EN
تعمل شواحن التيار المتردد اليوم مع المحول المدمج في المركبة الكهربائية لتغيير التيار المتردد القادم من شبكة الكهرباء إلى تيار مباشر يمكن استخدامه فعليًا في السيارة. ويعتمد سرعة عمل هذه الشواحن على ثلاث عوامل رئيسية تعمل معًا: مستوى الجهد الكهربائي الذي يتراوح عادةً بين 120 فولت و240 فولت، كمية التيار المتدفق والتي تكون غالبًا ما بين 12 أمبير وصولًا إلى 80 أمبير، وأخيرًا إجمالي الطاقة الناتجة التي تُعبر عنها بالكيلوواط. ويتم حساب هذا الرقم الأخير من خلال ضرب الجهد الكهربائي بالتيار. خذ على سبيل المثال شاحنًا بقوة 7.4 كيلوواط يعمل بجهد 240 فولت وبتيار مقداره 30 أمبير. يُعد هذا الشاحن أسرع بثلاث مرات تقريبًا من الشاحن الأساسي من الفئة الأولى بقوة 1.4 كيلوواط الذي يبدأ معظم الناس باستخدامه، مما يعني أن السائقين يقضون وقتًا أقل بكثير في الانتظار لإعادة شحن سياراتهم يوميًا.
| مميز | شاحن المستوى 1 | شاحن من المستوى 2 |
|---|---|---|
| الجهد الكهربائي | 120V | 208 فولت–240 فولت |
| متوسط سرعة الشحن | 3–5 أميال/ساعة | 15–30 ميلًا/ساعة |
| تركيب | مقبس قياسي | يُطلب دائرة كهربائية مخصصة |
| الأنسب لـ | الاستخدام الطارئ/العارض | الشحن اليومي في المنزل/مكان العمل |
مُشاحن المستوى 2، القادرة على إنتاج ما يصل إلى 19.2 كيلوواط، هي الخيار المفضل للتركيبات السكنية ومكان العمل نظرًا لسرعتها الأسرع في الشحن. وعلى الرغم من أن المستوى 1 لا يزال مناسبًا للسيارات الهجينة القابلة للشحن ذات البطاريات الأصغر أو الاستخدام النادر، فإن سرعته البطيئة تجعله غير عملي للسيارات الكهربائية بالكامل التي تحتوي على حزم بطاريات أكبر.
توجد عدة متغيرات غالبًا ما تُهمَل وتؤثر على أداء الشحن الفعلي:
تُظهر هذه العوامل أهمية مطابقة مواصفات الشاحن لقدرات المركبة والظروف البيئية.
مع ازدياد سعة بطاريات المركبات الكهربائية من حوالي 60 كيلوواط ساعة لتصل هذه الأيام إلى أكثر من 150 كيلوواط ساعة، كان لا بد من تطوير تقنية الشحن الكهربائي المتردد (AC) بشكل موازٍ لتتيح للأشخاص شحن سياراتهم طوال الليل في منازلهم. نحن نشهد الآن انتشاراً متزايداً لمحطات الشحن الكهربائي ثلاثية الطور بقدرة 22 كيلوواط في الأماكن التي تفتقر إلى المساحات الواسعة مثل مباني المكاتب والمباني السكنية. كما أن الطرازات الأحدث من هذه المحطات مزودة الآن بمحولات طاقة تعتمد على كربيد السيليكون بدل المحولات التقليدية المعتمدة على الترانزستورات الثنائية القطب (IGBT)، مما يقلل من الطاقة المهدورة بنسبة تصل إلى 40%. وهذا يعني زيادة في مدى السير لسائقي المركبات وتقليل في تراكم الحرارة داخل النظام أيضاً. وهناك تطور آخر يحدث في الخلفية وهو بدء اكتساب الشحن ثنائي الاتجاه زخماً، حيث يسمح هذا النوع من الشحن بعودة الطاقة من المركبة الكهربائية إلى الشبكة الكهربائية عند الحاجة لذلك، مما يساعد في استقرار إمدادات الكهرباء خلال فترات الذروة في الأوقات التي يعود فيها الجميع إلى منازلهم بعد انتهاء ساعات العمل.
