Dwukierunkowa stacja ładowania samochodów elektrycznych - jak działa?

Czym jest dwukierunkowa stacja ładowania?

Standardowe stacje ładowania samochodów elektrycznych zarówno te do użytku publicznego, jak i prywatnego projektowane są do jednokierunkowego przepływu prądu od ładowarki do baterii samochodu. Energia elektryczna pobierana jest wówczas z sieci elektroenergetycznej, magazynu energii lub instalacji OZE. W stacji ładowania lub konwerterze zainstalowanym w samochodzie prąd przemienny AC zamieniany jest w prąd stały DC i trafia do akumulatorów trakcyjnych pojazdu. Okazuje się jednak, że w odpowiedzi na potrzeby elastycznego zarządzania zakupioną przez kierowców samochodów elektrycznych energią oraz w związku z innymi aspektami na rynku stacji ładowania zaczęły pojawiać się urządzenia umożliwiające ładowanie dwukierunkowe.

Dwukierunkowe stacje ładowania samochodów elektrycznych pozwalają w znaczny sposób optymalizować zużywanie energii elektrycznej, a przede wszystkim środki finansowe pożytkowane na jej zakup. Koszt ładowania samochodów elektrycznych na ogólnodostępnych stacjach sukcesywnie rośnie, co sprawia, że inwestycja w domową stację ładowania, a w szczególności jej dwukierunkową wersję staje się coraz bardziej opłacalna. Warto mieć na uwadze, że pojemności akumulatorów trakcyjnych w samochodach także rosną i znacznie przekraczają dobowe zapotrzebowanie energetyczne większości gospodarstw domowych. Wykorzystanie części zgromadzonej w baterii samochodowej energii do zasilania sprzętów, czy domowych instalacji podczas postoju auta może okazać bardzo opłacalne. Szczególnie jeżeli samochód ładowany był nocą w tańszej taryfie, a prąd oddaje w dzień, kiedy za energię trzeba zapłacić więcej.

Jak działa dwukierunkowa stacja ładowania samochodu?

Jednokierunkowa stacja ładowania w zależności od tego, czy jest to stacja typu AC czy DC ładuje baterię samochodową prądem przemiennym lub stałym, który ulega przekonwertowaniu w samej stacji. W przypadku dwukierunkowej stacji ładowania proces ten przebiega w tożsamy sposób, jednak jego odwrotny tryb cechuje się oczywiście odmienną kolejnością etapów. Energia elektryczna DC zgromadzona w akumulatorach trakcyjnych samochodu elektrycznego wyposażonego w funkcję V2G, V2H lub V2X jest pobierana wówczas przez stację ładowania z wbudowanym falownikiem i zamieniana na prąd zmienny AC, który może trafić z powrotem do sieci lub zasilać domową instalację. Jeżeli energia elektryczna będzie gromadzona w magazynie energii, nie musi na tym etapie przechodzić konwersji.

Opracowanie: enerad.pl

Dwukierunkowe ładowanie samochodów elektrycznych to stosunkowo nowa technologia, która jest sukcesywnie rozwijana i wdrażana przez największe koncerny motoryzacyjne oraz firmy technologiczne zajmujące się projektowaniem i produkcją ładowarek umożliwiających dwukierunkowy przepływ prądu wraz z jego konwersją. Biorąc pod uwagę etap rozwoju elektromobilności w Polsce oraz kształt przepisów regulujących wsparcie dla rozwoju tego typu technologii, dwukierunkowym ładowaniem będą obecnie zainteresowani ci odbiorcy, którym zależy na podnoszeniu poziomu własnej niezależności energetycznej. Prosumenci korzystający z fotowoltaiki z magazynem energii i dwukierunkową stacją ładowania mogą zbudować dobrze zoptymalizowany wysokoniezależny system energetyczny w swoim gospodarstwie domowym. Inną opcją jest traktowanie baterii samochodowej jako jedynego mobilnego magazynu energii i pominięcie w związku z tym stacjonarnego akumulatora w tym systemie.

