บทนำโดยสังเขปเกี่ยวกับสถาปัตยกรรมการชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าแบบสองทิศทาง – V2G, V2H และ V2L

รถยนต์ไฟฟ้าที่มีความสามารถในการชาร์จแบบสองทิศทางสามารถนำมาใช้จ่ายไฟให้กับบ้านเรือน ส่งพลังงานกลับเข้าสู่ระบบสายส่ง และแม้กระทั่งให้พลังงานสำรองในช่วงไฟฟ้าดับหรือเหตุฉุกเฉินได้ รถยนต์ไฟฟ้าเปรียบเสมือนแบตเตอรี่ขนาดใหญ่บนล้อ ดังนั้นเครื่องชาร์จแบบสองทิศทางจึงช่วยให้รถยนต์สามารถเก็บไฟฟ้าในช่วงเวลาที่ไม่ใช่ช่วงพีคซึ่งมีราคาถูกกว่า ลดค่าใช้จ่ายด้านไฟฟ้าในครัวเรือน เทคโนโลยีใหม่นี้เรียกว่า เทคโนโลยีรถยนต์สู่ระบบสายส่ง (Vehicle-to-Grid หรือ V2G) มีศักยภาพที่จะปฏิวัติวิธีการทำงานของระบบสายส่งไฟฟ้าของเรา โดยรถยนต์ไฟฟ้าหลายหมื่นคันอาจมีศักยภาพในการจ่ายไฟพร้อมกันในช่วงเวลาที่มีความต้องการสูงสุด

มันทำงานอย่างไร?

เครื่องชาร์จแบบสองทิศทางเป็นเครื่องชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า (EV) ขั้นสูงที่สามารถชาร์จได้ทั้งสองทิศทาง อาจฟังดูค่อนข้างง่าย แต่จริงๆ แล้วเกี่ยวข้องกับกระบวนการแปลงพลังงานที่ซับซ้อนจากกระแสสลับ (AC) ไปเป็นกระแสตรง (DC) ซึ่งแตกต่างจากเครื่องชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าแบบทิศทางเดียวทั่วไปที่ใช้กระแสสลับ (AC)

แตกต่างจากเครื่องชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าทั่วไป เครื่องชาร์จแบบสองทิศทางทำงานคล้ายกับอินเวอร์เตอร์ โดยแปลงกระแสสลับ (AC) เป็นกระแสตรง (DC) ในระหว่างการชาร์จ และแปลงกลับเป็นกระแสตรง (DC) ในระหว่างการปล่อยประจุ อย่างไรก็ตาม เครื่องชาร์จแบบสองทิศทางสามารถใช้ได้กับรถยนต์ที่รองรับการชาร์จกระแสตรงแบบสองทิศทางเท่านั้น น่าเสียดายที่ปัจจุบันมีรถยนต์ไฟฟ้าที่รองรับการชาร์จแบบสองทิศทางน้อยมาก เนื่องจากเครื่องชาร์จแบบสองทิศทางมีความซับซ้อนกว่ามาก จึงมีราคาแพงกว่าเครื่องชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าทั่วไปอย่างมาก เพราะใช้ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์แปลงพลังงานขั้นสูงในการจัดการการไหลของพลังงานในรถยนต์

สำหรับการจ่ายไฟให้บ้าน เครื่องชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าแบบสองทิศทางยังรวมอุปกรณ์จัดการโหลดและแยกบ้านออกจากโครงข่ายไฟฟ้าในระหว่างที่ไฟฟ้าดับ ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการแยกตัว (islanding) หลักการทำงานพื้นฐานของเครื่องชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าแบบสองทิศทางนั้นคล้ายคลึงกับอินเวอร์เตอร์แบบสองทิศทาง ซึ่งทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานสำรองในระบบจัดเก็บแบตเตอรี่ในบ้าน

การชาร์จแบบสองทิศทางมีจุดประสงค์อะไร?