بفضل التكنولوجيا المدمجة في إنترنت الأشياء (IoT)، بات بمقدور المستخدمين الآن التحكم في شواحن التيار المتردد (AC) عبر تطبيقات الهواتف الذكية. يمكن للمستخدمين بدء عملية الشحن أو إيقافها في أي وقت يحتاجون إليه، أو حتى جدولة أوقات محددة لشحن مركباتهم. تصبح القدرة على إدارة الشحن عن بُعد مهمة للغاية عند محاولة الاستفادة من أسعار الكهرباء الأقل تكلفة خلال الليل، كما تساعد أيضًا في تخفيف الضغط على الشبكة الكهربائية خلال فترات الذروة. تتضمن بعض الأنظمة المتطورة أيضًا خاصية تُعرف باسم التوازن الديناميكي للأحمال (Dynamic Load Balancing). والمقصود بذلك هو أن هذه الشواحن المتقدمة تقوم بتوزيع الطلب الكهربائي بين عدة مركبات كهربائية أو بين أجزاء مختلفة من نظام الكهرباء المنزلي، مما يمنع سحب كمية كبيرة جدًا من الطاقة في نفس اللحظة، والتي قد تؤدي إلى انقطاع الدوائر الكهربائية أو حدوث مشاكل في المناطق السكنية وكذلك في مواقف السيارات التجارية التي تحتوي على عدد كبير من المركبات الكهربائية التي ترغب في الشحن في نفس الوقت على مدار اليوم.
تجمع أجهزة الشحن الذكية المتصلة بيانات حول كمية الطاقة التي تستهلكها المركبات بمرور الوقت، ثم تقوم بمقارنة هذه المعلومات مع تعرفة شركات الكهرباء المحلية في مختلف ساعات اليوم. تعمل هذه الأنظمة على تحديد الأوقات الأنسب للشحن من حيث الأسعار وعادات الاستخدام. كما يصبح البرنامج الموجود خلف هذه الأجهزة أكثر ذكاءً كلما زاد استخدامها، حيث يتعلم من روتين المستخدمين لضمان صحة البطاريات مع تقليل تكاليف الكهرباء بنسبة تصل إلى الربع مقارنةً بالشحن في أي وقت مناسب. وعند ربطها بشبكات الشبكة الذكية على مستوى المدينة، يمكن لهذه الأجهزة أن تتماشى مع الأوقات التي تكون فيها الطاقة النظيفة الأكثر توفرًا، مثل الذروة الشمسية المتكررة في منتصف النهار. لا يساعد هذا التنسيق في تقليل البصمة الكربونية فحسب، بل يوفّر المال أيضًا.
من حيث أنظمة الشحن المتصلة، فإن الأمان يلعب دوراً كبيراً. تستخدم أجهزة الشحن ذات الجودة العالية تشفير TLS 1.3 إلى جانب طرق المصادقة متعددة العوامل لحماية معلومات المستخدم من أعين المتطفلين ومنع الدخول غير المصرح به. كما لا يمكن المبالغة في أهمية تحديثات البرمجيات الثابتة. وفقاً لدراسة حديثة أجرتها NIST السنة الماضية، تحدث نحو ثلثي مشاكل الأمن السيبراني في معدات شحن المركبات الكهربائية بسبب عدم تحديث البرامج بشكل صحيح. بالنسبة للأشخاص العاديين الذين يرغبون في شحن سياراتهم، فإن اختيار نظام مزود بإعدادات خصوصية دقيقة يعدّ منطقياً أيضاً. تساعد هذه الإعدادات في تقييد كمية المعلومات الشخصية التي تُشارك، خاصة الأشياء مثل الموقع الدقيق الذي يشحن فيها الشخص سيارته وتفاصيل حول عدد مرات القيام بذلك خلال الأسبوع.
تقوم شواحن التيار المتردد اليوم بمراقبة مستويات الجهد والتيار والظروف الأرضية في الوقت الفعلي لاكتشاف المشكلات مثل الدوائر القصيرة والأعطال الأرضية أو التسرب الكهربائي. وعند حدوث أي خلل، تقوم هذه الأنظمة الذكية بإيقاف التيار الكهربائي تقريبًا على الفور، وبسرعة تزيد بنسبة 20٪ مقارنة بالإصدارات الأقدم، مما يساعد على تقليل مخاطر الحرائق ويحافظ على سلامة السيارات ومحطات الشحن من التلف. وجود هذه الميزات ذات الاستجابة السريعة يُحدث فرقًا كبيرًا للأشخاص الذين يحتاجون إلى شحن مركباتهم دون الحاجة إلى مراقبة مستمرة.
