03.09.2021

Blogi: Vältä yli-investoinnit sähköautojen latausjärjestelmään – Zaptec Pro -järjestelmässä 22kW:n latausasemille riittää keskimäärin alle kahden kW:n laskennallinen vapaa kapasiteetti

Syyskuun blogissaan Sparklin Juuso avaa Zaptec Pron ylivertaista kuormanhallintaa.

Taloyhtiöiden pitää päättää lähivuosina, miten ratkaista kasvava tarve sähkö- ja lataushybridiautojen latausinfrastruktuuriin niin, että toteutus on mahdollisimman pitkäikäinen ja kohtelee kaikkia taloyhtiön osakkaita tasapuolisesti. Yleisesti parhaana on nähty ratkaisut, joissa taloyhtiölle tulee latausjärjestelmä sen sijaan, että jokaiselle parkkiruudulle rakenneltaisiin omia latausratkaisuja. Latausasemien tarpeen kasvaessa taloyhtiö on pian tilanteessa, jossa latauskapasiteetti loppuu kesken ja silloin vaihtoehtoja on yleensä kaksi: joko rajoitetaan latauskuormaa tasapuolisesti kaikilta latauksessa olevilta autoilta kulutuspiikien aikana tai sitten päivitetään latauskapasiteettia suuremmaksi tekemällä päivityksiä sähköpääkeskukseen, kaapelointeihin ja sähköliittymään. Monesti joudutaan tekemään lopulta molemmat yllä olevat asiat yhtä aikaa, jotta kapasiteetti riittää tehokkaaseen ja riittävän nopeaan lataukseen. 

Kuinka paljon vapaata kapasiteettia pitää olla per parkkiruutu?

Tarvittavaan vapaaseen kapasiteettiin vaikuttaa tietysti moni asia kuten nykyinen ja tuleva autokanta (eli kuinka moni autoista on täyssähköauto tai lataushybridi). Jos asiaa ajatellaan oikein kunnolla yksinkertaistaen voidaan ajatella, että jatkossa kaikki autot ovat lopulta täyssähköautoja ja akkukoko kasvaa nykyisestä jonkin verran. Eli jos täyssähköauton akkukoko on tulevaisuudessa noin 70-80 kW ja halutaan varmistaa, että kaikkien autojen akut latautuvat yön aikana myös tulevaisuudessa, pitää varata kapasiteettia noin 10 kW per auto. Teoriassa ehkä näin, mutta tilanne jossa taloyhtiön autopaikkojen kaikki autot tulisivat yhtä aikaa tyhjällä akulla lataukseen ja akut pitäisi olla 100% täynnä 8 tunnin päästä on niin teoreettinen, että lottovoitto taitaa olla todennäköisempi skenaario. Eli pienempi laskennallinen vapaa kapasiteetti riittää varmasti ja kun järjestelmässä on kuormanhallinta saadaan kulutuspiikin aikana tasattua lataustehoa tasapuolisesti kaikille. 

Uusiin taloyhtiöiden latausjärjestelmiin on hyvin yleistä varata noin 5 kW vapaata kapasiteettia per autopaikka. Viiden kilowatin kapasiteetti voi tuntua sekin ylimitoiteltulta, mutta tästä päästäänkin perinteisten kuormanhallintajärjestelmien toimintaan ja sen tehokkuuteen. Perinteisessä kuormanhallintajärjestelmässä kolmivaihevirran vaiheet lukitaan asennusvaiheessa ja tästä syntyy kuormittuneessa järjestelmässä tehottomuutta ja hukkaa. Ongelma piilee siinä, että osa sähköautoista pystyy ottamaan vaihtovirtaa vain yksi- tai kaksivaiheisena (eikä kolmivaiheisena), jolloin kolmivaihevirran vaiheet kuormittuvat järjestelmässä eri tahtiin ja syntyy ns. vinokuormaa. Yksittäisen vaiheen maksimikapasiteetin tullessa täyteen perinteinen kuormanhallintajärjestelmä leikkaa kuormaa tasaisesti kaikista vaiheista ja osa vapaasta kapasiteetista jää hyödyntämättä. Kuormittuneessa latausjärjestelmässä vapaan kapasiteetin käyttöaste voikin jäädä vain noin 60-70 prosenttiin teoreettisesta maksimikapasiteetista. 

Zaptec Pro -järjestelmä on ainoa latausjärjestelmä markkinoilla, joka perinteisen kuormanhallinnan lisäksi osaa optimoida myös kolmivaihevirran eri vaiheiden käyttöä maksimaalisesti. Järjestelmä osaa siis lennosta vaihtaa latauksen vaiheelta toiselle tai esimerkiksi vaihtaa kolmivaihelatauksen yksivaihelataukseksi maksimoidakseen kapasiteetin käytön. Esimerkiksi tilanteessa jossa järjestelmä on kuormittunut ja kolmivaihevirran kautta voidaan jakaa 2kW teho per vaihe, on tehokkaampaa vaihtaa kolmivaihelataus yhteen vaiheeseen ja antaa sen kautta suurempi 6kW:n teho. Älykkäiden optimointiominaisuuksien ansiosta Zaptec Pro -järjestelmä pääseekin kuormittuneessa järjestelmässä yli 95 prosentin käyttöasteeseen ja ero perinteiseen järjestelmän lataamaan sähköön on merkittävä yön aikana.