เครื่องชาร์จแบบสองทิศทางสามารถใช้งานได้สองแอปพลิเคชันที่แตกต่างกัน แอปพลิเคชันแรกและที่สำคัญที่สุดคือ การเชื่อมต่อยานยนต์กับโครงข่ายไฟฟ้า หรือ V2G ซึ่งออกแบบมาเพื่อส่งหรือจำหน่ายพลังงานไปยังโครงข่ายไฟฟ้าเมื่อความต้องการสูง หากยานยนต์ที่ติดตั้ง V2G หลายพันคันเสียบปลั๊กและเปิดใช้งาน สิ่งนี้มีศักยภาพที่จะเปลี่ยนแปลงวิธีการจัดเก็บและผลิตไฟฟ้าอย่างมหาศาล ยานยนต์ไฟฟ้ามีแบตเตอรี่ขนาดใหญ่และทรงพลัง ดังนั้นพลังงานรวมของยานยนต์ที่ติดตั้ง V2G หลายพันคันจึงอาจมีมหาศาล โปรดทราบว่า V2X เป็นคำที่ใช้เพื่ออธิบายสถาปัตยกรรมทั้งสามที่กล่าวถึงด้านล่าง:

I. ระบบเชื่อมต่อยานยนต์กับโครงข่ายไฟฟ้า หรือ V2G – พลังงานจากรถยนต์ไฟฟ้าเพื่อสนับสนุนโครงข่ายไฟฟ้า

II. พลังงานจากรถยนต์สู่บ้าน หรือ V2H – พลังงานจากรถยนต์ไฟฟ้าที่ใช้ในการจ่ายไฟให้กับบ้านหรือธุรกิจ

III. การแปลงพลังงานจากรถยนต์เป็นพลังงานไฟฟ้า (Vehicle-to-load หรือ V2L) – รถยนต์ไฟฟ้าสามารถใช้จ่ายไฟให้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าหรือชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าคันอื่นได้

การใช้งานที่สองของเครื่องชาร์จ EV แบบสองทิศทางคือการชาร์จจากรถยนต์สู่บ้าน หรือ V2H อย่างที่ชื่อบอกไว้ V2H ช่วยให้รถยนต์ไฟฟ้าถูกใช้เหมือนระบบแบตเตอรี่ในบ้านเพื่อเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ส่วนเกินและจ่ายไฟให้กับบ้านของคุณ ตัวอย่างเช่น ระบบแบตเตอรี่ในบ้านทั่วไป เช่น Tesla Powerwall มีความจุ 13.5 kWh ในขณะที่รถยนต์ไฟฟ้าทั่วไปมีความจุ 65 kWh ซึ่งเกือบเท่ากับ Tesla Powerwall ห้าเครื่อง เนื่องจากความจุแบตเตอรี่ที่สูง เมื่อรวมกับพลังงานแสงอาทิตย์บนหลังคา รถยนต์ไฟฟ้าที่ชาร์จเต็มแล้วสามารถจ่ายไฟให้กับบ้านโดยเฉลี่ยได้นานหลายวันหรือนานกว่านั้น

1. การเชื่อมต่อยานพาหนะกับโครงข่ายไฟฟ้า (Vehicle-to-grid - V2G)

ระบบ Vehicle-to-Grid (V2G) หมายถึงการจ่ายพลังงานส่วนเล็ก ๆ จากแบตเตอรี่ของรถยนต์ไฟฟ้าเข้าสู่ระบบสายส่งไฟฟ้าตามความต้องการ การเข้าร่วมโครงการ V2G จำเป็นต้องมีเครื่องชาร์จ DC แบบสองทิศทางและรถยนต์ไฟฟ้าที่รองรับ มีสิ่งจูงใจต่าง ๆ เช่น เครดิตหรืออัตราค่าไฟฟ้าที่ลดลงสำหรับเจ้าของรถยนต์ไฟฟ้า รถยนต์ไฟฟ้าที่ติดตั้ง V2G ยังช่วยให้เจ้าของสามารถเข้าร่วมโครงการ VPP (Vehicle Power Supply) เพื่อปรับปรุงเสถียรภาพของระบบไฟฟ้าและจ่ายไฟในช่วงเวลาที่มีความต้องการสูงสุดได้อีกด้วย

