Crédito: Kindel Media de Pexels
Los vehículos de gasolina y diesel se están eliminando globalmente y reemplazados por vehículos eléctricos para que los países puedan cumplir con sus compromisos con cero emisiones de carbono causados por humanos para 2050. Pero las baterías de los vehículos eléctricos corren rápidamente y tardan mucho en recargarse. Una solución son los sistemas de intercambio de baterías, donde las baterías agotadas se pueden intercambiar por baterías completamente cargadas, colocando a los conductores de vehículos eléctricos en la carretera más rápido de lo que les habría llevado llenar con gasolina. Lumbumba Taty-Etienne Nyamayoka es investigador y Ph.D. candidato con el Futuro grupo de investigación de tecnología de energía eléctrica en la Universidad de Witwatersrand. Su investigación analizó la mejor manera Para configurar sistemas de intercambio de baterías alimentados por energía solar y eólica.
¿Cuáles son las limitaciones de las baterías de vehículos eléctricos?
Las baterías de los vehículos eléctricos tienen un rango de conducción limitadodependiendo del tipo de vehículo, capacidad de batería y condiciones de uso. Su tiempo de carga es muy lento—Veral Horas para cargar en casa y más en una estación de carga pública de lo que se necesita para repostar un automóvil convencional. También, Estaciones de carga de vehículos eléctricos En Sudáfrica no están tan extendidos como las estaciones de servicio.
El rendimiento de la batería también disminuye con la edad y el uso. Esto significa que los vehículos no pueden viajar hasta 500 kilómetros con una sola carga, ya que pueden con una batería nueva o alcanzar velocidades rápidas. Cuanto mayor es la batería, la Más tiempo lleva cobrar. Las baterías también se ven afectadas por el calor o el frío extremo. Los sistemas de gestión térmica que protegen contra esto son caros.
Las baterías eléctricas del vehículo son caras. En Sudáfrica, ellos puede costar entre R100,000 y R400,000 (US $ 5,630 a US $ 22,523), mientras que las baterías de autos de gasolina pueden costar tan poco como R3,500 (US $ 197). Los precios están cayendo, pero los altos costos aún son desagradables.
Finalmente, un paquete de batería de vehículo eléctrico pesa un promedio de 454 kg y ocupa entre 100 litros y 200 litros de espacio en un automóvil, dependiendo del modelo. Este es un problema para los autos más pequeños.
¿Cómo pueden ayudar las estaciones de intercambio de baterías de vehículos eléctricos?
En lugar de detenerse en un largo viaje para pasar horas cargando la batería de su automóvil, los conductores solo necesitan conducir hasta la estación de intercambio y obtener una batería nueva. Esto es muy rápido y fácil, especialmente para moto de entrega, camiones, autobuses o taxis que deben estar en la carretera todo el día. (Las estaciones de intercambio de baterías deben Mantenga múltiples tipos y edades de baterías para que los automovilistas puedan intercambiar baterías por las de la misma edad y calidad).
Las estaciones de intercambio de baterías también ayudan a los propietarios de vehículos eléctricos porque no utilizan métodos de carga rápida que generan alto calor y colocan tensión en la batería. En cambio, las estaciones cargan las baterías de vehículos eléctricos lentamente, fuera del sitio. Esto extiende la vida útil de la batería.
Algunas estaciones de intercambio de baterías ya están establecidas en África, principalmente para moto eléctricas, en Kenia, Uganda, Ruanda, Nigeria y Sudáfricapero existen en grandes números en Porcelana, EE. UU. y Taiwán.
De hecho, las estaciones de intercambio de baterías pueden ayudar al mercado de vehículos eléctricos al crecer al darle a las personas la confianza de que siempre podrán cargar un automóvil eléctrico si compran uno.
¿Dónde entran la energía eólica y solar?
Las estaciones de intercambio de baterías deben ser alimentadas por sistemas de energía renovable eólica y solar para que los automovilistas no carguen vehículos eléctricos amigables con el medio ambiente con electricidad producida por la quema de carbón. Poco más del 74% de la electricidad de Sudáfrica se genera actualmente por el carbón quemado.
Mi investigación encontrada Que un sistema de energía renovable compuesta por 64 turbinas eólicas y 402 paneles solares fotovoltaicos pueden alimentar una estación de intercambio de tamaño moderado, una que reemplaza aproximadamente de 50 a 200 baterías eléctricas de vehículos diariamente.
