Domowe stacje ładowania samochodów

Samochody elektryczne i hybrydowe coraz bardziej upowszechniają się również w naszym kraju. Ale sieć stacji umożliwiających ich ładowanie jest bez porównania rzadsza, niż sieć tradycyjnych stacji benzynowych. Już samo to wystarczy, żeby mając samochód z elektrycznym napędem, warto było kupić ładowarkę umożliwiającą jego sprawne i bezpieczne zasilanie z domowej instalacji elektrycznej. Jednak ogromne znaczenie ma również aspekt ekonomiczny. Wykorzystując prąd z domowego gniazdka, elektryczne auto "zatankujemy" o wiele taniej, niż na komercyjnej stacji.

Wprawdzie domowe ładowarki mają pewne ograniczenia i trudno je porównywać, szczególnie z tzw. szybkimi stacjami ładowania, jednak właściwie dobrane do konkretnego modelu auta, oraz specyfiki i możliwości naszej instalacji elektrycznej będą działać bardzo dobrze. A przede wszystkim umożliwią nam jazdę naprawdę tanio, w porównaniu z tym, ile musielibyśmy obecnie wydać na benzynę lub olej napędowy.

Domowa stacja ładowania umożliwia wygodne doładowywanie samochodu stosunkowo tanim prądem. (fot. Electromobility.ONE)

Dlaczego domowa stacja ładowania?

Trzeba od razu wyjaśnić, że domowa stacja ładowania jest czymś zupełnie innym, niż tzw. szybkie stacje ładowania, dostępne na komercyjnych stacjach ładowania oraz niektórych stacjach paliw. Tamte stacje ładowania przekazują do samochodu od razu prąd stały (DC), a nie płynący w typowej instalacji elektrycznej prąd przemienny (AC). Dzięki temu wbudowany w sam samochód układ przemiany prądu AC/DC nie musi być w ogóle wykorzystywany. A to właśnie on jest wąskim gardłem, zasadniczo ograniczającym szybkość ładowania. Najszybsze tego rodzaju ładowarki DC mogą przekazywać moc nawet ponad 300 kW. W praktyce jednak większość samochodów nie może przyjmować aż tak dużego strumienia mocy. Ich wewnętrzne układy zabezpieczające ograniczają więc moc odbieranego prądu, nawet do wartości 50-100 kWh. To wydłuża czas ładowania, ale jest konieczne - ze względu na bezpieczeństwo i żywotność akumulatorów.

Tak czy inaczej, szybka komercyjna ładowarka jest naprawdę szybka i akumulatory o pojemności 50 kWh może naładować np. w pół godziny. Żadna domowa ładowarka nie może się pod tym względem z nią równać. Nawet przy korzystaniu z tych najszybszych (22 kW) zajmie to około 3 godzin. Nazywanie ich szybkimi jest jednak uzasadnione, jeżeli weźmiemy pod uwagę, że ładowanie ze zwykłego gniazdka, bez użycia specjalnej ładowarki, może zająć nawet 30 godzin. W takim układzie bowiem moc faktycznie przekazywana do akumulatorów często wynosi niewiele ponad 2 kW.

Domowe stacje ładowania mają jednak trzy zasadnicze zalety względem komercyjnych stacji szybkiego ładowania:

• Po pierwsze, mamy je na miejscu i gdy samochód stoi w garażu lub na podjeździe, możemy go doładowywać w dowolnej chwili.
• Po drugie, częste superszybkie ładowanie może skracać żywotność akumulatorów. Niektórzy producenci wręcz zalecają umiar w ich wykorzystywaniu.
• Po trzecie, ładowanie prądem z instalacji domowej jest o wiele tańsze. Różnica może być nawet przeszło trzykrotna! W domu płacimy bowiem ok. 0,80 zł/kWh, a nawet mniej, jeżeli korzystamy z nocnej taryfy (G12, G12W). Poza tym w domach z panelami PV jest jeszcze możliwość wykorzystywania własnego, darmowego prądu z mikroelektrowni.

Natomiast ładowanie na stacjach komercyjnych jest stosunkowo drogie, tam cena sięga nawet 3 zł/kWh. Trzeba jednak brać pod uwagę, że oferują one różne tańsze warianty w ramach opłat abonamentowych, promocji niektórych marek itp. Tak czy inaczej ceny i tak są wyższe, niż w przypadku prądu pobieranego w taryfie dla gospodarstw domowych.

Jak działa ładowarka?

Domowe stacje ładowania bywają nazywane inteligentnymi, gdyż nie ograniczają się one do pobierania prądu i przekazywania go układowi ładowania wbudowanemu w samochód. Ładowarka będzie maksymalnie wykorzystywać moc dostępną w domowej instalacji elektrycznej, ale równocześnie będzie stale monitorować stopień jej obciążenia i zapobiegać przeciążeniu. To ostatnie mogłoby się skończyć zadziałaniem zabezpieczeń w rozdzielnicy lub w złączu (skrzynce z licznikiem) i odcięciem zasilania.

