ขณะนี้เรากำลังอยู่ในช่วงเวลาสำคัญที่จะเปลี่ยนผ่านด้านพลังงาน (Energy Transition) ไปสู่ระบบที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น ซึ่งจะส่งผลกระทบต่อห่วงโซ่การผลิตและการใช้พลังงานอย่างมีนัยสำคัญ โดยจะมีการเปลี่ยนผ่านจากการผลิตไฟฟ้าแบบรวมศูนย์ (Centralized) ด้วยเชื้อเพลิงฟอสซิล (ถ่านหิน ก๊าซธรรมชาติ และน้ำมัน) ไปเป็นแบบกระจายศูนย์ (Decentralized) โดยใช้พลังงานหมุนเวียน (แสงอาทิตย์ ลม ชีวมวล เป็นต้น) ซึ่งมีความผันผวน และไม่แน่นอน ส่งผลให้เกิดความท้าทายในการบริหารจัดการระบบไฟฟ้า

          แนวคิดหนึ่งในการแก้ปัญหานี้ คือการติดตั้งแบตเตอรี่ขนาดใหญ่ เพื่อกักเก็บพลังงานจากแสงอาทิตย์หรือลมในช่วงเวลาเหลือใช้ และจ่ายพลังงานกลับคืนในช่วงเวลาที่ต้องการ แต่อุปสรรคสำคัญก็คือจำเป็นต้องลงทุนเพิ่มเติมอย่างมหาศาล ในเมื่อเราต้องการแบตเตอรี่ ทำไมถึงไม่ใช้แบตเตอรี่ในรถยนต์ไฟฟ้า (Electric Vehicle: EV) ในช่วงเวลาที่รถจอดเฉยๆ ตามบ้านหรืออาคารสำนักงานล่ะ ดังนั้นจึงเกิดแนวคิดในการพัฒนาระบบอัดประจุไฟฟ้าแบบสองทิศทาง (Bidirectional Charging) ซึ่งจะเป็นรากฐานสำคัญต่อการพัฒนาระบบพลังงานในอนาคตอันใกล้

รูปที่ 1 รถ EV คู่กับโรงไฟฟ้าพลังงานลม

ที่มา https://zecar.com/resources/watt-is-bidirectional-charging-v2g-v2h-v2l

การอัดประจุไฟฟ้าแบบสองทิศทางมีหลักการทำงานอย่างไร

          ในการอัดประจุให้รถ EV โดยใช้ไฟจากโครงข่ายไฟฟ้า จำเป็นต้องแปลงไฟฟ้ากระแสสลับ (Alternating Current: AC) เป็นไฟฟ้ากระแสตรง (Direct Current: DC) เพื่ออัดประจุไฟฟ้าเข้าสู่แบตเตอรี่ โดยอาศัยเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า (Convertor) ซึ่งจะถูกติดตั้งอยู่ภายในรถ EV (Onboard Charger) หรือติดตั้งที่สถานีอัดประจุไฟฟ้า (Charging Station) ทำให้พลังงานไฟฟ้าไหลจากโครงข่ายไฟฟ้าเข้าสู่แบตเตอรี่ภายในรถ EV เรียกว่าเป็นการอัดประจุไฟฟ้าแบบทางเดียว (Unidirectional Charging)

รูปที่ 2 การอัดประจุไฟฟ้าด้วยกระแสตรง (Direct Current: DC) และกระแสสลับ (Alternating Current: AC)