Establecer uno de estos costos al alza poco menos de R2 millones (US $ 112,000). En mi estudio de caso, esta cantidad cubre el Costo total del ciclo de vida. Esto incluye la inversión de capital inicial, la instalación, la operación y el mantenimiento, y los costos de reemplazo durante la vida útil del sistema de 20 a 25 años. Las estaciones de intercambio de baterías de diferentes tamaños costarían una cantidad diferente.
Estos costos podrían ser recuperados por inversores dentro de los cinco años y medio, según el ahorro de energía proyectados y los ingresos operativos de 50–200 swaps por día. Después del período de recuperación, el sistema generaría ganancias a través de ahorros de costos continuos en electricidad, ingresos de los usuarios de vehículos eléctricos y ganando dinero de Alimentar electricidad a la cuadrícula.
Las estaciones híbridas de intercambio de baterías solares con viento con sistemas de almacenamiento de baterías para almacenar la energía generada son factibles técnica y económicamente.
Pocas personas conducen vehículos eléctricos en Sudáfrica. ¿Realmente necesitamos estaciones de intercambio de baterías?
Las estaciones de intercambio de baterías de vehículos eléctricos son necesarias desde una perspectiva de planificación temprana y desarrollo de infraestructura. La absorción de vehículos eléctricos es Todavía creciendopero es ganando impulso en Nigeria, Kenia y Sudáfrica.
Por ejemplo, Grandes compañías de camiones y mensajeros sudafricanos están empezando a convertir sus flotas de camiones a electricidad.
El alto número de minibús y autobuses en carreteras sudafricanas contribuye significativamente a la contaminación del aire urbano, especialmente en áreas densamente pobladas. Si este mercado comienza a usar vehículos eléctricosNecesitarán estaciones de intercambio de baterías para permanecer en la carretera todo el día.
Al comenzar ahora, Sudáfrica puede construir su ecosistema de vehículos eléctricos para que se alinee con los objetivos de energía del país, sin excitar los recursos demasiado temprano, pero al asegurarse de que esté listo cuando la demanda se acelera.
¿Qué debe pasar a continuación?
Se debe construir un proyecto de demostración de 64 turbinas eólicas y 402 paneles solares. Esto debe probarse en diferentes períodos para que podamos ver cómo funcionaría un sistema de almacenamiento de baterías eólica y solar en diferentes condiciones climáticas.
El gobierno también debe hacer algunas proyecciones futuras de los costos de las piezas del sistema de almacenamiento de baterías, sus esperanzas y las tarifas que podrían hacerlas más caras. Estos datos ayudarán a guiar a los inversores.
Se necesitan técnicas de pronóstico avanzadas (como el aprendizaje automático o los modelos de series de tiempo) para predecir la demanda de carga y la generación renovable. Esto se puede usar para mejorar el modelo.
Se deben desarrollar políticas para ver cómo los créditos fiscales, los subsidios y los créditos de carbono podrían usarse para que sea más barato que las empresas establezcan estaciones de intercambio de baterías.
También se necesitan regulaciones para fomentar las estaciones de carga de vehículos eléctricos para que se basen en energía eólica híbrida y energía renovable solar.
Los sistemas de intercambio de baterías no necesitan implementarse en todo el país de inmediato. En cambio, un enfoque gradual puede centrarse en lugares donde la actividad de los vehículos eléctricos está más concentrado.
Más información: Lumbumba Taty-Etienne Nyamayoka et al, viabilidad tecnológica y enfoque de diseño óptimo de sistemas de generación de energía híbridos conectados a la red para la estación de intercambio de baterías de vehículos eléctricos, energías (2025). Dos: 10.3390/en18051208
Proporcionado por la conversación
Este artículo se republicó de La conversación bajo una licencia Creative Commons. Leer el artículo original.
Cita: Estaciones de intercambio de baterías alimentadas por energía solar y viento: cómo podría funcionar para vehículos eléctricos (2025, 30 de junio) recuperadas el 30 de junio de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-06-battery-swapping-stations-powered-solar.html
Este documento está sujeto a derechos de autor. Además de cualquier trato justo con el propósito de estudio o investigación privada, no se puede reproducir ninguna parte sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona solo para fines de información.
