Już teraz kładziemy duży nacisk na wykorzystanie zielonych, odnawialnych źródeł energii elektrycznej. Z pewnością nacisk z każdym rokiem będzie zwiększany, w celu dążenia do całkowitej neutralności klimatycznej. Artykuł ten powstał w 2023 roku, kiedy całkiem niedawno na terenie Unii Europejskiej wprowadzono płatne licencje na emisję gazów cieplarnianych. Wynikiem tego są rosnące ceny energii dla odbiorców, ale też impuls do redukcji wykorzystania paliw kopalnych oraz zmaksymalizowania „czystości” już pracujących instalacji.
Równoległa, równie burzliwa debata toczy się nad zakazem sprzedaży nowych samochodów z silnikiem spalinowym po 2035 roku. Co prawda nie dotyczy ona samochodów napędzanych wodorem lub benzyną syntetyczną (czyli także spalinowych), jednak nie trudno się domyślić, że nakierowuje na rynek e-mobilności, czyli samochodów elektrycznych. Te, niemal jak wszystkie inne produkty na rynku, mają swoich zwolenników jak i przeciwników.
Obserwując rynek motoryzacyjny samochodów elektrycznych, mogłoby się wydawać, że nie ma zbyt dużego wyboru samochodów napędzanych w ten sposób. Że niemal jedynym elektrykiem jest rozpoznawalna Tesla. Jednak niemal każdy z producentów posiada w swojej ofercie przynajmniej jeden, jak nie kilka modeli napędzanych w ten sposób. Nie tylko w wersji osobowej ale i dostawczej. Tą powoli, ale chętnie zaczynają wykorzystywać kurierzy rozwożący lokalnie przesyłki. Wszak nie należy zapominać o charakterystyce posługiwania się takim pojazdem.
Tankowanie kontra ładowanie
Sieć stacji tankowania pojazdów spalinowych jest bardzo mocno rozbudowana. Spotkamy sytuacje, gdzie w promieniu 500m mamy po 4 „stacje benzynowe”, na których oprócz tytułowej benzyny kupimy także inne paliwa, a nawet zrobimy nieduże zakupy czy zjemy coś ciepłego. Czas tankowania pełnego baku pojazdu osobowego nie trwa zwykle dłużej jak kilka minut. Dzięki temu nawet w długiej podróży, więcej czasu poświęcamy na przerwy, aby odpocząć, niż na sam proces tankowania.
Samochody elektryczne jeszcze nie cieszą się tak dużą popularnością i spotkamy ich na drogach zdecydowanie mniej. Aczkolwiek i tak częściej niż jeszcze kilka lat temu, na ulicach w oczy rzucają nam się tak charakterystyczne, zielone tablice rejestracyjne (przyporządkowane w Polsce samochodom bezemisyjnym). Mimo to mam wrażenie, że tempo przybywania nowych samochodów elektrycznych jest znacznie większe niż ogólnodostępnych stacji ładowania. Są one umieszczone raczej blisko miejsc docelowych podróży elektrykami jak miejsce pracy, nasz dom, osiedlowy parking lub galeria handlowa.
Spowodowane jest to oczywiście czasem trwania procesu ładowania, który względem tankowania jest kilkadziesiąt razy dłuższy. Dotyczy to ładowarek małej mocy lub ładowania prosto z standardowego gniazda 230V. Oczywiście proces ulega znaczącemu skróceniu z wykorzystaniem superszybkich ładowarek o dużej mocy. Wtedy ładowanie może potrwać nawet poniżej godziny. Lecz nie są one tak często spotykane, gdyż wymagają dużej mocy przyłączeniowej, która wykorzystywana jest jedynie w momencie ładowania.
Paliwa płynne, możemy przetrzymywać lub transportować chociażby w karnistrze (oczywiście poza LPG 😛 ) i napełnić nasz bak już w domu. Na stacji zatankujemy bez problemu kilka czy kilkanaście aut jednocześnie. Jak natomiast wygląda w praktyce infrastruktura stacji ładowania? Jak inteligentnie i efektownie zarządzać procesem ładowania? Jak optymalnie wykorzystać moc przyłącza? Postaram się to opisać na podstawie inteligentnej rodziny stacji ładujących AC SMART, które w naszej redakcji zagościły dzięki firmie Weidmuller.