Dwukierunkowa stacja ładowania samochodów elektrycznych - przykładowe modele

Rynek dwukierunkowych stacji ładowania samochodów elektrycznych, szczególnie na polskim gruncie nie obfituje jeszcze w wiele modeli tego typu urządzeń do wyboru. Wynika to oczywiście z faktu wciąż niewielkiej popularności tej technologii oraz braku odpowiednich regulacji do pełnego jej wykorzystywania. Niemniej jednak poszukując dwukierunkowej stacji ładowania pojazdów można trafić na kilka urządzeń, wśród których najpopularniejsze są obecnie te produkowane przez firmę Wallbox, Enphase, czy Electway. Przyjrzyjmy się bliżej tym propozycjom.

1. Stacja ładowania Wallbox Quasar V2G

Urządzenie firmy Wallbox będącej jednym z liderów branży stacji ładowania samochodów elektrycznych jest prawdopodobnie pierwszą, dostępną na szerokim rynku stacją umożliwiającą dwukierunkowe ładowanie pojazdów elektrycznych w domu. Wallbox Quasar V2G to wszechstronna ładowarka o niezwykłym designie, która oferuje ładowanie prądem stałym DC, co przy wymiarach urządzenia jest wręcz niespotykane. Konstrukcja Wallbox Quasar została opatentowana, a sama stacja ładowania maksymalnie ułatwia użytkownikowi obsługę dzięki takim funkcjom jak rozpoznawanie twarzy (autoryzacja dostępu do ładowania), czy sterowanie gestami. Oczywiście wszelkie funkcje, kontrola i monitoring ładowania dostępne są z poziomu aplikacji myWallbox. Wśród najważniejszych parametrów dwukierunkowej stacji ładowania Wallbox Quasar wart wymienić:

• Dwukierunkowe ładowanie prądem stałym DC;
• Moc ładowania do 22 kW;
• Typ złącza CHAdeMO;
• Stopnie ochrony stacji IP54 i IK08;
• Temperatura pracy -25 do 40 stopni Celsjusza;
• Komunikacja WiFi, Ethernet, Bluetooth i opcjonalnie 3G/4G;
• Prąd konwertowalny od 6A do 32A;
• Wymiary 35 cm x 35 cm x 15 cm;
• Waga 15,5 kg bez kabla (5 m).

Stacja ładowania Wallbox Quasar V2G; Źródło: wallbox.com

2. Stacja ładowania Electway V2H

Dwukierunkowa stacja ładowania od chińskiej firmy Electway to zdecydowanie mniej estetyczne, ale nie mniej funkcjonalne urządzenie do użytku domowego w porównaniu z Wallbox Quasar. Jedną z najciekawszych funkcji stacji ładowania Electway jest jest jej mobilność. Producent przekonuje, że ładowarka doskonale sprawdzi się nie tylko do zasilania akumulatorów trakcyjnych w samochodach wyposażonych w CHAdeMO jako rodzaj złącza do ładowania, ale także jako źródło awaryjnego zasilania poza domem, czy choćby jako zasilacz w biurze. Stacja ładowania Electway obsługuje w różnych opcjach tryby ładowania V2G oraz V2H. Urządzenie zostało zaprojektowane do zasilania odbiorników energii elektrycznej z baterii samochodu, co w założeniu ma być jego podstawową funkcją. Gabaryty ładowarki sprawiają, że najwygodniej montować ją w garażu na podłodze lub ewentualnie na ścianie. Do najważniejszych parametrów technicznych urządzenia należą:

• Dwukierunkowe ładowanie w trybie AC;
• Maksymalna moc wyjściowa 6 kW;
• Zakres temperatur pracy -60 do 45 stopni Celsjusza;
• Sprawność konwersji na poziomie 90%;
• Stopień ochrony stacji IP23;
• Gwarancja 12 miesięcy;
• Certyfikacja CE, ROHS;
• Waga około 18 kg.

