Mikä on kaksisuuntainen lataus ja miksi se ei vielä ole todellisuutta

Kaksisuuntaisen lataus on kuuma keskustelun aihe sähköisen liikkuvuuden ammattilaisten ja harrastajien keskuudessa. Mutta tutkiessasi tarkemmin mitä kaksisuuntainen lataus todellisuudessa on, saatat saada suuren valikoiman artikkeleita jotka ovat liian optimistisia, epäluotettavia tai jopa täysin vääriä.

Sähköauton lataamiseen tarvittava energiankulutus on suurempi kuin tavallisten kodinkoneiden joita useimmilla ihmisillä on kotona. Siinä on myös korkea akkukapasiteetti, joka seisoo enimmäkseen käyttämättömänä. Kaikki tämä tekee EV-latauksesta ja V2G:stä erittäin käyttökelpoisia sähköverkon tasapainottamiseen ja hintaerojen hyödyntämiseen.

Mitä on kaksisuuntainen sähköauton lataus?

Kaksisuuntaisella latauksessa virta voi virrata kahteen suuntaan: ensin verkosta sähköauton akkuun ja sitten taas takaisin verkkoon. Periaatteessa monet laitteet ovat pystyneet tähän jo pitkään. Jokainen akku varastoi sähköä ja vapauttaa sen sitten uudelleen; tavalliset auton akut käynnistävät auton ja virtapankit syöttävät matkapuhelimiin energiaa.

Nyrkkisääntö on seuraava: verkkovirta on aina vaihtovirtaa (AC), kun taas auton akku, aurinkoenergia ja ulkoiset akut käyttävät tasavirtaa (DC). Kun lataat sähköautoasi, verkosta tuleva AC muunnetaan tasavirraksi. Tämä muunnos tapahtuu joko itse laturissa, kuten DC-latausasemien tapauksessa, tai ajoneuvossa, kun käytät AC-laturia. Jos haluat siirtää virran takaisin verkkoon, sen on käytävä läpi käänteinen muunnos, mikä ei ole mahdollista tavallisella laturilla.

Kuinka kaksisuuntainen lataus toimii?

Tavalliset sähköauton laturit/autot eivät pysty DC-AC muunnokseen, kun taas sekä kaksisuuntaiset laturit varmistavat virran muuntamisen takaisin auton akun käyttämästä sähköstä (DC) takaisin normaaliin kodin sähköön (AC). Myös muita teknisiä kysymyksiä on ratkaistava. Näin voit hyödyntää auton akkuun varastoitunutta energiaa ja käyttää sitä talosi sähkönlähteenä tai syöttää sen takaisin verkkoon.

Kaksisuuntaisen sähköauton latauksen edut

1. Parannettu energiantarpeen hallinta ja tasapainotus: Kaksisuuntaiset sähköautojen laturit auttavat tasapainottamaan paikallista kulutusta tai sähköverkon vaihteluita hyödyntämällä varastoitua auton akun energiaa, mikä estää sähköpiikkejä ruuhka-aikoina.
2. Taloudelliset edut eli energian myynti, kun energian hinnat ovat korkeat tai ostaminen, kun ne ovat alhaiset Kaksisuuntaisia latureita käyttävät asunnonomistajat voivat mahdollisesti myydä ylimääräistä energiaa tulevaisuudessa paikallisille sähkölaitoksille, ansaita rahaa ja hyödyntää muita käyttäjiä ja sähköverkkoyhtiöitä.

Mihin kaksisuuntaista latausta voidaan käyttää?

Kaksisuuntaisella latauksella voit tehdä paljon erilaisia asioita, kuten antaa sähköä kodinkoneillesi, käyttää sitä varavirtana verkko-ongelmien varalta, myydä sen verkkoon tai hyödyntää sitä talossasi edullisemmalla hinnalla.