Esimerkkilaskelma – järjestelmän yön aikana lataama sähkö

Miksi kannattaa valita 22 kW:n latausasema jo nyt 3,7kW:n latausaseman sijaan?

Myös latausaseman oikea maksimiteho on hyvä miettiä tarkkaan, jotta järjestelmän toiminta on tehokasta ja järjestelmä on pitkäikäinen. On totta, että nykyisille lataushybridiautoille ja jopa täyssähköautoille voi hyvin riittää 3,7 kW latausasema, varsinkin jos latausaika on aina tarpeeksi pitkä. Tällä hetkellä suuri enemmistö täyssähköautoista tukee 11 kW:n latausta vaihtovirralla, mutta yhä useampi uusi auto tukee myös 22 kW:n latausta. Mutta miksi siis valita jo nyt 22 kW:n latausasemat järjestelmään? Siitä yksinkertaisesta syystä, että autot tulevat lataukseen eri aikaan ja mitä nopeammin ensin saapuneiden autojen akut saadaan täyteen sitä enemmän kapasiteettia voidaan allokoida myöhemmin lataukseen saapuville autoille. Jos esimerkiksi 30 autonpaikan taloyhtiössä on varattu lataukseen 50 kW vapaata kapasiteettia saavat ensimmäiset 5 lataukseen saapunutta autoa yksinkertaistettuna 10 kW lataustehon per auto. Tällä teholla ja keskimääräisillä päivittäisillä ajomatkoilla näiden autojen akut ovat täynnä muutamassa tunnissa ja kapasiteettia vapautuu seuraavana lataukseen saapuville autoille. Ja vastaavasti, kun autojen akut latautuvat täyteen, niin viimeisenä latauksessa olevat autot (jotka ovat saapuneet viimeisenä tai joilla on suurin lataustarve) latautuvat myös maksimitehoilla, kun kapasiteettia on vapautunut muilta. Jos järjestelmässä on vain 3,7 kW latausasemia, niin ensin saapuneiden autojen akut eivät välttämättä ehdi latautua ennen kuin lataukseen tulee lisää autoja ja pian järjestelmä kuormittuu ja kuormanhallinta leikkaa kaikkien autojen latauksen vieläkin hitaammaksi...

Vain Zaptec Pro -järjestelmä pystyy tähän: 3x63A sulakkeet (laskennallinen 43,5 kW kapasiteetti) ja 30 latausasemaa, eli vain 1,45kW:n keskimääräinen kapasiteetti per auto

Investoinnit sähköpääkeskusten päivittämiseen ja suurempiin sähköliittymiin maksavat tuhansia euroja ja parhaimmillaan ne voidaan kaikki välttää valitsemalla Zaptec Pro -järjestelmä, jossa dynaamisen kuormanhallinnan lisäksi optimoidaan myös lennosta eri vaiheiden käyttöä. Järjestelmän optimointi pyörii Zaptecin pilvipalvelun kautta, mikä takaa sen, että optimointi myös tehostuu järjestelmäpäivitysten myötä yhä paremmaksi. 22 kilowatin latausasemat takaavat, että järjestelmä on pitkäikäinen täyssähköautojen yleistyessä ja tehokkaat latausasemat pitävät myös huolen siitä, että kapasiteetti saadaan täyskäyttöön heti ja akut latautuvat täyteen nopeasti. Suomessa keskimääräiset ajokilometrit per auto jäävät alle 50 kilometrin per päivä ja keskimäärin uudet sähköautot kuluttavat 18 kilowattia sadalla kilometrillä, eli käytännössä lataustarpeet isossa järjestelmässä ovat keskimäärin jossain 10 kilowatin molemmin puolin per auto. Joku auto tarvitsee joskus sen 60 kWh yön aikana ja toinen auto ei tarvitse kuin muutaman kilowatin, joten älykäs järjestelmä osaa pitää huolen siitä, että kaikki autot ovat aamulla valmiita ajoon akut täyteen ladattuna. 

Entä tulevaisuus? Mikä on lataustarve 10 vuoden päästä?

Täyssähköautojen määrä kasvaa vääjäämättä ja samoin akkukoot varmasti kasvavat vielä jonkin verran. Kannattaa kuitenkin muistaa, että keskimääräinen päivittäinen ajomäärä tuskin kasvaa merkittävästi. Osa autoista voi olla yhteiskäytössä mikä lisää käyttöä, mutta yhä useampi tekee etätöitä, mikä toisaalta vähentää ajotarvetta. Mutta mikä tärkeintä autojen energiatehokkuus jatkaa paranemistaan, eli tulevaisuudessa hieman nykyistä suuremmilla akuilla ajetaan yhä useammin 500, 600 tai jopa 800 kilometriä. Tulevaisuudessa autot tulevat yhä älykkäämmiksi ja lataus muuttuu helpommaksi autojen tunnistautuessa suoraan latausasemalle ja autot osaavat kertoa lataustarpeensa, mikä parantaa entisestään älykkään latausjärjestelmän toimintaa ja tehostaa optimointia. Zaptec Pro -järjestelmä tukee jo nyt näitä tulevaisuuden palveluita.

Juuso Kenkkilä
juuso@sparkli.fi