To najbardziej podstawowa z stacji ładujących przeznaczona do domowego użytku. Posiadając zazwyczaj jeden samochód elektryczny nie musimy martwić się równomiernym obciążeniem sieci wynikającym z procesów ładowania wielu pojazdów czy autoryzować wielu użytkowników. Wszystko co potrzebujemy, to jak najbardziej autonomiczny system, który po podłączeniu sam zadba o odpowiednie parametry ładowania, nie obciążając zbytnio naszego domowego przyłącza energetycznego.
Dlatego w tym wydaniu świetnie sprawdzą się ładowarki z serii ECO o mocach maksymalnych od 7,4kW do 22kW. W każdym wariancie dodatkowo jest możliwość ograniczenia mocy ładowania, dopasowując ją do instalacji elektrycznej w domu oraz ładowanego pojazdu. Gama produktów umożliwia wybór między zasilaniem z sieci jednofazowej (32A) jak i trójfazowej (16A i 32A) oraz w wykonaniu z dołączonym przewodem (5m, 7,5m lub 10m) lub wbudowanym gniazdem. Nawet najbardziej podstawowe wersje posiadają wbudowany Web Server umożliwiający konfigurację oraz monitorowanie parametrów pracy.
AC SMART VALUE
To propozycja na przykład dla osiedli mieszkalnych czy garaży zbiorowych, które tak często spotykamy w nowym budownictwie. W takim wypadku należy już zatroszczyć się o odpowiednie zarządzanie energią oraz autoryzację użytkowników korzystających ze stacji ładujących. W końcu w takim obiekcie instalowana jest nie jedna, a kilka ładowarek, z których korzysta wielu użytkowników. Wbudowany system zarządzania obciążeniami, statycznie rozdziela moc pomiędzy poszczególne stacje ładujące, które aktualnie ładują samochody. Zintegrowany pomiar zużycia energii umożliwia rejestrację danych i w razie potrzeby przesyłać je za pośrednictwem aplikacji mobilnej AC SMART APP lub sieci. Problemu nie stworzy także integracja z różnymi rozwiązaniami automatyki budynkowej.
Stacje ładujące z serii VALUE, posiadają podobne parametry jak seria ECO. Warianty mocy od 11kW do 22kW z zasilaniem trójfazowym 16A lub 32A. Nie ma tu wariantu jednofazowego, lecz w takim wypadku raczej nie jest on pożądany. Wyboru dokonamy także pomiędzy wersją z wbudowanym przewodem o długości 5m, 7,5m lub 10m oraz wariantem z wbudowanym gniazdem. Seria została wyposażona we wspomniane uwierzytelnianie RFID, web-server, komunikację z wykorzystaniem OCPP 1.6 oraz system zarządzania statycznego mocą, który omówię w dalszej części artykułu.
AC SMART ADVANCED
To najbardziej zaawansowana stacja ładowania z serii, stworzona z myślą o potrzebach firm i działalności gospodarczych prywatnych, a także gmin w środowisku półpublicznym. Nie oznacza to jednak, że nie możemy ich stosować we wspomnianych wcześniej, innych miejscach. Zadbano o wszystkie cechy techniczne i funkcjonalne niezbędne do profesjonalnego, komercyjnego ładowania pojazdów elektrycznych. Dzięki wbudowanemu, certyfikowanemu MID licznikowi energii elektrycznej, może być wykorzystywana także w aplikacjach stacji ładowania z rozliczaniem finansowym za zużytą energię. Z pewnością realizację takiego zadania ułatwi bezpieczna komunikacja za pośrednictwem OCPP 1.6 przekazywana drogą przewodową Ethernet lub mobilnej transmisji radiowej. Szczególnie przydatna cecha w rozproszonych systemach stacji ładowania. W przypadku dużej koncentracji stacji w jednym miejscu, przydatne będzie dynamiczne zarządzanie obciążeniem.
