Jak dobrać moc przyłączeniową pod pompę ciepła i ładowarkę

Dobór mocy przyłączeniowej dla domu z pompą ciepła i ładowarką samochodu elektrycznego wymaga policzenia rzeczywistego poboru urządzeń podczas zimowego szczytu. Nie należy dodawać mocy grzewczej pompy do mocy wallboxa. W bilansie liczą się pobór sprężarki i osprzętu, moc grzałki elektrycznej, obciążenie kuchni, pozostałe odbiorniki oraz ładowanie samochodu. Wynik trzeba następnie sprawdzić osobno dla każdej fazy.

W wielu domach punktem wyjścia jest 20 kW i zabezpieczenie 3 × 32 A, ale nie jest to wartość uniwersalna. Przy dynamicznym sterowaniu wallboxem może wystarczyć 16 kW i 3 × 25 A. Z kolei grzałka o dużej mocy, dwa samochody, sauna albo inne energochłonne odbiorniki mogą uzasadniać 25 kW i 3 × 40 A. Ostateczna decyzja musi wynikać z dokumentacji urządzeń, warunków operatora i oceny instalacji wykonanej przez elektryka.

Jak dobrać moc przyłączeniową pod pompę ciepła i ładowarkę

Najpierw trzeba ustalić maksymalny pobór elektryczny pompy wraz z grzałką. Następnie dodaje się odbiorniki, które rzeczywiście mogą działać w tym samym czasie: płytę indukcyjną, piekarnik, podgrzewacz wody, hydrofor, pralkę, suszarkę i podstawowe wyposażenie domu. Wallbox należy potraktować jako obciążenie długotrwałe, ponieważ ładowanie może trwać kilka godzin.

Warto przygotować dwa warianty. Pierwszy zakłada ładowanie samochodu z pełną mocą wallboxa. Drugi uwzględnia dynamiczne ograniczanie ładowania do aktualnie dostępnej rezerwy. Taki podział szybko pokazuje, czy rzeczywiście potrzebne jest zwiększenie mocy przyłączeniowej, czy wystarczy odpowiednio sterować ładowarką.

Prosty współczynnik w rodzaju „suma mocy wszystkich urządzeń × 0,5” nie daje wiarygodnej odpowiedzi. Pompa ciepła i ładowarka mogą pracować długo oraz jednocześnie. Z drugiej strony nie ma sensu zakładać, że przez wiele godzin z pełną mocą będą działały wszystkie pola płyty, piekarnik, czajnik, pralka i suszarka. Bilans powinien przedstawiać najbardziej wymagający, ale nadal prawdopodobny scenariusz użytkowania domu.

Moc grzewcza pompy nie jest poborem z sieci

Pompa ciepła opisana jako urządzenie o mocy grzewczej 8 kW nie pobiera automatycznie 8 kW energii elektrycznej. Moc grzewcza informuje o ilości ciepła przekazywanego do instalacji. W bilansie elektrycznym trzeba natomiast uwzględnić maksymalny pobór sprężarki, automatyki, pomp obiegowych i pozostałego osprzętu.

Osobną pozycją jest grzałka elektryczna. W zależności od konstrukcji urządzenia może mieć na przykład 3, 6 albo 9 kW i pracować stopniowo lub z pełną mocą. Jej załączenie zależy między innymi od ustawień sterownika, warunków pracy i sposobu przygotowania ciepłej wody. Właściwe wartości należy odczytać z dokumentacji konkretnego modelu, a nie szacować na podstawie samej mocy grzewczej pompy.

Przykładowo sprężarka może pobierać 3 kW, a pierwszy stopień grzałki kolejne 3 kW. Dla przyłącza oznacza to już 6 kW obciążenia, zanim uruchomione zostaną kuchnia i ładowanie samochodu. Jeżeli w obliczeniach zostanie uwzględniona tylko sprężarka, instalacja może działać prawidłowo przez większość sezonu, ale przekroczyć limit właśnie podczas zimowego szczytu.

Trzeba też sprawdzić liczbę faz. Jednofazowa pompa lub jednofazowo zasilana grzałka może mocno obciążyć jedną fazę, mimo że łączna moc całego budynku nadal wygląda poprawnie. W dokumentacji należy znaleźć maksymalny prąd, sposób zasilania oraz informację, czy kolejne stopnie grzałki można ograniczyć w sterowniku.

