Ładowanie samochodu elektrycznego z fotowoltaiki: ile kosztuje i jak zaprojektować instalację? O tym warto wiedzieć

W Polsce stacje ładowania samochodów elektrycznych nie są dobrze rozwinięte, a ceny ładowania na nich wysokie. Dlatego wielu właścicieli domów jest zainteresowanych zakupem odpowiedniej ładowarki, tak aby móc ładować samochód w garażu lub na podjeździe i szuka rozwiązań, jak wykorzystać fotowoltaikę do ładowania auta. Ładowanie samochodu elektrycznego w domu może być rozwiązaniem wygodnym i oszczędnym, szczególnie jeśli korzystamy z energii słonecznej. Wyjaśniamy, kilka kluczowych punktów dotyczących kosztów, sposobu ładowania i dostosowania instalacji elektrycznej.

Ile kosztuje ładowanie samochodu elektrycznego?

Korzystanie z domowej ładowarki do samochodu elektrycznego, czy - jak kto woli - stacji ładowania, nie tylko zmniejsza bolączki związane z ładowaniem elektrycznego auta. Co przy tym bardzo ważne, dla większości użytkowników - jest to opcja najtańsza pod względem kosztów prądu. Tym bardziej, jeżeli do ładowania samochodu elektrycznego wykorzystamy prąd z własnej mikroinstalacji PV, czyli z paneli fotowoltaicznych.

Ładowanie samochodu we własnym garażu jest generalnie znacznie tańsze, niż doładowywanie go na komercyjnych stacjach. Z zastrzeżeniem, że różnicę może wyraźnie zwiększyć korzystanie z różnych planów abonamentowych na takich stacjach. Zasadniczo jednak prąd w taryfie dla gospodarstw domowych jest po prostu tańszy. Ponadto jeżeli właściciel auta korzysta z tzw. drugiej taryfy, w której energia jest tańsza w nocy (G12), ewentualnie również w weekendy (G12w), to może płacić jeszcze mniej. Oczywiście, pod warunkiem, że będzie ładował akumulatory samochodu elektrycznego w czasie, gdy obowiązują niższe opłaty, gdyż w pozostałych godzinach cena za 1 kWh jest nieco wyższa, niż w najpopularniejszej taryfie ze stałą ceną (G11).

Ładowanie samochodu elektrycznego i fotowoltaika: jak tanio ładować auto

Najmniej za ładowanie samochodu elektrycznego zapłaci ten, kto do ładowania będzie mógł wykorzystywać własny prąd pozyskiwany przez panele fotowoltaiczne. Z pewnymi zastrzeżeniami można przyjąć, że jest to bowiem energia darmowa. Ładowanie baterii samochodowych opłaca się przy tym znacznie bardziej, niż przekazywanie nadmiaru energii do sieci. Dotyczy to nawet osób rozliczających się na starych zasadach, w ramach tzw. net-meteringu. W tym systemie za każdą 1 kWh energii przekazaną do sieci możemy następnie odebrać, 0,8 kWh lub 0,7 kWh - jeżeli moc mikroinstalacji przekracza 10 kW. Przepada więc 20 lub 30% energii.

Natomiast w przypadku net-billingu, czyli nowszego systemu, różnice stają się ogromne. Stawki są tu zmienne, zaś cena odsprzedaży energii do sieci bywała już nawet przeszło 4 razy niższa od ceny zakupu. To zjawisko może się jeszcze pogłębić po wejściu w życie taryf dynamicznych w sierpniu 2024 r. Cena nie będzie już bowiem średnią miesięczną cen giełdowych, lecz będzie zmieniać się z godziny na godzinę. Jednak wciąż nie wiadomo nawet, czy przejście na taryfy dynamiczne będzie dla właścicieli mikroinstalacji dobrowolne, czy obowiązkowe. Oczywiście, taki system rozliczania może być bardzo korzystny dla tych, którzy będą w stanie korzystać z prądu sieciowego prawie wyłącznie w wybranych przez siebie godzinach. Ale będzie to wymagać posiadania domowego magazynu energii o dość dużej pojemności. Zaś w przypadku użytkowania samochodu elektrycznego, niezbędna będzie ładowarka umożliwiająca w miarę szybkie ładowanie. Co ważne, nie musi to oznaczać konieczności posiadania instalacji PV o dużej mocy, np. 20 kW. Ma się rozumieć, że w im większym stopniu będziemy wykorzystywać własny prąd, tym nasze oszczędności związane z ładowaniem samochodu elektrycznego będą większe. Ponadto mając dobrą ładowarkę o wysokiej mocy będziemy w stanie skrócić czas ładowania auta. Tak więc „wstrzelenie się” w godziny, gdy prąd jest najtańszy, będzie łatwiejsze.

