Stacje ładowania pojazdów

Opracowanie projektu z uwzględnieniem specyfiki budynku

Przed budową systemu stacji ładowania należy opracować kompleksową koncepcję, która uwzględni specyfikę budynku, potrzeby użytkowników oraz aspekty związane z bezpieczeństwem eksploatacji. W ramach tego procesu należy uwzględnić m.in. układ przestrzenny parkingu lub garażu, dostępność zasilania, możliwość rozmieszczenia stacji ładowania w odpowiednich lokalizacjach dla wygody użytkowników oraz infrastrukturę techniczną wspierającą bezpieczne działanie stacji ładowania.

Ważna jest także weryfikacja możliwości sposobu montażu instalacji (np. do gruntu, ścian bądź sufitu). Wpływa to na koszty i wybór konkretnych rozwiązań technicznych. Opracowanie takiej koncepcji pozwoli na efektywne planowanie oraz minimalizację potencjalnych problemów związanych z późniejszą implementacją systemu ładowania pojazdów elektrycznych w garażach podziemnych.

Sytuacją wymagającą nieszablonowego podejścia jest – w przypadku realizacji wewnątrzbudynkowych – ograniczenie możliwości montażu stacji ładowania do ścian (ze względu na wykonaną izolację przeciwwodną) i do podłogi (ze względu na naruszenie ciągłości posadzki żywicznej). W takich przypadkach pozostaje jedynie mocowanie stacji do sufitu na specjalnie zaprojektowanych słupkach.

Wybór odpowiedniego typu stacji ładowania

Wybór odpowiedniego typu stacji ładowania jest kluczowy dla zapewnienia funkcjonowania systemu zgodnego ze sposobem eksploatacji pojazdów i oczekiwaniami użytkowników. W zależności od oczekiwanej szybkości ładowania stosuje się stacje prądu przemiennego (AC) i stałego (DCO):

• Stacje AC (prądu przemiennego) – najczęściej stosowane w budynkach biurowych i mieszkalnych, oferują moce rzędu 3,7 kW, 7,4 kW, 11 kW lub 22 kW, idealne do ładowania trwającego kilka godzin, np. podczas dnia pracy lub w nocy po powrocie do domu;
• Stacje DC (prądu stałego) – przeznaczone do szybkiego ładowania pojazdów, stosowane głównie w obiektach komercyjnych, stacjach benzynowych i na parkingach publicznych; ich moce zawierają się w przedziale od 30 kW (stacje wallbox) do 350 kW na hubach ładowania zlokalizowanych najczęściej przy trasach szybkiego ruchu.

Dobór stacji powinien uwzględniać dostępne moce przyłączeniowe, liczbę stanowisk ładowania oraz specyfikę potrzeb użytkowników. Ważne jest również zapewnienie kompatybilności z systemami zarządzania energią budynku oraz możliwość przyszłej rozbudowy infrastruktury.

Analiza dostępnej mocy

Bardzo istotne jest ustalenie, czy w danym obiekcie istnieje wystarczający zapas mocy elektrycznej, aby obsłużyć planowaną liczbę stacji ładowania. Brak wystarczającej mocy może prowadzić do przeciążenia instalacji elektrycznej i awaryjnego wyłączenia systemu. W celu weryfikacji należy przeprowadzić analizy z zastosowaniem rejestratorów parametrów elektrycznych podłączonych do obwodów w rozdzielni głównej na okres co najmniej tygodnia, przy czym istotne jest sprawdzenie profilu mocy w dni robocze i weekendy w ciągu całej doby. Analiza zgromadzonych danych pozwala na dobranie optymalnych rozwiązań technicznych.

Przebudowa rozdzielni

O ile w nowych obiektach specyfikacja instalacji elektrycznej powinna uwzględniać zwiększenie obciążenia przez stacje ładowania, to w obiektach funkcjonujących już od kilku lat konieczna może być modernizacja lub przebudowa istniejącej rozdzielni głównej. Stare rozdzielnice mogą nie być w stanie obsłużyć dodatkowego obciążenia związanego z ładowaniem samochodów elektrycznych.