Dobór mocy grzewczej pompy jest odrębnym zagadnieniem i nie powinien być wykonywany na podstawie parametrów przyłącza. Jeśli urządzenie nie zostało jeszcze wybrane, warto osobno sprawdzić, jak dobrać moc pompy ciepła do domu po termomodernizacji.

Dobór mocy przyłączeniowej w pięciu krokach

Obliczenia najlepiej wykonać przed zakupem wallboxa. Na tym etapie można jeszcze zdecydować o liczbie faz, maksymalnym prądzie ładowania, dynamicznym zarządzaniu obciążeniem i ewentualnym zwiększeniu mocy u operatora. Do pracy potrzebne są dokumenty przyłączeniowe, instrukcja pompy, dane samochodu i lista największych odbiorników.

1. Sprawdź istniejące przyłącze. Odczytaj z umowy, warunków przyłączenia lub dokumentów operatora moc przyłączeniową albo umowną, liczbę faz i wartość zabezpieczenia przedlicznikowego. Ustal również stan wewnętrznej linii zasilającej, czyli WLZ. Nie zakładaj, że zabezpieczenie widoczne w domowej rozdzielnicy jest zabezpieczeniem przedlicznikowym.
2. Ustal maksymalny pobór pompy. Zapisz osobno pobór sprężarki i moc grzałki. Sprawdź liczbę faz, maksymalny prąd oraz możliwość ograniczenia kolejnych stopni grzałki. Nie wpisuj do bilansu mocy grzewczej podanej na froncie katalogu.
3. Policz prawdopodobny zimowy szczyt domu. Uwzględnij płytę, piekarnik, elektryczny podgrzewacz wody, rekuperator, hydrofor, pralkę, suszarkę, ogrzewanie dodatkowe i inne urządzenia, które mogą działać podczas ładowania. Przy każdym odbiorniku zapisz moc, fazę oraz przewidywaną jednoczesność.
4. Dodaj ładowanie zgodnie z możliwościami samochodu. Wallbox 11 kW oznacza długotrwałe obciążenie około 16 A na każdej z trzech faz. Urządzenie 22 kW wymaga około 32 A na fazę. Jeżeli pokładowa ładowarka samochodu przyjmuje maksymalnie 11 kW AC, wallbox 22 kW nie skróci czasu jego ładowania.
5. Przygotuj wariant z dynamicznym sterowaniem. Ustal limit dla każdej fazy i sprawdź, jak mocno wallbox powinien ograniczyć ładowanie po uruchomieniu kuchni lub grzałki. Wynik porównaj z zasadami właściwego operatora, a stan przewodów, rozdzielnicy i zabezpieczeń zleć do oceny elektrykowi.

Po wykonaniu tych kroków nie należy automatycznie zaokrąglać wyniku do wartości uzyskanej z prostego wzoru elektrycznego. Moc wpisywana we wniosku oraz odpowiadające jej zabezpieczenie zależą od tabel i zasad konkretnego operatora systemu dystrybucyjnego.

Arkusz odbiorników pokaże nie tylko kilowaty, ale też fazy

Bilans zapisany jako jedna suma w kilowatach może ukrywać przeciążenie pojedynczej fazy. Dlatego arkusz powinien zawierać liczbę faz, maksymalny prąd, możliwość pracy podczas zimowego szczytu i priorytet ograniczenia. Poniższy układ można przenieść do arkusza kalkulacyjnego i uzupełnić danymi własnych urządzeń.

Do pozycji „pozostałe odbiorniki” nie należy wpisywać symbolicznego 1 kW bez sprawdzenia. Czajnik, hydrofor, suszarka, zmywarka lub dodatkowy grzejnik mogą zwiększyć pobór o kilka kilowatów. Jeżeli w budynku działa monitoring energii, pomocne będą maksymalne prądy zarejestrowane na każdej fazie w okresie zimowym. Pomiar historyczny nie zastępuje jednak uwzględnienia nowych urządzeń, których jeszcze nie podłączono.

Warto dodać kolumny L1, L2 i L3. Dla odbiorników jednofazowych wpisuje się obciążenie wybranej fazy, a dla trójfazowych rozdziela je zgodnie z danymi urządzenia. Pozwala to zauważyć sytuację, w której na jednej fazie spotykają się pompa, część kuchni i inne mocne odbiorniki.

