicos policristalinos , definindo o campo solar, um inversor DC/AC monofásico com uma potência nominal de 3.68kW, toda a cablagem DC necessária à interligação destes equipamentos e um quadro de protecção AC (da classe II de isolamento) composto por interruptor diferencial e disjuntor bipolar. Toda a energia produzida pelo sistema fotovoltaico é injectada na rede pública eléctrica, sendo esta maioritariamente produzida em horário de ponta e cheia do diagrama de carga de consumo. O equipamento inversor sincroniza com a rede, garantindo a qualidade da energia injectada, sendo o consumo do mesmo assegurado pela própria produção (regime de auto-consumo) .

SISTEMA DE CARREGAMENTO DE BATERIAS

A presente invenção prevê a existência de três pontos de carregamento de veículos em simultâneo. Para tal, existe uma unidade de controlo de carregamento responsável pela gestão das características do carregamento face ao número de veículos em carregamento na estação solar. 0 tipo de carregamento utilizado na presente invenção é o denominado carregamento rápido, com uma potência máxima de 43kW, em regime AC e/ou DC, com uma duração que varia entre vinte a trinta minutos. A alimentação será preferencialmente do tipo trifásica, disponibilizando a presente invenção a respectiva tomada para interligação com o veículo. 0 cabo de interligação ao veículo eléctrico é disponibilizado pela marca do automóvel, uma vez que a ficha de ligação existente no mesmo poderá variar consoante o fabricante.

SISTEMA DE MEDIÇÃO DE ENERGIA

A contabilização de todo o trânsito de energia envolvido sobre a presente invenção é efectuada com a utilização de contadores bidireccionais preferencialmente trifásicos de ligação directa. Assim, é necessário um contador para medir toda a energia produzida pelo sistema fotovoltaico, um outro que mede a energia global consumida pela presente invenção, e outros, preferencialmente três, contadores (estes denominados individuais), que contabilizam independentemente a energia fornecida a cada ponto de carregamento, isto é, a cada veiculo eléctrico. Desta forma, tem-se a plena percepção dos fluxos de energia e os totais consumidos/produzidos em cada ponto da presente invenção .

INTERFACE COM CLIENTE

A presente invenção disponibiliza preferencialmente ao cliente um serviço intuitivo e fácil de utilizar. Recorrendo a um display e um teclado alfanumérico o cliente indica a sua intenção no que diz respeito ao valor de tempo ou custo a despender na carga. Recorrendo a um modem GSM é enviado um SMS para o telemóvel do cliente com a confirmação da sua intenção e um código de validação para proceder à autenticação do utilizador pagador. Uma vez introduzido o código, será gerada novo SMS (este de valor acrescentado), a confirmar a transacção.

As seguintes reivindicações definem adicionalmente realizações preferenciais da presente invenção.