تعمل معظم شواحن المركبات الكهربائية مع إمدادات الكهرباء المنزلية العادية، سواء كانت 120 فولت أو 240 فولت، لأنها تعتمد على موجة تيار متناوب واحدة فقط. والخبر الجيد هو أن هذه الأنظمة عادةً ما يمكن توصيلها مباشرة بالبنية التحتية الموجودة بالفعل في معظم المنازل دون الحاجة إلى أعمال إعادة توصيل كهربائية كبيرة. عندما يقوم شخص بشحن سيارته على المستوى 1 بجهد 120 فولت، فإنه يحصل على حوالي 3 إلى 5 أميال إضافية لكل ساعة من وقت الشحن. وهذا يعمل بشكل جيد نسبيًا للأشخاص الذين يتركون سياراتهم متوقفة طوال الليل وبحاجة إلى شحن كافٍ لاستخدامها في رحلات الذهاب والإياب اليومية في اليوم التالي. أما إذا أراد الأشخاص شحنًا أسرع، فإن الانتقال إلى 240 فولت يجعل عملية الشحن أسرع بثلاث مرات تقريبًا. وماذا تظن؟ إن معظم ألواح الكهرباء المنزلية القياسية قادرة على تحمل هذا الترقية دون مشاكل. وبالتالي، بالنسبة لكثير من الأشخاص العاديين الذين يفكرون في الانتقال إلى المركبات الكهربائية، فإن هذه الخيار يبدو منطقيًا جدًا من حيث الراحة والتكلفة.
سيجد مالكو المركبات الكهربائية الجدد أن الشحن أحادي الطور مريحًا جدًا نظرًا لأنه يعمل مباشرة بمجرد التوصيل. يمكن لمآخذ الكهرباء المنزلية العادية ذات الجهد 120 فولت تغطية الاحتياجات الأساسية للأشخاص الذين يقودون حوالي 30 إلى 45 ميلاً يوميًا. ويرتفع الأداء عند الانتقال إلى نظام بجهد 240 فولت، مما يقلل من وقت الشحن بشكل كبير، وأحيانًا إلى النصف أو أكثر. كثير من المنازل لديها بالفعل هذه الدوائر الكهربائية نتيجة استخدام مجففات الملابس أو الأفران القديمة، وبالتالي فإن التركيب ليس دائمًا معقدًا. تأتي معظم وحدات الشحن الحديثة مزودة بخصائص ذكية تقوم تلقائيًا بتوزيع الأحمال الكهربائية، مما يساعد على تجنب انقطاع الدوائر. ومع ذلك، فإن مدى المدى الذي يتم إضافته لكل ساعة يتباين بشكل كبير، حيث يتراوح بين 12 و30 ميلاً حسب نوع الجهد وقدرة التيار التي يوفرها النظام.
يحدد الشاحن الموجود على متن المركبات الكهربائية بشكل أساسي الحد الأقصى لسرعة الشحن من مصادر التيار المتردد، مما يخلق نوعًا من الازدحام المروري بغض النظر عن نوع الشاحن الذي يتم تركيبه في المنزل. فخذ على سبيل المثال إعدادات الطور الواحد القياسية في المنازل والتي توفر نحو 240 فولت عند تيار 32 أمبير (ما يعادل تقريبًا 7.7 كيلوواط) – فإن العديد من السيارات لا تزال تجد صعوبة في سحب أكثر من 6.6 إلى 7.4 كيلوواط من هذا المصدر. ولهذا السبب تختلف أداء الموديلات المختلفة بشكل كبير عندما تُوصَل بمعدات مماثلة. على سبيل المثال، قد تحصل سيارة نيسان ليف فقط على حوالي 22 ميلًا إضافية كل ساعة أثناء الشحن، في حين تتمكن هيونداي أيونيكس 5 من تحقيق ما يقارب 28 ميلًا في نفس الظروف. إذا أراد السائقون الاستفادة القصوى من جلسات الشحن، فعليهم التحقق من قدرة سيارتهم الخاصة على استقبال الطاقة التيار المتردد. عادةً ما تظهر هذه المعلومات في مكان ما في دليل المالك أو ورقة المواصفات، ويُحدث التطابق بينها وبين إمكانيات الشاحن الفعلية فرقًا كبيرًا في الأداء العملي.