Ładowanie samochodu elektrycznego w domu: jak ładowarka?

W warunkach domowych, osiągnięcie takiego samego poziomu naładowania akumulatorów samochodu elektrycznego jak na stacjach, może zająć od kilku do nawet kilkudziesięciu godzin. Wpływ na to ma kilka czynników, jednak podstawowym jest to jakiej ładowarki używamy do ładowania. Wariant minimum to zestaw dostarczany przez producenta samochodu elektrycznego, czyli kabel zakończony jednofazową wtyczką. Podpinamy go z jednej strony do samochodu, a z drugiej wkładamy wtyczkę do zwykłego gniazdka. Podstawową wadą jest bardzo niska przekazywana moc, zwykle ok. 3 kW. W efekcie czas ładowania samochodu elektrycznego jest niezwykle długi, sięga kilkudziesięciu godzin. Dlatego taki wariant należałoby postrzegać raczej jako wykorzystywany w ostateczności, np. do lekkiego podładowania bardzo mocno wyczerpanych akumulatorów - na tyle, żeby dało się dojechać do najbliższej stacji ładowania.

Kabel do ładowania wprost z gniazdka należy traktować jako ostateczność - cały proces jest wówczas bardzo powolny (fot. Technivolt)

Zastosowanie specjalnej ładowarki do samochodu elektrycznego to coś jakościowo zupełnie innego. Przekazywana moc może wówczas sięgać nie ok. 3 kW lecz 20 kW, dzięki czemu czas ładowania samochodu skraca się proporcjonalnie i staje się nawet 6-7 razy krótszy. Czyli przez jedną godzinę doładowujemy samochód o tyle, co w poprzednim wariancie przez 7 godzin. Diametralnie zmienia to możliwości ładowania samochodu elektrycznego we własnym zakresie, a więc i sposób korzystania z niego. To ważne zarówno dla tych, którzy chcą to robić nocą, wykorzystując tańszą taryfę, jak i dla właścicieli mikroinstalacji PV.

Jeżeli samochód stoi w garażu w godzinach największej produkcji własnego prądu to w takim układzie można go przekierować właśnie tam. Dysponując jedynie kablem umożliwiającym przesyłanie ok. 3 kW i tak w praktyce nie mielibyśmy zbyt wielkiego pożytku z fotowoltaiki. Bo co z tego, że panele uzyskują w danym momencie np. 8 kW, skoro i tak nie jesteśmy w stanie przesłać do samochodu więcej niż 3 kW? Dlatego jeżeli ktoś myśli poważnie o ładowaniu samochodu elektrycznego we własnym domu po prostu musi zainwestować w zakup ładowarki. Zainwestować, gdyż będzie to nabytek przynoszący korzyści.

Jak działa i ile trwa ładowanie samochodu elektrycznego w domu?

Koszt ładowania samochodu w domu vs na stacjach publicznych. Trzeba bardzo wyraźnie rozgraniczyć dwie sprawy - ładowanie samochodu za pomocą domowej stacji ładowania (ładowarki) różni się zasadniczo od korzystania z komercyjnej stacji szybkiego ładowania. W przypadku stacji domowych, wykorzystywany jest bowiem wewnętrzny, wbudowany w pojazd, mechanizm przekształcania prądu przemiennego (AC) w prąd stały (DC), którym to ładowane są akumulatory. Natomiast stacje szybkiego ładowania zasilają pojazd od razu prądem stałym i mówiąc w dużym uproszczeniu - umożliwiają ominięcie wewnętrznego układu prostowniczego w pojeździe. Moc takich szybkich ładowarek może być naprawdę ogromna, przekracza 300 kW, co potencjalnie przekłada się na niezwykle krótki czas ładowania. Jeżeli celem będzie naładowanie akumulatora o pojemności 50 kWh, to przy takiej mocy powinno wystarczyć na to zaledwie 10 minut (0,17 h),

gdyż: 300 kW × 0,17 h = 50 kWh

Ładowarkę do samochodu elektrycznego należy zasilać z osobnego obwodu 3-fazowego. Przewody muszą być grube, ponieważ mocno będą obciążone prądem przez kilka godzin (fot. Electronite)

