Terwijl het tanken van een benzineauto voor de meesten van ons een eenvoudig proces is, kan het opladen van een elektrische auto op verschillende manieren gebeuren. Hoewel het idee eenvoudig is – elektriciteit overbrengen naar de accu van de auto – bestaan er verschillende manieren van opladen. Hoe werken ze, wat is het verschil en waarom zouden we dat überhaupt moeten willen weten?
Waarom EVolution
Over elf jaar moeten nieuw verkochte auto’s in de EU emissieloos zijn. Naarmate de verkoop stijgt, zijn elektrische voertuigen klaar om het Europese wagenpark koolstofvrij te maken. Waar beginnen we? Wat zijn de vooruitzichten voor de komende jaren? Nu de deadline is vastgesteld, vinden we het bij Innovation Origins belangrijk om ons publiek meer te informeren over dit onderwerp. Vandaar deze serie: EVolution. Bij IO zijn innovatie en technologie onze core business, dus richten we ons in deze serie op enkele van de meest besproken – en soms controversiële – aspecten van elektrische mobiliteit.
Wisselstroom en gelijkstroom
Het eerste onderscheid dat we moeten maken, is tussen de twee soorten elektrische stroom: wisselstroom (alternating current, AC) en gelijkstroom (direct current, DC). Bij wisselstroom wisselt de elektrische stroom periodiek van richting, van positief naar negatief. De omschakeling gebeurt snel in Hertz-intervallen (Hz), waarbij elke Hz gelijk is aan één positieve en één negatieve cyclus. De standaardspanning in Nederland is 230 volt met een frequentie van 50 Hz, wat betekent dat de stroom 100 keer per seconde van richting verandert. Wisselspanning wordt geproduceerd met behulp van een wisselstroomdynamo, een apparaat met een draadlus die ronddraait in een magnetisch veld. De draad kan op verschillende manieren ronddraaien: met een stoomturbine, stromend water of een windmolen. Wisselstroom kan gemakkelijk over lange afstanden worden getransporteerd, vandaar dat de stopcontacten thuis of op kantoor wisselstroom bevatten.
Bij gelijkstroom stroomt de elektriciteit altijd in dezelfde richting, is de polariteit constant en verandert ook de spanning niet. We genereren gelijkstroom door een wisselstroomgenerator uit te rusten met een commutator of door een zogenaamde gelijkrichter te gebruiken om wisselstroom om te zetten in gelijkstroom. Daarnaast genereren accu’s ook gelijkstroom door de interne chemische reactie. In principe werken alle apparaten die op batterijen werken – zoals je laptop en je smartphone – op gelijkstroom, waarbij adapters voor de omzetting zorgen.
Opladen met wisselstroom of gelijkstroom?
EV’s kunnen worden opgeladen met wisselstroom of gelijkstroom. Je weet nu dat de elektriciteit uit je stopcontacten thuis AC is, net zoals de meeste oplaadpunten in je buurt. DC-laadpunten vind je meestal langs snelwegen en op strategische punten in steden. Nu we weten hoe AC en DC zich van elkaar onderscheiden, wat is dan het verschil tussen opladen op AC of DC?
Het belangrijkste verschil tussen gelijkstroom- en wisselstroomopladen is de plaats waar de elektriciteit wordt omgezet. Bij het opladen op een gelijkstroompunt vindt het conversieproces plaats in het laadstation, waardoor gelijkstroom rechtstreeks naar de batterij stroomt. Dit proces is tijdbesparend omdat het laadpunt efficiënter is dan de omvormer in de auto. Bij wisselstroom daarentegen moet de auto de omzetting uitvoeren – via de ingebouwde lader – en vervolgens gelijkstroom leveren aan de batterij.
Omdat de omvormer van de auto wordt omzeild bij gelijkstroomopladen, kan deze meer vermogen leveren. AC-laadpunten leveren tot 23 kWh, terwijl DC-laadpunten meer dan vijftig kWh leveren. Dit resulteert in stations die tot 400 kW vermogen kunnen leveren – elke EV heeft een ander pieklaadvermogen – waardoor er sneller kan worden bijgevuld. DC-laadpunten staan dan ook bekend als snellaadpunten, terwijl het opladen op wisselstroom meer tijd in beslag neemt.
De laadcurve begrijpen
Opladen met gelijkstroom kan tot tien keer sneller gaan dan opladen met wisselstroom. De laadcurve is een ander belangrijk aspect om te begrijpen bij het vergelijken van de twee laadmethodes. Deze curve geeft de snelheidsvariatie weer waarmee een EV oplaadt tijdens een oplaadsessie.