Kaksisuuntaiset latausmenetelmät

V2L (Vehicle-To-Load)

Tämä on helpoin ja tällä hetkellä kaupallisesti saatavilla oleva kaksisuuntainen lataustapa. Sen avulla voit käyttää sähköautosi akusta saatavaa sähköä vähän kuluttavien laitteiden käyttöön/ lataamiseen. Voit valmistaa kupin kahvia vain kytkemällä kahvinkeittimen suoraan ajoneuvoosi paikoissa, joissa sähköä ei ole saatavilla. V2L-kaksisuuntaisen latauksen käyttämiseen tarvitset tavallisen Schuko-pistorasian (esim. Ford Transit) tai sovittimen Type2-latausporttiin sähköautossa (esim. Hyundai IONIQ 5 ja IONIQ 6). Sen maksimiteho on 1,8-3,7 kW, mutta hiustenkuivaajan käyttöön ja työkalujen akkkujen lataukseen se riittää hyvin.

V2G (Vehicle-To-Grid)

V2G:n avulla sähköajoneuvot voivat ladata akkua, kun kysyntä tai hinta on alhainen, ja luovuttaa sen akuistaan takaisin yleiseen sähköverkkoon ruuhka-aikaan tai kalliin hinnan aikana. Mieti vaikka tavallista tilannetta, kun ihmiset palaavat illalla töistä kotiin, laittavat illallista samaan aikaan, laittavat valot ja muut sähkölaitteet päälle ja ehkä myös lataavat sähköautoaan. Kaiken kaikkiaan yhtäkkiä sähkön kulutus kasvaa merkittävästi. Koko sähköjärjestelmä kärsii korkeasta kuormituksesta, mikä usein johtaa myös korkeisiin hintoihin. Erityisesti nyt, kun uusiutuva energia on usein suuri osa energian tuotantoa, on tarpeellista ja taloudellisesti kannattavaa tasapainottaa kuormitusta, kun esim. tuuli-/aurinkovoimaa on vähemmän saatavilla. Kun sähkön kysyntä on korkea, sähköautot voivat purkaa sähköä verkkoon toimien hajautettuna energialähteenä. Taas vastaavasti ruuhka-aikoina ne voivat latautua.

Kaksisuuntaisen latauksen tavoitteena on parantaa verkon vakautta, vähentää hintojen epävakautta ja vähentää lisävoimalaitosten tarvetta. Suuri etu on myös näin saatava hajautettu akkukapasiteetti, joka on erittäin hyödyllistä tulevaisuudessa. Myös V2G on aina kytketty SaaS -järjestelmään eli on älykäs ja ohjattavissa. Tämä tarkoittaa, että kun älykkäitä ominaisuuksia sähköverkossa tarvitaan, ne ovat käytettävissä.

V2H (Vehicle-To-Home)

V2H:n avulla sähköautosi voi luovuttaa sähköä akusta kotiisi tai mihin tahansa muuhun rakennukseen. Kuten V2G, tämä prosessi tarvitsee DC-AC-muuntimen sähköauton latauslaitteessa. Erona on, että tässä tapauksessa energia syötetään tietyn rakennuksen sähköjärjestelmään. Tästä syystä yksi käytännön käyttötarkoitus on energiankulutuksen optimointi omassa taloyhtiössäsi tai yrityksessäsi. Voit esimerkiksi ladata sähköautosi yöllä, kun televisiosi, pesukoneesi ja muut sähkölaitteesi ovat pois päältä ja sähköntarve on alhainen ja sähkö on edullista. Sitten voit käyttää tätä varastoitunutta energiaa oman kodin sähkölähteenä päivisin, kun sähkönkulutus on korkeampi. Tällä tavoin et vain edistä sähköverkon vakautta, vaan säästät myös rahaa sähkön hintojen vaihtelun vuoksi.

Toinen mahdollisuus on yhdistää ylimääräinen aurinkoenergia kaksisuuntaiseen V2G- laturiin. Näin voit tuottaa sähköä, varastoida sitä ajoneuvoosi ja vapauttaa sitä tarvittaessa. Voit luonnollisesti hyötyä myös varavirtalähteestä, mikä antaa kiinteistöllesi suojaa sähkökatkosten aikana.