يُفضّل معظم المنازل استخدام الشواحن أحادية الطور لأنها تعمل بشكل ممتاز مع أنظمة الكهرباء المنزلية العادية التي تعمل بجهد يتراوح بين 120 و240 فولت. وعند النظر إلى الأرقام الصناعية من العام الماضي، نجد أن حوالي 62 بالمئة من محطات شحن السيارات الكهربائية المنزلية كانت تستخدم هذا النوع من التوصيل. ويُعد ذلك منطقياً عندما نأخذ بعين الاعتبار أن نحو 88% من المنازل في أمريكا الشمالية لديها بالفعل نوع التوصيلات المناسبة لها. وعادة ما تعمل هذه الوحدات بين 16 و40 أمبير، ما يعني أنها يمكن أن توفر للسيارة الكهربائية حوالي 3 إلى 7 أميال إضافية كل ساعة من الشحن. وبالنسبة لشخص يمتلك سيارة بسعة بطارية تتراوح بين 40 و60 كيلوواط في الساعة، فإن التوصيل طوال الليل عادةً ما يعيد شحنًا كافيًا لتلبية احتياجات القيادة اليومية دون أي مشكلة.
عادةً ما تدعم المنازل المبنية بعد عام 1990 تركيب شواحن السيارات الكهربائية أحادية الطور دون الحاجة إلى ترقية لوحة التوزيع. وغالبًا ما يُنهي الكهربائيون الإعداد خلال 2-4 ساعات عن طريق الاتصال بالدوائر الكهربائية الحالية ذات الجهد 240 فولت. ويُجنب هذا التكاليف التي تتراوح بين 1,200 و4,000 دولار أمريكي المرتبطة بتحديثات الأنظمة ثلاثية الطور، مما يوفر طريقة فعالة من حيث التكلفة وكفؤة للتأهب لشحن السيارة في المنزل.
يجد معظم الأشخاص الذين يقودون ما بين 30 إلى 40 ميلًا يوميًا أن شحن مركبتهم الكهربائية طوال الليل لمدة حوالي 12 ساعة يمنحهم مدىً يتراوح بين 90 و120 ميلًا، وهو ما يغطي بسهولة جميع احتياجاتهم اليومية. أظهرت دراسة حديثة أجرتها وزارة الطاقة في عام 2023 أن نحو 78 بالمئة من مالكي السيارات الكهربائية يشحنون مركباتهم في الغالب في منازلهم. حتى أولئك الذين يمتلكون بطاريات أكبر تتراوح سعتها بين 75 و100 كيلوواط في الساعة يمكنهم الحصول على شحن كامل خلال يوم واحد فقط. بالنسبة للعائلات التي لا تتغير جداولها كثيرًا خلال الأسبوع، فإن هذا النوع من الشحن أحادي الطور يعمل بشكل جيد جدًا وينسجم تمامًا مع روتينهم اليومي دون التسبب بأي مشكلات.