توفر إدارة الحرارة الفعالة أداءً ثابتًا أثناء الاستخدام المستمر. تستخدم الشواحن عالية الجودة أغطية مصنوعة من الألومنيوم المُشكَّل بالضغط ومكونات داخلية مطلية بطبقة من السيراميك لتحمل درجات حرارة تصل إلى 158 درجة فهرنهايت (70 درجة مئوية). تراقب أجهزة استشعار الحرارة المدمجة مستويات الحرارة الداخلية وتُعدّل معدلات الشحن ديناميكيًا لمنع ارتفاع درجة الحرارة، مما يقلل من الأعطال الناتجة عن الحرارة بنسبة 34٪ مقارنة بالوحدات غير المنظمة.
في الوقت الحالي، يهتم المصنعون حقًا بالمظهر والمساحة التي تشغلها الأشياء. وهم يتجهون إلى استخدام مواد مثل الألومنيوم المطلي بمسحوق والبوليمرات ذات الأسطح غير اللامعة في تصنيع الشواحن، والتي أصبحت أصغر بكثير مقارنة بالطرازات التي كانت موجودة في عام 2020. تشير بعض التقارير الصناعية إلى أن هذه الشواحن أصبحت أصغر بنسبة تصل إلى 40 بالمئة. الشيء المثير للاهتمام هو أنه رغم صغر حجمها بشكل كبير، فإن هذه الوحدات الجديدة ما زالت توفر نفس الأداء الكامل بقدرة 7.4 كيلوواط. الجمع بين المظهر الجذاب والأداء القوي يبدو أنه يحقق نتائج جيدة لجميع الأطراف المعنية. كما أشارت دراسة حديثة أجرتها مختبر الطاقة المتجددة الوطني في عام 2024 إلى أمر آخر أيضًا: أن الأشخاص الذين يستخدمون الشواحن في منازلهم يميلون إلى الشعور برضاء أكبر تجاه المحطات التي لا تبرز بصريًا وتستهلك مساحة أقل في مداخل منازلهم أو مرائبهم.
تم تصميم محطات الشحن الحديثة لتتحمل أي ظروف جوية قد تواجهها. تأتي هذه المحطات مع أغطية بلاستيكية تحمل تصنيف NEMA 4 لضمان الحماية، بالإضافة إلى اتصالات نحاسية لا تصدأ حتى عند التعرض للهواء المالح أو العواصف الرملية. تعمل هذه الوحدات بشكل جيد سواء كان الجو بارداً جداً عند درجة حرارة -22 فهرنهايت أو حاراً جداً تصل درجة الحرارة فيه إلى حوالي 122 فهرنهايت. تشير الاختبارات التي أجريت وفقاً للمعايير UL 2594 إلى أن هذه المواد تحتفظ بحوالي 98% من قوتها الأصلية حتى بعد التعرض المستمر لأشعة الشمس لمدة تقارب 3000 ساعة متواصلة. هذا النوع من المتانة منطقي في الأماكن التي تكون فيها الظروف قاسية، فكّر مثلاً عن التركيبات القريبة من الشواطئ أو في وسط الصحاري حيث لا يبدو أن أي شيء آخر يبقى لفترة طويلة.
تُصبح محطات الشحن الأحدث أكثر ذكاءً فيما يتعلق بمعالجة التغيرات التكنولوجية هذه الأيام. تحتوي العديد من الموديلات الرائدة على أجزاء مُodule لتسليم الطاقة ولوحات تحكم يمكن تحديثها عبر البرامج الثابتة. ماذا يعني ذلك للمستخدمين العاديين؟ يمكنهم مواكبة المعايير الجديدة مثل وحدات الشحن المنزلي الجديدة القادمة قريبًا بقوة 19.2 كيلوواط دون الحاجة إلى شراء شاحن جديد بالكامل. إن النهج المُodule يُحقق فوائد واضحة بطريقتين. أولاً، يعني ذلك أن العمر الافتراضي للعتاد يطول قبل الحاجة إلى استبداله. ثانيًا، تُظهر الدراسات أن هذا التصميم يقلل من النفايات الإلكترونية بنسبة تصل إلى الثلث مقارنة بالموديلات التقليدية. بالنسبة للأعمال التجارية ومالكي المنازل على حد سواء، فإن هذا يُمثل حسن إدارة للمال فضلاً عن تقديم شيء إيجابي للمكبات ومراكز إعادة التدوير في جميع أنحاء البلاد.