Ten sam dom bez zarządzania mocą i z dynamicznym wallboxem

Załóżmy zimowy wieczór, podczas którego sprężarka pobiera 3 kW, pierwszy stopień grzałki 3 kW, kuchnia z piekarnikiem 5 kW, a pozostałe odbiorniki 2 kW. Wallbox ma moc 11 kW i samochód może wykorzystać ją w całości. Są to wartości przykładowe. We własnych obliczeniach trzeba zastąpić je danymi konkretnych urządzeń.

Bez sterowania wallbox utrzymuje około 16 A na każdej fazie niezależnie od aktualnej pracy domu. Łączny szczyt może wtedy dojść do 24 kW. Taki wynik przekracza przedział kojarzony z zabezpieczeniem 3 × 32 A w tabeli Energa-Operator i wymagałby ograniczenia jednoczesności albo większego przyłącza.

W wariancie dynamicznym licznik energii lub przekładniki mierzą prąd pobierany przez cały budynek. Wallbox wykorzystuje tylko wolną rezerwę. Po włączeniu grzałki, płyty lub piekarnika ładowanie zostaje ograniczone, a po wyłączeniu tych urządzeń ponownie przyspiesza. W przykładzie obniżenie ładowania do 3–5 kW zmniejsza szczyt do 16–18 kW.

Dynamiczne zarządzanie nie polega na ustawieniu jednego stałego limitu dla całej nocy. System reaguje na bieżące obciążenie każdej fazy. W rozwiązaniach takich jak Wallbox Dynamic Load Management konfiguracja powinna uwzględniać mniejszą z dwóch wartości: prąd zabezpieczenia głównego albo limit wynikający z umowy. Potrzebny jest kompatybilny układ pomiarowy i prawidłowe ustawienie maksymalnego prądu.

Przed zakupem trzeba również sprawdzić zachowanie wallboxa po utracie komunikacji z licznikiem. Awaria pomiaru nie powinna powodować niekontrolowanego powrotu ładowania do pełnej mocy. Sposób bezpiecznej reakcji należy potwierdzić w dokumentacji wybranego urządzenia.

Zabezpieczenie główne i obciążenie poszczególnych faz

Dla trójfazowego zasilania 400 V orientacyjną moc pozorną można obliczyć ze wzoru √3 × 400 V × prąd. Wzór zakłada symetryczne obciążenie faz. Otrzymany wynik w kVA nie jest jednak mocą, którą można dowolnie wpisać we wniosku. Przedziały mocy oraz odpowiadające im zabezpieczenia określa właściwy OSD.

Poniższe zestawienie przedstawia wynik matematyczny i przedziały publikowane przez Energa-Operator. U innego operatora trzeba sprawdzić jego własne zasady.

Zabezpieczenie 3 × 25 A oznacza limit na każdej fazie, a nie możliwość dowolnego pobrania łącznie 75 A z jednej z nich. Jednofazowe ładowanie 7,4 kW wymaga około 32 A. Nie jest więc właściwym długotrwałym obciążeniem dla fazy ograniczonej zabezpieczeniem 25 A, nawet jeśli dwie pozostałe fazy są niemal nieobciążone.

Podobny problem może wystąpić przy jednofazowej pompie. Jeżeli na tej samej fazie pracują jeszcze czajnik, zmywarka lub część kuchni, zabezpieczenie może zadziałać mimo poprawnie wyglądającej sumy mocy całego domu. Elektryk powinien sprawdzić obciążenie L1, L2 i L3 oraz w razie potrzeby przełożyć wybrane obwody. Nie każde urządzenie można jednak przenieść bez zmiany przewodów, zabezpieczeń lub sposobu zasilania.

Kiedy wybrać 16, 20 lub 25 kW

16 kW i zabezpieczenie 3 × 25 A

Taki wariant może wystarczyć, jeśli pompa ma umiarkowany pobór, grzałka jest ograniczona, duże odbiorniki są dobrze rozłożone na fazach, a wallbox 11 kW współpracuje z dynamicznym zarządzaniem obciążeniem. Rezerwa pozostaje niewielka. Bez automatycznej redukcji ładowania użytkownik musiałby świadomie unikać jednoczesnej pracy wallboxa, kuchni i grzałki.

Wariant 16 kW jest mniej korzystny przy jednofazowej pompie, ładowaniu jednofazowym albo instalacji z dużą asymetrią faz. O przydatności nie decyduje sama suma kilowatów, ale również maksymalny prąd na każdej fazie.

