Ricarica domestica dei veicoli elettrici
La ricarica domestica è una questione di pianificazione energetica e progettazione dell'impianto elettrico. Il sistema migliore ripristina in sicurezza l'energia utilizzata ogni giorno, rispetta la capacità disponibile dell'edificio ed è pronto quando l'auto deve partire.
Partire dall'energia, non dalla potenza massima
Una batteria di grande capacità non richiede automaticamente un caricatore domestico ad alta potenza. Ciò che conta è l'energia utilizzata tra un periodo di sosta e l'altro.
Consideriamo, a titolo di esempio, un conducente che percorre 60 km al giorno con un veicolo elettrico che consuma 20 kWh/100 km:
Energia utilizzata dal veicolo = 60 km × 20 kWh/100 km
= 12 kWh
Se l'intero processo dalla presa alla batteria avesse un'efficienza del 90%, per ripristinare 12 kWh nella batteria si preleverebbero dal contatore circa 13.3 kWh. Distribuiti su dieci ore di sosta, richiederebbero in media soltanto circa 1.3 kW. Consumo effettivo, perdite, temperatura e tariffe variano, ma l'esempio dimostra perché il tempo di sosta notturno possa contare più della capacità totale della batteria.
Occorre aggiungere un margine per i consumi invernali, le giornate occasionalmente più lunghe, le limitazioni agli orari di ricarica e il recupero desiderato dopo un viaggio. Un'abitazione con due veicoli elettrici può avere più bisogno della condivisione del carico che di due circuiti alla massima potenza.
La potenza di ricarica utilizzabile corrisponde al valore più basso tra:
- Allacciamento dell'edificio e capacità residua disponibile
- Circuito derivato
- Impostazione dell'EVSE
- Cavo e connettore
- Caricatore AC di bordo del veicolo
- Qualsiasi limite della gestione dinamica del carico
Una wallbox da 11 kW non può fornire 11 kW a un'auto limitata a 7.4 kW e una wallbox trifase non permette a un veicolo monofase di ricaricare su tre fasi.
Far progettare l'impianto per un carico continuo
La ricarica di un veicolo elettrico può mantenere una corrente elevata per molte ore. È una condizione diversa da quella di un apparecchio che raggiunge la potenza nominale solo per brevi periodi.
Un installatore qualificato dovrebbe valutare:
- Capacità dell'allacciamento e del quadro elettrico
- Carichi di picco esistenti ed elettrificazione futura
- Percorso del cavo, sezione dei conduttori, caduta di tensione e temperatura ambiente
- Circuito dedicato e protezione dalle sovracorrenti
- Protezione contro guasti a terra o correnti residue
- Rilevamento delle dispersioni DC, ove richiesto
- Configurazione della messa a terra
- Protezione dalle sovratensioni e requisiti locali del gestore della rete
- Esposizione esterna, rischio di urti, drenaggio e grado di protezione dell'involucro
- Autorizzazioni, ispezione, notifica e regole di connessione alla rete
I dispositivi di protezione e la soluzione di messa a terra esatti dipendono dalla giurisdizione. IEC 61851 definisce i requisiti dell'EVSE, ma restano determinanti le norme nazionali sugli impianti elettrici e l'effettiva installazione nell'edificio. Negli Stati Uniti, le indicazioni ufficiali raccomandano un circuito derivato dedicato all'EVSE; gli altri mercati applicano le proprie regole per circuito, corrente residua e alimentazione.
I proprietari dell'abitazione dovrebbero ricevere i dati nominali del circuito, la configurazione dell'EVSE, i risultati delle prove, il verbale di messa in servizio e le istruzioni per isolare l'apparecchiatura in sicurezza.
EVSE cablato, collegato a una presa o portatile
Un EVSE a spina correttamente dimensionato non è intrinsecamente pericoloso. Il problema è che una presa aggiunge contatti che possono allentarsi, usurarsi, corrodersi o essere installati male. La resistenza di un contatto deteriorato genera calore durante una lunga sessione ad alta corrente.
Una wallbox cablata direttamente elimina il collegamento tra spina e presa, scoraggia gli spostamenti occasionali ed è spesso la soluzione più semplice per un impianto permanente a corrente elevata. Una wallbox collegata a una presa può agevolare la sostituzione o la rimozione stagionale, ma presa, involucro, circuito e classe di servizio devono essere tutti adatti alla ricarica prolungata di un veicolo elettrico. Le norme locali possono limitare le configurazioni consentite.
L'immagine seguente mostra le conseguenze del surriscaldamento dei collegamenti alla presa. Non deve essere interpretata come prova che ogni EVSE a spina sia destinato a guastarsi; illustra perché sono importanti la qualità dei contatti, la coppia di serraggio, l'usura, la temperatura e l'ispezione.
Un cavo portatile Mode 2 può essere utile in viaggio o per la ricarica di emergenza, quando presa e circuito sono adatti. Non deve essere abbinato a una normale prolunga, un adattatore da viaggio, una presa danneggiata o un circuito di caratteristiche sconosciute. Interventi intempestivi ripetuti delle protezioni, scolorimento, odore, crepitii o una spina calda sono motivi per interrompere la ricarica e far controllare l'impianto.
Scegliere la potenza in base al tempo di sosta
Una potenza maggiore è utile quando l'auto rientra quasi scarica a tarda notte e deve ripartire presto oppure quando più veicoli condividono la stessa apparecchiatura. È meno utile quando l'auto rimane abitualmente ferma per dodici ore dopo un breve tragitto.
Tra le domande utili:
- Quanti kilowattora devono essere normalmente ripristinati prima della partenza?
- Qual è il più breve periodo di sosta abituale?