Ponownie dostępne warianty mocy to od 11kW do 22kW z zasilaniem trójfazowym 16A lub 32A. Autoryzacja użytkowników następuje dzięki RFID lub NFC, a ładowanie jest możliwe dzięki dołączonemu przewodowi (5m, 7,5m 10m) lub w wariancie z gniazdem. Dla komunikacji 4G/LTE otrzymamy natomiast dożywotnią kartę SIM, co stanowi nie lada bonus!
Czym jest OCPP?
Serie VALUE oraz ADVANCED zapewniają obsługę protokołu OCPP 1.6, który z powodzeniem został przyjęty jako standard komunikacyjny systemów stacji ładowania. Słowem wstępu, OCPP można porównać do telefonu bez SIM-lock-a. Dzięki niemu stacje ładowania są w stanie skomunikować się z innymi elementami systemów ładujących, niezależnych od producenta ani operatora. Dzięki temu protokołowi nie tylko można wymieniać dane dotyczące rozliczeń zużycia energii. Umożliwia on także zarządzanie energią pomiędzy stacjami ładowania, daje nowe możliwości autoryzacji do systemu i elastyczność w doborze komponentów. Komunikacja swoim zakresem obejmuje także same pojazdy elektryczne. Podłączając pojazd do stacji ładowania, automatycznie nawiąże on komunikację ze stacją, nastąpi autoryzacja, weryfikacja środków pieniężnych i rozpocznie proces ładowania. Jedynym zadaniem użytkownika jest wpięcie wtyczki. Standaryzacja z OCPP ułatwia zadanie, prawda!
Statyczne a dynamiczne zarządzanie obciążeniem
Cel zarządzania obciążeniem jest prosty i polega na inteligentnym wykorzystaniu dostępnej energii. Skąd taka potrzeba? Chociażby stąd, że każdy dom, budynek, obiekt do którego zakład energetyczny doprowadził zasilanie energią elektryczną, ma określoną moc przyłączeniową wynikającą z jego potrzeb, a następnie zbudowanej infrastruktury elektrycznej. Zatem przekraczając dostępną moc przyłączeniową wskutek na przykład zbyt intensywnego ładowania pojazdu elektrycznego, narażamy się na zadziałanie zabezpieczeń i wynikającym z tego przerwom w dostawach prądu.
W przypadku stacji ładowania AC SMART nawet podstawowy model ECO posiada możliwość ograniczenia prądu ładowania. Użytkownik lub instalator znając sumę poboru prądu jednocześnie pracujących odbiorników i moc przyłączeniową dostępną, może określić maksymalny prąd ładowania. Należy jednak pamiętać, że dotyczy to pracy jednej ładowarki! Jeśli miałyby być takie dwie to wyjścia są również dwa:
- każda z ładowarek otrzymuje połowę dostępnej mocy, tak aby mogły pracować równolegle
- użytkownik pilnuje, aby dwie ładowarki nie pracowały równolegle (co wydaje się trochę bezsensowne)
Dlatego właśnie, w serii VALUE wdrożony został system statycznego zarządzania obciążeniem. Ma zastosowanie już od 2 aż do 16 stacji ładowania pracujących w obrębie jednej sieci, gdzie jedna ze stacji pełni rolę mastera. Znając stały przydział mocy na cele ładowania pojazdów elektrycznych, zamiast dzielić go równo między współpracujące stacje, możemy udział w mocy przydzielać równo tylko między stacjami, które w danym momencie akurat ładują baterie pojazdów. Dzięki temu optymalizujemy wykorzystanie dostępnej mocy i przyśpieszamy ładowanie przez pojedyncze stacje.
Jak można to jeszcze bardziej zoptymalizować? Zarządzanie statyczne bazuje na określonej z góry wartości mocy dostępnej na cele ładowania. A gdyby określać ją dynamicznie? Wystarczy zainstalować pomiar aktualnie zużywanej energii i porównać z maksymalną dostępną dla przyłącza. Następnie, analogicznie jak dla zarządzania statycznego, dostępna moc rozdzielana jest między aktywne stacje ładowania. W ten sposób maksymalizujemy wykorzystanie dostępnej mocy, przyśpieszając proces ładowania. Ten mechanizm, jak już wspomniałem jest na wyposażeniu stacji ładowania z serii AC SMART ADVANCED.
Jakie korzyści daje zarządzanie obciążeniem?
