Od slnka po zásuvku V.

Možnosti nabíjania elektromobilov a plug-in hybridných automobilov z fotovoltiky.

V predchádzajúcich dieloch Od slnka po zásuvku I. až IV. sme si predstavili všetky druhy fotovoltických systémov od ON GRID až po hybridné systémy vrátane batériových úložísk. V tomto článku si rozoberieme možnosti nabíjania elektromobilov (EV – Electric Vehicle) a plug-in hybridných automobilov (PHEV)  v domácnostiach a vo firmách z fotovoltických/obnoviteľných zdrojov energie (OZE).

História elektromobilov siaha až do prelomu 19. a 20. storočia, keď Thomas Edison predstavil v roku 1901 nabíjateľný elektromobil vrátane nabíjacej stanice.

Všeobecne o nabíjaní EV a PHEV

Celý proces nabíjania si riadi automobil (EV) – nie nabíjacia stanica! Nabíjacia stanica „oznámi“ EV, aký má maximálny možný výkon nabíjania. EV si rýchlosť nabíjania prispôsobí podľa tejto informácie, maximálne možnosti nabíjacej stanice však nemusí využívať. Nabíjacia stanica pritom môže meniť informáciu o maximálnom možnom výkone aj počas nabíjania (napr. aby sme neprekročili MRK), následne si EV zmení aj svoje nastavenie nabíjania, tzn. rozhodne, ako sa bude ďalej nabíjať.

EV si proces nabíjania upravuje hlavne podľa typu batérií a ich teploty, preto je pri plánovaní nabíjania potrebné zohľadniť túto skutočnosť. Najrýchlejšie sa EV nabíja z kapacity batérie 10 – 20 % na 80 %. Pod 10 % a nad 80 % kapacity batérie sa používa na jej ochranu spravidla nabíjací výkon do 20 kW. Do úvahy je potrebné zobrať aj fakt, že rýchle nabíjanie čiastočne znižuje životnosť batérií, preto je dobré ho využívať iba vtedy, keď to je potrebné (najmä na dlhých cestách).

Ak uvažujeme o nabíjaní elektromobilov, musíme počítať aj so zvýšenými požiadavkami na množstvo spotrebovanej elektrickej energie a s celkovou maximálnou rezervovanou kapacitou (MRK) elektrickej prípojky domu, resp. firmy či objektu.

Nabíjanie elektromobilov je opísané podrobne s normách STN EN 61851/1 a STN EN 61851/21, 22, 23 a 24. Podľa nich rozoznávame 4 rôzne režimy nabíjania EV, z ktorých spomenieme najmä:
• MODE 2: AC domáce nabíjanie „zo zásuvky“, pri ktorom je maximálny výkon pevne nastavený. V Európe je štandard konektor TYPE 2 (obr. 1), väčšinou sa s EV dodáva takáto nabíjačka.
• MODE 3: AC, ktoré je stále „pomalé“ nabíjanie, ale jeho výkon možno nastavovať od 6 do 63 A, pričom tu prebieha aj „analógová“ komunikácia s autom. V Európe je štandard konektor TYPE 2.
• MODE 4: DC rýchle nabíjanie spravidla s digitálnou komunikáciou s výkonom od 20 až po 360 kW. V Európe je štandard konektor CCS (obr. 1).

Nabíjacie štandardy pre EV a PHEV automobily
Elektromobily:
• Type 2 AC: jednofázové, maximálny prúd 16 – 32 A/3,7 – 7,4 kW;
• Type 2 AC: dvojfázové, 2 × 16 A/6,6 kW;
• Type 2 AC: trojfázové, minimálny prúd 6 A/4,2 kW, maximálny prúd až 63 A/43 kW;
• CCS DC: 400 – 1 000 V; DC maximálny prúd pre CCS pripojenie je 500 A, t. j. cca 350 kW.

Plug-in hybridné automobily:
• Type 2 AC: jednofázové, maximálny prúd 16 A/3,6 kW alebo 32 A/7,4 kW, prípadne aj trojfázové a DC rýchle CCS nabíjanie
– nové drahé modely PHEV.
Väčšina cenovo dostupných elektromobilov používa 1 × 32 A/7,4 kW alebo 3 × 16 A/11 kW nabíjanie. Vzhľadom na to sú zaužívané aj verejné nabíjacie stanice AC 22 kW, pretože sú univerzálne pre súčasné typy nabíjania EV a PHEV.

