Vehicle-to-home – Voiko kaksisuuntainen lataus tehdä sähköautosta kodin energiavaraston?

V2H-teknologia ja kaksisuuntainen lataus voivat mahdollistaa sähköauton akun hyödyntämisen omassa kodissa sekä parantaa aurinkoenergian hyötysuhdetta ja pienentää kuluja. Teknologia on vielä kehitysvaiheessa, mutta sillä on potentiaalia mullistaa sekä kotitalouksien energiankäyttö että koko sähköjärjestelmän toiminta.

Tässä artikkelissa käymme läpi, mikä on vehicle-to-home-teknologian tilanne juuri nyt, ja miten se voi muuttaa energiankäyttöämme tulevaisuudessa.

• Vehicle-to-home, eli (V2H), -teknologian ansiosta sähköauto voi pian toimia kodin energiavarastona ja tarvittaessa jopa liikkuvana kotiakkuna.

• Teknologian ansiosta aurinkopaneeleista voi saada suuremman hyödyn, kun ylimääräinen sähkö ei valu hukkaan.

• V2H-teknologiaa on vielä rajallisesti käytössä, mutta autovalmistajat kehittävät sitä kovalla tahdilla, jotta auto voisi tulevaisuudessa olla enemmän kuin pelkkä kulkuväline.

• V2H-teknologiaa pidetään merkittävänä erityisesti siksi, että sillä on potentiaalia tehostaa kotitalouksien energiankäyttöä ja tasapainottaa koko yhteiskunnan energiainfrastruktuuria.

Vehicle-to-home (V2H) tarkoittaa kaksisuuntaista latausta, eli uutta teknologiaa, jossa sähköauton akkujen varausta on mahdollista käyttää myös kodin energiantarpeisiin. Kaksisuuntainen lataus tarkoittaa siis nimensä mukaisesti sitä, että virta voi kulkea akusta molempiin suuntiin toisin kuin perinteisessä yksisuuntaisessa latauksessa.

Siksi kaksisuuntaisen latauksen, ja erityisesti V2H:n, odotetaan olevan lähitulevaisuudessa tärkeä osa kodin energiatehokkuutta ja jopa koko yhteiskunnan energiainfrastruktuuria.

Käytännössä V2H-teknologia voi tehostaa kodin sähköjärjestelmää useilla tavoilla:

• Sähkökustannusten optimointi: Pörssisähköön yhdistettynä auton akku on mahdollista ladata täyteen, kun sähkö on halvinta ja käyttää kodin tarpeisiin kulutushuippujen aikana.

• Aurinkopaneelien tehokäyttö: Päivän aikana tuotettu ylimääräinen uusiutuva energia voidaan varastoida auton akkuun ja käyttää kodissa myöhemmin.

• Varavirtalähde häiriötilanteissa: Sähkökatkojen aikana autoon ladattu energia voi toimia varavirtalähteenä ja pitää kodin tärkeät sähkölaitteet käynnissä.

Kaksisuuntaisen latauksen avulla sähköauto voisi siis teoriassa toimia pitkälti samalla tavalla kuin jo nyt markkinoilla olevat kotiakut.

Käytännössä V2H-järjestelmä kykenee yhdistämään sähköverkon, aurinkopaneelit, sähköauton ja kodin sähköjärjestelmän yhdessä toimivaksi kokonaisuudeksi.

Järjestelmän keskeisiä osia ovat kaksisuuntaista latausta tukeva älykäs latausasema sekä siihen sisältyvä AC/DC-invertteri, jotka mahdollistavat energian turvallisen siirtämisen auton akun ja kodin sähköjärjestelmän välillä.

Järjestelmässä tyypillinen energiavirta näyttää pelkistetysti tältä:

Älykäs latausasema ja energianhallintajärjestelmä ohjaavat sitä, milloin autoa ladataan, milloin energiaa syötetään takaisin kotiin ja mistä sähkö kulloinkin otetaan. Eli käytännössä kaikki V2H-järjestelmän osat optimoivat energian kulkua automaattisesti käyttäjän asettamien asetusten, kulutustilanteen ja sähkön hinnan mukaan.