Kaksisuuntaiseen lataukseen soveltuvat sähköautomallit

Markkinoille tuodaan jo nyt ja erityisesti tulevaisuudessa sähköautoja, joissa on kaksisuuntaisen latauksen mahdollisuus. Kuitenkin ilman standardeja, jotka ovat ratkaisevan tärkeitä asianmukaisten ohjelmistojen tai järkevän hintaisten sähköauton latauslaitteiden hyödyntämiseksi, voit hyödyntää V2G- teknologiaa vain kokeellisissa ympäristöissä.

*Kehitteillä/tulossa. Lähde: ADAC 12/2023

Esimerkiksi VW ID.5 on teknisesti varustettu 77 kilowattitunnin kapasiteetilla V2H- lataukseen, mutta tällä hetkellä ei ole olemassa sopivia edullisia AC-latureita ja VW rajoittaa myös kaksisuuntaista latausta määrällisesti. Muutamat saatavilla olevat kaksisuuntaiset DC-latausasemat, jotka lupaavat V2G ja V2H -ominaisuuksia, ovat yleensä erittäin kalliita ja siksi hyödyttömiä kotitalouksille. Nämä kalliit latausasemat saattavat lisäksi muuttua vanhentuneiksi muutaman vuoden kuluttua tekniikan kehittyessä.

Autonvalmistajat toteuttavat yhä enemmän pilottiprojekteja testatakseen teknologiaa. Esimerkiksi Hyundai testaa parhaillaan latausta V2G- ympäristössä tai V2H- latausta käyttämällä räätälöityä ohjelmistoa IONIQ 5:ssä. Cupra ja Polestar ovat myös autoja, joissa V2G/ V2H on mahdollista. CHAdeMO- liittimillä varustetuilla autoilla lataus on ollut mahdollista jo pidempään ja Nissan Leaf -ajoneuvot ovat olleet käytössä useissa testiympäristöissä jo usean vuoden ajan. Koska CHAdeMO on vähitellen loppumassa ja näitä V2G- tai V2H-latausasemia ei ole saatavilla tulevaisuudessa, ei tähän panostaminen taloudellisesti ole järkevää.

Kaksisuuntaiset DC- laturit ovat tulossa markkinoille hitaasti ja lähitulevaisuudessa sellaisen löytäminen järkevällä hinnalla on edelleen haaste ja lisäksi tällä hetkellä vaaditaan räätälöityä ohjelmistotyötä. Monilla yrityksillä on käytössä erilaisia testiympäristöjä ja myös meillä Wolttinen Oy:llä on 2 ympäristöä, joissa testaamme V2G-ohjelmistoja. Kohteissa on useita autolatureita ja hitaita latauslaitteita, monimutkaista kuormitusta, aurinkoenergiaa, useita vaihtelevia kuormia ja myös erillisiä akkuja. Se auttaa meitä kehittämään järjestelmää ja saamaan kaikki tarvittava välittömästi valmiiksi kaupalliseen käyttöön, kun standardit, ISO15118:aan perustuva OCPP-protokolla, laturit (sekä AC että DC) ja autot ovat valmiita tähän uuteen ja erittäin tärkeään teknologiaan.

Miksi kaksisuuntaisen sähköauton latauksen kehitys on niin hidasta

Kaksisuuntaista latausta tukevien sähköautojen ja siihen sopivien laturien tulo markkinoille on hidasta, eikä se näytä kasvavan dramaattisesti tai suunnitellusti.

Miksi näin on? Syitä on useita ja alla niistä merkittävimpiä:

1. Sähköverkko on aina tasapainotettava, joten tarvitaan myös kommunikaatiota kantaverkko- yhtiön kanssa. Sähköverkon tulee pysyä tasapainossa 50 Hz:ssä koko ajan eli sinne ei voi ilman älyä syöttää hallitsematta energiaa mistä tahansa pisteestä.
2. Oikeudelliset ja sääntelykysymykset ovat vailla vastausta. Autonvalmistajien, verkko-operaattoreiden, laturivalmistajien ja valtion sääntelyviranomaisten on löydettävä yhteinen sävel standardin kanssa. Koska mukana on monia eri osapuolia, se on monimutkaista ja aikaa vievää.
3. Kysymys on myös rahasta. Miten verkkoon takaisin syötettyä sähköä pitäisi esimerkiksi verottaa? Sähköauton omistaja saattaa ladata autoaan työnantajan toimistossa ilmaiseksi ja sitten rahalla syöttää sen takaisin verkkoon. Tai ansaita rahaa ostamalla ja myymälällä energiaa. Akun käytön kompensaatio on myös mietittävä sekä lukuisa määrä erilaisia muita käytännön kysymyksiä.
4. Purkusyklien määrä vaikuttaa auton akun käyttöikään. Jatkuva lataus ja purkaminen lyhentävät akun käyttöikää, mikä saattaa johtaa siihen, että se on vaihdettava aikaisemmin. Tämä on ongelma myös autonvalmistajille, kun he yrittävät ratkaista käytännön ongelmia liittyen vaikkapa akun takuuseen. Sähköauton akku on sähköauton kallein osa. Vielä on täysin epäselvää, kuka maksaa mahdollisesti varhaisen akun vaihdon kustannukset. Jääkö se autonvalmistajalle, verkko-operaattorille kompensaation kautta vai ajoneuvon omistajalle?

Ennen kuin nämä epävarmuustekijät on ratkaistu, kaksisuuntaisen latauksen käytännön toteutus kohtaa merkittäviä haasteita. Akun kulumisessa on kuitenkin suuri ero, jos vertaa suuritehoista tasavirtaa (DC) vaihtovirtaan (AC). Sähköajoneuvojen omistajien on suositeltavaa muutenkin ladata kotona mahdollisimman paljon AC- laturilla kulumisen välttämiseksi ja siksi tämä teknologia vaikuttaa paremmalta myös V2G- lataukseen. DC:ssä on kuitenkin myös selkeitä teknisiä etuja. Nähtäväksi jää, mikä menetelmä V2G:lle on se voittava teknologia.

Yhteenveto: Tavallinen älylaturi riittää tyypillisesti sähköauton omistajille pitkälle tulevaisuuteen

Monet sähköauton käyttäjät ovat kiinnostuneita kaksisuuntaisesta latauksesta, koska se on teknisesti uutta ja mielenkiintoista. Se luonnollisesti tarjoaa myös selkeitä etuja kuten varmistaa kapasiteetin sähkökatkojen aikana ja auttaa maksamaan sähköstä vähemmän. On kuitenkin tärkeää huomata, että V2G- teknologia ei ole vielä aivan valmis tarjoamaan näitä ilmiselviä etuja tai että se ei ole taloudellisesti kannattavaa lähitulevaisuudessa. Vaikka muutama kaksisuuntainen latausasema on saatavilla, ne maksavat paljon ja on epäselvää, kuinka niitä voidaan käyttää ja millä aikavälillä. Kun tekniikka/standardit on sovittu, näitä latureita pidetään todennäköisesti vanhentuneina, koska niihin ei ole lisätty uusia ominaisuuksia kaksisuuntaisen latauksen standardin kehittyessä. Hyvä uutinen on kuitenkin, että jos sinulla on älykäs OCPP- yhteensopiva latausasema, joka estää verkon ylikuormituksen ja jota voit optimoida, sinulla on paljon vastaavan tyyppisiä etuja jo nyt.

Kun puhutaan kaksisuuntaisesta latauksesta, puhutaan paljon verkon vakaudesta huomioimatta taloudellisia mahdollisuuksia sähkön myynti- ja ostohintojen välillä. Voit siis ansaita rahaa sähkön myynnistä takaisin verkkoon, kun se on kallista. Mutta ennen sitä sinun on hankittava kallis V2G- laturi ja valittava sähköauto sen mukaan, tukeeko se tällaista latausta ja paljon muuta. Myös auton akku saattaa olla tarpeen vaihtaa aikaisemmin, jos sitä käytetään kaksisuuntaiseen lataukseen. Mutta varmasti tämä kaikki on todellisuutta tulevaisuudessa ja todennäköisesti siitä tulee myös taloudellisesti kannattavaa.

