Likström och Växelström: Skillnader vid elbilsladdning

Elektrifieringen av transportsektorn är i full gång, och allt fler svenskar väljer att byta ut sina bensin- och dieselbilar mot elbilar och laddhybrider. Med detta skifte kommer också nya begrepp och tekniker, inte minst när det gäller hur vi laddar våra fordon. Två centrala begrepp inom elvärlden är likström (DC) och växelström (AC), och för den som laddar eller funderar på att installera laddinfrastruktur är det viktigt att förstå skillnaden mellan dessa två typer av el och hur de påverkar laddningsprocessen.

I den här artikeln reder vi ut grunderna kring likström och växelström, förklarar varför du oftast laddar med AC hemma eller på jobbet medan snabbladdning längs vägen sker med DC, och hur dessa principer påverkar installation och hantering av större laddinfrastrukturer för till exempel bostadsrättsföreningar och företag.

Grundläggande ellära: Vad är spänning, ström och effekt?

Innan vi dyker ner i AC och DC är det bra att repetera några grundläggande elektriska begrepp.

• Spänning (Volt, V): Tänk på spänning som den kraft som ”trycker” på de elektriska laddningarna. Högre spänning innebär en starkare drivkraft. I svenska vägguttag har vi vanligtvis 230 Volt växelspänning.
• Ström (Ampere, A): Ström är själva flödet av elektroner. Ju fler elektroner som passerar en punkt per sekund, desto högre är strömstyrkan i Ampere.
• Resistans (Ohm, Ω): Resistans är materialets motstånd mot strömflödet. Vissa material, som koppar i elkablar, har låg resistans och är bra ledare. Andra, som plastisolering, har hög resistans och är bra isolatorer.
• Ohms Lag: Sambandet mellan dessa storheter beskrivs av Ohms lag: Spänning (U) = Resistans (R) * Ström (I).
• Effekt (Watt, W): Effekten är hur snabbt energi överförs eller omvandlas. Det är produkten av spänning och ström (P = U * I). En apparat med hög effekt förbrukar mer energi per tidsenhet. Vi pratar ofta om kilowatt (kW), där 1 kW = 1000 W.
• Energi (Kilowattimme, kWh): Energi är den totala mängd el som används över tid. Det är energin i kilowattimmar (kWh) som vi betalar för på elräkningen. Energi är Effekt multiplicerat med Tid (E = P * t).

Växelström (ac) vs likström (dc): Grundläggande skillnader

Huvudskillnaden mellan växelström och likström ligger i hur elektronerna rör sig.

• Likström (DC – Direct Current): Elektronerna rör sig stadigt i en och samma riktning i kretsen. Spänningen och strömmen är (idealt sett) konstanta över tid. Exempel på DC-källor är batterier och solceller. Elektronikkomponenter som de i din dator eller mobiltelefon drivs av likström.
• Växelström (AC – Alternating Current): Elektronernas riktning och spänningens polaritet växlar periodiskt, fram och tillbaka, vanligtvis i en sinusvågform. Växelström genereras i kraftverk och är den typ av el som distribueras i elnätet och som du har i dina vägguttag. Frekvensen för växelströmmen i Europa, inklusive Sverige, är 50 Hertz (Hz), vilket betyder att riktningen växlar 50 gånger per sekund.

Här är en tabell som sammanfattar de viktigaste skillnaderna:

Historiskt blev växelström standarden för eldistribution över långa avstånd eftersom det är mycket enklare och billigare att transformera spänningen på AC. Genom att höja spänningen kraftigt kan man minska strömmen vid överföring av samma effekt, vilket minskar energiförluster i ledningarna. I mottagaränden kan spänningen sedan transformeras ner igen till lämpliga nivåer för hushåll och industri.

Elbilsladdning: När ac och dc möts

När det kommer till att ladda en elbil möts både AC och DC. Bilens batteri lagrar energi som likström (DC), medan standardelen i elnätet är växelström (AC). Detta innebär att elen på något sätt måste omvandlas från AC till DC för att kunna lagras i batteriet. Denna omvandling sköts av en omvandlare.

Ac-laddning: Laddning hemma och på jobbet

De laddboxar och laddstationer som installeras hemma, på bostadsrättsföreningars parkeringar eller vid företagsfastigheter levererar nästan alltid växelström (AC). När du ansluter din elbil till en AC-laddbox, är det bilens inbyggda ombordladdare (OBC – On-Board Charger) som omvandlar växelströmmen från laddboxen till likström som batteriet kan ta emot.