Celem jest tu więc zapewnienie odpowiedniej mocy i zabezpieczeń dla nowych stacji ładowania. Często moc dla planowanego systemu ładowania jest na podobnym poziomie lub nawet wyższa od dotychczasowej mocy pobieranej przez budynek (np. 330 kW dla 30 stacji, przy średniej mocy pobieranej przez obiekt biurowy na poziomie 300 kW). Oczywiste jest, że na etapie budowy tak duże zapasy mocy nie były uwzględniane.

Dodatkowo warto rozważyć przyszłościowe rozwiązania umożliwiające elastyczną rozbudowę systemu – tak, aby w razie potrzeby możliwe było podpięcie kolejnych punktów ładowania bez konieczności ponownej gruntownej modernizacji całej infrastruktury.

Wnioski do operatora sieci o zwiększenie mocy

W przypadku braku wystarczającej mocy przyłączeniowej konieczne może być złożenie wniosków do lokalnego operatora sieci w celu zwiększenia dostępnej mocy. Jest to kluczowe dla zapewnienia działania stacji ładowania oraz uniknięcia przeciążeń. Profesjonalne przygotowanie takiego wniosku zwiększa szanse jego powodzenia i może znacząco skrócić czas oczekiwania na realizację. Ważne jest również precyzyjne wyliczenie potrzebnej mocy.

Dynamiczne zarządzanie mocą na początku eksploatacji

W początkowych fazach eksploatacji stacji ładowania, dopóki nie zostanie zwiększona moc przyłączeniowa przez operatora sieci, konieczne może być dynamiczne zarządzanie dostępną mocą w celu uniknięcia przeciążeń i zapewnienia bezpiecznego działania stacji ładowania.

Właściwą ilustracją rezerw, które zwykle występują w obiektach biurowych, jest charakterystyka przedstawiona na Rys.1. Duże dobowe zmiany obciążenia (150-420 kW) stwarzają możliwość wykorzystania mocy w „dolinach” poboru do ładowania pojazdów bez konieczności wykonania dużych modernizacji układu zasilania obiektu.

Inteligentny system zarządzania stacjami ładowania może wykorzystywać całą dostępną w danej chwili moc w obiekcie, bez ryzyka przeciążeń, czy przekroczenia poziomu mocy zamówionej.

Zagadnienia bezpieczeństwa pożarowego

Montaż stacji ładowania w garażach podziemnych obiektów (i nie tylko) wiąże się z potencjalnymi zagrożeniami pożarowymi – zarówno związanymi z samymi stacjami ładowania, jak i pojazdami elektrycznymi. Konieczne jest zastosowanie odpowiednich środków zapobiegawczych i procedur bezpieczeństwa pożarowego w celu minimalizacji ryzyka dla użytkowników, innych pojazdów oraz budynku. W maju tego roku stosowne wytyczne przedstawił zespół składający się z przedstawicieli Straży Pożarnej i naukowców. Zalecenia zostały zawarte w “Wytycznych…”. Więcej na ten temat opowiem w kolejnym artykule na łamach magazynu.

Kwestie ubezpieczeniowe

Montaż stacji ładowania w garażach podziemnych może wymagać uwzględnienia w warunkach ubezpieczenia obiektu. Ponadto ubezpieczyciele mogą wymagać wzmocnienia ochrony przeciwpożarowej poprzez zastosowanie środków technicznych i organizacyjnych, co powinno być uwzględnione przy opracowywaniu koncepcji budowy systemu ładowania pojazdów.

W okresie funkcjonowania obiektu ze stacjami ładowania konieczne są stałe przeglądy oraz serwis. W przypadku wystąpienia szkody ubezpieczyciel może zweryfikować, czy ten obowiązek został zrealizowany. Jeśli nie, może to oznaczać zmniejszenie odszkodowania, a w skrajnych wypadkach nawet odmowę jego wypłaty.

