Smart Charging: Todo lo que necesitas saber

Se espera que el número de vehículos eléctricos en todo el mundo alcance los 230 millones antes de que termine la década, a medida que los gobiernos continúan invirtiendo en vehículos eléctricos y en infraestructura de recarga para combatir el cambio climático. El aumento de la demanda de electricidad derivado del crecimiento del parque de vehículos eléctricos supone un reto para la red eléctrica. La recarga no controlada provoca picos de demanda que tensionan el sistema eléctrico y pueden comprometer su capacidad. La eMobility depende de una red resiliente, respaldada por soluciones tecnológicas que mitiguen el impacto de los vehículos eléctricos. Lejos de representar una catástrofe, este escenario nos brinda la oportunidad de crear una versión mejorada y más flexible de nuestros sistemas energéticos actuales. Para cargar vehículos eléctricos de forma sostenible a gran escala, necesitamos Smart Charging.

1. ¿Qué es el Smart Charging?

El Smart Charging es un sistema que supervisa, gestiona y limita las estaciones de recarga con el fin de optimizar el consumo energético. Permite controlar cuándo y a qué velocidad se carga un vehículo eléctrico al conectarlo a la red. Las técnicas de Smart Charging aprovechan el tiempo y la potencia, dando lugar a distintos perfiles y estrategias que permiten acelerar, ralentizar o detener la recarga. Al cargar automáticamente los vehículos eléctricos fuera de las horas punta, se evita la congestión de la red y se minimiza su impacto. El Smart Charging ajusta la demanda para que siempre haya suficiente energía disponible sin comprometer la capacidad de la red. Además, facilita la integración de más fuentes de energía renovable, como la solar y la eólica, en el sistema energético.

2. Cómo funciona el Smart Charging

El Smart Charging conecta los puntos de recarga con los usuarios y los operadores. Cuando un vehículo eléctrico se conecta, la estación de recarga envía información como el tiempo y la velocidad de carga a una plataforma de gestión de recarga de vehículos eléctricos basada en la nube. De forma automática, la plataforma también recibe y analiza datos adicionales sobre la capacidad de la red y el uso actual de la energía. Esta información se utiliza posteriormente para decidir cómo y cuándo se cargan los vehículos eléctricos. De este modo, los operadores de red pueden regular de forma remota el consumo energético a través de una plataforma de gestión de recarga de vehículos eléctricos, y los conductores pueden configurar las funcionalidades de Smart Charging mediante su aplicación móvil.

3. Tipos de Smart Charging

El Smart Charging se puede dividir en dos tipos principales: la recarga gestionada por el usuario (UMC) y la recarga gestionada por el proveedor (SMC).

3.1. Recarga gestionada por el usuario

El conductor de un vehículo eléctrico utiliza tarifas por franjas horarias para cargar durante las horas valle, cuando la electricidad es más económica.

3.2. Recarga gestionada por el proveedor

La recarga y descarga gestionadas por el proveedor se basan en múltiples señales, como la producción de energía en tiempo real, el consumo energético local, la información sobre el estado de carga, entre otras. V2G, V2B y V2H son enfoques avanzados de recarga gestionada por el proveedor.

El Smart Charging V2G puede inyectar electricidad de nuevo en la red y ayudar a los operadores de puntos de recarga y a los operadores del sistema a gestionar el consumo energético y aumentar el uso de energías renovables.

V2B/V2H: durante este tipo de recarga, los vehículos suministran energía al hogar o al edificio. La capacidad de almacenamiento de las baterías convierte a los vehículos eléctricos en una solución flexible para el sistema eléctrico.

4. Técnicas de Smart Charging

El Smart Charging gestiona de forma eficiente cómo se carga un vehículo eléctrico al conectarlo a la red mediante tres técnicas principales: load shifting, peak shaving y dynamic load balancing.

5. Los beneficios del Smart Charging

Las tecnologías de Smart Charging están diseñadas para mejorar la eficacia y la eficiencia del consumo energético. La recarga en el hogar y en los lugares de trabajo suele producirse durante periodos de alta demanda del sistema eléctrico. Un sistema energético más inteligente puede minimizar los picos de demanda y maximizar el uso de electricidad renovable de bajas emisiones de carbono.

5.1. Uso óptimo de la red

El Smart Charging permite a los operadores de red supervisar la recarga de forma remota, establecer límites de consumo energético y garantizar que no se supere la capacidad energética disponible en una ubicación determinada.