Na przykład, jeżeli maksymalna moc, którą możemy pobierać za pośrednictwem naszego przyłącza do sieci wynosi 12 kW, a w danym momencie domowe urządzenia pobierają zaledwie 4 kW, to ładowarka będzie mogła przekazywać do samochodu nawet 8 kW (4 + 8 = 12 kW). Jeżeli jednak zaczniemy gotować obiad na kuchence elektrycznej, włączymy jeszcze czajnik itp., to w efekcie moc pobierana przez różne sprzęty wzrośnie np. z 4 do 9 kW. Wówczas stacja ładowania automatycznie obniży swój pobór mocy do 3 kW (9 + 3 = 12 kW), czyli bezpiecznej wartości obciążenia. Co więcej, zadaniem ładowarki trójfazowej jest jak najbardziej równomierne obciążanie wszystkich trzech faz. Jeżeli urządzenia domowe pobierają prąd nierównomiernie (a tak zwykle jest), to inteligentna ładowarka będzie dążyć do wyrównania tego obciążenia - z jednej fazy pobierze mniej, z innych więcej.

Jaka moc?

Wybierając moc stacji ładowania musimy uwzględnić przynajmniej trzy czynniki.

Pierwszy to moc prądu przemiennego, jaką jest w stanie przyjąć układ ładowania wbudowany w nasze auto. Jeżeli będzie to np. 11 kW, to po zakupie stacji ładowania 22 kW, będziemy mogli wykorzystać zaledwie 50% jej możliwości. Jednak trzeba zaznaczyć, że taka mocniejsza stacja będzie działać w pełni prawidłowo, akumulatorom nic nie grozi. Jeżeli planujemy i tak wymienić samochód albo kupić drugi, zaś instalacja elektryczna w budynku jest dostosowana do dużego obciążenia, to taki zakup może być uzasadniony. I to pomimo znacznie wyższej ceny.

Druga kwestia to moc przyłącza sieciowego, aktualny stopień wykorzystania w domu przydzielonej mocy oraz stan techniczny instalacji. Jeżeli nasz przydział mocy jest niewielki i w znacznej mierze już zajęty przez pracujące w budynku sprzęty, użycie ładowarki samochodowej o wysokiej mocy może i tak być w praktyce niemożliwe. Oczywiście, stacja ładowania zadba o to, żeby nie przeciążać instalacji. Jednak to problemu braku dostępnej wolnej mocy przecież nie rozwiąże. Wówczas trzeba będzie sprawdzić, czy możliwe jest zwiększenie przydziału mocy. Tu ważny jest także stan i rodzaj przyłącza oraz linii zasilającej, doprowadzonej do budynku. Po prostu przewody o zbyt małym przekroju mogą być niewystarczające. Zaś ich wymiana to już spory kłopot i koszt. W pewnym stopniu można ten problem załagodzić ładując samochód w czasie, gdy inne urządzenia w domu nie pracują. Jednak nie zawsze jest to możliwe.

Trzeba także uwzględniać to jak wykonano instalację elektryczną w budynku, do obciążenia prądem o jakim natężeniu dostosowane są przewody i zabezpieczenia. Bowiem nawet jeżeli mamy wystarczająco solidne przyłącze (od sieci do licznika energii), to nie zawsze dalszą część instalacji można bezpiecznie obciążyć dużym prądem. Dlatego należy skonsultować z elektrykiem, jakie wartości mocy oraz natężenia prądu będą bezpieczne. Ewentualnie, co można zmienić, aby je zwiększyć.

Trzecia sprawa to wreszcie nasze wymagania co do szybkości ładowania, wynikające z trybu życia i aktywności zawodowej. Jeżeli użytkujemy pojazd tylko na krótkich odcinkach (np. 40 km dziennie), zapewnienie wystarczającego stopnia naładowania będzie łatwiejsze.

Ostatecznie bowiem ładowanie z mniejszą lub większą mocą nie jest samo w sobie lepsze lub gorsze (przynajmniej w granicach zapewnianych przez domowe stacje). Jedynie skraca albo wydłuża czas potrzebny na naładowanie akumulatorów.

Maksymalna moc stacji ładowania w zależności od liczby obciążanych faz oraz maksymalnego natężenia prądu

Uwaga! Rzeczywista maksymalna moc ładowania jest zawsze mniejsza od teoretycznego maksimum.
*Raczej niezalecane i zwykle niedostępne w instalacjach jednofazowych. Może być jednak wykorzystywane w instalacji trójfazowej, w której aktualnie na potrzeby ładowania samochodu obciążona jest tylko jedna faza.

Stacjonarna lub przenośna

Warto wiedzieć, chociaż większość domowych stacji ładowania to urządzenia stacjonarne, to dostępne są także ich warianty przenośne. Te możemy w każdej chwili zdjąć ze ściany i zapakować do bagażnika, zabierając ze sobą w podróż. Dzięki nim możemy korzystać ze wszystkich inteligentnych funkcji ładowania, takich jak bieżące monitorowanie stopnia obciążenia instalacji, ustawienie pożądanego poziomu naładowania, czy określenie godzin ładowania, tak aby wykorzystywać tylko tańszą taryfę. Trzeba się jednak liczyć z tym, że taka mobilna ładowarka ma mniejszą moc (teoretycznie do 7 kW), niż urządzenie stacjonarne. Czas ładowania jest więc odpowiednio dłuższy. Takie stacje wykorzystują w danym czasie tylko jedną fazę, nawet jeżeli przyłączone są przez adapter do gniazda trójfazowego.

Niektóre inteligentne ładowarki możemy zabrać w podróż. (fot. Fronius)

Redaktor: Jarosław Antkiewicz
fot. otwierająca: Technivolt