Jednak to często wyłącznie teoretyczna możliwość, gdyż w praktyce wiele samochodów elektrycznych nie jest przystosowanych do przyjmowania aż tak wielkiego strumienia energii, nie wytrzymałaby tego ich wewnętrzna instalacja elektryczna oraz same akumulatory. Często więc faktycznie pobierana moc jest ograniczona do 50-100 kW. Co i tak jest wysoką wartością. Warto sobie uświadomić, że w typowym domu jednorodzinnym moc przyłącza energetycznego wynosi zaledwie ok. 15 kW. Zaś najczęściej pobierane jest z sieci zaledwie kilka kW. Natomiast „najmocniejsze” domowe przyłącza mają do 40 kW. Skoro moc, którą może przyjąć samochód jest mniejsza, to i czas ładowania proporcjonalnie się wydłuża. Zakładając, że maksimum wyniesie 100 kW, to przekazanie 50 kWh energii zajmie pół godziny (100 kW × 0,5 h = 50 kWh). Przy ograniczeniu mocy do 50 kW będzie to zaś jedna godzina. Płynie stąd bardzo ważny wniosek, że w praktyce domowa ładowarka do samochodu elektrycznego, wykorzystująca prąd przemienny (AC), chociaż wolniejsza - nie będzie jednak aż tak powolna, jak mogłoby się wydawać na pierwszy rzut oka. Najmocniejsze z nich są bowiem w stanie zasilać akumulatory mocą ok. 20 kW, zawsze będzie ona nieco mniejsza od mocy pobieranej z sieci. Akumulatory o pojemności 50 kWh zostaną więc naładowane w ciągu 2,5 godziny (20 kW × 2,5 h = 50 kWh). W praktyce raczej w ciągu ok. 3 godzin.

Skąd wziąć prąd? Fotowoltaika do ładowania samochodu elektrycznego

Skoro ładujemy samochód elektryczny stojący w garażu, pod wiatą lub na podjeździe to mogłoby się wydawać, że sprawa jest prosta - ładowarkę stacjonarną lub przenośną podłączamy do instalacji domowej. Technicznie tak rzeczywiście jest, jednak w rzeczywistości musimy jeszcze odpowiedzieć na pytanie, skąd tak naprawdę będzie pochodził prąd do ładowania samochodu - z sieci, czy z naszej mikroinstalacji PV?

Tu pojawia się pytanie, na które odpowiedź wcale nie będzie oczywista dla większości inwestorów - czy jeżeli mamy instalację fotowoltaiczną o mocy 10 kW, to wystarczy ona do zasilania ładowarki o mocy 10 kW? Odpowiedź jest, niestety, negatywna. Dokładniej mówiąc, taki zestaw paneli jedynie sporadycznie będzie dostarczał moc na nominalnym poziomie 10 kW. Przez znakomitą większość czasu swego działania będzie to zaś wartość bliższa 5 kW lub jeszcze niższa.

Jaka moc fotowoltaiki do ładowania samochodu?

Oznacza to, że jeżeli planujemy kupić samochód elektryczny i ładować go prądem ze słońca, to dopiero budowana instalacja PV powinna mieć moc zainstalowaną wyraźnie wyższą od tej wystarczającej do pokrycia pozostałych potrzeb energetycznych budynku (normalnego zużycia prądu). Jeżeli zaś już mamy instalację fotowoltaiczną i chcemy ją wykorzystać do ładowania samochodu elektrycznego, to powinniśmy pomyśleć o jej rozbudowie. Nie sposób jednak z góry podać jakie dokładnie będą to wartości. To trzeba ustalić konsultując się z fachowcem, który będzie znał specyfikę naszego domu, zużycie energii na różne cele, zapotrzebowanie samochodu elektrycznego na energię, charakterystykę jego systemu ładowania itd.

Warto jednak zasygnalizować, że uzasadniony może być nawet bardzo znaczny wzrost mocy fotowoltaiki. Jeżeli w domu mamy np. system 6 kW, to do ładowania samochodu może przydać się nawet dodatkowe 10 kW (łącznie będzie więc 16 kW).

Ile paneli potrzeba do ładowania samochodu? 

Problemem, który pojawi się wówczas w wielu przypadkach, będzie brak miejsca na kolejne panele fotowoltaiczne. Przypomnijmy, że muszą być one jak najmocniej nasłonecznione i wolne od zacienienia. To nie panele są przecież źródłem energii, lecz padające na nie promieniowanie słoneczne. Zakładanie ich np. od północy, gdzie nigdy nie dociera najbardziej wydajne promieniowanie bezpośrednie, mija się więc z celem. Za to warte rozważenia może być chociażby ułożenie paneli na wschodniej i zachodniej połaci dachu. W wielu przypadkach, jeśli chcemy zwiększyć moc instalacji fotowoltaicznej do ładowania samochodu, technicznie bardzo dobrym wariantem byłoby ustawienie paneli na gruncie, na specjalnej konstrukcji wsporczej. Podobną instalację można też ustawić na dachu płaskim. Jednak nie każdemu będzie to odpowiadać. Dlatego, chcąc ładować samochód elektryczny przy użyciu fotowoltaiki, warto brać pod uwagę również mniej popularne rozwiązania. Ciekawym pomysłem jest chociażby wykonanie na samochód elektryczny tzw. wiaty solarnej. Pokrycie jej dachu stanowią wówczas panele PV. W takim wariancie pod wiatą może znaleźć się także inwerter (albo mikroinwertery) oraz sama ładowarka do samochodu elektrycznego.