Al regular el flujo de energía en función de los picos y valles de la demanda energética, el Smart Charging crea un sistema energético resiliente capaz de soportar los aumentos de demanda provocados por la recarga de vehículos eléctricos. Además, al aprovechar las capacidades del Smart Charging, el sistema evita la congestión y la necesidad de invertir miles de millones en el refuerzo de las redes eléctricas mediante ampliaciones de potencia.

5.2. Facturas energéticas más bajas para los consumidores

Cuando un conductor conecta su vehículo a un cargador inteligente, la recarga no necesariamente comienza de inmediato. Mediante la programación inteligente y las tarifas basadas en franjas horarias, los conductores pueden estar seguros de que ahorrarán dinero y energía al cargar automáticamente cuando la electricidad es más barata y dentro de los límites máximos de energía previamente definidos.

5.3. Recarga más rápida y segura

El Smart Charging utiliza la velocidad máxima de recarga óptima disponible. Para ello, tiene en cuenta la potencia máxima disponible, la capacidad de recarga del vehículo (que varía según la marca y el modelo), otros vehículos que puedan estar cargando simultáneamente, otros consumidores de energía, la capacidad de potencia de la estación de recarga y la conexión a la red eléctrica.

5.4. Mayor uso de energías renovables

Nuestros sistemas energéticos futuros deben incluir fuentes de energía renovable. Los vehículos eléctricos representan una oportunidad para maximizar los beneficios medioambientales e introducir una proporción mucho mayor de energías renovables en el mix global de generación eléctrica.

6. Las cuatro capas esenciales del Smart Charging

6.1. Capa técnica

Esta capa incluye la tecnología (la estación de recarga, el vehículo y el sistema de gestión de recarga de vehículos eléctricos) y los datos que hacen posible el Smart Charging. Existen tres elementos clave en la capa técnica:

• Debe existir un medio para enviar y recibir una señal de control.
• Los datos relativos al consumo de energía, el estado de carga y el precio deben intercambiarse.
• Las capacidades máximas de recarga deben determinarse en función de la capacidad del vehículo, el tipo de estación de recarga y la conexión a la red eléctrica.

El Smart Charging se habilita mediante un sistema de gestión de recarga de vehículos eléctricos que utiliza información procedente del vehículo, de la estación de recarga o incluso de un sistema energético doméstico para determinar cuándo y a qué velocidad debe cargarse un vehículo. Una señal de control capaz de iniciar y detener la recarga es la forma más simple de Smart Charging. Para un uso óptimo del Smart Charging, se necesitan datos sobre el consumo de energía, el estado de carga de la batería y otros parámetros, tal y como se muestra en la tabla siguiente.

El Smart Charging optimiza el consumo energético total en una ubicación y minimiza los costes. Tiene en cuenta la potencia disponible en un lugar determinado, otros consumidores de energía y la existencia de fuentes de energía renovable que puedan respaldar la recarga.

Además del consumo energético, el Smart Charging también debe tener en cuenta la diversidad de usuarios y priorizar la velocidad de recarga y el acceso en función de la suscripción o el plan tarifario de cada usuario.

6.2. Capa de comunicación

La estación de recarga, el vehículo y el sistema de gestión energética deben poder comunicarse entre sí de forma segura. Cuanta más información esté disponible mediante el intercambio de datos, mejor podrá personalizarse el sistema. La estación de recarga y el sistema de gestión pueden tomar decisiones más acertadas basándose en el estado de carga de la batería del vehículo, la hora a la que el conductor necesita salir, la distancia que debe recorrer y la disponibilidad de energía renovable que pueda utilizarse.

Existen tres métodos principales de comunicación:

• Smart Charging a través de la infraestructura de recarga

En este método, el operador de la red envía una señal al CPMS backend que se transmite al punto de recarga, permitiendo que el vehículo se cargue más rápido o más lento.

• Smart Charging a través del vehículo

En este método, el fabricante del vehículo recibe información en tiempo real sobre el coche y puede enviarle instrucciones. La señal de Smart Charging se transmite a través del fabricante del vehículo hasta el vehículo eléctrico, que ajusta la recarga para que sea más rápida o más lenta.

• Smart Charging a través del sistema de gestión energética

Las señales de Smart Charging también pueden enviarse a través de un sistema de gestión energética que puede proteger la red frente a sobrecargas cuando las estaciones de recarga de vehículos eléctricos están conectadas al edificio.