Tämän teknologian ansiosta sähköauto ei olisi enää ainoastaan kulkuväline, vaan koko kotitaloutta tukeva energiavarasto, joka voisi tehostaa myös uusiutuvan energian käyttöä. Juuri siksi kyseessä on yksi tärkeimmistä sähköautoilun tulevaisuutta määrittävistä innovaatioista.

Vehicle-to-home, eli V2H, on vain yksi osa kehitteillä olevista kaksisuuntaisen latauksen muodoista. Samaan teknologiaan kytkeytyvät myös vehicle-to-grid (V2G) sekä vehicle-to-load (V2L), joka ei kuitenkaan tarvitse kaksisuuntaista latausta toimiakseen.

V2H, V2G ja V2L eroavat toisistaan siinä, miten akkuun ladattua energiaa on mahdollista hyödyntää auton ulkopuolella:

Kaksisuuntaisen latauksen ansiosta V2H-teknologiasta voi olla kotitalouksille sekä käytännöllisiä että taloudellisia hyötyjä, kuten:

• Sähkölaskun pienentäminen

• Oman aurinkosähkön hyötyasteen kasvattaminen

• Voi toimia varavoimana sähkökatkojen aikana

• Kulutushuippujen tasaaminen

Vehicle-to-home-järjestelmä voi siis lisätä kodin energiaomavaraisuutta ja tasoittaa energian kulutusta. Tämä tapahtuu vähentämällä kotitalouden riippuvuutta sähköverkosta hyödyntämällä kodin omaa sähköntuotantoa tehokkaammin.

Esimerkiksi aurinkopaneelien energiantuotanto ja kodin suurin sähkönkulutus eivät tyypillisesti osu päivän aikana samalle ajankohdalle. Sen takia ylimääräinen aurinkoenergia valuu herkästi hukkaan.

Tästä syntyy tuotannon ja kulutuksen epätasapaino, jota V2H-teknologia voi teoriassa tasoittaa seuraavalla tavalla:

• aurinkopaneelit tuottavat enemmän sähköä kuin talo tarvitsee

• ylimääräinen energia ohjataan auton akkuun

• energia varastoidaan akkuun myöhempää käyttöä varten

• Kun ilta saapuu ja aurinkotuotanto laskee tai loppuu kokonaan, talo voi käyttää energiaa auton akusta

Sähkön varastoinnin ansiosta V2H-sähköauto voi teoriassa toimia perinteisen kotiakun tapaan. Siitä saatava hyöty riippuu kuitenkin useista tekijöistä.

Sähköauton vahvuudet energiavarastona

• Suuri kapasiteetti: Kotiakun kapasiteetti on monesti vain noin 10–20 kWh, kun taas sähköautojen akut voivat mallista riippuen olla 40–100 kWh tai jopa enemmän.

• Sama akku palvelee useaa käyttötarkoitusta: Kun autoa on mahdollista käyttää myös energiavarastona, ei erillistä kotiakkua tarvita.

Sähköauton heikkoudet energiavarastona

• Koko akkukapasiteetti ei ole kodin käytössä: Auton ensisijainen käyttötarkoitus on liikkuminen, joten osa akun energiasta on aina varattava ajamiseen.

• Auto ei ole aina käytettävissä: Auton ollessa ajossa, sitä ei tietenkään voi käyttää energian varastointiin.

Yksi yleisimmistä huolenaiheista on, kuluttaako Vehicle-to-home-teknologia auton akkua nopeammin. Yksinkertainen vastaus on, että kyllä kuluttaa. Ainakin jonkin verran.

Kaikki akut kuluvat aina kun niitä ladataan ja puretaan, eikä sähköauton akusto ole poikkeus. Sen myötä V2H lisää auton akun kuormitusta, koska energiaa siirretään akkuun ja akusta ulos useammin.