Wiata na samochód elektryczny może mieć dach z paneli fotowoltaicznych (fot. Konsport)

Jeżeli zaś panele fotowoltaiczne mają pokrywać znaczną część dachu jakiegoś budynku, lub przynajmniej jego jednej połaci, to w grę wchodzi wykorzystanie paneli zintegrowanych z pokryciem dachu (zwykle dachówką), lub zastąpienie całego pokrycia tzw. dachem solarnym. Tu potrzebne jest indywidualne, niekiedy nieszablonowe podejście, ale praktycznie zawsze można znaleźć jakieś satysfakcjonujące rozwiązanie, umożliwiające budowę dużej (jak na dom jednorodzinny) instalacji lub jej rozbudowę.

Jak dostosować instalację elektryczną w domu do ładowania samochodu elektrycznego?

Zawsze - niezależnie od tego czy prąd do ładowania samochodu elektrycznego będzie pochodził z sieci, czy z fotowoltaiki - instalacja elektryczna w budynku oraz przyłącze energetyczne muszą być przystosowana do dużego obciążenia mocą. O czym część inwestorów zapomina. Przypomnijmy, że typowa moc przyłączeniowa w domu jednorodzinnym wynosi 12-15 kW, maksymalna nie przekracza zaś 40 kW. Natomiast moc pobierana przez najmocniejsze dostępne na rynku ładowarki sięga 22 kW. To bardzo dużo.

Natomiast to z jaką mocą będzie mógł być ładowany zespół akumulatorów samochodu elektrycznego zależy od czterech zasadniczych czynników:

• wbudowanego w samochód układu ładowania akumulatorów;
• parametrów stacji ładowania (ładowarki);
• przystosowania instalacji elektrycznej do dużego obciążenia;
• dostępnej mocy źródła prądu, czyli przyłącza energetycznego lub mikroinstalacji PV.

Każdy z wyżej wymienionych elementów może okazać się wąskim gardłem, najsłabszym ogniwem łańcucha, czymś co utrudni lub wręcz uniemożliwi właściwe działanie całości.

*Zwykle niedostępne w instalacjach jednofazowych. Ewentualnie może być jednak wykorzystywane w instalacji trójfazowej, w której aktualnie na potrzeby ładowania samochodu elektrycznego obciążona jest tylko jedna faza.

Specyfikę działania samochodowych systemów ładowania oraz ładowarek już omówiliśmy. Z kolei kwestia mocy źródła prądu jest dość oczywista. Jeżeli dostępna moc przyłącza wynosi np. 12 kW, to pełni możliwości ładowarki do samochodu elektrycznego 22 kW nigdy nie wykorzystamy. Ma się rozumieć, że będzie ona działać, pracując przy tym bez najmniejszych problemów, jednak z mocą obniżoną do tego co dostarczymy jej na „wejściu”. 

Ładowanie samochodu elektrycznego w domu: ważne przewody 

Nie można jednak zapominać, że instalacja elektryczna musi być przystosowana do przepływu dużego prądu. Wymaga to przede wszystkim ułożenia odpowiednich przewodów. Najczęściej przyjmuje się, że obciążenie prądem 16 A wymaga przekroju każdej z żył 4 mm², zaś przy 32 A aż 10 mm². Łatwo zauważyć, że jest to więcej, niż przekroje przyjmowane w typowych obwodach w instalacji elektrycznej, np. przy zasilaniu gniazd. Tam standardem jest bowiem 2,5 mm² przy obciążeniu 16 A. Jednak taki zapas należy uznać za słuszny. Typowy obwód gniazd prawie nigdy nie jest bowiem obciążany maksymalnym prądem. Jeżeli zaś już do tego dochodzi to jedynie na krótko. Ryzyko chociażby nadmiernego rozgrzania obciążonych przewodów jest więc niewielkie. Zupełnie inaczej będzie zaś w przypadku obwodu zasilającego stację ładowania samochodu elektrycznego, który z założenia ma pracować z pełną mocą przez wiele godzin bez przerwy.

Autor: Jarosław Antkiewicz

Fot. otwierające: Technivolt