Odporúčanie
Pri kúpe elektromobilu treba žiadať nabíjanie 11 kW, čo umožní lepšie možnosti a väčšiu rýchlosť pomalého AC nabíjania. V rodinných domoch sú zväčša trojfázové prípojky (25 A) a, žiaľ, už aj 20 A, čo výrazne obmedzuje nabíjanie EV, ktoré majú jednofázové nabíjanie (1 × 32 A).

Nabíjanie „zo zásuvky“
Je dôležité zdôrazniť, že množstvo elektrickej energie potrebné na nabitie EV nie je zanedbateľné, preto sa aj cena nabíjania môže meniť vzhľadom na dodávateľa energií. Moderní dodávatelia energií už prevažne ponúkajú „nočné“ nabíjanie vo zvýhodnených sadzbách – teda už sa nevyužíva len známy „jedno-tarif“ alebo „dvoj-tarif“, ale napr. aj „štvor-tarif“. Na ilustráciu – pri spotrebe EV 15 kWh/100 km (malý elektromobil v meste) môžete jazdiť uvedených 100 km približne za 15 kWh × 0,25 = 3,75 eura/100 km, ale napríklad pri sadzbe na verejných nabíjacích staniciach aj 15 kWh × 0,39 = 5,85 eura/100 km.
Na diaľniciach a pri väčších EV sa spotreba pohybuje od 20 – 30 kWh/100 km, záleží od rýchlosti.

Nabíjanie z fotovoltiky
Už vieme, že fotovoltický zdroj a jeho percento využitia závisí od použitého systému, jeho veľkosti, použitia batérií a zároveň aj služieb dodávateľov energie.

Nabíjanie z ON GRID fotovoltiky
Tu musíme mať na zreteli, že fotovoltický zdroj nemá počas polooblačných dní stabilný výkon, preto je jeho maximálne využitie možné iba v súčinnosti s elektrickou sieťou. No pri troche šikovnosti pôjde väčšie percento z fotovoltiky – ak si budete ručne meniť nabíjací výkon. Ak investujete do riadiaceho systému, ktorý dokáže regulovať výkon nabíjacej stanice podľa dostupnej energie, získate väčší komfort, ale vždy je to o kombinácii výroby fotovoltiky a dodávky z elektrickej siete. Takéto regulačné systémy dokážu v rámci možností regulovať nabíjanie EV, pričom v ideálnych podmienkach sa EV nabije na úrovni využitia 80 – 90 % z fotovoltiky.

Nabíjanie z hybridnej fotovoltiky s batériovým úložiskom
Pri väčšine dostupných systémov je nabíjačka EV považovaná za normálny elektrický spotrebič v domácnosti. Môže sa teda stať, že budete mať nabitý EV, aj keď ste ho nemuseli v tom čase mať, ale bude vybité batériové úložisko a následná domáca spotreba pôjde z elektrickej siete. Musíme preto myslieť na to, že nabíjačka na AC výstupe meniča nevie, že nenabíja „zo slnka“, ale z batériového úložiska. Tu je veľmi dôležitý komplexný manažment celej energetickej sústavy objektu, aby sa energia využívala efektívne a v správnom čase.

Symbióza batériového úložiska, fotovoltiky a elektromobilu

EV-GP ponúka sofistikované riešenie pre skladovanie elektrickej energie, ktoré v spojení s elektromobilom možno využívať obojsmerne – na nabíjanie batérie vozidla alebo, naopak, na čerpanie energie z batérie vozidla. Tento systém sa vyvíja a aj vyrába na Slovensku, kde prebieha aj jeho predaj a kompletné technické poradenstvo pre koncového zákazníka.

Zostava IQ Smart Home
Základom zostavy (obr. 2) sú fotovoltické panely s výkonom od 5 do 30 kWp a výkonný hybridný menič s výstupom EPS a výkonom do 20 kW. Najpodstatnejšou časťou tohto systému je batériové úložisko EV-GP LPF HV vo vyhotovení 23 až 62 kWh, ktoré pozostáva z akumulátorov typu LiFePo 4, pri ktorých výrobca deklaruje viac ako 15-ročnú životnosť (6 000 cyklov/DOD 80 %).

Samozrejmosťou je aj nabíjacia stanica pre elektromobily a hybridné automobily, ktorá je zastúpená modelom EV-GP home 22 kW IQ Smart (obr. 4).

