V2G — ładowanie dwukierunkowe i związane z nim wymagania instalacyjne

Przewodnik §722 — instalacje ładowania pojazdów elektrycznych oraz przewodnik o sygnale Control Pilot opisują zwykłe, jednokierunkowe ładowanie pojazdu elektrycznego: energia płynie z sieci do samochodu, a wymagania instalacyjne są porównywalne z wymaganiami zwykłego obwodu odbiorczego. Ten artykuł opisuje to, co się zmienia, gdy energia może płynąć również w przeciwnym kierunku: z akumulatora pojazdu z powrotem do instalacji lub do sieci.

V2G, V2H i V2B — rozróżnienie

• V2G (Vehicle-to-Grid): pojazd aktywnie oddaje moc do sieci publicznej, na przykład do regulacji częstotliwości lub redukcji szczytów obciążenia.
• V2H (Vehicle-to-Home): pojazd zasila własną instalację domową, często właśnie podczas przerwy w zasilaniu z sieci (funkcja zasilania awaryjnego).
• V2B (Vehicle-to-Building): ta sama funkcja, ale dla instalacji komercyjnej lub użyteczności publicznej, często w połączeniu z redukcją szczytów obok przyłącza dużego odbiorcy (zob. przewodnik o zatorach sieciowych i magazynowaniu energii w bateriach dla porównywalnego, stacjonarnego zastosowania).

Wszystkie trzy warianty wymagają, aby punkt ładowania i pojazd mogły przesyłać moc w obu kierunkach — zwykły jednokierunkowy punkt ładowania i pokładowa ładowarka samochodu nie są do tego zdolne, niezależnie od fizycznego złącza.

Od jednokierunkowego do dwukierunkowego: stan norm

• ISO 15118-20 to standard komunikacji regulujący dwukierunkowy przesył mocy (DC BPT — Bidirectional Power Transfer) między pojazdem a punktem ładowania, jako następca wyłącznie jednokierunkowego ISO 15118-2. Bez tej (lub równoważnej) warstwy komunikacji punkt ładowania nie wie, ile mocy pojazd może bezpiecznie oddać i na jakich warunkach.
• IEC 61851-23:2023 w tym wydaniu dodało wyraźne wymagania dla dwukierunkowych systemów ładowania prądem stałym — wcześniejsze wydania opisywały wyłącznie jednokierunkowe ładowanie prądem stałym.
• CHAdeMO wspiera dwukierunkowy przesył mocy już od wczesnej wersji protokołu i dlatego był stosowany w wielu wczesnych projektach pilotażowych V2G, podczas gdy dwukierunkowość oparta na CCS stała się praktycznie dostępna dopiero dzięki wspomnianym wyżej nowszym normom.

Dlaczego pojazd staje się generatorem w momencie oddawania energii

Gdy tylko pojazd zaczyna oddawać moc, funkcjonuje elektrycznie jako generator rozproszony w instalacji — z tymi samymi wymaganiami co falownik PV (zob. przewodnik o ochronie przeciwwyspowej falowników PV):

• Ochrona przeciwwyspowa: dwukierunkowa jednostka ładująca musi wykryć zanik napięcia w sieci i natychmiast zaprzestać oddawania mocy, aby zapobiec niezamierzonemu pozostawaniu sieci pod napięciem podczas konserwacji lub awarii gdzie indziej.
• Typ RCD: elektronika mocy dwukierunkowej ładowarki może, podobnie jak falownik PV, powodować składowe prądu stałego w prądzie różnicowym — zwykły RCD typu A jest do tego niewystarczający; wymagany jest RCD typu B lub równoważny, ciągły monitoring prądu szczątkowego DC (RDC-DD, zob. przewodnik o IEC 62955).
• Licznik dwukierunkowy: operator sieci potrzebuje urządzenia pomiarowego, które poprawnie rejestruje zarówno pobór, jak i oddawanie energii — zwykły jednokierunkowy licznik nie wystarcza dla przyłącza z funkcją V2G.

V2H jako zasilanie awaryjne: ta sama zasada dotycząca zwrotnego zasilania co przy agregacie

Gdy instalacja V2H zasila instalację domową podczas przerwy w zasilaniu z sieci, obowiązuje dokładnie to samo wymaganie co dla przenośnego agregatu awaryjnego lub automatycznego przełącznika rezerwowego (ATS): instalacja musi być fizycznie odłączona od sieci publicznej, zanim pojazd zacznie dostarczać moc — na przykład za pomocą przełącznika, który na przemian, ale nigdy jednocześnie, łączy „sieć publiczną" i „zasilanie V2H". Bez takiego rozdzielenia pojazd oddawałby energię z powrotem do sieci, którą operator sieci uznaje za beznapięciową podczas awarii — z tymi samymi zagrożeniami dla monterów co przy nieprawidłowo podłączonym agregacie awaryjnym.

Uwaga: ten artykuł opisuje elektrotechniczne wymagania instalacyjne. Praktyczna dostępność taryf i dotacji V2G/V2H oraz stopień, w jakim konkretny pojazd i punkt ładowania są rzeczywiście certyfikowane do pracy dwukierunkowej, różni się w zależności od producenta i szybko się zmienia — sprawdzaj to dla każdego projektu osobno.

Znaczenie praktyczne

Przy ocenie instalacji V2G/V2H/V2B nie wystarczy sprawdzić tylko, czy punkt ładowania i pojazd są określane przez producenta jako „dwukierunkowe" — instalacja musi być rzeczywiście wyposażona w ochronę przeciwwyspową, odpowiedni typ RCD oraz, przy zastosowaniu jako zasilanie awaryjne, wykazywalne fizyczne odłączenie od sieci, tak samo jak w przypadku każdej innej formy generacji rozproszonej.

Typowe błędy

1. „Przystosowywanie" zwykłego jednokierunkowego punktu ładowania i instalacji do V2G poprzez wymianę tylko pojazdu — punkt ładowania, okablowanie i urządzenia zabezpieczające muszą być dobrane i certyfikowane do mocy dwukierunkowej.
2. Stosowanie RCD typu A na dwukierunkowej jednostce ładującej — to samo rozważanie co przy falowniku PV: elektronika mocy może powodować szczątkowe prądy stałe, których typ A nie wykrywa.
3. Stosowanie V2H jako zasilania awaryjnego bez certyfikowanego przełącznika — stwarza to takie samo zagrożenie zasilaniem zwrotnym jak nieprawidłowo podłączony agregat awaryjny.
4. Zakładanie, że każdy pojazd ze złączem CCS może ładować się dwukierunkowo — zależy to od pojazdu, jednostki ładującej oraz obsługiwanego standardu komunikacji (ISO 15118-20 lub równoważnego).

Powiązane

• §722 — instalacje ładowania pojazdów elektrycznych
• Falownik PV — ochrona przeciwwyspowa (NEN-EN 50549)
• IEC 62955 — wykrywanie RDC-DD 6mA w punktach ładowania
• Automatyczny przełącznik rezerwowy (ATS) dla zasilania awaryjnego