Anledningen till att man använder AC-laddboxar för destinationsladdning (där bilen står parkerad under en längre tid, t.ex. över natten eller under arbetsdagen) är flera:

• Kostnad: AC-laddboxar är betydligt billigare att tillverka och installera än DC-snabbladdare, eftersom den dyra och utrymmeskrävande omvandlingselektroniken sitter i bilen istället för i laddstationen.
• Infrastruktur: Fastigheters elnät är baserade på växelström, och det är enklare att ansluta AC-laddboxar till den befintliga installationen.
• Behov: För laddning över flera timmar behövs inte extremt hög effekt. En AC-laddbox på 11 kW eller 22 kW ger tillräckligt snabb laddning för att bilen ska vara fulladdad när den ska användas.

De vanligaste effektnivåerna för AC-laddboxar är 3,7 kW, 7,4 kW, 11 kW och 22 kW. Vilken effekt bilen kan ta emot begränsas av både laddboxens kapacitet och bilens ombordladdares kapacitet – den svagaste länken i kedjan bestämmer den faktiska laddhastigheten. De flesta moderna elbilar har idag en ombordladdare på minst 11 kW, och många kan ta emot upp till 22 kW (ofta som tillval). Laddhybrider har generellt lägre AC-laddkapacitet, ofta begränsad till 3,7 kW eller 7,4 kW.

AC-laddning är standardiserad i Europa och använder en Typ 2-kontakt. De flesta laddboxar har antingen ett Typ 2-uttag där du ansluter din egen kabel eller en fast monterad kabel med en Typ 2-kontakt i änden.

Dc-laddning: Snabbladdning längs vägen

När du behöver ladda bilen snabbt under en resa, till exempel vid en rastplats längs motorvägen, används likström (DC). DC-snabbladdare är den typ av laddstationer som gör omvandlingen från AC till DC innan strömmen skickas till bilen. Eftersom omvandlingen sker i laddstationen, som är designad för att hantera mycket höga effekter, kan DC-laddning leverera energi direkt till bilens batteri och därmed ladda bilen betydligt snabbare än AC-laddning.

DC-snabbladdare finns med effekter från 50 kW upp till 350 kW (så kallad HPC – High Power Charging). Hur snabbt din bil kan DC-ladda beror på stationens effekt och bilens maximala DC-laddkapacitet, samt batteriets laddstatus och temperatur. Snabbladdning bromsas ofta när batteriet närmar sig 80% för att skona batteriet.

Standardkontakten för DC-snabbladdning i Europa är CCS (Combined Charging System). Denna kontakt kombinerar en Typ 2-kontakt (för AC) med ytterligare två större stift för DC-överföring. De flesta nya elbilar i Europa har ett CCS-uttag, vilket innebär att de kan använda både AC-laddboxar med Typ 2-uttag (via den övre delen av CCS-uttaget) och DC-snabbladdare med CCS-kontakt (via hela uttaget).

Laddinfrastruktur för bostadsrättsföreningar och företag

För organisationer som bostadsrättsföreningar (BRF), företag och samfälligheter innebär installation av laddinfrastruktur mer än att bara sätta upp några laddboxar. Det krävs systemlösningar som kan hantera behoven hos många användare samtidigt.

När Vålt AB hjälper organisationer med laddinfrastruktur, är fokus på att erbjuda kompletta och framtidssäkra lösningar baserade på AC-laddning, eftersom detta är mest lämpat och kostnadseffektivt för destinationsladdning där bilar står parkerade under längre perioder.

Här är några viktiga aspekter för större laddinstallationer:

• AC är Standard: För majoriteten av installationerna i BRF:er och vid företagsparkeringar är AC-laddboxar med Typ 2-kontakt standard. Detta är den mest praktiska och ekonomiska lösningen för vardagsladdning.
• Skalbarhet: Behovet av laddplatser ökar över tid. Systemet måste vara skalbart, så att det enkelt går att lägga till fler laddpunkter i framtiden utan stora ombyggnationer. Detta kan innebära att man förbereder eldragning för fler platser än vad som installeras initialt.
• Lastbalansering: När många bilar ska laddas samtidigt, ofta utöver fastighetens övriga elförbrukning (belysning, uppvärmning, ventilation etc.), är dynamisk lastbalansering avgörande. Denna funktion mäter fastighetens totala elförbrukning i realtid och fördelar den tillgängliga effekten dynamiskt mellan de laddande bilarna. När den övriga förbrukningen är låg (t.ex. nattetid) kan bilarna ladda med högre effekt, och när förbrukningen ökar sänks laddeffekten till bilarna. Detta förhindrar överbelastning av fastighetens huvudsäkring och minskar eller eliminerar behovet av kostsamma uppgraderingar av elnätsanslutningen. Statisk lastbalansering, där en fast maxeffekt tilldelas laddarna oberoende av övrig förbrukning, är en enklare men mindre effektiv lösning.
• Administration och Betalning: I en större installation behöver man system för att hantera användare, mäta individuell elförbrukning och hantera betalning. Detta görs ofta via en mjukvaruplattform (CSMS – Charging Station Management System). Moderna laddboxar för detta segment stödjer ofta kommunikationsprotokollet OCPP (Open Charge Point Protocol), vilket möjliggör integration med olika administrationssystem oavsett laddboxmärke. Detta ger flexibilitet och möjlighet till funktioner som automatisk debitering av användare baserat på faktiskt förbrukning (vilket kräver MID-certifierade energimätare i laddboxarna), schemaläggning, och fjärrövervakning.
• Elsäkerhet: Installationer måste utföras av behöriga elinstallatörer som är registrerade hos Elsäkerhetsverket. Organisationen som anläggningsinnehavare har ett fortlöpande ansvar för att anläggningen är säker och underhålls, vilket bland annat innefattar regelbunden testning av jordfelsbrytare.

