DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-39034-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41667694
تاريخ النشر: 2026-02-10
المؤلف: Md Tanjil Sarker وآخرون
الموضوع الرئيسي: المركبات الكهربائية والبنية التحتية
نظرة عامة
تقدم هذه الدراسة تقييمًا شاملاً للأداء التقني والاقتصادي والبيئي والتشغيلي لمحطة شحن هجينة تعمل ببطاريات الحياة الثانية – الطاقة الشمسية (SLB-PV)، مصممة خصيصًا للمناطق الاستوائية، مع مدينة سايبرجايا، ماليزيا كحالة دراسية. باستخدام محاكاة متكاملة في HOMER Pro وMATLAB Simulink، بالإضافة إلى اختبار مختبري لوحدات CALB المعاد استخدامها، تشير النتائج إلى أن بطاريات الحياة الثانية يمكن أن تحل محل بطاريات الليثيوم أيون الجديدة بشكل فعال في أنظمة شحن المركبات الكهربائية (EV) المدمجة بالطاقة الشمسية.
يكشف التحليل أن نظام SLB-PV حقق متوسط نسبة اكتفاء ذاتي من الطاقة المتجددة تبلغ 78%، مما أدى بنجاح إلى تعويض استهلاك الكهرباء من الشبكة الذي يتراوح بين 90 إلى 120 كيلوواط ساعة/يوم. علاوة على ذلك، أبرزت النمذجة الاقتصادية انخفاضًا كبيرًا بنسبة 40% في النفقات الرأسمالية (CAPEX) وتكلفة تخزين موحدة (LCOS) تبلغ 0.08 دولار أمريكي/كيلوواط ساعة، مما يبرز إمكانية بطاريات الحياة الثانية كحل قابل للتطبيق وفعال من حيث التكلفة لتعزيز بنية تحتية لشحن المركبات الكهربائية المدمجة بالطاقة الشمسية.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على التأثير التحويلي للتنقل الكهربائي على قطاعات النقل والطاقة، مع التأكيد على الحاجة الملحة لتقليل انبعاثات غازات الدفيئة والاعتماد على الوقود الأحفوري. تُعتبر المركبات الكهربائية (EVs) محورية في هذا الانتقال، إلا أن نجاحها يعتمد على إنشاء بنية تحتية للشحن تكون متاحة ومستدامة. في المناطق الاستوائية، حيث تتوفر الإشعاعات الشمسية بكثرة، تمثل محطات الشحن المدمجة بالطاقة الشمسية (SICS) حلاً قابلاً للتطبيق من خلال استخدام الطاقة الشمسية المولدة محليًا لتشغيل المركبات الكهربائية، مما يقلل من الاعتماد على الشبكة ويقلل من كثافة الكربون.
ومع ذلك، تواجه عملية التنفيذ الواسعة لـ SICS تحديات كبيرة. الطبيعة المتقطعة للطاقة الشمسية وعدم التوافق بين ذروة توليد الطاقة الشمسية وطلب شحن المركبات الكهربائية، الذي يصل عادة إلى ذروته في المساء، يحد من الاستخدام الفعال للطاقة الشمسية. بالإضافة إلى ذلك، في حين أن أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS) يمكن أن تخفف من هذه المشكلة، فإن اعتمادها غالبًا ما يكون مقيدًا بالتكاليف العالية والمخاوف البيئية المتعلقة بإنتاج بطاريات الليثيوم أيون. هذه التحديات حادة بشكل خاص في المناطق الاستوائية الحساسة للتكلفة والتي تشهد نموًا سريعًا في اعتماد المركبات الكهربائية.
الطرق
تستخدم منهجية هذه الدراسة نهجًا متعدد الجوانب لتقييم جدوى محطات شحن المركبات الكهربائية (EV) المدمجة ببطاريات الحياة الثانية (SLB) في المناطق الاستوائية، مع التركيز بشكل خاص على ماليزيا. تشمل هذه الإطار تقييم موارد الطاقة الشمسية، وحجم النظام، وتوصيف SLB، والنمذجة التقنية والاقتصادية، وتقييم الأثر البيئي. من خلال دمج نمذجة النظام على المدى الطويل مع محاكاة أداء البطارية التفصيلية، تهدف الدراسة إلى تقديم رؤى شاملة حول الجوانب الكلية والدقيقة لجدوى النظام، مستفيدة من الظروف الشمسية المواتية في ماليزيا وزيادة اعتماد المركبات الكهربائية.
