Sollievo in arrivo per i problemi di ricarica dei veicoli elettrici

I fornitori di sistemi di ricarica stanno sviluppando tecnologie progettate per offrire scalabilità, affidabilità e una gestione efficiente dell'energia. (Foto: Atom Power)

La spinta all'elettrificazione delle flotte di veicoli commerciali si sta intensificando a livello globale. Mordor Intelligence stima che il mercato dei veicoli elettrici commerciali (EV) abbia già raggiunto i 105,66 miliardi di dollari a livello globale e prevede che più che triplicherà, raggiungendo i 323,73 miliardi di dollari entro il 2028.

Negli Stati Uniti, l'Agenzia per la protezione dell'ambiente prevede che gli incentivi governativi e le norme sulle emissioni proposte porteranno all'elettrificazione fino al 50% dei nuovi veicoli professionali, al 35% dei nuovi autocarri per il trasporto merci a corto raggio e al 25% dei nuovi autocarri per il trasporto merci a lungo raggio entro il 2032.

Tali previsioni mettono ulteriormente sotto pressione sia le utility che il settore privato, che devono fornire la capacità di ricarica e le opzioni necessarie per soddisfare questa domanda di flotte in rapida espansione. Anche con le normative e gli incentivi governativi, sussiste il rischio di far deragliare il mercato dei veicoli elettrici commerciali se non si riesce a soddisfare il fabbisogno di infrastrutture e capacità di ricarica.

L'infrastruttura è in ritardo nell'adozione

"I veicoli elettrici sono una novità tanto quanto la ricarica, ma c'è più fiducia nell'affidabilità dei [veicoli elettrici] che nell'infrastruttura per supportarli, almeno per quanto abbiamo visto nelle flotte", ha affermato Ryan Kennedy, CEO di Atom Power, un fornitore di sistemi di ricarica di livello 2.

Le aziende stanno installando stazioni di ricarica per veicoli elettrici dove hanno a disposizione un margine di potenza elettrica sufficiente, ma la mancanza di infrastrutture rende tale margine limitato. (Foto: Eaton)

Un rapporto pubblicato all'inizio di quest'anno da McKinsey & Co. lo dimostra. Ha mostrato che, tra oltre il 50% delle aziende intervistate che prevedono di decarbonizzare le proprie flotte entro il 2027, lo stesso numero considera gli investimenti infrastrutturali, insieme ai costi dei veicoli, ostacoli significativi all'adozione dei veicoli elettrici.

"Siamo ormai oltre il punto in cui le aziende elettrificano solo quanto basta per supportare la loro capacità elettrica. Abbiamo visto aziende che esaminano il loro inventario attuale di edifici e l'energia disponibile e aggiungono caricabatterie dove hanno un margine di potenza elettrica sufficiente", ha affermato Joe Cappeta, direttore delle applicazioni tecniche per la transizione energetica di Eaton.

Tuttavia, questo "margine di manovra" è limitato. "Stiamo già assistendo alla carenza di infrastrutture, che sta diventando un problema reale, soprattutto per le flotte di veicoli medi e pesanti, che richiedono un'enorme quantità di energia per la ricarica", ha affermato Cappeta. "Per questo caso d'uso, non ci sono 'frutti a portata di mano'. Bisogna davvero iniziare a trasferire l'energia elettrica attraverso le infrastrutture e ad aumentare la capacità delle utility locali, il che richiede tempo per la pianificazione e l'approvvigionamento.

“Ogni caricabatterie necessita di un'infrastruttura per funzionare e più potenza ti serve, più devi pianificare in anticipo.”

Anche l'affidabilità delle infrastrutture di ricarica è un problema. "La sopravvivenza finanziaria di una flotta dipende dall'affidabilità dei veicoli, degli autisti e delle stazioni di servizio che li riforniscono. In questo caso, quando le flotte si elettrificano, diventano in gran parte 'stazioni di servizio', perché è più sensato ricaricare i veicoli elettrici presso i depositi e le sedi centrali", ha affermato Kennedy.

Tuttavia, la disponibilità delle stazioni di ricarica è stata incostante. "Se si guardano i dati attuali, il tempo di attività delle stazioni di ricarica negli Stati Uniti è di circa il 70-73%. È davvero basso", ha affermato Kennedy. "Se non funzionano per il 25% del tempo, non va bene".