Nabíjanie je možné realizovať dvomi spôsobmi:
a) celkovo zo systému – z fotovoltiky, batérie alebo elektrickej siete. Máme požiadavku mať nabitý EV, takže nastavíme nabíjací prúd a vieme, že za určitý čas bude EV nabitý;
b) IQ funkciou a nabíjaním z prebytkov. Vtedy riadiaca jednotka riadi plynule výkon do nabíjačky a neukončí nabíjanie ani v prípade nedostatku energie zo slnka, ale ho len preruší. Pri prebytkoch je možné spúšťať aj ohrev vody, tepelné čerpadlo, resp. iné procesy/zariadenia, kde sa môže využiť prebytočná energia zo slnka.
Pri spodných úrovniach nabitia batérií – nedostatku slnečnej energie – je možné automatické napájanie z elektromobilu, ktorý podporuje V2L (teda má 1-fázovú výstupnú zásuvku), a mať tak v dome kompletné 3-fázové napájanie z elektromobilu. Tak ako elektromobil môže byť pripojený aj externý zdroj – LPG, benzínový, dieselový alebo v budúcnosti vodíkový generátor.

Celý systém je, samozrejme, možné používať v konfiguráciách ON GRID, OFF GRID či ako ostrovný systém napájania. To isté platí aj pre väčšie firmy – len s väčším fotovoltickým lokálnym zdrojom 20 – 99 kWp (bez veľkej byrokracie) a väčším batériovým úložiskom až 2 × 62 kWh.

Batériové úložisko pre profesionálne riešenia ukladania energie a nabíjania DC elektromobilov

Batériové úložisko v ponuke EV-GP je modulárne RESS s modulmi 77 alebo 153 kWh, ktoré je možné paralelne spájať až po MWh, je teda dostatočne veľké pre každé riešenie pre firmy so spotrebou od 20 MWh až po GWh.

Prepojenie batériového úložiska EV-GP a nabíjania elektromobilov má EV-GP chránené úžitkovým vzorom a jeho najväčšou výhodou je priame nabíjanie DC/DC. Využitím inteligentných funkcií možno regulovať výkon nabíjania, optimalizovať čas nabíjania v závislosti od dostupnosti elektriny alebo aktuálnej tarify a zároveň vždy sledovať reálnu spotrebu. EV-GP patrí medzi popredných odborníkov so zameraním na prepájanie nabíjacích systémov pre elektromobily s fotovoltickými systémami.

Prepojenie batériového úložiska s IQ systémami umožňuje využitie úložiska energie na nižšie náklady na nákup energie, ochranu proti výpadkom prúdu (záložný zdroj energie), zníženie rezervovanej kapacity MRK, stráženie rezervovanej kapacity, využívanie najlepšej ceny elektriny na trhu (spotové ceny nákup/dodávka), podporné služby (vyrovnávanie odchýlky), priamu účasť na energetickom trhu, využívanie predikčných systémov na báze IQ, online prehľady a vyhodnotenia, automatické vyhodnotenia potreby, čo všetko výrazne skracuje návratnosť investície.

EV-GP sú originálne slovenské výrobky so zabezpečeným záručným a pozáručným servisom, overenou spoľahlivosťou a kvalitou. EV-GP patrí do skupiny firiem LED.sk. Výrobu, distribúciu a predaj výrobkov pod značkou EV-GP zabezpečuje materská spoločnosť OZE Solutions, a. s. Spoločnosť sa riadi pravidlami ESG, tzn. je zodpovedná k životnému prostrediu, rešpektuje občianske a ľudské práva, podporuje charitatívne činnosti a šport, eticky a transparentne vedie svoje podnikanie nielen k zisku, ale aj k investíciám, a to aj mimo finančného charakteru. Spoločnosť sa zaviazala:
• znížiť uhlíkovú stopu svojej činnosti na 0 % do konca roku 2025 výstavbou reálnych obnoviteľných zdrojov elektrickej energie s nulovými emisiami,
• aktívne podporiť a investovať do výsadby 1 000 stromov ročne s cieľom aktívne sa zapojiť do boja proti globálnemu otepľovaniu,
• podporovať aktivity OZ, ktoré sa aktívne zaoberajú zlepšovaním životného prostredia.

Záver

Pri riešeniach nabíjania EV, fotovoltiky a pri inštalácii batériových úložísk musíme pamätať na to, že spájania rôznych systémov majú svoje prísne pravidlá a zároveň ide o veľmi komplexnú činnosť, na ktorú sú potrebné skúsenosti, znalosti, kvalifikácia a oprávnenia. Preto odporúčame obrátiť sa kvôli vlastnej bezpečnosti vždy na kvalifikované osoby, resp. firmy s dostatočnými skúsenosťami, referenciami a zárukami.

Viac na www.led.sk a www.ev-gp.sk.
Foto: LED.sk

Zdroj: PR článok LED.sk