ที่มา https://zecar.com/resources/watt-is-bidirectional-charging-v2g-v2h-v2l

          สำหรับการอัดประจุไฟฟ้าแบบสองทิศทาง (Bidirectional Charging) พลังงานไฟฟ้าสามารถไหลได้สองทิศทาง โดยอาจจะไหลจากโครงข่ายไฟฟ้าเข้าสู่รถ EV (Grid to Vehicle: G2V) หรือจากรถ EV ย้อนเข้าสู่โครงข่ายไฟฟ้า (Vehicle to Grid: V2G) หรืออุปกรณ์ไฟฟ้า (Vehicle to Load: V2L) หรือบ้านอยู่อาศัย (Vehicle to Home: V2H) ทั้งนี้รูปแบบ V2G/V2L/V2H อาศัยหลักการทำงานเช่นเดียวกับอุปกรณ์ Power Bank แบบพกพาที่ใช้สำหรับใช้ชาร์จมือถือ ซึ่งแบตเตอรี่ภายในรถ EV ก็เทียบได้กับ Power Bank ขนาดใหญ่ที่สามารถกักเก็บพลังงานเพื่อนำไปใช้งานได้หลากหลายรูปแบบ

รูปที่ 3 เปรียบเทียบรูปแบบการอัดประจุไฟฟ้าแบบทางเดียว (Unidirectional) และสองทาง (Bidirectional)

ที่มา https://zecar.com/resources/watt-is-bidirectional-charging-v2g-v2h-v2l

          อย่างไรก็ตามที่อัดประจุไฟฟ้าที่รองรับการอัดประจุแบบสองทางมีค่าใช้จ่ายที่สูงกว่าแบบทางเดียว จากข้อมูลของที่อัดประจุแบบสองทิศทางของ Wallbox Quasar ที่ขายในราคา 10,000 ดอลล่าร์ (ราคาเทียบเท่าการติดตั้งแบตเตอรี่ขนาด 13.3 kWh และอุปกรณ์อินเวอร์เตอร์สำหรับใช้งานที่บ้าน) สำหรับ 1-phase AC charging ขนาด 7.4 kW ซึ่งรองรับมาตรฐานหัวชาร์จ DC ระบบ CHAdeMo และเชื่อมต่อกับ Application ควบคุมผ่าน Wi-Fi, Bluetooth และ 4G โดยในอนาคตคาดการณ์ว่าราคาอุปกรณ์จะลดลงอย่างมาก เช่นเดียวกับราคาต้นทุนแผงโซล่าร์และแบตเตอรี่ ส่งผลให้การใช้งานรูปแบบ V2G/V2L/V2H จะเป็นที่แพร่หลายมากขึ้น

รูปที่ 4 การติดตั้งที่อัดประจุแบบสองทิศทางของ Quasar Wallbox

ที่มา https://zecar.com/resources/watt-is-bidirectional-charging-v2g-v2h-v2l

เราสามารถบริหารจัดการพลังงานด้วย EV ร่วมกับบ้านได้อย่างไร

          รูปแบบ V2H เพื่อจ่ายพลังงานจากรถ EV ให้แก่อุปกรณ์ไฟฟ้าภายในบ้าน จะช่วยให้เราสามารถบริหารจัดการพลังงานไฟฟ้าภายในบ้าน โดยการชาร์จรถ EV ในช่วงเวลาที่ค่าไฟฟ้าถูก คือช่วง Off-Peak สำหรับอัตราค่าไฟฟ้าประเภท TOU (Time of Use) และจ่ายไฟจากรถ EV ให้บ้านในช่วงเวลาที่ค่าไฟฟ้าแพง คือช่วง On Peak ทำให้สามารถประหยัดค่าไฟฟ้าที่ซื้อจากระบบ (Load Shifting) และถ้าหากสามารถชาร์จไฟจากแผงโซล่าร์บนหลังคาเข้าสู่รถ EV จะทำให้เราสามารถบริหารจัดการพลังงานภายในบ้านโดยไม่จำเป็นต้องติดตั้งแบตเตอรี่เพิ่มเติม ส่งผลให้ลดการพึ่งพิงไฟฟ้าจากระบบ ส่งเสริมการบริหารจัดการพลังงานในบ้านในรูปแบบ Microgrid