"L'affidabilità di un sistema sta diventando estremamente critica per le flotte. Non essere in grado di dimostrarlo limiterebbe l'adozione dei [veicoli elettrici]."

La soluzione di ricarica di Atom Power utilizza interruttori allo stato solido alloggiati separatamente dalle colonnine di ricarica, che fungono esclusivamente da conduttore per l'erogazione dell'energia ai veicoli. (Foto: Atom Power)

Un'alternativa solida (allo stato)

Per risolvere questi e altri problemi della flotta, Kennedy ritiene che la tariffazione a livello di flotta debba essere affrontata su larga scala piuttosto che a livello di singola unità.

"Ricaricare i veicoli richiede più energia per unità rispetto alla maggior parte delle altre cose. Può richiedere fino a 19 kW con un singolo caricabatterie", ha commentato. "È un'enorme quantità di energia, soprattutto se la si aggrega in un impianto di grandi dimensioni. Spesso, l'impianto può superare la capacità di connessione della rete elettrica disponibile... o dell'infrastruttura all'interno dell'edificio."

La gestione dell'energia è essenziale. "La gestione dell'energia è certamente una delle massime priorità da risolvere, in particolare nel settore delle flotte, che hanno molti più veicoli in un'unica sede rispetto ad altri settori", ha affermato Kennedy.

Per supportare le flotte nella loro migrazione verso l'elettrificazione, Atom Power ha sviluppato una piattaforma basata su interruttori allo stato solido. Anziché integrare il sistema di ricarica in singoli piedistalli, gli interruttori allo stato solido sono alloggiati nei quadri elettrici all'interno della struttura principale. I piedistalli fungono da condutture anziché da caricabatterie.

"Rispetto a un tradizionale Livello 2, tutte le funzioni di ricarica – ovvero software, controlli, hardware – sono integrate nel caricabatterie stesso, posizionato nella parte anteriore del veicolo. Noi lo facciamo tramite un interruttore posizionato lontano dal veicolo", ha affermato Kennedy. Questo significa un minor rischio di danni ai componenti chiave e una manutenzione più semplice.

"Per noi era fondamentale dimostrare al mercato delle flotte l'affidabilità dell'infrastruttura. In questo senso, significa che non si rompe così spesso e che la manutenzione è semplicissima: i tempi di fermo sono ridottissimi", ha affermato. "Raggiungiamo un uptime del 99%".

Anche la gestione energetica su larga scala di un intero sito o campus è più semplice. "Con altri sistemi, [sono] disaggregati... Come si fa a garantire di non sovraccaricare il sistema? È difficile se non sono connessi", ha affermato Kennedy. "Ma con noi, [sono] interconnessi di default e operano come una sorta di entità unica all'interno di un'infrastruttura".

Vantaggi della tecnologia allo stato solido per la ricarica delle flotte di veicoli elettrici commerciali Ryan Kennedy di Atom Power discute lo stato dell'infrastruttura di ricarica e come la tecnologia allo stato solido può aiutare

Il "software incentrato sull'infrastruttura" di Atom Power distribuisce in modo intelligente la ricarica su tutta l'infrastruttura per evitare di sovraccaricare l'edificio o il profilo di carico di picco dell'azienda. I gestori di flotte possono utilizzarlo per monitorare le funzioni e accedere a metriche relative al tempo di attività del caricabatterie, alla riduzione prioritaria del carico, ai cicli di picco della domanda, alle funzioni critiche per la sicurezza, agli obiettivi ESG, ecc. Mantiene inoltre la sicurezza informatica dell'intero sistema.

"Man mano che le flotte diventano 'stazioni di servizio', la vostra fonte di sostentamento o il successo nella consegna [di merci] o nelle chiamate di assistenza dipendono dalla loro efficienza", ha affermato Kennedy. "La manutenzione è una cosa, la sicurezza informatica è un'altra... La sicurezza informatica sta diventando sempre più preoccupante, soprattutto con l'aumento delle infrastrutture in base al tasso di adozione.

"Abbiamo dedicato molto tempo a garantire quello che consideriamo uno dei sistemi software più sicuri in circolazione", ha aggiunto.