بالنسبة لتوصيف حزم SLB التجريبية، تم استخدام وحدات بطاريات الليثيوم أيون من الحياة الثانية من شركة الصين للطيران لبطاريات الليثيوم (CALB)، كل منها بسعة اسمية تبلغ 72 أمبير ساعة. لضمان الشفافية التجريبية وقابلية التكرار، تم اختيار الوحدات بناءً على تاريخ استخدام متسق وفحص حالة الصحة (SoH). تضمنت الإعدادات التجريبية اختبارات شحن وتفريغ محكومة، ومراقبة مستمرة للجهد والتيار ودرجة الحرارة، لمحاكاة ظروف البيئة الاستوائية. تم تقييم السلوك الحراري لفهم توليد الحرارة أثناء التشغيل، وتم إجراء دورات متعددة لتحليل اتجاهات التدهور على المدى القصير واحتفاظ السعة. تم دمج المعلمات المستخلصة من هذه التجارب، بما في ذلك السعة القابلة للاستخدام ومعدلات التدهور الأولية، في محاكاة على مستوى النظام لتعكس بدقة أداء SLBs في المناخات الاستوائية.
المناقشة
في هذه المناقشة، يتم تسليط الضوء على إمكانية بطاريات الحياة الثانية (SLBs) من المركبات الكهربائية (EVs) في نهاية عمرها كبديل واعد لتخزين الطاقة الثابتة، خاصة في محطات شحن المركبات الكهربائية المدمجة بالطاقة الشمسية. تحتفظ SLBs بنسبة 70-80% من سعتها الأصلية، مما يجعلها غير مناسبة لدفع المركبات ولكنها مثالية للتطبيقات ذات متطلبات الأداء الأقل صرامة. يمكن أن يؤدي دمج SLBs في مثل هذه المحطات إلى تقليل التكاليف، وإطالة عمر البطارية، وتقليل الأثر البيئي، مما يتماشى مع مبادئ الاقتصاد الدائري. ومع ذلك، لا تزال التحديات قائمة بشأن أدائها في المناخات الاستوائية، خاصة فيما يتعلق بتدهور البطارية، والموثوقية التشغيلية، والجدوى الاقتصادية على المدى الطويل.
توضح دراسة الحالة في ماليزيا الحاجة الملحة لحلول الطاقة اللامركزية، حيث أدى النمو السريع للمركبات الكهربائية ونشر الطاقة الشمسية إلى ضغط كبير على الشبكة الكهربائية الوطنية. مع الأهداف الطموحة للطاقة المتجددة المحددة للسنوات القادمة، يمكن أن تلعب أنظمة التخزين المعتمدة على SLB في محطات الشحن الشمسية دورًا حاسمًا في تحقيق هذه الأهداف مع دعم كهرباء النقل. تحدد الدراسة الفجوات الحرجة في الأبحاث الحالية، خاصة فيما يتعلق بالأداء التشغيلي لـ SLBs في الظروف الاستوائية، وتقترح إطارًا موحدًا لمعالجة هذه القضايا من خلال التحقق التجريبي والنمذجة الاقتصادية المصممة خصيصًا للمنطقة. يهدف هذا النهج إلى تعزيز موثوقية واستدامة أنظمة SLB-PV الهجينة، مما يسهم في تحسين مرونة الطاقة في المناطق المحرومة.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-39034-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41667694
Publication Date: 2026-02-10
Author(s): Md Tanjil Sarker et al.
Primary Topic: Electric Vehicles and Infrastructure
Overview
This study presents a comprehensive evaluation of the techno-economic, environmental, and operational performance of a Second-Life Battery-Photovoltaic (SLB-PV) hybrid charging station, specifically tailored for tropical regions, with Cyberjaya, Malaysia serving as the case study. Utilizing integrated simulations in HOMER Pro and MATLAB Simulink, along with laboratory testing of repurposed CALB modules, the findings indicate that SLBs can effectively replace new lithium-ion batteries in solar-integrated electric vehicle (EV) charging systems.