Tarvitsetko jo nyt kaksisuuntaista latausta?

Kaksisuuntaisen latauksen jännittävistä mahdollisuuksista huolimatta saatavilla on yksinkertaisempi ja nopeasti hyödynnettävä ratkaisu: Älykäs latausjärjestelmä dynaamisella kuormanhallinnalla ja joustavalla Spot-tariffin optimoinnilla. Hyvä esimerkki on Woltti-järjestelmän OCPP-yhteensopivat laturit. Latauslaite on kulutuselektroniikkaan verrattavissa oleva elektroninen laite, jonka elinkaari on tyypillisesti 10 vuotta. Koska suurin osa investoinneista on infrastruktuuria jonka voi myöhemmin hyödyntää, ei ole järkevää odottaa tällä hetkellä V2G:tä. Myös V2G kehittyy ja uusia ominaisuuksia lisätään, joten olet periaatteessa samassa tilanteessa kuin tietokoneiden kanssa. Voit olla varma, että ensi vuonna on parempia koneita ja jos päätät odottaa, sen joutuu tekemään ikuisesti.

Koska sähköautojen suosio kasvaa valtavasti jo lähivuosina, paras valinta on siis tehdä itse järjestelmä yhteensopivaksi (infra, joka suurin investointi) ja vaihtaa laturit ehkä 5-15 vuoden kuluttua, kun tekniikkaa on aidosti saatavilla. Jotkut tekniikan harrastajat haluavat tietysti V2G- ominaisuudet käyttöön jo aikaisemmin ja tämä on hyvä, sillä niin järjestelmä kehittyy ja sitä päästään testaamaan aidossa ympäristössä.

Miksi V2G on tulevaisuuden avainteknologia?

Sähköverkon suuri haaste tällä hetkellä ja erityisesti tulevaisuudessa on epätasainen sähkön tuotanto ja sähkön kulutus, jotka johtavat isoon hintavolatiliteettiin. Tuulienergiaa ei ole saatavilla, kun ei ole tuulta. Aurinkoenergiaa ei ole saatavilla pilvisinä päivinä ja jotkin suuret tuotantolaitokset saattavat olla paikoitellen sattumanvaraisesti pois käytöstä. Kuten tiedämme, myös sähkön kysyntä vaihtelee paljon. Kylmällä lämmitykseen tarvitaan paljon enemmän energiaa (Ja lisäksi monesti ei tuule, eikä ole myöskään aurinkoenergiaa). Yritykset käyttävät enemmän sähköä päivällä vaikkapa tuotannon pyöriessä. Sähköajoneuvojen lataus tapahtuu myös usein samanaikaisesti. Monet ihmiset tulevat töistä kotiin ja alkavat ladata autojaan ja käyttää muutenkin enemmän sähköä. Nämä kaikki kuormittavat voimakkaasti sähköverkkoa ja vaikeuttavat tasapainon saavuttamista. Kaikki tämä yhdessä tarkoittaa uusien teknologioiden lisäksi myös valtavia investointitarpeita itse perinteiseen sähköverkkoon. Kaikkien ennusteiden mukaan tarvitaan älykäs sähköverkko, lisää hajautettua kapasiteettia erilaisille akuille ja myös lisää muita keinoja verkon tasapainottamiseksi (vety, lämpö, vesivoima jne). Lisäksi tarvitaan siis merkittävästi lisää investointeja voimalinjoihin ja muuhun verkkoinfrastruktuuriin. Tällä tulee olemaan myös merkittäviä maailmanlaajuisia vaikutuksia raaka-aineiden kysyntää myöden.

Älykkäät laturit, mukaan lukien Woltti-järjestelmän OCPP-laturit, käyttävät dynaamista kuormantasausta pitääkseen kuormituksen hallinnassa ja hyödyntävät samalla älykkäästi optimoiden alhaisempia hintoja. Tämä auttaa verkon tasapainotuksessa alhaisilla kustannuksilla hintavetoisesti ja on jo nyt heti saatavilla olemassa olevalla teknologialla.