Joe Cappeta, direttore, applicazioni tecniche – transizione energetica, Eaton

Strategie di ricarica

Eaton sta lavorando per consentire ai progetti infrastrutturali per veicoli elettrici su larga scala di integrare rapidamente una ricarica affidabile e un maggiore controllo sui sistemi energetici, ha affermato Cappeta. La sua offerta spazia da unità di ricarica integrate e autonome con potenza nominale da 7,7 kW a 19,2 kW, a un'unità di ricarica rapida in corrente continua (CC) in grado di erogare fino a 150 kW di potenza a un veicolo per velocizzare i cicli di ricarica.

L'azienda sta inoltre integrando la tecnologia di ricarica per veicoli elettrici nei quadri elettrici e nei quadri di distribuzione per semplificare l'aggiunta di stazioni di ricarica. "Stiamo riunendo apparecchiature che in genere sono separate in una soluzione salvaspazio, assemblata in fabbrica, che consente un risparmio di oltre il 24% sui materiali e del 16% sulla manodopera", ha affermato Cappeta.

Una corsia preferenziale per la ricarica dei veicoli elettrici, "prima nel settore", offre una tecnologia di ricarica aerea progettata per ridurre i tempi di installazione del 40%, consentendo al contempo un'infrastruttura di ricarica scalabile ed evitando modifiche sostanziali alle strutture di parcheggio o di trasporto esistenti.

L'azienda sta inoltre sviluppando sistemi di accumulo di energia tramite batterie (BESS) per consentire la ricarica dei veicoli "quando l'energia in grandi quantità è economica" e per scaricare l'energia in modi che riducono l'impatto dell'elettrificazione sui sistemi di distribuzione locali, ha affermato Cappeta.

"Abbiamo anche la capacità di integrare un numero qualsiasi di DER (risorse energetiche distribuite) e di implementare una microrete, consentendo ai clienti di avere un maggiore controllo sul proprio destino quando si tratta di alimentare le proprie strutture e i propri trasporti a livello locale."

Tra le soluzioni offerte da Eaton c'è l'EV Charging Busway, progettato per velocizzare l'installazione e offrire una capacità di ricarica facilmente scalabile. (Foto: Eaton)

Tuttavia, non basta l'hardware. "Le aziende hanno bisogno di strategie che consentano ai sistemi energetici esistenti di lavorare in modo più efficiente e intelligente per accelerare l'elettrificazione. Ad esempio, un software di gestione del carico o l'aggiunta di DER (Reti di Distribuzione Elettrica) alla propria infrastruttura energetica contribuiscono a eliminare i punti critici del sistema per fornire rapidamente l'energia aggiuntiva necessaria per l'elettrificazione", ha spiegato Cappeta.

Eaton intravede enormi opportunità per gestire l'energia in modo più efficace sfruttando le "leve disponibili attraverso la transizione energetica". Secondo Cappeta, questo richiede di superare i "tradizionali limiti di ciò che i sistemi elettrici possono fare".

"Stiamo collaborando con i clienti per ottimizzare i loro sistemi energetici in modo che possano gestire i carichi, evitare o rinviare gli aggiornamenti di capacità e integrare energie rinnovabili e accumulo di energia per decarbonizzare l'elettrificazione", ha dichiarato Cappeta. "Ad esempio, abbiamo trovato un modo per ridurre la tecnologia di ricarica alle dimensioni di un interruttore automatico e la stiamo integrando con le nostre apparecchiature di distribuzione dell'energia per installazioni senza interruzioni che riducono i tempi di installazione e aumentano l'affidabilità". Questa integrazione consente anche nuova flessibilità, scalabilità e modularità, ha aggiunto.

Eaton contribuisce anche alla gestione dei tempi di attività, attraverso quella che Cappeta definisce la "più grande organizzazione di servizi del Nord America", al fine di rispettare gli accordi sul livello di servizio per i depositi di ricarica delle flotte. L'azienda sta inoltre integrando l'intelligenza artificiale nei suoi caricabatterie e nei sistemi BESS tramite il suo servizio di monitoraggio e gestione da remoto Predict Pulse.

"Questa tecnologia monitora attivamente oltre 200 punti dati all'interno dell'hardware per prevedere e mitigare un potenziale guasto prima che si verifichi. Possiamo far circolare un camion con l'attrezzatura giusta e sostituire il componente che si rivelerà difettoso per prevenire un'interruzione imprevista", ha affermato Cappeta. "È importante sottolineare che disponiamo anche di ottimi partner di canale in tutto il Nord America, che dispongono di scorte locali per garantire la disponibilità di ricambi e supporto."

Queste e altre soluzioni creative saranno essenziali per alleviare i punti critici dell'adozione e garantire ai proprietari e ai gestori di flotte che potranno aumentare con successo e in modo redditizio il numero di veicoli elettrici commerciali nelle loro flotte.

Aiutare gli utenti a comprendere le esigenze

"Nei mercati delle flotte si pensa di fatto che sia necessaria la ricarica rapida in corrente continua, il che nella stragrande maggioranza dei casi non è corretto", ha affermato Ryan Kennedy di Atom Power. Questi sistemi di ricarica di Livello 3 assorbono molta più energia dalla rete e possono avere costi di installazione fino a 20 volte superiori rispetto a un sistema di ricarica di Livello 2.

"Una delle cose che dobbiamo fare con una certa regolarità è raccogliere dati per capire: quali sono le tue abitudini di guida, che tipo di veicoli usi, qual è il tempo di permanenza", ha osservato Kennedy. "Si scopre che una parte sostanziale della ricarica della flotta può essere effettuata con un Livello 2 di potenza più elevato, come 19 kW."

Joe Cappeta di Eaton ha affermato che l'azienda ha riscontrato un'eccessiva semplificazione nella modellazione della domanda di ricarica, che si traduce in sistemi sovradimensionati rispetto alle loro effettive esigenze. "Ad esempio, spesso si desidera il caricabatterie più grande, oppure si pianifica lo scenario peggiore: veicoli che arrivano con la batteria scarica e hanno bisogno di raggiungere il 100% di carica il più rapidamente possibile", ha affermato. "Tuttavia, in genere, il tempo di permanenza su questi veicoli supera le 10 ore. In questo lasso di tempo, è possibile erogare un'enorme quantità di energia con un caricabatterie AC L2 da soli 7,7 kW, che soddisferebbe ampiamente le esigenze del veicolo.

"Capire le proprie esigenze di ricarica è estremamente importante", ha affermato, aggiungendo che Eaton offre risorse per aiutare le flotte a garantire la ricarica futura e di dimensioni adeguate, risparmiando potenzialmente tempo e costi. Aiutare gli utenti a comprendere le esigenze

"Nei mercati delle flotte si pensa di fatto che sia necessaria la ricarica rapida in corrente continua, il che nella stragrande maggioranza dei casi non è corretto", ha affermato Ryan Kennedy di Atom Power. Questi sistemi di ricarica di Livello 3 assorbono molta più energia dalla rete e possono avere costi di installazione fino a 20 volte superiori rispetto a un sistema di ricarica di Livello 2.

"Una delle cose che dobbiamo fare con una certa regolarità è raccogliere dati per capire: quali sono le tue abitudini di guida, che tipo di veicoli usi, qual è il tempo di permanenza", ha osservato Kennedy. "Si scopre che una parte sostanziale della ricarica della flotta può essere effettuata con un Livello 2 di potenza più elevato, come 19 kW."

Joe Cappeta di Eaton ha affermato che l'azienda ha riscontrato un'eccessiva semplificazione nella modellazione della domanda di ricarica, che si traduce in sistemi sovradimensionati rispetto alle loro effettive esigenze. "Ad esempio, spesso si desidera il caricabatterie più grande, oppure si pianifica lo scenario peggiore: veicoli che arrivano con la batteria scarica e hanno bisogno di raggiungere il 100% di carica il più rapidamente possibile", ha affermato. "Tuttavia, in genere, il tempo di permanenza su questi veicoli supera le 10 ore. In questo lasso di tempo, è possibile erogare un'enorme quantità di energia con un caricabatterie AC L2 da soli 7,7 kW, che soddisferebbe ampiamente le esigenze del veicolo.

"È estremamente importante comprendere le proprie esigenze di ricarica", ha affermato, aggiungendo che Eaton offre risorse per aiutare le flotte a predisporre una ricarica adeguata e a prova di futuro, con un potenziale risparmio di tempo e denaro.