أظهر تحليل لـ 500 منزل في الضواحي بكاليفورنيا عام 2023 شيئًا مثيرًا للاهتمام. فقد تبين أن معظم الأشخاص قادرون على تغطية رحلاتهم اليومية التي تقل عن 50 ميلًا باستخدام شواحن أحادية الطور قياسية، دون الحاجة إلى أي أعمال كهربائية خاصة في منازلهم. أما أولئك المحظوظون الذين يمتلكون لوحة توزيع بقدرة 200 أمبير، فقد تمكنوا أيضًا من إدارة الأمور بشكل جيد ما داموا قد خططوا لشحن مركباتهم خلال الساعات التي تكون فيها الطلبية منخفضة. ولكن الأكثر إثارة للانتباه هو كيف يندرج هذا في الصورة الأكبر التي تشهدها البلاد. فقد لاحظنا زيادة في تركيب الشواحن أحادية الطور بنسبة تقارب 27٪ سنويًا في الأحياء التي يكون متوسط دخل سكانها أقل من 75 ألف دولار. وهذا أمر منطقي بالفعل، نظرًا لأن هذه الأنظمة تتطلب تكلفة أولية أقل وتعمل بشكل جيد لتلبية معظم الاحتياجات اليومية دون أن تكون مكلفة أو تتطلب تعديلات معقدة.
تُعد أجهزة الشحن أحادية الطور أرخص بنسبة تتراوح بين 60 و75٪ من أنظمة الشحن ثلاثية الطور بسبب متطلبات البنية التحتية الأقل. في حين يمكن أن تتجاوز تكاليف تركيب الأنظمة ثلاثية الطور 8,000 دولار أمريكي، بما في ذلك ترقية لوحة الكهرباء إلى مستوى تجاري، فإن وحدات الشحن أحادية الطور عادةً ما تكلف ما بين 900 و2,500 دولارًا أمريكيًا مع التركيب الاحترافي. يدعم أكثر من 83٪ من المنازل في الولايات المتحدة بالفعل الشحن أحادي الطور من المستوى الثاني، مما يلغي الحاجة إلى إعادة توصيل كهربائية مكلفة.
عادةً ما يوفر الأشخاص الذين يقومون بتركيب أنظمة الشحن المنزلية حوالي 580 دولارًا سنويًا مقارنةً بأولئك الذين يعتمدون على محطات الشحن السريع العامة. وعند شحن مركباتهم خلال فترات المساء ذات الأسعار الأقل، تنخفض فواتير الكهرباء بنسبة تتراوح بين 18٪ وصولاً إلى 32٪. بالنسبة لشخص لديه حزمة بطارية قياسية سعتها 50 كيلوواط في الساعة، فإن الأمر يستغرق ما بين سبع إلى عشر ساعات للوصول إلى الشحن الكامل باستخدام نظام منزلي أحادي الطور بقدرة 7 كيلوواط. وهذا في الواقع يُعد كافيًا لمعظم الأشخاص الذين يقودون أقل من 40 ميلًا يوميًا، ويغطي نحو 92٪ من رحلات الركوب اليومية. وفقًا لبحث نُشر العام الماضي في مجال استهلاك الطاقة السكنية، فإن معظم العائلات تسترد في النهاية المبلغ الذي أنفقوه على تركيب هذه الأنظمة المنزلية بعد 14 إلى 18 شهرًا فقط من التركيب، وذلك بفضل الادخار الناتج عن تقليل تكاليف البنزين.
أنظمة المرحلة الواحدة توفر لأصحاب المنازل من إنفاق أي مكان بين 1200 و 4500 دولار على تلك التحديثات الكهربائية باهظة الثمن اللازمة للتوافق ثلاثي المراحل، مما يعني أن حوالي 78 من كل 100 مالك سيارة كهربائية جديدة يمكنهم بالفعل تثبيت شاحن في المنزل العديد من المدن في 41 ولاية مختلفة تقدم خصومات تقلل من النفقات الأولية بنحو 30% إلى ربما نصف ما ستكلفه عادةً. بالإضافة إلى ذلك، يستغرق إعداد كل شيء عادةً 3 إلى 5 أيام عمل فقط بدلاً من انتظار أسبوعين إلى أربعة أسابيع كاملة للحصول على موافقة من شركة الطاقة عندما تتعامل مع أنظمة ثلاثية المراحل. لا عجب أن معظم الناس يشحنون سياراتهم في المنزل باستخدام وحدات مرحلة واحدة هذه لحوالي ثلثي جميع حوادث الشحن السكنية، على الرغم من أنها تمثل حوالي 40٪ فقط من محطات الشحن العامة المتاحة في جميع أنحاء البلاد.