El papel de los estándares de comunicación abiertos

Los estándares abiertos en la comunicación entre las estaciones de recarga, los CPMS y los vehículos son fundamentales para el Smart Charging. Gracias a ellos, los datos pueden ser accesibles, compartidos y recopilados por todos los actores de la cadena de valor del vehículo eléctrico, lo que permite mejorar los servicios y planificar el desarrollo futuro de la infraestructura. Además, fomentan la innovación y la competencia, lo que se traduce en mejores servicios y precios más bajos para los conductores de vehículos eléctricos.

• Open Charge Point Protocol (OCPP)

Se trata de un protocolo de comunicación abierto que conecta las estaciones de recarga con soluciones de software de gestión backend. Además de garantizar la interoperabilidad entre estaciones de recarga de vehículos eléctricos existentes y nuevas, OCPP reduce el impacto creciente sobre la red eléctrica actual al facilitar la gestión dinámica de la carga. El Smart Charging requiere la transmisión de señales de control; por ello, es fundamental que los cargadores y los sistemas de gestión backend puedan comunicarse entre sí independientemente de la marca.

• ISO15118

Además de garantizar que el punto de recarga pueda comunicarse con el CPMS, el vehículo eléctrico también debe ser capaz de comunicarse con cualquier punto de recarga. ISO 15118 es un protocolo de comunicación entre los vehículos eléctricos y los puntos de recarga que hace posible esta interoperabilidad. Permite funcionalidades de Plug and Charge, en las que la autorización para iniciar la recarga se realiza simplemente conectando el vehículo al cargador, lo que simplifica la experiencia de recarga para el conductor.

• Open Automated Demand Response (OpenADR)

OpenADR es un protocolo de comunicación que permite a los proveedores de electricidad y a los operadores del sistema comunicar eventos de Demand Response (DR) e información sobre precios. Esto ayuda a las empresas eléctricas a implementar nuevos enfoques para el desplazamiento de la carga eléctrica mediante el envío de mensajes automatizados a los edificios, solicitando su participación en un evento de carga o indicando un cambio en el precio de la electricidad.

6.3. Capa organizativa

Esta capa incluye a todos los actores de la cadena de valor de la recarga de vehículos eléctricos:

• El conductor de vehículo eléctrico
• El fabricante del vehículo
• El operador de puntos de recarga
• El proveedor de servicios de movilidad eléctrica
• El operador de la red eléctrica
• El proveedor de energía

Cada uno tiene necesidades e intereses diferentes en lo que respecta al Smart Charging:

Conductores de vehículos eléctricos

Los conductores de vehículos eléctricos necesitan una variedad de opciones de Smart Charging, así como funciones de adhesión (opt-in), exclusión (opt-out) y cargar ahora, que prevalezcan sobre otras limitaciones. También necesitan poder elegir entre cargar cuando la electricidad es más barata o cargar de la forma más sostenible posible, utilizando paneles solares u otras fuentes de energía renovable.

Operadores de puntos de recarga

Los operadores de puntos de recarga deben satisfacer las necesidades de movilidad de los consumidores y ofrecer servicios de flexibilidad, lo que da lugar a un número cada vez mayor de modelos de negocio para los CPO.

Proveedores de energía

Los proveedores de energía son responsables de garantizar un suministro eléctrico continuo, por lo que pueden utilizar el Smart Charging para prevenir desequilibrios en el sistema y ofrecer una solución ante cambios inesperados en el suministro de energía.

Operadores de la red eléctrica

Los operadores de la red eléctrica deben ser capaces de mantener el equilibrio energético de la red incluso durante los picos de demanda y utilizar distintas formas de energía renovable para respaldarla. El Smart Charging ofrece una solución al permitir retrasar temporalmente la recarga de los vehículos eléctricos o reducir su velocidad de carga durante los periodos de máxima demanda.

El Smart Charging requiere que todas las partes interesadas trabajen de forma conjunta para desarrollar normas que satisfagan a los conductores de vehículos eléctricos, cumplan los objetivos de sostenibilidad y garanticen modelos de ingresos sólidos para las partes comerciales.