Biorąc pod uwagę ekologiczne aspekty samochodów elektrycznych, nie sposób nie powiązać ich z odnawialnymi źródłami energii. Zmiana przepisów i sposobów rozliczenia właścicieli przydomowych instalacji fotowoltaicznych i wiatrowych w Polsce w oparciu o net-billing (w skrócie handel energią), spowodowała rozwój rynku magazynów energii. Taki magazyn energii jest niczym innym jak baterią akumulatorów, analogicznie jak w pojazdach. Zatem rozwiązanie nasuwa się samo – wykorzystujemy nadprodukcję instalacji, ładując własny samochód, dzięki czemu podróżujemy niemal za darmo!
W apartamentowcach zarządzanie ładowaniem pozwala na posiadanie szeregu stacji ładujących. Często w garażach zbiorowych mamy przyporządkowane miejsca parkingowe, dzięki czemu, każdy użytkownik pojazdu może mieć indywidualną stacje ładowania. Rozbudowa jej także nie będzie stanowić problemu, gdy pojawią się nowe pojazdy.
W obiektach komercyjnych i hotelach, czy zakładach produkcyjnych, dynamiczne zarządzanie energią pozwoli na wykorzystanie całej mocy przyłącza lub ograniczy ją w przypadku uruchomienia większej ilości odbiorów na przykład na linii produkcyjnej. Coraz częściej także firmy decydują się na montaż instalacji fotowoltaicznych. Wykorzystując system zarządzania jesteśmy w stanie udostępnić pracownikom czy odwiedzającym, wygenerowaną we własnym zakresie moc fotowoltaiczną.
Montaż stacji ładującej AC SMART
Wydawać by się mogło, że montaż takiej stacji ładowania pojazdów jest czymś skomplikowanym. Okazuje się jednak, że przy odrobinie zdolności manualnych i elektrycznych, sam proces montażu jest dość łatwy. Oczywiście należy posiadać odpowiednie uprawnienia do prac elektrycznych, a po montażu wykonać testy działania stacji. Jak przebiega montaż? Zobacz na poniższym wideo:
W tym wypadku był to wariant AC SMART VALUE w przypadku zastosowania rozwiązania z gniazdem oraz AC SMART ADVANCED w wariancie z wtyczką.
Do naszej redakcji trafiły dwie stacje ładujące – wariant ECO oraz ADVANCED. Obie w wersji z gniazdem. Jako, że nie będziemy ich tutaj montować, a chcielibyśmy sprawdzić co oferują i czym się różnią, sprawdzenie połączone z porównaniem rozpoczęliśmy od sprawdzenia „wyposażenia wewnętrznego”. W końcu z zewnątrz obie stacje są niemal identyczne, a wersję ADVANCED wyróżnia jedynie czarna maskownica.
Może na pierwszy rzut oka różnice nie wydają się znaczące, ale z pewnością w wersji ADVANCED w oczy rzuca się licznik energii. Ciekawie zostało to rozwiązane, gdyż zastosowany został standardowy licznik na szynę DIN, który możemy nawet odczytać wizualnie dzięki transparentnej szybce z boku obudowy. Wnioskując po jego podłączeniu z płytą główną stacji, komunikuje się on w standardzie RS485 i protokole Modbus. Przewody zasilające również podłączone są do płyty głównej do złącza, którego nie znajdziemy w wersji ECO.
-
- ECO
-
- ADVANCED
Więcej zmian widocznych jest na płycie zlokalizowanej w frontowej obudowie stacji. W porównaniu do wersji ECO, wersja ADVANCED wyposażona jest w modem sieci mobilnej oraz do komunikacji Powerline. Bardziej podstawowa różnica funkcjonalna to obecność dwóch portów RJ45 (właściwie 8P8C), które pracują w obrębie małego switcha. Związane jest to oczywiście z obecnością w tym modelu mechanizmu zarządzania obciążeniem, który wymaga połączenia ze sobą wielu jednostek. Dzięki dwóm portom możemy stworzyć połączenia na wzór magistrali, łącząc każde urządzenie z kolejnym.
Widzimy tu jeszcze złącza wejść cyfrowych oraz komunikacji Modbus RTU, które rozszerzają jeszcze bardziej możliwości integracji z zewnętrznymi systemami, chociażby uwierzytelniania użytkowników.
