Il futuro elettrico: monitoraggio dell'infrastruttura di ricarica dei veicoli elettrici da oggi al 2030

Ogni giorno, milioni di americani percorrono brevi tragitti andata e ritorno che quasi qualsiasi veicolo elettrico può gestire facilmente. Collega l'auto alla presa di corrente di notte e sarà pronta per partire la mattina successiva. Ma cosa succede se dimentichi di collegarla? O se hai bisogno di fare un viaggio di 600 miglia? Significa che dovrai rinunciare al viaggio, noleggiare un altro veicolo o forse rischiare di rimanere bloccato sul ciglio della strada?

Per evitare tali situazioni e incoraggiare l'adozione dei veicoli elettrici, è necessaria un'infrastruttura di ricarica robusta, inclusi stazioni di ricarica rapida DC ad alta corrente che possono "riempire" la batteria di un veicolo elettrico in pochi minuti anziché ore. Tali stazioni dovrebbero essere correttamente distanziate e posizionate, in modo che i conducenti abbiano la libertà di fermarsi quando è conveniente, anziché pianificare i loro viaggi attorno all'infrastruttura di ricarica disponibile.

Stime per il futuro delle infrastrutture di ricarica dei veicoli elettrici

Secondo il rapporto Q2 2023 del National Renewable Energy Laboratory (NREL), c'erano 3,8 milioni di veicoli elettrici in circolazione negli Stati Uniti a giugno 2023. Sono disponibili 14.244 stazioni di ricarica rapida DC pubbliche (definite come aventi una capacità di erogazione di potenza di 150kW o superiore) e 114.470 stazioni di ricarica L2 AC pubbliche. Ciò si traduce in 0,4 caricabatterie rapidi DC e 3,0 caricabatterie di Livello 2 per 100 veicoli elettrici.

Questo stesso rapporto stima che entro il 2030 ci saranno 33 milioni di veicoli elettrici sulle strade degli Stati Uniti e che saranno necessari 0,6 porti di ricarica rapida DC pubblica e 3,2 porti pubblici di Livello 2 per ogni 100 veicoli elettrici. In termini di numeri grezzi, il rapporto indica la necessità di 182.000 porti DC e 1.067.000 porti L2 in totale — un aumento complessivo di ben oltre un milione.

Costruzione dell'infrastruttura delle stazioni di ricarica EV

L'infrastruttura pubblica di ricarica per veicoli elettrici può essere suddivisa in due tipi principali: a lungo termine (spesso notturna) e a breve termine usata per ricaricare le batterie prima di proseguire immediatamente un viaggio.

L'infrastruttura di ricarica AC più lenta è relativamente semplice poiché richiede poco più di una presa robusta e un'installazione corretta ed è utile in situazioni come pernottamenti in hotel o nel garage di un parcheggio aziendale. Le imprese private hanno un incentivo naturale nel costruire questa infrastruttura. La ricarica in loco è un grande incentivo per trascorrere del tempo in un esercizio. Tuttavia, la ricarica AC limita in gran parte la distanza che qualcuno può percorrere in un giorno all'autonomia di una batteria EV—tipicamente meno di 300 miglia.

L'infrastruttura di ricarica rapida DC, che può ricaricare completamente un veicolo in pochi minuti, è più complicata rispetto alla sua controparte AC. Fornire energia in questo scenario richiede che l'alimentazione AC della rete venga convertita in un'uscita DC ad alta potenza prima di essere inviata al veicolo.

Una gestione e conversione dell'energia robusta può essere facilitata tramite tecnologie come i transistor basati su carburo di silicio. Sono inoltre necessari i sensori di corrente per contabilizzare quanta energia viene trasferita in un veicolo durante la ricarica, e saranno necessarie risorse di calcolo sia locali che basate su cloud per mantenere l'intera rete elettrica e la rete di ricarica alla capacità ottimale.

Esigenze di base per l'alimentazione e l'infrastruttura EVSE

L'installazione di un'adeguata Electric Vehicle Supply Equipment (EVSE, ovvero stazioni di ricarica) è un compito imponente. Ciò che forse è ancora più importante è l'infrastruttura della rete sottostante che fornisce energia a queste stazioni, insieme alla moltitudine di dispositivi elettrici che oggi diamo in gran parte per scontati.

Considera che se tutte le proposte 182.000 porte DC EVSE stessero caricando insieme a 350kW (il valore elevato citato per i caricabatterie DC, un numero che probabilmente aumenterà in futuro), ciò creerebbe un carico elettrico di 63,7 gigawatt (GW). Aggiungi 1.067.000 caricabatterie L2 fino a 19kW ciascuno, e avremo ulteriori 20,3 GW. Insieme, questo dà un totale generale di 84 GW di assorbimento di potenza teorico.

Sebbene sia quasi impossibile che tutti i caricabatterie forniscano energia contemporaneamente, anche una frazione di 84 GW rappresenta una percentuale significativa dell'attuale capacità totale di produzione energetica della nazione, che è di circa 1200 GW. Saranno necessari aggiornamenti delle infrastrutture esistenti per gestire questi carichi maggiori. Allo stesso tempo, i veicoli elettrici connessi possono anche essere utilizzati in un ruolo di backup della batteria bidirezionale, quindi con un'attenta pianificazione la rapida adozione dei veicoli elettrici potrebbe fornire anche alcuni benefici alle infrastrutture.

Ovviamente, oltre all'alimentazione e all'elettronica per gestirla, i conducenti avranno anche bisogno della spina corretta e del protocollo di ricarica per interfacciarsi tra il loro veicolo e l'EVSE. In questo ambito c'è un eccellente sviluppo.

La buona notizia: compatibilità con Tesla NACS

I numeri di NREL sopra citati includono le apparecchiature Tesla, che forniscono il 61,6% delle stazioni di ricarica pubbliche rapide DC e l'8,7% delle stazioni di ricarica pubbliche L2. Al momento della stesura, questi caricabatterie non sono facilmente disponibili per altri produttori di veicoli elettrici.

Tuttavia, a maggio 2023, Ford ha annunciato che i suoi veicoli elettrici avrebbero avuto una porta NACS (North American Charging Standard) in stile Tesla integrata a partire dal 2025. Ciò significa che i veicoli elettrici Ford potranno utilizzare la rete Supercharger di Tesla senza bisogno di un adattatore. Questa mossa (forse ovvia) ha scatenato una valanga virtuale di altri produttori che annunciano la loro futura compatibilità con NACS. Questo include marchi automobilistici ben noti come GM e Volvo, insieme a nuovi produttori di veicoli elettrici come Rivian e Fisker. Altri, come Volkswagen e Honda, stanno ancora valutando le loro opzioni alla fine del 2023.

All'altra faccia della medaglia, le reti di ricarica per veicoli elettrici non-Tesla come Blink ed Electrify America stanno adottando lo standard del connettore NACS. Tesla ha aperto i suoi protocolli di ricarica nel novembre 2022, e questo standard ora ricade sotto la giurisdizione di SAE International. Dato il massiccio trend verso l'adozione del NACS sia sui veicoli che sugli EVSE, la standardizzazione sembra imminente.

Il futuro della ricarica dei veicoli elettrici

La tendenza alla fine del 2023 è verso una maggiore implementazione dei veicoli elettrici e la standardizzazione delle infrastrutture di ricarica. Indipendentemente da come l'elettrificazione di tutto si realizzerà, in futuro sarà necessaria un'infrastruttura elettrica molto più robusta supportata da componenti interni efficienti, capaci e durevoli per gestire la trasmissione e l'uso dell'energia.