Электромобили с возможностью двунаправленной зарядки могут использоваться для питания домов, подачи энергии обратно в сеть и даже для обеспечения резервного питания во время перебоев в подаче электроэнергии или чрезвычайных ситуаций. Электромобили, по сути, представляют собой большие аккумуляторы на колесах, поэтому двунаправленные зарядные устройства позволяют транспортным средствам хранить недорогую электроэнергию в непиковые часы, сокращая расходы на электроэнергию в быту. Эта новая технология, известная как «автомобиль-сеть» (V2G), может революционизировать работу нашей энергосистемы, поскольку десятки тысяч электромобилей потенциально могут одновременно обеспечивать электроэнергию в периоды пикового спроса.
Как это работает?
Двунаправленное зарядное устройство — это усовершенствованное зарядное устройство для электромобилей (EV), способное заряжать в обоих направлениях. Это может показаться относительно простым, но оно включает в себя сложный процесс преобразования энергии из переменного тока (AC) в постоянный ток (DC), в отличие от обычного однонаправленного зарядного устройства для электромобилей, в котором используется переменный ток.
В отличие от стандартных зарядных устройств для электромобилей, двунаправленные зарядные устройства работают во многом как инверторы, преобразуя переменный ток в постоянный во время зарядки и наоборот во время разрядки. Однако двунаправленные зарядные устройства можно использовать только с транспортными средствами, совместимыми с двунаправленной зарядкой постоянным током. К сожалению, количество электромобилей, способных в настоящее время осуществлять двустороннюю зарядку, очень невелико. Поскольку двунаправленные зарядные устройства гораздо сложнее, они также значительно дороже, чем обычные зарядные устройства для электромобилей, поскольку в них используется передовая электроника преобразования энергии для управления потоком энергии автомобиля.
Для электроснабжения домов двунаправленные зарядные устройства для электромобилей также включают в себя устройства для управления нагрузками и изоляции дома от сети во время перебоев в подаче электроэнергии — явление, известное как островное разделение. Основной принцип работы двунаправленного зарядного устройства для электромобилей очень похож на принцип работы двунаправленного инвертора, который служит резервным источником питания в домашних системах хранения аккумуляторов.
Какова цель двунаправленной зарядки?
Двусторонние зарядные устройства можно использовать для двух разных целей. Первым и наиболее примечательным является технология Vehicle-to-grid, или V2G, предназначенная для доставки или вывода энергии в сеть при высоком спросе. Если тысячи автомобилей, оснащенных V2G, будут подключены и активированы, это может радикально изменить способы хранения и производства электроэнергии. Электромобили имеют большие и мощные батареи, поэтому общая мощность тысяч автомобилей, оснащенных V2G, может быть огромной. Обратите внимание, что V2X — это термин, используемый для описания трех архитектур, обсуждаемых ниже:
I. Транспортное средство-сеть или V2G – энергия электромобилей для поддержки сети.
II. Автомобиль-дом или V2H – энергия электромобилей, используемая для питания домов или предприятий.
III. Vehicle-to-load или V2L – электромобили можно использовать для питания приборов или зарядки других электромобилей.
Второе использование двустороннего зарядного устройства для электромобилей — для автомобиля-дома или V2H. Как следует из названия, V2H позволяет использовать электромобили в качестве домашней аккумуляторной системы для хранения избыточной солнечной энергии и питания вашего дома. Например, типичная домашняя аккумуляторная система, такая как Tesla Powerwall, имеет емкость 13,5 кВтч. Для сравнения, мощность типичного электромобиля составляет 65 кВтч, что почти эквивалентно пяти электростанциям Tesla Powerwall. Благодаря большой емкости аккумулятора в сочетании с солнечной энергией на крыше полностью заряженный электромобиль может обеспечивать питанием среднестатистическое домохозяйство в течение нескольких дней или дольше.
1. Транспортное средство-сеть-V2G
Транспортное средство-сеть (V2G) — это практика подачи небольшой части накопленной энергии из аккумулятора электромобиля в сеть по требованию. Для участия в проекте V2G требуется двунаправленное зарядное устройство постоянного тока и совместимый электромобиль. Существуют стимулы, такие как кредиты или сниженные тарифы на электроэнергию для владельцев электромобилей. Электромобили, оснащенные V2G, также позволяют владельцам участвовать в программах VPP (Vehicle Power Supply), чтобы улучшить стабильность сети и обеспечить электроэнергию в периоды пикового спроса.
Несмотря на шумиху, одной из проблем внедрения технологии V2G являются нормативные препятствия и отсутствие стандартизированных протоколов и разъемов двунаправленной зарядки. Двунаправленные зарядные устройства, такие как солнечные инверторы, считаются альтернативным методом выработки электроэнергии и должны соответствовать всем нормативным стандартам безопасности и отключениям электроэнергии в случае сбоев в сети. Чтобы преодолеть эти сложности, некоторые автопроизводители, такие как Ford, разработали более простые системы двунаправленной зарядки переменного тока, которые работают исключительно с электромобилями Ford для питания домов, а не для подачи электроэнергии в сеть.
2. Автомобиль до дома – V2H
Технология «автомобиль-дом» (V2H) аналогична V2G, но энергия используется локально для питания дома, а не подается в сеть. Это позволяет электромобилям работать как обычная домашняя аккумуляторная система, помогая повысить самодостаточность, особенно в сочетании с солнечной энергией на крыше. Однако наиболее очевидным преимуществом V2H является его способность обеспечивать резервное питание во время перебоев в подаче электроэнергии.
Для правильной работы V2H необходим совместимый двунаправленный инвертор и другое оборудование, включая счетчик электроэнергии (с трансформатором тока), установленный в точке подключения к сети. Трансформатор тока контролирует поток энергии в сеть и из нее. Когда система обнаруживает, что ваш дом потребляет энергию сети, она сигнализирует двунаправленному зарядному устройству для электромобилей выпустить эквивалентное количество электроэнергии для компенсации любой мощности, потребляемой из сети. Аналогичным образом, когда система обнаруживает энергию, выделяемую солнечной фотоэлектрической батареей на крыше, она направляет ее на зарядку электромобиля, подобно интеллектуальному зарядному устройству для электромобилей.
Чтобы обеспечить резервное питание во время перебоев в подаче электроэнергии или в чрезвычайных ситуациях, система V2H должна обнаружить изолирование от сети и изолировать дом от сети. В изолированном состоянии двунаправленный инвертор по существу работает как автономный инвертор, питаемый от аккумулятора электромобиля. Для обеспечения резервной работы требуется дополнительное оборудование для изоляции сети, такое как автоматические контакторы (ATS), как и гибридные инверторы, используемые в системах солнечных батарей.
3. Транспортное средство для загрузки – V2L
Технология Vehicle-to-Load (V2L) намного проще, поскольку не требует двунаправленного зарядного устройства. Автомобили, оснащенные V2L, имеют встроенный инвертор, который обеспечивает питание переменного тока от одной или нескольких стандартных розеток в автомобиле, которые можно использовать для подключения любого обычного бытового прибора. Однако в некоторых автомобилях используется специальный адаптер V2L, который подключается к зарядному порту электромобиля и обеспечивает питание переменного тока. В чрезвычайной ситуации удлинитель можно протянуть из автомобиля в дом для питания основных потребителей, таких как освещение, компьютеры, холодильники и кухонные приборы.