Load balancing ładowarek: zarządzanie mocą

Problem: suma mocy ładowarek

Bez zarządzania mocą każdą ładowarkę trzeba zasilić tak, jakby wszystkie pracowały jednocześnie z pełną mocą. Przy kilku punktach szybko okazuje się, że rezerwy w przyłączu i rozdzielnicy nie wystarczy, a jedyną drogą jest zwiększenie mocy przyłączeniowej — z opłatą przyłączeniową, nową umową i często wielomiesięcznym oczekiwaniem na operatora sieci.

Tymczasem w praktyce ładowarki prawie nigdy nie pracują naraz z pełną mocą. Auta przyjeżdżają o różnych porach, mają różny stan baterii, a wiele z nich ładuje się wolniej, niż pozwala ładowarka. Rezerwowanie mocy „na wszelki wypadek” oznacza płacenie za przyłącze, które przez większość czasu stoi niewykorzystane.

Na czym polega load balancing

System dostaje limit mocy dla grupy ładowarek i w czasie rzeczywistym dzieli go między aktywne sesje. Gdy ładuje się jedno auto, dostaje pełną moc ładowarki. Gdy podłączają się kolejne, moc rozkłada się między nie, a suma nigdy nie przekracza limitu. Kiedy któreś auto skończy ładowanie, zwolniona moc od razu trafia do pozostałych.

• Statyczny podział mocy — grupa ładowarek ma stały limit, np. 44 kW, ustalony w projekcie. Proste i bezpieczne, ale nie wykorzystuje mocy, której budynek w danej chwili nie potrzebuje.
• Dynamiczny podział mocy (DLB) — system mierzy na bieżąco zużycie całego budynku (windy, oświetlenie, klimatyzacja, lokale) i ładowarkom oddaje to, co zostaje do limitu przyłącza. W nocy, gdy budynek zużywa mało, auta dostają więcej; w szczycie — mniej.

Przykład: 8 ładowarek na 44 kW

Garaż ma 8 ładowarek AC 11 kW, a projekt przewiduje dla nich łącznie 44 kW. Bez zarządzania mocą potrzeba by 88 kW. Z load balancingiem:

• 1–4 auta — każde ładuje się z pełną mocą 11 kW.
• 6 aut — każde dostaje ok. 7,3 kW.
• 8 aut — każde dostaje 5,5 kW. Przez 10 godzin nocnego postoju to 55 kWh, czyli energia na kilkaset kilometrów — więcej, niż większość kierowców zużywa w ciągu kilku dni.

Wyliczenie poglądowe: rzeczywisty limit mocy wynika z analizy przyłącza i instalacji budynku, a moc ładowania zależy też od możliwości samego auta.

Czy ładowanie zwalnia?

Przy postoju nocnym w bloku czy całodziennym pod biurem dzielenie mocy jest zwykle niezauważalne — auto i tak zdąży się naładować. Kierowca, który wraca wieczorem z niskim stanem baterii, rano ma pełną albo prawie pełną baterię, niezależnie od tego, ile aut ładowało się obok.

Znaczenie ma za to przy krótkich postojach, np. na parkingu handlowym. Wtedy warto zaplanować wyższy limit mocy albo ustawić priorytety, tak by auta z krótkim postojem dostawały więcej.

Priorytety, harmonogramy i fazy

• Priorytety — np. auta floty, które rano wyjeżdżają w trasę, mogą dostawać moc przed prywatnymi autami pracowników.
• Harmonogramy — ładowanie w godzinach, gdy budynek zużywa mało energii albo obowiązuje tańsza taryfa nocna.
• Limity na grupy — osobne limity dla stref garażu, budynków na osiedlu czy ładowarek zasilanych z różnych rozdzielnic.
• Równoważenie faz — auta ładujące się jednofazowo obciążają tylko jedną fazę; rozkładanie ich na różne fazy pozwala lepiej wykorzystać przyłącze.

Co jest potrzebne

• Ładowarki obsługujące zarządzanie mocą — najlepiej przez otwarty protokół OCPP, który pozwala systemowi zdalnie ustawiać moc każdej sesji niezależnie od producenta.
• Przy dynamicznym podziale — pomiar zużycia budynku, np. licznik lub przekładniki na zasilaniu, z których system odczytuje bieżące obciążenie.
• Stała łączność ładowarek z systemem — także w garażu podziemnym, np. przez kartę SIM M2M.
• Bezpieczne ustawienia awaryjne — przy utracie łączności ładowarki powinny przejść na niską, bezpieczną moc domyślną, zamiast pracować bez limitu.
• Projekt instalacji — load balancing nie zastępuje poprawnie dobranych przewodów i zabezpieczeń. Limit mocy ustala projektant na podstawie oceny instalacji.

Co zyskuje inwestor

• Więcej punktów na istniejącym przyłączu — bez kosztownego i długotrwałego zwiększania mocy przyłączeniowej.
• Ochrona instalacji przed przeciążeniem i zadziałaniem zabezpieczeń w szczycie zużycia budynku.
• Etapowa rozbudowa — kolejne ładowarki dokłada się do tej samej grupy, bez przebudowy zasilania.
• Lepsze wykorzystanie własnej energii — dynamiczny podział może uwzględniać produkcję z fotowoltaiki na dachu.