แม้จะมีกระแสความตื่นเต้นมากมาย แต่หนึ่งในความท้าทายของการนำเทคโนโลยี V2G มาใช้คืออุปสรรคด้านกฎระเบียบและการขาดโปรโตคอลและตัวเชื่อมต่อการชาร์จแบบสองทิศทางที่เป็นมาตรฐาน เครื่องชาร์จแบบสองทิศทาง เช่น อินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ ถือเป็นวิธีการผลิตพลังงานทางเลือกและต้องปฏิบัติตามมาตรฐานความปลอดภัยและมาตรฐานการรับมือกับไฟฟ้าดับในกรณีที่ระบบไฟฟ้าขัดข้อง เพื่อเอาชนะความซับซ้อนเหล่านี้ ผู้ผลิตรถยนต์บางราย เช่น ฟอร์ด ได้พัฒนาระบบชาร์จไฟกระแสสลับแบบสองทิศทางที่ง่ายกว่า ซึ่งใช้งานได้เฉพาะกับรถยนต์ไฟฟ้าของฟอร์ดเพื่อจ่ายไฟให้กับบ้านเรือน แทนที่จะจ่ายไฟให้กับระบบไฟฟ้าหลัก

2. บริการรับส่งรถถึงบ้าน (Vehicle to Home - V2H)

ระบบ Vehicle-to-Home (V2H) คล้ายกับ V2G แต่ใช้พลังงานภายในบ้านแทนที่จะส่งเข้าระบบไฟฟ้าหลัก ทำให้รถยนต์ไฟฟ้าสามารถทำงานได้เหมือนระบบแบตเตอรี่ในบ้านทั่วไป ช่วยเพิ่มความสามารถในการพึ่งพาตนเอง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้ร่วมกับพลังงานแสงอาทิตย์บนหลังคา อย่างไรก็ตาม ประโยชน์ที่เห็นได้ชัดที่สุดของ V2H คือความสามารถในการสำรองพลังงานในระหว่างที่ไฟฟ้าดับ

เพื่อให้ V2H ทำงานได้อย่างถูกต้อง จำเป็นต้องมีอินเวอร์เตอร์แบบสองทิศทางที่เข้ากันได้และอุปกรณ์อื่นๆ รวมถึงมิเตอร์วัดพลังงาน (พร้อมหม้อแปลงกระแสไฟฟ้า) ที่ติดตั้ง ณ จุดเชื่อมต่อกับไฟบ้าน หม้อแปลงกระแสไฟฟ้าจะตรวจสอบการไหลของพลังงานเข้าและออกจากโครงข่ายไฟฟ้า เมื่อระบบตรวจพบว่าบ้านของคุณกำลังใช้พลังงานจากโครงข่ายไฟฟ้า ระบบจะส่งสัญญาณไปยังเครื่องชาร์จ EV แบบสองทิศทางเพื่อปล่อยกระแสไฟฟ้าในปริมาณที่เท่ากันเพื่อชดเชยพลังงานที่ดึงมาจากโครงข่ายไฟฟ้า ในทำนองเดียวกัน เมื่อระบบตรวจพบพลังงานที่ผลิตจากแผงโซลาร์เซลล์บนหลังคา ระบบจะเปลี่ยนเส้นทางพลังงานนั้นไปชาร์จ EV เช่นเดียวกับเครื่องชาร์จ EV อัจฉริยะ

เพื่อให้สามารถใช้งานระบบไฟฟ้าสำรองในระหว่างไฟฟ้าดับหรือเหตุฉุกเฉิน ระบบ V2H ต้องตรวจจับการแยกตัวออกจากโครงข่ายไฟฟ้าและแยกบ้านออกจากโครงข่ายไฟฟ้า เมื่อแยกตัวแล้ว อินเวอร์เตอร์แบบสองทิศทางจะทำงานเสมือนอินเวอร์เตอร์นอกโครงข่ายไฟฟ้า โดยใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ของรถยนต์ไฟฟ้า อุปกรณ์แยกโครงข่ายไฟฟ้าเพิ่มเติม เช่น คอนแทคเตอร์อัตโนมัติ (ATS) จำเป็นสำหรับการทำงานสำรอง เช่นเดียวกับอินเวอร์เตอร์ไฮบริดที่ใช้ในระบบเซลล์แสงอาทิตย์