Käytännössä modernit sähköautot hallitsevat kuitenkin jo nykyään akun käyttöä tarkasti, mikä vähentää kulumista.

On myös syytä suhteuttaa akun kuluminen V2H-teknologian mahdollisesti tuomiin säästöihin. Käytännössä tämä tarkoittaa sitä, että vaikka auton akku kuluisi V2H-käytössä hieman nopeammin, voivat teknologian mahdollistamat taloudelliset hyödyt ylittää akun kulumisen haitat.

Huoli akun kulumisesta on siis osin aiheellinen, mutta käytännössä oikein hallittu V2H-käyttö ei ole merkittävä riski modernien sähköautojen akustolle.

Toimiva V2H-järjestelmä edellyttää, että sähköauto, latausasema ja kodin sähköjärjestelmä tukevat energian kaksisuuntaista siirtoa. Pelkkä sähköauto tai tavallinen latausasema eivät siis vielä riitä, vaan koko kodin sähköistäminen on tärkeää siten, että järjestelmän kaikki osat toimivat yhdessä.

Kodin sähköjärjestelmässä tämä voi edellyttää esimerkiksi:

• sopivia sähköasennuksia

• suojalaitteita

• energianhallintajärjestelmää

• mahdollisia muutoksia sähköpääkeskukseen

Jos V2H-järjestelmä tukee ongelmatilanteisiin tarkoitettua varavoimatoimintoa, sen on pystyttävä myös erottamaan talo sähköverkosta sähkökatkon aikana turvallisuuden varmistamiseksi.

Kotiin asennettava V2H-järjestelmä puolestaan koostuu kolmesta pääkomponentista, jotka mahdollistavat energian siirron auton ja kodin välillä:

• Vehicle to home -latausasema: toimii sähköliikenteenohjaajana auton ja kodin sähköjärjestelmän välillä. Se ohjaa, milloin energiaa ladataan autoon ja milloin sitä puretaan kodin käyttöön.

• Invertteri: muuntaa tarvittaessa sähkön muotoa, koska auton akku käyttää tasavirtaa (DC) ja kodin laitteet vaihtovirtaa (AC).

• Energianhallintajärjestelmä (EMS): toimii järjestelmän aivoina ja suunnittelee automaattisesti milloin energiaa ladataan, varastoidaan tai käytetään.

Yhdessä nämä muodostavat kokonaisuuden, joka mahdollistaa kaksisuuntaisen latauksen ja sähköauton akun hyödyntämisen osana kodin energiajärjestelmää.

Luonnollinen perusedellytys toimivalle V2H-järjestelmälle on sähköauto, joka tukee kaksisuuntaista energiansiirtoa.

Monet autonvalmistajat ovat jo edenneet kaksisuuntaisen latauksen kehittämisessä melko pitkälle, mutta ominaisuus on silti autoissa vielä hyvin harvinainen.

Etenkin Euroopan markkinoilla ja Suomessa V2H-ominaisuuden käyttö on vielä vähäistä, koska V2H-tuki ei ole globaalisti yhtenäinen. Esimerkiksi Nissanin ja Mitsubishin V2H-sähköautojen lataus perustuu japanilaiseen CHAdeMO-latausstandardiin, jota ei tueta Euroopassa laajasti.

Euroopan markkinoilla V2H-teknologia latauspisteineen luottaa puolestaan CCS-standardiin, johon perustuvat vehicle-to-home-ratkaisut ovat vasta yleistymässä – joskin kovalla tahdilla.

V2H-teknologiaa Euroopan markkinoille kehittävät muiden muassa:

• Nissan (Leaf)

• Mitsubishi (Outlander PHEV, Eclipse Cross)

• BMW (i3, iX3)

• Volkswagen (ID-mallit)

• Kia (EV6, EV9, Niro EV)

• Hyundai (ioniq 5, ioniq 6, ioniq 9)

Merkittävin hidaste kaksisuuntaisen latauksen käyttöönotolle on vielä se, että kaksisuuntainen sähköauton lataus ja siihen yhteensopiva latausekosysteemi on vielä kehitysvaiheessa.