System zarządzania stacjami ładowania

W ostatnim czasie coraz częściej pojawiają się oczekiwania klientów dotyczące integracji systemów stacji ładowania z lokalnymi systemami BMS (Building Management System). Do tego celu zwykle niezbędna jest instalacja dedykowanego sterownika nadrzędnego, służącego do monitoringu stanu ładowarek oraz dynamicznego zarządzania mocą. Sterownik ten umożliwia wymianę danych ze stacjami ładowania w celu monitorowania bieżącego poboru mocy dzięki informacjom z analizatora sieciowego umieszczonego w rozdzielnicy głównej RGnn.

System może działać automatycznie i autonomicznie, a także komunikować się z innymi systemami za pomocą sieci Modbus TCP/IP, na przykład z istniejącym systemem zarządzania budynkiem (BMS) oraz poprzez protokół OCPP z zewnętrznymi systemami zarządzania i rozliczania transakcji związanymi z sesjami ładowania.

Główne funkcje lokalnego systemu zarządzania stacjami ładowania:

• Monitorowanie bieżącego poboru mocy przez budynek za pomocą analizatora sieciowego zamontowanego w rozdzielnicy głównej, dynamicznie przydzielając maksymalną dostępną moc systemowi ładowarek;
• Komunikacja z BMS o stanach urządzeń za pomocą protokołu Modbus TCP/IP;
• Komunikacja ze sterownikami ładowarek poprzez sieć Modbus TCP/IP w celu monitorowania ich stanów pracy, w tym stanów alarmowych;
• Wizualizacja stanów urządzeń i danych pomiarowych w aplikacji z dostępem przez przeglądarki www;
• Wysyłanie powiadomień e-mail i SMS na wybrane numery telefonów o stanach pracy ładowarek.

Zastosowanie automatycznych systemów monitoringu, które wykrywają anomalie w poborze mocy i informują administratora budynku o potencjalnych zagrożeniach w czasie rzeczywistym, może znacząco wpłynąć na stabilność całego systemu i bezpieczeństwo, z uwzględnieniem ochrony przeciwpożarowej.

W kontekście przyszłości, z uwagi na rosnącą popularność pojazdów elektrycznych, można spodziewać się coraz większej liczby stacji ładowania na parkingach i w garażach podziemnych. W związku z tym istotne jest zapewnienie odpowiednich środków bezpieczeństwa oraz procedur ochrony przeciwpożarowej – zarówno podczas projektowania nowych obiektów, jak i adaptacji istniejących. Istotne jest kompleksowe podejście na etapie projektowania, które uwzględni montaż stacji ładowania oraz instalacji zabezpieczającej przed skutkami pożaru pojazdu.

Obecnie projektuje się i buduje obiekty, zapewniając im moc przyłączeniową pozwalającą wyposażyć je w punkty ładowania o mocy nie mniejszej niż 3,7 kW. Mówi o tym ustawa z dnia 11 stycznia 2018 r. o elektromobilności i paliwach alternatywnych. W przypadku dużych budynków mieszkalnych zapewnia się możliwość zainstalowania kanałów na przewody i kable elektryczne umożliwiających utworzenie punktów ładowania na każdym stanowisku postojowym.

Mówi o tym także przegłosowana w marcu w parlamencie europejskim Dyrektywa EPBD. Nowe budynki powinny mieć instalacje elektryczne tak dostosowane, aby umożliwić łatwy montaż punktów ładowania pojazdów elektrycznych. Dyrektywa EPBD kładzie w tym przypadku nacisk na zniesienie barier utrudniających instalację urządzeń do ładowania elektryków w budynkach wielorodzinnych (bądź oddawania energii zgromadzonej w samochodowych bateriach do sieci w godzinach szczytu poboru – technologia Vehicle-2-Grid/V2G).

Podsumowując, instalacja stacji ładowania pojazdów elektrycznych na parkingach i w zadaszonych garażach wymaga kompleksowego podejścia, uwzględniającego zarówno aspekty techniczne, jak i bezpieczeństwo pożarowe. Kluczowe jest odpowiednie zaplanowanie infrastruktury, zapewnienie wystarczającej mocy, a także wdrożenie środków zapobiegawczych i niezbędnych procedur bezpieczeństwa.

‍