3. การขนส่งยานพาหนะ - V2L

เทคโนโลยี Vehicle-to-Load (V2L) นั้นง่ายกว่ามาก เพราะไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องชาร์จแบบสองทิศทาง รถยนต์ที่ติดตั้ง V2L จะมีอินเวอร์เตอร์ในตัวที่จ่ายไฟกระแสสลับจากเต้ารับมาตรฐานหนึ่งช่องหรือมากกว่าในรถ ซึ่งสามารถใช้เสียบเครื่องใช้ไฟฟ้าในครัวเรือนทั่วไปได้ อย่างไรก็ตาม รถยนต์บางคันใช้ตัวแปลง V2L พิเศษที่เสียบเข้ากับพอร์ตชาร์จของรถยนต์ไฟฟ้าเพื่อจ่ายไฟกระแสสลับ ในกรณีฉุกเฉิน สามารถใช้สายต่อพ่วงจากรถยนต์เข้าไปในบ้านเพื่อจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์พื้นฐาน เช่น ไฟส่องสว่าง คอมพิวเตอร์ ตู้เย็น และเครื่องครัวได้

V2L ใช้สำหรับระบบไฟฟ้าแบบออฟกริดและระบบไฟฟ้าสำรอง

รถยนต์ที่ติดตั้งระบบ V2L สามารถใช้สายต่อพ่วงเพื่อจ่ายไฟสำรองสำหรับใช้งานเครื่องใช้ไฟฟ้าบางชนิดได้ หรืออีกทางเลือกหนึ่ง สามารถใช้สวิตช์สลับไฟ AC เฉพาะเพื่อเชื่อมต่อไฟจากระบบ V2L เข้ากับแผงจ่ายไฟสำรอง หรือแม้แต่แผงจ่ายไฟหลักได้โดยตรง

รถยนต์ที่ติดตั้งระบบ V2L สามารถนำไปใช้งานร่วมกับระบบพลังงานแสงอาทิตย์นอกระบบสายส่งได้ เพื่อลดหรือขจัดความจำเป็นในการใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำรอง ระบบพลังงานแสงอาทิตย์นอกระบบสายส่งส่วนใหญ่จะมีอินเวอร์เตอร์แบบสองทิศทาง ซึ่งในทางเทคนิคแล้วสามารถใช้พลังงานจากแหล่งจ่ายไฟ AC ใดก็ได้ รวมถึงรถยนต์ที่ติดตั้งระบบ V2L ด้วย อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องได้รับการติดตั้งและกำหนดค่าโดยผู้เชี่ยวชาญด้านพลังงานแสงอาทิตย์หรือช่างไฟฟ้าที่มีคุณสมบัติเหมาะสม เพื่อให้มั่นใจถึงการทำงานที่ปลอดภัย

— จบแล้ว —

ในที่นี้ จงทำความเข้าใจ "แก่นแท้" และ "หัวใจ" ของกองประจุไฟฟ้า

การวิเคราะห์เชิงลึก: หลักการทำงานของชุดชาร์จไฟ AC/DC คืออะไร?

การอัปเดตที่ล้ำสมัย: การชาร์จช้า การชาร์จเร็ว V2G…

ข้อมูลเชิงลึกของอุตสาหกรรม: แนวโน้มเทคโนโลยีและการตีความนโยบาย

ใช้ความเชี่ยวชาญเพื่อปกป้องการเดินทางที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมของคุณ

ตามฉันมา แล้วคุณจะไม่หลงทางเรื่องการชาร์จอีกต่อไป!