          นอกจากนั้นในต่างประเทศการจ่ายไฟฟ้าจากรถ EV เข้าสู่โครงข่ายในรูปแบบ V2G ยังได้รับค่าตอบแทนอีกด้วย จึงเป็นแรงจูงใจให้คนหันมาใช้รถ EV มากขึ้นอันเนื่องมาจากความสามารถในการประยุกต์ใช้งานที่หลากหลายรูปแบบ นอกเหนือไปจากใช้เพื่อการขับขี่ โดยมีการประเมินว่าอัตราการใช้ประโยชน์ (Utilization Degree) ของแบตเตอรี่ในรถ EV กรณีใช้เพื่อการขับขี่เพียงอย่างเดียวจะอยู่ที่ 7% และสูงถึง 41% ในกรณีที่ใช้ทั้งเพื่อการขับขี่และ V2H โดยหากใช้ร่วมกับฟังค์ชั่น V2G จะยิ่งทำให้อัตราการใช้ประโยชน์สูงกว่านี้

รูปที่ 5 การบริหารจัดการแบตเตอรี่ในรถ EV ในรูปแบบ Vehicle to Home (V2H) ร่วมกับโซล่าร์ และไฟฟ้าจากระบบ

ที่มา https://zecar.com/resources/watt-is-bidirectional-charging-v2g-v2h-v2l

รูปที่ 6 การบริหารจัดการแบตเตอรี่ในรถ EV ในรูปแบบ Vehicle to Home (V2H) จะช่วยลดการใช้ไฟฟ้าจากระบบ

ที่มา https://zecar.com/resources/watt-is-bidirectional-charging-v2g-v2h-v2l

รถ EV รุ่นไหนบ้างรองรับการอัดประจุไฟฟ้าแบบสองทิศทาง

          ปัจจุบันมีเพียง EV ไม่กี่รุ่นเท่านั้นที่รองรับการใช้งานรูปแบบ V2L/V2G/V2H ยกตัวอย่างเช่น กรณี Nissan Leaf (ZE1) ซึ่งเป็นรถ EV แบบ 100% รุ่นแรกที่รองรับการใช้งานทั้งรูปแบบ V2G และ V2H โดยหากนำรุ่น Nissan Leaf e+ (ราคา 61,490 ดอลล่าร์) ที่มีขนาดแบตเตอรี่ความจุ 62 kWh มาใช้งานในรูปแบบ V2H เพื่อจ่ายไฟให้กับบ้านอยู่อาศัยขนาดกลางซึ่งมีการใช้ไฟฟ้าเฉลี่ยวันละ 20 kWh จะสามารถรองรับการใช้งานได้สูงสุดถึง 3 วัน โดยมีการประเมินว่าขนาดแบตเตอรี่ที่เพิ่มขึ้น 1 kWh จะมีค่าใช้จ่ายเพิ่มขึ้นประมาณ 300 ดอลล่าร์ สำหรับรถ EV รุ่นที่ต้องการขับขี่เป็นระยะทางไกลมากกว่ารุ่นปกติ

รูปที่ 7 รถ EV รุ่นที่สามารถรองรับการใช้งานรูปแบบ V2L/V2G/V2H

ที่มา https://zecar.com/resources/watt-is-bidirectional-charging-v2g-v2h-v2l

รูปที่ 8 รถ Nissan Leaf รุ่น e+ และคุณสมบัติรองรับการใช้งานรูปแบบ V2G และ V2H

ที่มา https://ev-database.org/car/1144/Nissan-Leaf-eplus#charge-table

          ปัจจุบันมาตรฐานหัวชาร์จรถ EV ทั้งระบบ DC และ AC มีหลากหลายรูปแบบ โดย CHAdeMO เป็นรูปแบบสำหรับระบบ DC ที่ใช้งานสำหรับรถค่ายญี่ปุ่น ส่วนรถค่ายยุโรปและอเมริกาจะใช้รูปแบบ CCS (Combined Charging System) ที่มีการประยุกต์ใช้ร่วมกับระบบควบคุมการอัดประจุด้วย PLC (Power Line Communication) ซึ่งเป็นระบบที่สามารถสื่อสารระหว่างตัวรถ EV กับระบบโครงข่ายไฟฟ้าได้โดยตรง จึงสามารถเข้าร่วมเป็นส่วนหนึ่งของการบริหารจัดการระบบโครงข่ายแบบอัจฉริยะ หรือ Smart Grid ในขณะที่รูปแบบ CHAdeMo จำเป็นต้องติดตั้งอุปกรณ์เพิ่มเติม ซึ่งยังไม่เป็นที่นิยมแพร่หลาย