Vikten av jordfelsbrytare

En kritisk säkerhetskomponent i alla elinstallationer, särskilt vid elbilsladdning, är jordfelsbrytaren (JFB). En jordfelsbrytare övervakar strömmen i en krets och bryter snabbt strömmen om en liten ”läckström” uppstår, till exempel om en person rör vid en felaktig apparat och ström leds via personen till jord. Detta skyddar mot farlig elchock och minskar även risken för brand orsakad av smygande jordfel.

Eftersom elbilsladdare hanterar både AC och DC (bilens ombordladdare omvandlar AC till DC), kan DC-felströmmar uppstå. En vanlig Typ A jordfelsbrytare reagerar endast på AC- och pulserande DC-fel. För att säkerställa fullgott skydd vid elbilsladdning krävs antingen en laddbox med inbyggt skydd mot DC-fel (så kallad RDC-DD) i kombination med en Typ A jordfelsbrytare, eller en Typ B jordfelsbrytare som kan hantera både AC-, pulserande DC- och rena DC-fel. Installationen ska alltid inkludera lämpligt jordfelsskydd.

Kostnadsaspekter och bidrag

Kostnaden för en laddinstallation varierar beroende på antal laddpunkter, val av utrustning, fastighetens elsystem och omfattningen av installationsarbetet. För en enskild laddbox ligger kostnaden för hårdvara och standardinstallation ofta mellan 11 000 och 21 000 kr före bidrag.

För privatpersoner och bostadsrättsinnehavare finns skattereduktionen Grön Teknik, som ger 50% avdrag på kostnaden för både material och arbete för installation av laddningspunkt, upp till 50 000 kr per person och år. För att få avdraget måste laddbox och installation köpas från samma företag, och laddboxen måste uppfylla vissa tekniska krav.

Bostadsrättsföreningar, företag och andra organisationer kan söka Naturvårdsverkets ”Ladda bilen”-stöd. Detta stöd täcker upp till 50 procent av de bidragsberättigade kostnaderna, med ett tak på 15 000 kronor per laddpunkt. Ansökan görs till Naturvårdsverket och stödet gäller för laddstationer avsedda för boende eller anställda. För publika laddstationer eller laddning av tunga fordon finns istället Klimatklivet.

Att navigera i bidragsdjungeln kan vara komplext, men många leverantörer och installatörer, liksom Vålt AB, erbjuder hjälp med bidragsansökningar för att förenkla processen för sina kunder.

Sammanfattning

För att summera:

• Växelström (AC) är standarden i elnätet och används för ”normalladdning” hemma och på arbetsplatsen via laddboxar. Bilens inbyggda ombordladdare omvandlar AC till DC.
• Likström (DC) används för ”snabbladdning” längs vägen via DC-snabbladdare. Här sker omvandlingen i laddstationen innan elen levereras till bilen.
• Vid installation av laddinfrastruktur för BRF:er och företag är AC-laddboxar med dynamisk lastbalansering och stöd för OCPP centralt för att säkerställa en skalbar, effektiv och administrativt hanterbar lösning.
• Korrekt jordfelskydd (Typ A med DC-skydd eller Typ B JFB) är avgörande för elsäkerheten vid elbilsladdning.
• Statliga bidrag finns tillgängliga för både privatpersoner (”Grön Teknik”) och organisationer (”Ladda bilen”) för att sänka investeringskostnaden.

Att investera i laddinfrastruktur är en viktig del av omställningen till en elektrifierad fordonsflotta. Genom att förstå skillnaderna mellan AC och DC, samt de tekniska och systemmässiga kraven för större installationer, kan organisationer fatta välgrundade beslut som säkerställer en trygg, effektiv och framtidssäker laddlösning för sina boende, anställda och besökare.

För mer information om hur din bostadsrättsförening, ditt företag eller din fastighet kan gå från planering till en fullt fungerande laddinfrastruktur, kontakta en expert på området.