V2H-auto tarvitsee kaverikseen myös yhteensopivan, älykkään kaksisuuntaisen latausaseman, joka toimii linkkinä auton ja kodin sähköjärjestelmän välillä.

V2H-latausasemassa on yleensä:

• tuki kaksisuuntaiselle lataukselle, eli tuki ISO 15118 -tiedonsiirtostandardille

• yhteensopivuus V2H-toimintoja tukevien sähköautojen kanssa

• kyky ohjata energian kulkua auton ja kodin välillä

• kyky viestiä kodin energianhallintajärjestelmän kanssa

• tarvittavat suojaus- ja turvallisuustoiminnot

• mahdollisuus integroida se aurinkosähkö- ja energianhallintajärjestelmiin

Käytännössä tämä tarkoittaa sitä, että tavallinen sähköauton latausasema ei ole yhteensopiva V2H-ominaisuuden kanssa. Jotta kaksisuuntaista latausta ja kodin älykästä energianhallintaa on mahdollista hyödyntää, täytyy kotitaloudessa olla älylatausasema, joka pystyy toimimaan yhdessä sähköauton ja kodin sähköjärjestelmän kanssa.

Vehicle-to-home-teknologian kanssa yhteensopivia älylatausasemia ovat esimerkiksi:

• go-e Charger CORE

• go-e Charger PRO

• Wallbox Quasar 2

• Enphase IQ Bidirectional EV Charger

Nämä kaikki ovat älylatureita, joista löytyy V2H-valmius tulevaisuutta varten.

V2H ei ole vielä vakiintunut teknologia Suomessa, mutta kaksisuuntainen sähköauton lataus on tuloillaan muun Euroopan kehityksen mukana myös tänne. Tulevien vuosien aikana kaksisuuntaisesta latauksesta on määrä tulla hiljalleen osa normaalia sähköjärjestelmää.

Teknologian yleiseen käyttöönottoon liittyy kuitenkin rajoituksia, sillä se täytyy integroida maan sähköverkkoon turvallisesti, seuraavat asiat huomioiden:

• Sähköturvallisuus: V2H-järjestelmän käyttöönotto vaatii aina ammattilaisen asentaman hyväksytyn laitteiston ja sen on täytettävä sähköasennusten turvallisuusvaatimukset.

• Saarekekäytön estäminen: järjestelmä ei saa koskaan syöttää sähköä sähköverkkoon vahingossa. Saarekekäyttö tarkoittaa siten tilannetta, jossa talo jatkaa sähkön syöttämistä verkkoon, mikä voi saada jännitteen käyttäytymään arvaamattomasti ja aiheuttaa vaaratilanteita.

• Verkkoliityntä- ja sertifiointivaatimukset: Järjestelmän on oltava yhteensopiva sähköverkon teknisten vaatimusten kanssa. Lisäksi laitteiden on oltava hyväksyttyjä EU-standardien mukaisesti, jotta ne voidaan kytkeä kotitalouskäyttöön.

V2H:n kannattavuus ei ole yksiselitteinen, vaan se riippuu täysin siitä, miten ja millaisessa kotitaloudessa sitä käytetään. Perusidea on sama kuin kotiakussa: rahaa säästyy, jos sähköä voidaan ostaa tai tuottaa edullisesti ja käyttää myöhemmin kalliimpien tuntien sijaan.

Keskeisiä kannattavuuteen vaikuttavia tekijöitä ovat:

• sähkön hintavaihtelut

• aurinkopaneelien sähköntuotanto

• auton akun koko ja käyttöaste

• V2H-laitteiston hankinta- ja asennuskustannukset

• kuinka usein auto on kotona käytettävissä

Sähköauton kohdalla taloudellisen hyödyn arvioiminen on kuitenkin tavallista kotiakkua hankalampaa, koska sähköauton ensisijainen käyttötarkoitus ei ole olla varavirtalähde, vaan kulkuväline.

