Projektowanie budynków z uwzględnieniem stacji ładowania samochodów elektrycznych

Kluczowym etapem jeszcze przed budową systemu stacji ładowania w garażach podziemnych jest opracowanie kompleksowej koncepcji, która uwzględni specyfikę budynku, potrzeby użytkowników oraz aspekty związane z bezpieczeństwem eksploatacji. W ramach tego procesu należy uwzględnić między innymi układ przestrzenny garażu, dostępność źródeł zasilania, możliwość rozmieszczenia stacji ładowania w dogodnych lokalizacjach oraz infrastrukturę techniczną zapewniającą bezpieczne działanie stacji. Istotna jest również analiza sposobu montażu instalacji, na przykład na ścianach lub suficie, co wpływa 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.

Niedobór mocy może prowadzić do przeciążenia instalacji elektrycznej i awaryjnych wyłączeń systemu. Aby to ocenić, zazwyczaj konieczne jest przeprowadzenie analizy z użyciem rejestratorów parametrów elektrycznych podłączonych do obwodów w głównej rozdzielni przez co najmniej tydzień. Kluczowe jest monitorowanie profilu mocy zarówno w dni robocze, jak i w weekendy przez całą dobę. Analiza zebranych danych umożliwi wybór optymalnych rozwiązań technicznych.

Rys. 1. Analiza poboru mocy przez obiekt biurowy w okresie jednego tygodnia

Rys. 2. Analiza poboru mocy przez obiekt biurowy w okresie sześciu miesięcy

Tabela. Przykładowa analiza mocy rezerwowej w obiekcie biurowym

Zgodnie z ustawą o elektromobilności i paliwach alternatywnych w nowych obiektach specyfikacja instalacji elektrycznej powinna uwzględniać dodatkowe obciążenie spowodowane stacjami ładowania. Jednak w starszych budynkach może być konieczna modernizacja lub przebudowa istniejącej rozdzielni głównej, ponieważ stare rozdzielnice mogą nie sprostać dodatkowym wymaganiom związanym z ładowaniem samochodów elektrycznych. Celem jest zapewnienie odpowiedniej mocy i zabezpieczeń dla nowych stacji ładowania. Często zapotrzebowanie na moc dla planowanego systemu ładowania jest na poziomie zbliżonym lub nawet wyższym niż dotychczasowe zużycie budynku (np. 330 kW dla 30 stacji ładowania przy średniej mocy pobieranej przez biurowiec wynoszącej 300 kW). Na etapie budowy takich zapasów mocy zwykle nie przewidywano.

W przypadku niedostatecznej mocy przyłączeniowej może być konieczne złożenie wniosku do lokalnego operatora sieci w celu zwiększenia dostępnej mocy. To kluczowe dla zapewnienia niezawodności stacji ładowania oraz uniknięcia przeciążeń. Profesjonalne przygotowanie takiego wniosku zwiększa szanse jego aprobaty i może skrócić czas oczekiwania na realizację. Istotne jest również precyzyjne oszacowanie potrzebnej mocy.

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

W obiektach biurowych zmienność dziennego obciążenia (np. od 150 do 420 kW) często umożliwia wykorzystanie dostępnej mocy w okresach niższego zapotrzebowania, co może być wykorzystane do ładowania pojazdów elektrycznych bez potrzeby przeprowadzania dużych modernizacji systemu zasilania obiektu. Inteligentny system zarządzania stacjami ładowania może efektywnie wykorzystać całą dostępną moc w danym momencie, minimalizując ryzyko przeciążeń i przekroczenia zamówionej mocy.

Niektórzy zarządcy i właściciele budynków mogą mieć dodatkowe wymagania dotyczące zabezpieczeń, które przekraczają standardowe oczekiwania.

Inną nietypową sytuacją jest konieczność znalezienia alternatywnych sposobów montażu stacji ładowania, gdy montaż na ścianie jest niemożliwy ze względu na izolację przeciwwodną lub na podłodze ze względu na brak zgody na naruszenie ciągłości posadzki żywicznej. W takich przypadkach jedyną opcją pozostaje montaż stacji na suficie, na specjalnie zaprojektowanych słupkach.

Zdjęcie. Stacje ładowania zamontowane na słupkach mocowanych do sufitu

Coraz częściej klienci oczekują również integracji systemów stacji ładowania z lokalnymi systemami zarządzania budynkiem (BMS). Aby to osiągnąć, często konieczna jest instalacja dedykowanego sterownika nadrzędnego, który monitoruje stan ładowarek i zarządza dynamicznie dostępną mocą. Ten sterownik umożliwia wymianę danych z stacjami ładowania, monitorując bieżące zużycie energii za pomocą analizatora sieciowego w rozdzielnicy głównej. System może działać automatycznie, integrując się z istniejącymi systemami zarządzania budynkiem poprzez sieć Modbus TCP/IP oraz wymieniając dane z zewnętrznymi systemami zarządzania i rozliczania transakcji ładowania za pomocą protokołu OCPP.

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.

Rys. 3. Przykładowa topologia układu komunikacji systemu stacji z BMS budynku

Obecnie budynki użyteczności publicznej oraz wielorodzinne mieszkalne projektuje się z zapewnieniem odpowiedniej mocy przyłączeniowej, umożliwiającej instalację punktów ładowania o minimalnej mocy 3,7 kW zgodnie z ustawą o elektromobilności i paliwach alternatywnych. W przypadku dużych budynków mieszkalnych projektuje się również infrastrukturę pozwalającą na łatwy montaż punktów ładowania na każdym stanowisku postojowym, co jest wspierane przez Dyrektywę EPBD przyjętą przez Parlament Europejski w marcu.

Instalacja stacji ładowania pojazdów elektrycznych w garażach wymaga kompleksowego podejścia, uwzględniającego aspekty zarówno techniczne, jak i bezpieczeństwa pożarowego. Kluczowe jest odpowiednie zaplanowanie infrastruktury elektrycznej, zapewnienie wystarczającej mocy oraz wdrożenie środków zapobiegawczych i procedur bezpieczeństwa. Nowoczesne technologie rekomendowane przez ostatnie wytyczne pomagają minimalizować ryzyko pożarów, jednakże nadal istnieją wyzwania związane z instalacją i eksploatacją tych systemów, które wymagają uwagi i odpowiedniego zarządzania. Stałe monitorowanie i konserwacja systemów ładowania oraz zabezpieczeń przeciwpożarowych są kluczowe dla minimalizowania ryzyka wystąpienia zagrożeń podczas eksploatacji tych instalacji.