- Quali potenza AC e configurazione delle fasi può accettare l'auto?
- Un secondo veicolo elettrico, una pompa di calore, un piano cottura a induzione, uno scaldacqua o un inverter fotovoltaico condivideranno l'allacciamento?
- L'EVSE può ridurre dinamicamente la corrente quando aumenta il carico dell'edificio?
- Conviene predisporre già durante la prima installazione un futuro aggiornamento del cavo e del quadro?
Una potenza AC domestica molto elevata può aumentare i costi senza ridurre i normali tempi di ricarica notturna. Può anche far crescere gli addebiti per la potenza impegnata o rendere necessario potenziare l'allacciamento. La gestione dinamica del carico spesso consente di mantenere una velocità di ricarica utile, limitando al contempo la corrente totale del sito al di sotto di un valore configurato.
Cavi fissi, prese e praticità quotidiana
Un EVSE con cavo fisso mantiene collegato il cavo destinato al veicolo. È rapido da usare e garantisce che i valori nominali del cavo corrispondano all'apparecchiatura, ma il cavo rimane esposto alle intemperie e ai danni e può essere più costoso da sostituire.
Un EVSE senza cavo fisso dispone di una presa. Il conducente fornisce il cavo, che può essere sostituito separatamente e riposto, ma ogni sessione richiede un secondo collegamento manuale e il cavo può essere dimenticato.
Verificare la lunghezza del cavo rispetto alla posizione della presa sull'auto, evitando che attraversi un passaggio pedonale, rimanga avvolto strettamente sotto carico, sfreghi su spigoli vivi o sostenga il proprio peso dal connettore. Altezza di montaggio, forma del supporto, illuminazione, rimozione della neve, accessibilità e percorso protetto dall'apparecchiatura all'auto sono aspetti importanti ogni giorno.
Le famiglie di connettori e le posizioni delle prese sono trattate in EV Charging Connectors and Inlets.
La ricarica intelligente ha diversi significati
Una wallbox connessa può offrire avvio da remoto, cronologia dell'energia, controllo degli accessi, programmazione in base alle tariffe, integrazione con il fotovoltaico o partecipazione ai programmi del gestore di rete. Queste funzioni non vanno confuse:
- La ricarica programmata inizia o termina agli orari selezionati.
- L'ottimizzazione tariffaria risponde a prezzi dell'elettricità noti o dinamici.
- La condivisione statica del carico ripartisce una quota di corrente fissa tra più punti di ricarica.
- La gestione dinamica del carico misura la domanda del sito e modifica la corrente del veicolo elettrico per rimanere entro un limite.
- La ricarica con surplus fotovoltaico segue la produzione locale, nel rispetto della corrente minima di ricarica stabile dell'auto e del comportamento delle fasi.
- La ricarica gestita consente a un gestore di rete, un aggregatore o un controller del sito di regolare la domanda salvaguardando le esigenze di partenza del conducente.
Un caricatore intelligente valido dovrebbe continuare a eseguire in sicurezza la ricarica di base anche quando il servizio cloud, l'app, il Wi-Fi o l'account del fornitore non sono disponibili. Gli acquirenti dovrebbero verificare il controllo locale, la politica di supporto del software, le opzioni di esportazione dei dati energetici, gli aggiornamenti di sicurezza informatica e cosa accade se il produttore interrompe il servizio.
La Gran Bretagna è un esempio di mercato che regolamenta le funzionalità intelligenti, le impostazioni predefinite fuori dalle ore di punta, il ritardo casuale, la visibilità della misurazione e la sicurezza dei dispositivi per i punti di ricarica privati. Altrove i requisiti sono diversi.
L'immagine di Nord Pool è un esempio storico di prezzo, non una tariffa attuale. Prezzi dinamici, imposte, oneri di rete e maggiorazioni del fornitore devono essere verificati in base al contratto effettivo del conducente.
Perdite di ricarica e impostazioni della batteria
L'energia fatturata al contatore è superiore a quella immagazzinata nella batteria. Le perdite si verificano nei cavi dell'edificio, nell'elettronica dell'EVSE, nel caricatore di bordo, nei sistemi ausiliari del veicolo, nella gestione termica, nei conduttori e nella batteria. A bassa potenza, inoltre, una quota maggiore dell'energia in ingresso può essere assorbita dai consumi fissi del veicolo.
I limiti di carica, il comportamento delle celle, la temperatura della batteria e i compromessi legati alla ricarica abituale fino a uno stato di carica elevato sono trattati in How an EV Battery Charges. Il compito del sistema domestico è fornire potenza sicura e controllabile; il veicolo decide come utilizzarla.
Una lista di controllo pratica per le specifiche
Prima dell'installazione, annotare:
- Connettore del veicolo e potenza massima in ingresso AC
- Supporto monofase o trifase
- Energia giornaliera abituale e periodo di sosta più breve
- Capacità disponibile dell'allacciamento e circuito proposto
- Collegamento cablato direttamente o tramite presa
- Cavo fisso o rimovibile e portata richiesta
- Grado di protezione ambientale per interno o esterno
- Protezioni, messa a terra, autorizzazioni e notifica al gestore di rete necessarie
- Gestione statica o dinamica del carico
- Controlli tariffari, fotovoltaici e dell'orario di partenza
- Funzionamento locale in caso di guasto della rete dati
- Garanzia sia dell'apparecchiatura sia dell'installazione
L'installazione corretta non è necessariamente quella più potente. È quella in grado di fornire ripetutamente l'energia necessaria senza superare i limiti del veicolo, dell'edificio o delle norme elettriche locali. Per il rapporto tra ricarica domestica, pubblica, AC, DC e lato veicolo, consultare EV Charging: The Complete System.