يمكن لشاحن أحادي الطور بقدرة 7.7 كيلوواط إعادة شحن 60-80٪ من بطارية مركبة كهربائية سعتها 60-100 كيلوواط في الساعة خلال 4-8 ساعات ليلاً. وهذا يعادل إضافة مدى يتراوح بين 25 و50 ميلاً في الساعة، وهو أكثر من كافٍ لـ 89٪ من رحلات الذهاب والإياب اليومية التي تقل عن 40 ميلاً. ويُعدّل منحنى الشحن ديناميكيًا لحماية صحة البطارية، مع الحفاظ على كفاءة تزيد عن 90٪ عبر دورات الشحن المتكررة.
الشحن لمدة عشر ساعات بقدرة 7.7 كيلوواط يوفر حوالي 77 كيلوواط في الساعة من الطاقة، وهو ما يكفي لشحن معظم المركبات الكهربائية متوسطة الحجم التي تبلغ مدى أكثر من 300 ميل بشكل كامل مرة أخرى. بالتأكيد، يمكن للأنظمة ثلاثية الطور الشحن بسرعة أكبر، ولكن عند النظر إلى الأرقام الصادرة عن وزارة الطاقة، فإن حوالي 78 بالمئة من سائقي السيارات الكهربائية يحتاجون فقط إلى قطع أقل من 50 ميلًا يوميًا على أي حال. كما يحتوي النظام على ميزات متقدمة للتحكم في درجة الحرارة تحافظ على التشغيل السلس سواء كان الجو شديد البرودة عند 4 درجات فهرنهايت تحت الصفر أو حارًا جدًا حتى 113 درجة فهرنهايت (ما بين -20 و45 مئوية). وهذا يعني أن الشحن أحادي الطور يعمل بشكل جيد طوال الفصول دون أي مشاكل.
في عام 2024، تضمن 58٪ من المنازل الأحادية الجديدة أنظمة شحن كهربائية أحادية الطور مُركبة مسبقًا، بزيادة عن 42٪ في عام 2022. وقد خفضت الحوافز المقدمة من شركات الكهرباء تكاليف التركيب بنسبة 20-35٪ مقارنةً بالبدائل ثلاثية الطور. ويفضل المخططون الحضريون الأنظمة أحادية الطور نظرًا لحمولتها المتواضعة البالغة متوسطها 3-5 كيلوواط لكل مركبة، مما يتيح اعتمادها على نطاق واسع في الأحياء دون إثقال كاهل المحطات الفرعية المحلية.
تأتي معظم أجهزة الشحن أحادية الطور مزودة بموصلات قياسية مثل J1772 في أمريكا الشمالية وType 2 في جميع أنحاء أوروبا. تعمل هذه الوصلات مع حوالي 95 بالمئة من المركبات الكهربائية في جميع أنحاء العالم اعتبارًا من عام 2024 وفقًا للتقارير الصناعية. في الواقع، اعتمدت جميع الأسماء الكبيرة في السوق هذا المعيار أيضًا - فكّر في تيسلا، فورد، وحتى طرازات هيونداي التي تناسب الآن هذا المعيار تمامًا. أظهرت دراسة حديثة أجرتها جمعية المهندسين للسيارات (SAE International) في عام 2023 أن هذه الأنظمة أحادية الطور تُؤدّي بشكل جيد مع معظم السيارات الكهربائية الموجودة حاليًا، خاصةً تلك التي تتراوح سعة بطارياتها أقل من 100 كيلوواط ساعة. بالنسبة لاحتياجات القيادة اليومية العادية، فإنها كافية تمامًا دون الحاجة إلى أي شيء معقد أو مكلف.