Stacja ładowania Electway V2H; Źródło: myecoworld.pl

3. Stacja ładowania Enphase Bidirectional EV Charger

Najbardziej wszechstronnym urządzeniem dysponującym możliwością dwukierunkowego ładowania pojazdów elektrycznych jest stacja ładowani od firmy Enphase. Choć zakres funkcji ładowarki i opis jej zastosowań znajduje się już w oficjalnym serwisie producenta, to na jego rynkową dostępność oraz cenę trzeba poczekać do 2024 roku. Zainteresowani konsumenci mogą już teraz zapoznać się z wersją demonstracyjna ładowarki. Urządzenie obsługuje tryb ładowania V2G oraz V2H i wchodzi w skład systemu Enphase Energy System wraz z mikroinwerterami IQ8, bramką IQ Gateway oraz kontrolerem systemu. Monitoring działania instalacji dostępny jest z poziomu aplikacji Enphase, a dzięki wbudowanym mikroinwerterom prąd stały DC pochodzący z baterii pojazdu przekształcany jest na prąd zmienny AC i w takiej postaci trafia na przykład do domowych odbiorników. Wśród najciekawszych parametrów dwukierunkowej ładowarki Enphase znajdą się między innymi:

• Dwukierunkowe ładowanie o napięciu 240 V AC;
• Wbudowane mikroinwertery IQ;
• Obsługa pojazdów ze złączami CCS oraz CHAdeMO;
• Możliwość przekazywania energii do sieci (V2G) oraz do domu (V2H);
• Inteligentny system izolowania domu od sieci w razie awarii;
• Podłączenie bezpośrednio do sieci lub poprzez IQ System Controller;
• Obsługa napięcia od 200 VDC do 1000 VDC dla akumulatorów EV;
• Współpraca z magazynami energii Enphase.

Stacja ładowania Enphase Bidirectional EV Charger; Źródło: enphase.com

Ile kosztuje dwukierunkowa stacja ładowania samochodów elektrycznych?

Dwukierunkowe ładowanie samochodów elektrycznych to wciąż rozwijana technologia, a to sprawia, że ceny stacji ładowania obsługujących ten tryb pracy należą i zapewne przez dłuższy czas będą należeć do stosunkowo wysokich. Warto pamiętać, że skoro za standardową ładowarkę należy zapłacić średnio od 3500 zł do nawet 10 000 zł, to urządzenie oferujące możliwość korzystania z samochodu elektrycznego jak z magazynu energii, musi kosztować odpowiednio więcej. Nie zmienia to oczywiście faktu, że wraz z rozwojem dwukierunkowej technologii ładowania i pojawianiem się na rynku kolejnych urządzeń wspierających tę funkcję, ceny ładowarek będą zapewne sukcesywnie spadać. W przypadku prezentowanych wyżej modeli dwukierunkowych stacji ładowania, średnie koszty ich zakupu prezentują się następująco:

• Stacja ładowania Wallbox Quasar V2G - ok. 19 600 zł za 7,4 kW
• Stacja ładowania Electway V2H - ok. 25 000 zł za 6 kW
• Stacja ładowania Enphase Bidirectional EV Charger - cena nie jest znana, ale przewidywania ekspertów wskazują na około 30 000 zł.

Skąd takie rozbieżności w cenach stacji ładowania oferujących dwukierunkowe ładowanie? Oczywiście jest to związane z wieloma czynnikami, a wśród nich należy wymienić przede wszystkim moc ładowania, tryby ładowania, konstrukcję urządzenia, możliwości komunikacyjne, mnogość funkcji, kompatybilność ładowarki z innymi elementami systemu, zastosowane zabezpieczenia, stopień zaawansowania technologicznego, zastosowane materiały i surowce, a także renomę i status producenta, a co za tym idzie jego możliwości finansowe. Rynek z pewnością będzie reagował na potrzeby konsumentów i w przypadku dalszego rozwoju elektromobilności oraz wdrażania działań optymalizujących zużycie energii elektrycznej, dwukierunkowe stacje ładowania zyskają na popularności i jednocześnie stracą na cenie.