Tässä esimerkkitapauksessa aurinkopaneelit tuovat ilman V2H-järjestelmää noin 500 € vuotuisen säästön. V2H:n avulla aurinkosähkön käyttöastetta voidaan kasvattaa ja lisäksi hyödyntää pörssisähkön hintavaihteluja, jolloin kokonaissäästö nousee noin 860 euroon vuodessa. Lisähyötyä syntyy siten noin 360 € vuodessa.

HUOM! Edellä esitetty esimerkkilaskelma on vain suuntaa-antava ja yksinkertaistettu esimerkki V2H-järjestelmän mahdollisista hyödyistä. Todellinen säästö muodostuu aina tapauskohtaisesti kotitalouden ja käyttäjän mukaan.

Lähtökohtaisesti vehicle-to-home -järjestelmä on kuitenkin kannattava kotitalouksissa, joissa vuosittainen sähkönkulutus on suurta, ja joissa on käytössä aurinkosähköjärjestelmä. Mahdollinen säästö vaatii myös pörssisähkösopimuksen, jotta halpoja hintoja on mahdollista hyödyntää.

Kaksisuuntaisen latauksen valtavirtaistuminen on vielä muutaman vuoden päässä sekä yksityiskäytössä että laajemmin yhteiskunnassa.

Kuluttajatasolla teknologian laaja käyttöönotto vaatii sen, että yhä useammat uudet sähköautot tukisivat kaksisuuntaista latausta, ja että yhteensopivia latausasemia olisi saatavilla kohtuuhintaan.

Myös teknologian potentiaalisten taloudellisten hyötyjen pitäisi realisoitua todistettavasti, jotta teknologian käyttöönotosta tulisi kuluttajille houkuttelevaa.

Jos kaksisuuntainen lataus valtavirtaistuu, odotetaan etenkin V2H:n kytkeytyvän vahvasti myös tulevaisuuden älykotien kehitykseeen, jotka vaativat enemmän energiaa sekä sen käytön optimointia.

Kaksisuuntainen lataus nähdään tulevaisuudessa yhtenä keskeisenä tapana hallita koko sähköjärjestelmän vaihtelua.

Kun tuuli- ja aurinkovoiman osuus kasvaa, sähköntuotannosta tulee epätasaisempaa ja energian varastointi on entistä tärkeämpää. Sähköautojen akut sopivat tähän hyvin, koska kun miljoonat autot ovat kytkettyinä verkkoon, niistä muodostuu valtava energiavarasto.

Sähköauto ei siis ole tulevaisuudessa vain kulkuväline, vaan osa energiainfrastruktuuria.

Yhteiskunnallisella tasolla V2H-järjestelmän käyttöönotto vaatii kuitenkin yhteiset tekniset standardit ja toimivat protokollat sekä EU:n tasolla että globaalisti.

Kaksisuuntainen lataus ja V2H ovat vielä kehitteillä oleva osa tulevaisuuden energiainfrastruktuuria. Kehitystyö on kuitenkin jo pitkällä ja teknologiassa nähdään valtava potentiaali nopeasti sähköistyvässä yhteiskunnassa.

Myös tavallisen kuluttajan kannattaa pitää silmällä etenkin vehicle-to-home-teknologian kehitystä. Nimittäin juuri se on kaksisuuntaisen latauksen muoto, joka voi mullistaa kodin sähköjärjestelmän.

Kehityksen myötä vehicle-to-home voi:

• pienentää sähkölaskuja

• parantaa aurinkopaneelien hyötysuhdetta

• olla varavirtalähde

• tasata kodin energiankulutusta

V2H voi teoriassa tuoda suuria taloudellisia etuja kotitalouksille.

Tärkeintä on kuitenkin analysoida kriittisesti omaa kotitaloutta, kulutusta ja tulevaisuuden tarpeita. Vain tällä tavalla voi muodostaa realistisen kuvan siitä, miten vehicle-to-home-teknologia voisi sopia omaan kotiin.