تعمل الشواحن أحادية الطور بشكل جيد للغاية في المباني السكنية وبمواقف الانتظار المشتركة حيث تتغير أنواع المركبات الكهربائية باستمرار. وعندما تتصل هذه الشواحن بخطط تسعير حسب وقت الاستخدام، فإنها توزع استهلاك الكهرباء خلال ساعات الذروة المنخفضة ليلاً، بحيث لا تنفجر الدوائر الكهربائية لأحد. على سبيل المثال، خذ هذا المبنى في كاليفورنيا المؤلف من اثني عشر وحدة سكنية. وبعد تركيب ستة من محطات الشحن أحادية الطور، لاحظ السكان انخفاض فواتير الشحن الشهرية لديهم بنسبة تقارب ثلاثين بالمئة. وهذا النوع من التوفير يُعد منطقياً حقاً للأشخاص الذين يعيشون في شقق أو وحدات سكنية مشتركة ولا يمتلكون مرائب خاصة لسياراتهم.
تتمحور القدرة على توسيع بنية شحن المركبات الكهربائية حول نشر وحدات الشحن المتوافقة مع بروتوكول OCPP. تتبع هذه الوحدات ما يُعرف باسم بروتوكول نقطة الشحن المفتوح (Open Charge Point Protocol)، وتمكن المشغلين من إدارة أحمال الكهرباء من موقع مركزي، كما تتيح التكامل الأفضل مع شبكات الطاقة الحالية. إذا نظرنا إلى المناطق التي يقود فيها عدد كبير من الناس مركبات كهربائية بالفعل، مثل النرويج أو كاليفورنيا، فسنجد أن شركات المرافق تُطبّق ما يُعرف بالتوازن الديناميكي للأحمال. ويساعد هذا الإجراء في منع النظام الكهربائي من التحميل الزائد عندما تقوم العديد من السيارات بالشحن في آنٍ واحد. وفقًا لبحث نشره معهد روكاي ماونتين عام 2024، إذا قمنا بإدارة هذه الشبكات الكهربائية أحادية الطور بشكل صحيح باستخدام تقنيات متقدمة للتحكم في مستويات الجهد والتفاعل مع تقلبات الطلب، فقد تتمكن محولة واحدة فعليًا من تغطية نحو 50 مركبة كهربائية بدلًا من 25 فقط كما هو الحال حاليًا. تمثل هذه النوعية من التحسينات فرقًا كبيرًا في توسيع اعتماد المركبات الكهربائية دون الحاجة إلى ترقيات ضخمة للبنية التحتية للطاقة القديمة.
يشير شاحن المركبات الكهربائية أحادي الطور إلى نوع الشاحن الذي يستخدم موجة تيار متناوبة واحدة لشحن المركبات الكهربائية، وهو متوافق مع أنظمة الكهرباء المنزلية القياسية التي تعمل بجهد يتراوح بين 120 و240 فولت.
يعد الشحن أحادي الطور مناسبًا للاستخدام المنزلي لأنه يمكن تركيبه دون الحاجة إلى ترقيات كبيرة في لوحة التوزيع، ويعمل مع الدوائر الكهربائية المنزلية الحالية، كما أنه اقتصادي مقارنةً بأنظمة الثلاثة أطوار.
يحدد الشاحن الموجود داخل المركبة الكهربائية الحد الأقصى لسرعة الشحن من المصادر أحادية الطور، مما يؤثر على الأداء حسب طراز السيارة وقدرتها على استقبال التيار المتناوب.
نعم، عادةً ما تكون تكلفة تركيب شاحن كهربائي أحادي الطور أقل بنسبة 60-75٪ مقارنةً بالأنظمة ثلاثية الأطوار بسبب متطلبات البنية التحتية الأقل والتوافق الواسع مع الأنظمة المنزلية الحالية.
EN