-
- ECO
-
- ADVANCED
Jeśli jesteśmy już przy uwierzytelnianiu to oczywiście wersja ADVANCED posiada czytnik RFID, lecz od strony wizualnej nie jest on jakoś mocno wyeksponowany. Oczywiście w ofercie Weidmuller znajdziemy także dedykowane breloki czy karty, które bezproblemowo zintegrujemy z stacją ładowania za pośrednictwem webserver-a, o którym za chwilę.
Te dwie stacje wyposażone są w gniazdo. Zatem żeby podłączyć pojazd potrzebujemy przewodu. Jeśli nie posiadamy własnego dostarczonego np. z samochodem, możemy dokupić go jako akcesorium.
Konfiguracja
Chcąc po prostu naładować samochód zaraz po montażu stacji ładowania, przy dysponowaniu odpowiednio dużą mocą przyłączeniową, możemy nie dokonując żadnej konfiguracji. Ustawienia domyślne pozwalają od razu uruchomić proces ładowania.
Natomiast mamy tutaj do czynienia z inteligentnymi ładowarkami, które możemy spersonalizować. W tym celu posłuży nam webserver. Połączyć się możemy dowolnym komputerem wyposażonym w kartę sieciową i przeglądarkę. Procedura jest prosta – wystarczy skonfigurować kartę sieciową i wpisać domyślny IP stacji ładującej w przeglądarce. Na szczęście dla mniej wtajemniczonych w tajniki sieciowe osób, w manualu urządzenia znajduje się opis krok po kroku jak to zrobić. Znajdziecie tam też domyślne hasła przypisane predefiniowanym użytkownikom Admin i User.
Po zalogowaniu mamy dostęp do menu. Za pomocą poszczególnych zakładek dokonamy konfiguracji dostępnych opcji. W pierwszej kolejności, osobiście podłączyłem się do wersji ECO, gdzie zaskoczyła mnie ilość elementów konfiguracyjnych. Niestety, dopiero po chwili zorientowałem się, że ich duża część jest nieaktywna. Niemniej wszystkie te, które zostały opisane wcześniej i które znajdziemy w dokumentacji tej wersji urządzenia, działają i możemy chociażby wprowadzić limit prądu ładowania.
Opisując warianty stacji ładowania z rodziny AC SMART, przy wersji ECO nie wspomniałem o możliwościach autoryzacji użytkowników. Co prawda nie posiada ona RFID, ale samą stację możemy zintegrować z dedykowaną aplikacją mobilną AC SMART APP oraz zewnętrznymi urządzeniami autoryzacji. Niezbędne informacje przekażemy do systemu przez Modbus-a czy zwykłe wejście cyfrowe. Wszystkie wersje posiadają ponadto komunikację Ethernet, Bluethooth oraz Wi-Fi Aby ograniczyć możliwości nieautoryzowanego ładowania, należy wyłączyć tryb Freemode i skonfigurować połączenie Modbus TCP/RTU lub funkcję wejścia cyfrowego.
Na płycie głównej zamontowany wtyk umożliwia podłączenie 6 wejść cyfrowych o różnych predefiniowanych funkcjach. Niestety w konfiguracji możemy wykorzystać tylko jedno, pierwszy z nich. Oprócz autoryzacji użytkownika do wyboru są opcje różnych stopni ograniczenia obciążenia ładowania uwzględniając całkowitą blokadę.
Ogólnie opcji jest sporo, lecz nie wszystkie muszą być wykorzystywane. Jeśli interesuje Cię co znajduje się w pozostałych zakładkach, to ich podgląd znajdziesz w galerii poniżej. A może akurat zainteresuje Cię opcja, o której nie wspomniałem 🙂
ECO vs ADVANCED
O różnicach między wariantami z serii AC SMART pisałem już wcześniej. A jak to wygląda po zalogowaniu na webserver stacji? Przede wszystkim od razu widzimy parametry zasilania stacji ładowania, za sprawą zainstalowanego licznika energii z inteligentnym pomiarem parametrów.