6.4. Capa legal

El marco legal de contratos, leyes y normativas determinará cómo y en qué medida se utiliza el Smart Charging. Es necesario desarrollar leyes y regulaciones eficaces que permitan a las distintas partes interesadas trabajar de forma conjunta.
Un ejemplo de este tipo de normativas son las nuevas leyes de Smart Charging del Reino Unido, que establecen que, a partir de junio de 2022, será ilegal vender e instalar puntos de recarga domésticos y para lugares de trabajo que no cumplan con la normativa Electric Vehicles (Smart Charge Points) Regulations 2021. Estas regulaciones tienen como objetivo maximizar el uso de tecnologías inteligentes para proteger la red eléctrica y beneficiar a los consumidores con tarifas de electricidad más económicas. Algunos de los requisitos son responsabilidad de los fabricantes, mientras que otros dependen del sistema de gestión de recarga de vehículos eléctricos (CPMS) utilizado para operar los puntos de recarga. Esto significa que las empresas deberán contar tanto con los cargadores adecuados como con el CPMS correcto para cumplir con la normativa del Reino Unido y poder comercializar estos cargadores.

7. Oportunidades futuras del Smart Charging

7.1. Plantas eléctricas virtuales

Una planta eléctrica virtual (VPP, por sus siglas en inglés) es un conjunto de activos energéticos descentralizados que pueden controlarse de forma remota como una sola entidad. Integra distintos tipos de fuentes de energía para ofrecer un suministro eléctrico global fiable. Si consideramos un único vehículo eléctrico, la flexibilidad que aporta es muy limitada. Sin embargo, cuando los vehículos eléctricos se agregan, pueden complementarse entre sí y dar lugar a una planta eléctrica virtual (VPP). Las VPP pueden utilizarse para proporcionar flexibilidad en los mercados de respuesta a la demanda y desempeñarán un papel cada vez más importante en la transición energética. El mercado para este tipo de flexibilidad es amplio, pero la oportunidad en el ámbito residencial sigue estando en gran medida sin explotar. Las empresas que consigan crear grandes VPP a partir de vehículos eléctricos residenciales capturarán un valor significativo.

7.2. Recarga bidireccional – V2G, V2H, V2X

El siguiente paso en el Smart Charging es la recarga bidireccional, en la que el vehículo se utiliza como sistema de almacenamiento de energía. Esto se conoce como V2G o V2X. La energía almacenada en los vehículos eléctricos puede utilizarse para abastecer hogares o incluso devolverse a la red eléctrica. Los vehículos eléctricos pueden apoyar a la red durante periodos de alta demanda o almacenar energía generada localmente a partir de fuentes renovables para suministrarla por la noche. Este enfoque aún se encuentra en gran medida en fases experimentales y requiere un mayor desarrollo para garantizar un funcionamiento eficiente.

8. Soluciones e innovaciones en Smart Charging habilitadas por software

A medida que aumenta la penetración de los vehículos eléctricos, la gestión de la recarga se volverá crucial para reducir los costes y el impacto sobre la red eléctrica. Sin capacidades de Smart Charging escalables e incentivos que alineen el comportamiento de los conductores con horarios de recarga de menor coste, la red probablemente requerirá costosas actualizaciones de infraestructura. Las tecnologías y capacidades de Smart Charging fomentan eficazmente la participación de los conductores de vehículos eléctricos, estabilizan la demanda eléctrica y permiten un uso eficiente de las fuentes de energía renovable.

De cara al futuro, los avances tecnológicos basados en protocolos abiertos, hardware inteligente y plataformas de software flexibles aportarán beneficios adicionales al Smart Charging. Para seguir siendo competitivos y mantenerse al día, los propietarios de negocios de recarga de vehículos eléctricos deben adoptar una visión a largo plazo y elegir socios tecnológicos que les permitan adaptarse a los cambios del sector.

AMPECO es un líder global en software de gestión de recarga de vehículos eléctricos y ofrece a los operadores de red una solución todo en uno que aborda los retos energéticos mediante capacidades de Smart Charging. Facilita la respuesta a la demanda y la automatización de la energía distribuida con OpenADR. Conecta hogares y empresas con las compañías eléctricas para gestionar las fluctuaciones de potencia ajustando el consumo energético en función de la demanda de la red. La API de AMPECO se integra de forma fluida con contadores inteligentes, sistemas de gestión de edificios y fuentes de energía renovable para maximizar la eficiencia.

En el mercado de la recarga doméstica, los operadores de red pueden ofrecer a los propietarios eficiencia y comodidad mediante funcionalidades de Smart Charging como tarifas eléctricas flexibles y programación inteligente para reducir costes.