รูปที่ 9 มาตรฐานหัวชาร์จรถ EV รูปแบบต่างๆ ทั้งระบบ AC และ DC

ที่มา https://thedriven.io/2018/12/10/what-is-ccs-charging/

การอัดประจุไฟฟ้าแบบสองทิศทางจะทำให้แบตเตอรี่เสื่อมเร็วขึ้นไหม

          แบตเตอรี่ภายในรถ EV ก็เหมือนกับแบตเตอรี่ในโทรศัพท์มือถือ ทุกครั้งที่มีการชาร์จ จะทำให้แบตเตอรี่เสื่อมทีละน้อย ในทางทฤษฎีแล้ว การใช้งานฟังก์ชั่นแบตเตอรี่ของรถ EV เพื่อวัตถุประสงค์อื่น จะส่งผลให้ต้องชาร์จแบตเตอรี่เพิ่มมากกว่าปกติ ดังนั้นจะส่งผลให้แบตเตอรี่เสื่อมเร็วขึ้นเพิ่มเติมจากการใช้งานเพื่อการขับขี่เท่านั้น จากผลการประเมินพบว่าจะทำให้แบตเตอรี่ในรถ EV เสื่อมเพิ่มขึ้นปีละ 0.3% โดยหลังจากการใช้งานเป็นเวลา 8 ปี จะส่งผลให้ความจุของแบตเตอรี่ลดลง 3.3 kWh เทียบเท่าระยะทางขับขี่ที่ลดลงประมาณ 20 กิโลเมตร แต่เมื่อคำนึงถึงผลประโยชน์ที่เพิ่มขึ้นจากการใช้งานก็ถือว่าคุ้มค่า

อีกนานไหมกว่ารถ EV ที่รองรับการอัดประจุไฟฟ้าแบบสองทิศทางจะแพร่หลาย

          ปัจจุบันการใช้งานรถ EV ในรูปแบบ V2L ซึ่งเป็นรูปแบบพื้นฐานของระบบอัดประจุไฟฟ้าแบบสองทิศทางสามารถรองรับโมเดลรถรุ่นใหม่ของหลายค่าย เช่น Hyundai, Kia และ BYD โดยการใช้งานจำเป็นต้องเสียบตัวแปลง (Adapter) เข้ากับตัวรถ EV เพื่อให้สามารถใช้งานแบตเตอรี่ภายในรถ EV เสมือนแบตเตอรี่แบบพกพา (Portable Battery Pack) ซึ่งรองรับระบบไฟฟ้า AC ที่แรงดัน 120/240 V

รูปที่ 10 การใช้งานระบบ V2L ผ่านตัวแปลง (Adapter)

ที่มา https://zecar.com/resources/watt-is-bidirectional-charging-v2g-v2h-v2l

          สำหรับการใช้งานรถ EV สำหรับบ้านอยู่อาศัย ในรูปแบบ V2H และ V2G ซึ่งต้องใช้งานคู่กับที่อัดประจุไฟฟ้าแบบสองทิศทาง โดยปัจจุบันยังคงมีค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมที่สูง จึงยังคงต้องใช้เวลาอีกอย่างน้อย 2 – 3 ปี กว่าจะเป็นที่แพร่หลาย และสามารถใช้งานเชิงพาณิชย์

ฝ่ายนวัตกรรมและพัฒนาการกำกับกิจการพลังงาน

สำนักงานคณะกรรมการกำกับกิจการพลังงาน

ตุลาคม 2565

แปลและเรียบเรียงจาก   

https://zecar.com/resources/watt-is-bidirectional-charging-v2g-v2h-v2l