The analysis reveals that the SLB-PV system achieved an average renewable energy self-sufficiency ratio of 78%, successfully offsetting between 90 to 120 kWh/day of grid electricity consumption. Furthermore, economic modeling highlighted a significant 40% reduction in capital expenditure (CAPEX) and a Levelized Cost of Storage (LCOS) of USD 0.08/kWh, underscoring the potential of SLBs as a viable and cost-effective solution for enhancing solar-integrated EV charging infrastructure.
Introduction
The introduction highlights the transformative impact of electric mobility on the transportation and energy sectors, emphasizing the urgent need to reduce greenhouse gas emissions and reliance on fossil fuels. Electric vehicles (EVs) are identified as pivotal to this transition, yet their success hinges on the establishment of accessible and sustainable charging infrastructure. In tropical regions, where solar irradiance is abundant, solar-integrated charging stations (SICS) present a viable solution by utilizing locally generated photovoltaic (PV) energy to power EVs, thereby decreasing grid dependency and carbon intensity.
However, the widespread implementation of SICS faces significant challenges. The intermittent nature of solar energy and the mismatch between peak PV generation and EV charging demand, which typically peaks in the evening, limit the effective use of solar power. Additionally, while battery energy storage systems (BESS) can mitigate this issue, their adoption is often restricted by high costs and environmental concerns related to lithium-ion battery production. These challenges are particularly acute in cost-sensitive tropical regions that are experiencing rapid growth in EV adoption.
Methods
The methodology of this study employs a multifaceted approach to evaluate the feasibility of second-life battery (SLB)-integrated solar electric vehicle (EV) charging stations in tropical regions, specifically focusing on Malaysia. This framework encompasses solar resource assessment, system sizing, SLB characterization, techno-economic modeling, and environmental impact evaluation. By combining long-term system-level modeling with detailed battery performance simulations, the study aims to provide comprehensive insights into both macro and micro aspects of system feasibility, leveraging Malaysia’s favorable solar conditions and increasing EV adoption.
For the experimental characterization of SLB packs, second-life lithium-ion battery modules from China Aviation Lithium Battery Co., Ltd. (CALB) were utilized, each with a nominal capacity of 72 Ah. To ensure experimental transparency and reproducibility, modules were selected based on consistent usage history and state of health (SoH) screening. The experimental setup involved controlled charge-discharge tests, continuous monitoring of voltage, current, and temperature, simulating tropical environmental conditions. Thermal behavior was assessed to understand heat generation during operation, and multiple cycles were conducted to analyze short-term degradation trends and capacity retention. The parameters obtained from these experiments, including usable capacity and initial degradation rates, were integrated into system-level simulations to accurately reflect the performance of SLBs in tropical climates.
Discussion
In this discussion, the potential of second-life batteries (SLBs) from end-of-life electric vehicles (EVs) is highlighted as a promising alternative for stationary energy storage, particularly in solar-integrated EV charging stations. SLBs retain 70-80% of their original capacity, making them unsuitable for vehicle propulsion but ideal for applications with less stringent performance requirements. The integration of SLBs in such charging stations can lead to reduced costs, extended battery life, and a lower environmental impact, aligning with circular economy principles. However, challenges remain regarding their performance in tropical climates, particularly concerning battery degradation, operational reliability, and long-term economic viability.
The case study of Malaysia illustrates the urgent need for decentralized energy solutions, as the rapid growth of EVs and solar energy deployment has created significant pressure on the national electricity grid. With ambitious renewable energy targets set for the coming decades, the integration of SLB-based storage systems in solar charging stations could play a crucial role in achieving these goals while supporting the electrification of transportation. The study identifies critical gaps in existing research, particularly regarding the operational performance of SLBs in tropical conditions, and proposes a unified framework to address these issues through experimental validation and economic modeling tailored to the region. This approach aims to enhance the reliability and sustainability of SLB-PV hybrid systems, ultimately contributing to improved energy resilience in underserved areas.