Idąc dalej mamy oczywiście więcej opcji autoryzacji użytkowników. W tym wypadku możemy użyć nieaktywnej w wersji ECO opcji RFID. Dodatkowo pojawiła się opcja Powerline, czyli komunikacji za pomocą przewodów zasilających.
Za pomocą kolejnej zakładki spróbowałem, dodać nowe breloki RFID autoryzujące użytkownika. Nie było najmniejszego problemu, żeby nowy użytkownik „wskoczył” do systemu. Wnioskując po ilości pól, do systemu możemy dodać aż 16 różnych użytkowników, wykorzystując samo RFID. Nie jest to jednak ostateczna ilość i ograniczenie stacji. Mamy przecież jeszcze inne drogi autoryzacji.
Opis wykorzystania wejść cyfrowych już był zawarty. W wersji ADVANCED możemy wykorzystać wszystkich 6 wejść cyfrowych i przyporządkować im pożądane opcje. W zakładce Network, znajdziemy też dodatkowe ustawienia modułu radiowego mobilnego. Natomiast te opcje nie oferują aż tak wielu ciekawych ustawień co zakładka Load management. A to za sprawą możliwości dynamicznego regulowania obciążenia ładowania oraz optymalizacji współpracy z instalacjami fotowoltaicznymi.
Na uwagę zasługuje fakt, że w celu pomiaru energii w punkcie przyłączeniowym obiektu, możemy wykorzystać dowolne urządzenie. Nie musi ono pochodzić od Weidmuller. Wystarczy, że posiada możliwość komunikacji Modbus TCP lub RTU. W zakładce Ext. measurement konfigurujemy adresy odpowiednich rejestrów i już!
AC SMART APP
Wykorzystanie web-servera do komunikacji ze stacją ładowania jest z pewnością bardzo wygodne. Lecz nie jest to jedyna droga! Zwłaszcza użytkownikom końcowym z pewnością do gustu przypadnie aplikacja mobilna, którą każdy może pobrać bezpośrednio ze sklepu APP Store lub Google Play. Ze stacją połączymy się przy użyciu Bluetooth lub Wifi i w ułatwiony sposób sparujemy dzięki QR-code. Aplikacja umożliwia uruchomienie procesu ładowania lub sprawdzenia jego statusu i parametrów wprost ze smartfona. Instalatorów natomiast ucieszy możliwość konfigurowania urządzenia, dzięki czemu nie będą oni nawet musieli posiadać komputera. Wszystkie niezbędne ustawienia, z konfiguracją tagów RFID włącznie, znajdziecie wprost w aplikacji
Podsumowanie
Jeśli już porównujemy produkty wszystkich trzech serii, warto zestawić je w pojedynczej tabeli. Będzie to niezłym podsumowaniem całości:
Jak widzisz, opcji jest cała masa pomimo faktu, że chodzi o względnie proste urządzenie jakim jest stacja ładująca. Dlatego warto zwrócić uwagę na różnice między poszczególnymi produktami. Nigdy nie wiemy, pomysły jakich zmian pojawią się już w trakcie użytkowania urządzenia. Warto to przewidzieć i zastosować te o większych możliwościach.
Kierując się w stronę Weidmuller AC SMART na szczególną uwagę zasługuje webserver. Z jednej strony to bardzo wygodny sposób na konfigurację. Lecz nie tylko o to chodzi! Instalując taką stację, nierzadko stajemy się jej administratorami i serwisantami. Dobrze jest więc mieć wtedy do niej zdalny dostęp. Nawet wersję ECO połączymy z Wi-Fi, a przy odrobinie większych umiejętności zestawimy zdalny dostęp do sieci Ethernet. I nagle dodanie nowego użytkownika staje się jeszcze prostsze!
Zadbano także o względy estetyczne. Podstawowe wersje urządzeń są schludne i estetyczne. Bardziej wymagający użytkownicy mogą zamówić spersonalizowane kolory obudowy tak, aby dopasować urządzenie do własnego wystroju czy kolorystyki wnętrza:
Reasumując, stacje ładowania jak i zresztą wszystkie produkty Weidmuller to jak wiecie światowa półka. Warto więc sprawdzać ich ofertę w poszukiwaniu nowości. Natomiast ja odsyłam linkiem poniżej do bardziej szczegółowych informacji o stacjach ładowania AC SMART:
