Di Jeremy Cook
Ogni giorno, milioni di americani compiono brevi tragitti facilmente gestibili da quasi tutti i veicoli elettrici. Collegando l'auto alla ricarica durante la notte, al mattino è pronta a partire. Ma cosa succede se dimentichi di collegarla? E se avessi bisogno di fare un viaggio di oltre 900 chilometri? Dovrai forse rinunciare al viaggio, noleggiare un altro veicolo o rischiare di fermarti a metà strada?
Per evitare queste situazioni, e per incoraggiare l'adozione dei veicoli elettrici, è necessaria una solida infrastruttura di ricarica con stazioni di ricarica rapida CC che permettano di "fare il pieno" alla batteria in pochi minuti anziché diverse ore. Queste stazioni dovrebbero essere adeguatamente distanziate e posizionate, per lasciare gli automobilisti liberi di fermarsi quando vogliono, senza dover pianificare il viaggio in base all'infrastruttura di ricarica disponibile.
Stime per il futuro dell'infrastruttura di ricarica EV
Stando al report del secondo trimestre 2023 del National Renewable Energy Laboratory (NREL), a giugno 2023 negli Stati Uniti circolavano 3,8 milioni di veicoli elettrici. Sono disponibili 14.244 porte di ricarica rapida CC pubbliche in grado di erogare una potenza pari o superiore a 150 kW e 114.470 porte di ricarica CA L2 pubbliche per veicoli elettrici. Questo equivale a 0,4 caricatori veloci CC e 3,0 caricatori di tipo 2 (L2) ogni 100 veicoli elettrici.
Lo stesso report stima che entro il 2030 negli Stati Uniti circoleranno 33 milioni di veicoli elettrici e che saranno necessarie 0,6 porte di ricarica rapida CC pubbliche e 3,2 porte L2 pubbliche ogni 100 veicoli elettrici. In termini di dati grezzi, il report evidenzia la necessità di 182.000 porte CC e 1.067.000 porte L2 in totale, per un aumento complessivo di ben oltre un milione.
Realizzazione dell'infrastruttura di stazioni di ricarica EV
L'infrastruttura pubblica di ricarica dei veicoli elettrici si può suddividere in due tipologie principali: lenta, utilizzata spesso durante la notte, e veloce, utilizzata per ricaricare rapidamente le batterie prima di proseguire il viaggio.
L'infrastruttura di ricarica CA più lenta è abbastanza semplice, dal momento che richiede poco più di una buona spina e un'installazione adeguata, ed è utile per scenari quali hotel in cui pernottare o parcheggi nel luogo di lavoro. Le aziende private hanno un incentivo naturale a realizzare questa infrastruttura. La ricarica sul posto è un enorme incentivo a trascorrere del tempo in una struttura. Tuttavia, la ricarica CA lega fortemente la distanza percorribile in un giorno all'autonomia della batteria del veicolo elettrico, in genere inferiore ai 500 chilometri.
L'infrastruttura di ricarica rapida CC, in grado di ricaricare completamente un veicolo in pochi minuti, è più complessa della sua controparte CA. Per fornire corrente in questo scenario è necessario convertire la potenza della rete CA in un'uscita CC ad alta potenza prima dell'invio al veicolo.
Una buona gestione e conversione della potenza possono essere agevolate da tecnologie come i transistor al carburo di silicio. Sono inoltre necessari sensori di corrente per tenere conto della quantità di energia trasferita a un veicolo durante la ricarica, nonché risorse informatiche sia locali che basate su cloud per mantenere in funzione la rete elettrica generale e la rete di ricarica alla capacità ottimale.
Esigenze energetiche di base e dell'infrastruttura EVSE
Installare un numero adeguato di apparecchiature di alimentazione per veicoli elettrici (EVSE), anche dette stazioni di ricarica, non è un compito facile. L'aspetto forse ancora più importante è l'infrastruttura di rete sottostante che fornisce corrente alle stazioni e alla grande quantità di dispositivi elettrici che oggi diamo per scontati.
Se tutte le 182.000 porte EVSE CC proposte eseguissero contemporaneamente la ricarica a 350 kW (il valore elevato citato per i caricatori CC e che probabilmente aumenterà in futuro), si verrebbe a creare un carico elettrico di 63,7 gigawatt (GW). Se a questo aggiungiamo 1.067.000 caricatori L2 con un massimo di 19 kW ciascuno, otteniamo altri 20,3 GW. In totale, la potenza assorbita potrebbe assommare a 84 GW.
Anche se è quasi impossibile che tutti i caricatori forniscano energia contemporaneamente, anche una frazione di questi 84 GW rappresenta una percentuale significativa della capacità di produzione energetica totale della nazione, che oggi è pari a circa 1.200 GW. Sarà necessario apportare miglioramenti all'infrastruttura esistente per far fronte a questi carichi maggiori. Allo stesso tempo, i veicoli elettrici collegati possono anche essere utilizzati come batteria di backup bidirezionale. Quindi, con un'attenta pianificazione, la rapida adozione dei veicoli elettrici potrebbe offrire anche dei vantaggi infrastrutturali.
Naturalmente, oltre alla corrente e all'elettronica per gestirla, gli automobilisti avranno bisogno anche della spina e del protocollo di ricarica corretti per l'interfaccia tra il veicolo e l'EVSE. Su questo piano c'è stato uno sviluppo notevole.
Buone notizie per la compatibilità NACS con Tesla
Le cifre dell'NREL sopra citate includono le apparecchiature Tesla, che forniscono il 61,6% delle porte di ricarica rapida CC pubbliche e l'8,7% delle porte L2 pubbliche. Al momento della stesura di questo articolo, questi caricabatterie non sono disponibili per altri produttori di veicoli elettrici.
Tuttavia, nel maggio 2023, Ford ha annunciato che i suoi veicoli elettrici saranno dotati di una porta NACS (North American Charging Standard) di tipo Tesla integrata a partire dal 2025. Ciò significa che i veicoli elettrici Ford saranno in grado di utilizzare la rete Supercharger di Tesla senza bisogno di un adattatore. Questa mossa (forse ovvia) ha aperto la strada a una valanga virtuale di altri produttori che hanno annunciato la futura compatibilità NACS. Sono inclusi marchi automobilistici ben noti come GM e Volvo, accanto a nuovi produttori di veicoli elettrici come Rivian e Fisker. Altri, come Volkswagen e Honda, alla fine del 2023 stanno ancora valutando cosa fare.
All'altro capo del filo, anche le reti di ricarica EV non Tesla, come Blink ed Electrify America, stanno adottando lo standard NACS. Tesla ha aperto i suoi protocolli di ricarica nel novembre 2022 e questo standard ora rientra nella giurisdizione del comitato SAE International. Vista la massiccia tendenza verso l'adozione del NACS sia sui veicoli che sugli EVSE, la standardizzazione sembra imminente.
Il futuro della ricarica EV
La fine del 2023 registra una tendenza verso una maggiore implementazione e standardizzazione dell'infrastruttura di ricarica EV. Indipendentemente dalla forma che assumerà l'elettrificazione del tutto, in futuro sarà necessaria un'infrastruttura elettrica molto più solida, supportata da componenti interni efficienti, capaci e durevoli, per gestire la trasmissione e l'utilizzo della corrente.
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