Samochody jako magazyny energii - przyszłość czy teraźniejszość?

Z dwukierunkowymi stacjami ładowania nierozerwalnie wiąże się koncepcja samochodów elektrycznych jako mobilnych magazynów energii. Energia elektryczna pobierana z akumulatorów trakcyjnych pojazdu może trafiać do sieci elektroenergetycznej (V2G - ang. Vehicle to Grid) lub zasilać domowe odbiorniki (V2H - ang. Vehicle to Home). Rozwiązanie takie w połączeniu ze zoptymalizowanym korzystaniem ze stawek taryfowych sprzedawców prądu pozwala cieszyć się dużymi oszczędnościami i zaletami zrównoważonego zarządzania zużywaniem energii elektrycznej. Samochody elektryczne są już teraz wykorzystywane w charakterze magazynów energii w wielu krajach Europy Zachodniej, jak również na kontynencie azjatyckim, a w szczególności w Japonii, w której baterie samochodowe często pełnią funkcję awaryjnych źródeł zasilania. Nad doskonaleniem i wdrażaniem dwukierunkowego ładowania w swoich pojazdach pracują między innymi takie marki jak Volkswagen, BMW, Audi, czy Nissan, a także Volvo.

W kontekście popularyzacji “jeżdżących magazynów energii” jest to obecnie pieśń przyszłości, szczególnie na polskim gruncie. Potrzebne są odpowiednie regulacje i zachęty systemowe. Dość wspomnieć o wdrożonym w Wielkiej Brytanii tzw. System Reagowania na Popyt (DSR), dzięki któremu domy zainteresowanych odbiorców wyposażane są w inteligentne liczniki energii, które zachęcają do wytwarzania prądu z odnawialnych źródeł i w razie potrzeby oddawania nadwyżek prądu do sieci. Dotyczy to również energii pochodzącej z baterii samochodowych. W Danii natomiast testowany jest program pilotażowy V2G Nuuve Corporation regulujący sprzedaż energii elektrycznej do sieci przez właścicieli samochodów elektrycznych. Szacuje się, że przez cały okres eksploatacji pojazdu będą oni mogli zarobić na tym średnio 9000 euro.

Dwukierunkowa stacja ładowania EV - czy warto?

Dwukierunkowe stacje ładowania samochodów elektrycznych to nowe rozwiązanie na polskim rynku elektromobilności i alternatywnych źródeł energii. Celem wzbudzenia większego zainteresowania tą technologią potrzebne są przede wszystkim kampanie informacyjne, a także dofinansowania do stacji ładowania również dla prywatnych inwestorów. Jak się bowiem okazuje dwukierunkowa stacja ładowania należy do znaczących wydatków. Potrzebne są także regulacje ze strony OSD i URE, które umożliwiałyby kierowcom pojazdów elektrycznych w pełni korzystać z zalet dwukierunkowego ładowania, takich jak między innymi:

• Możliwość odsprzedaży do sieci elektroenergetycznej prądu z akumulatorów trakcyjnych pojazdu (w przypadku wprowadzenia takiej możliwości w Polsce);
• Opcja wymiany energii na zasadach handlu pomiędzy właścicielami samochodów elektrycznych (koncepcja tzw. wirtualnej elektrowni);
• Zyskanie dodatkowego, awaryjnego źródła zasilania do wykorzystania w nieprzewidzianych sytuacjach;
• Samochód jako magazyn energii pozwalający przechowywać nadwyżki energii z fotowoltaiki lub te pozyskane z sieci w okresach obowiązywania obniżonych stawek taryfowych (np. taryfa G12);
• Podniesienie poziomu niezależności energetycznej w gospodarstwie domowym lub firmie;
• Optymalizacja w zakresie zarządzania zużyciem energii elektrycznej, co pozostaje z korzyścią dla budżetu inwestora, krajowej infrastruktury elektroenergetycznej oraz środowiska naturalnego.