De grafieken hieronder tonen dat AC-lading eruitziet als een vlakke lijn, gezien de kleine afmetingen van de ingebouwde lader van de auto die een beperkte hoeveelheid stroom aankan. Gelijkstroomlading creëert een degressieve laadcurve, waarbij de EV-batterij een snellere energiestroom aanvaardt wanneer er een lagere ladingstoestand (SOC) is en vervolgens geleidelijk minder vermogen nodig heeft naarmate de maximale capaciteit wordt bereikt. Dit verklaart ook waarom we meer snellaadpunten zien langs de snelwegen, omdat ze stroom leveren in minder tijd, waardoor je snel energie hebt om je reis te voltooien.
Thuis opladen
De mogelijkheid om je auto thuis op te laden is een grote verandering in het bezit van een EV. Het is betaalbaarder en handiger. Hoe doe je dat? Technisch gezien kun je je auto opladen via één van je stopcontacten thuis – ook wel druppelladen genoemd en bekend als mode one charging. Hoe eenvoudig het ook lijkt, deze oplossing is de langzaamste manier om je auto op te laden, met een maximale oplaadsnelheid van 3 kW – wat betekent dat het ongeveer een dag zou duren om een gemiddelde batterij van 64 kWh op te laden. Bovendien zijn de stopcontacten thuis niet ontworpen om een continue hoge lading te dragen, dus op deze manier opladen kan behoorlijk onveilig zijn.
Daarom installeren veel EV-eigenaars thuis een wallbox. Een wallbox is een AC laadstation dat sneller elektriciteit levert dan stopcontacten – sommige wallboxen kunnen tot 22 kWh leveren, hetzelfde als sommige publieke AC laadstations. Bovendien heb je met een wallbox ook meer controle over het opladen: je kunt bijvoorbeeld beslissen hoe lang je oplaadt of opladen wanneer de elektriciteit goedkoper is. Wallboxes – of opladen met modus twee – moeten door een technicus worden geïnstalleerd en zijn ook te vinden op de parkeerplaats van je kantoor. Hun prijs varieert afhankelijk van het vermogen dat ze leveren en van hun functies, maar sommige zijn er al vanaf €100.
Kosten
Thuis opladen is vooral goedkoper voor huishoudens met zonnepanelen, maar over het algemeen is het voordeliger dan opladen bij een openbaar oplaadpunt voor gelijkstroom of wisselstroom. Thuis betaal je kosten per kilowatt op basis van je elektriciteitscontract – ongeveer €0,25 tot €0,30 per kWh in Nederland. Deze kosten lopen gemakkelijk op wanneer je je auto buitenshuis oplaadt.
Volgens een analyse van de Nederlandse markt door Tap Electric kost een AC-lader gemiddeld €0,44 per kWh. Een kWh aan een snellaadpunt kost gemiddeld € 0,72. Uit het onderzoek bleek ook dat thuisladen met een variabel contract gemiddeld € 0,19 per kWh kost. Een eenmalige lading is duurder, dus EV-laadbedrijven verkopen ook laadpassen, die een bundel kWh aanbieden tegen een lagere prijs.
Door wat rekenwerk te verrichten op de gepresenteerde cijfers, kunnen we gemakkelijk de verschillende oplaadkosten berekenen, door het volledig opladen van een 64 kWh batterij te simuleren.
- Thuis opladen met een wallbox met een elektriciteitsprijs van €0,19 per kWh: €0,19 x 64 kWh = €12,16
- Opladen bij een openbaar AC-laadpunt, uitgaande van een gemiddelde kostprijs van €0,44 per kWh: €0,44 x 64 kWh = €28,16
- Opladen bij een publiek DC oplaadpunt, uitgaande van een gemiddelde kostprijs van €0,72 per kWh: €0,72 x 64 kWh = €46,08
Het oplaadnetwerk
Het Nederlandse oplaadnetwerk is het dichtste binnen de Europese Unie, met 699 oplaadpunten per 100.000 inwoners, zo blijkt uit het ChargeUP Europe 2023 Industry Report. De meeste oplaadpunten zijn AC-laadpunten, met een meer wijdverspreide aanwezigheid in steden.
Terwijl we het opladen van EV afronden, zullen we in de volgende aflevering ook EVolution afronden. We kijken dan naar de vooruitzichten van EV in Europa en wat we de komende jaren kunnen verwachten.