20 kW i zabezpieczenie 3 × 32 A

Poziom 20 kW jest częstym punktem wyjścia dla domu z pompą ciepła, indukcją i trójfazowym wallboxem 11 kW. Nadal nie oznacza to, że ładowarka zawsze będzie mogła pobierać pełne 11 kW, gdy pompa z grzałką i kuchnia pracują jednocześnie. Dynamiczne sterowanie pozwala jednak wykorzystać większą rezerwę, dzięki czemu samochód przez sporą część nocy może ładować się z pełną mocą.

To rozwiązanie warto rozważyć także wtedy, gdy dzienny przebieg auta jest umiarkowany. Chwilowe ograniczenie mocy ładowania nie musi mieć praktycznego znaczenia, jeśli samochód i tak odzyska potrzebną energię przed porannym wyjazdem.

25 kW i zabezpieczenie 3 × 40 A

Moc 25 kW daje większą swobodę przy grzałce 6–9 kW, dwóch samochodach, saunie, dodatkowym ogrzewaniu elektrycznym, podgrzewaczu wody lub rozbudowanym warsztacie. Może być uzasadniona również wtedy, gdy użytkownik oczekuje długiej równoczesnej pracy dużych odbiorników i nie chce często ograniczać ładowania.

Zwiększenie mocy nie zawsze jest jednak najlepszą inwestycją. Jeżeli samochód przyjmuje tylko 11 kW AC, dzienny przebieg jest niewielki, a dynamiczny wallbox może spokojnie uzupełniać energię nocą, większe przyłącze może pozostać niewykorzystane. Przed złożeniem wniosku warto porównać koszt zmiany mocy i ewentualnej przebudowy instalacji z kosztem układu dynamicznego zarządzania.

Jak wybrać wallbox do ograniczonej mocy przyłączeniowej

Przy zakupie ładowarki nie należy kierować się wyłącznie oznaczeniem 11 lub 22 kW. Wallbox 22 kW nie przyspieszy ładowania samochodu, którego pokładowa ładowarka przyjmuje maksymalnie 11 kW AC. Jednocześnie urządzenie pracujące z pełną mocą 22 kW pobiera około 32 A na każdej fazie i może praktycznie wykorzystać całe przyłącze 3 × 32 A.

W domu z pompą ciepła ważniejsze od maksymalnej mocy katalogowej są regulacja prądu i dynamiczne zarządzanie obciążeniem. Przed zakupem warto sprawdzić:

• czy wallbox obsługuje trzy fazy i pozwala ustawić trwały limit prądu;
• czy współpracuje z kompatybilnym licznikiem energii lub przekładnikami mierzącymi cały budynek;
• czy sterowanie kontroluje obciążenie poszczególnych faz, a nie tylko łączną moc;
• jak urządzenie zachowuje się po utracie komunikacji z układem pomiarowym;
• czy ma wymaganą przez producenta detekcję składowej stałej prądu uszkodzeniowego;
• jakiego rodzaju ochrony różnicowoprądowej wymaga instrukcja;
• jaką minimalną i maksymalną moc ładowania obsługuje samochód;
• czy rozdzielnica ma miejsce na wymaganą aparaturę.

Obwód ładowarki wymaga indywidualnego doboru przewodu, zabezpieczenia nadprądowego, ochrony różnicowoprądowej i pozostałej aparatury zgodnie z instrukcją urządzenia oraz warunkami instalacji. Nie należy publikować ani stosować jednej konfiguracji RCD jako właściwej dla wszystkich wallboxów. Znaczenie ma między innymi to, czy urządzenie ma wbudowaną detekcję prądu stałego.

Co można sprawdzić samemu, a co zlecić elektrykowi

Użytkownik może samodzielnie zebrać dokumenty, odczytać parametry pompy i samochodu, przygotować arkusz odbiorników oraz określić godziny ładowania. Można też sprawdzić, ile energii auto zwykle potrzebuje po powrocie do domu. To ważne, ponieważ potrzeba uzupełnienia kilkunastu kilowatogodzin przez całą noc nie zawsze wymaga ładowania z pełną mocą 11 kW.

Elektryk lub projektant powinien wejść w proces przed zakupem wallboxa, jeżeli nie jest znana moc przyłączeniowa, pompa albo samochód korzystają z jednej fazy, grzałka ma 6–9 kW, instalacja jest stara lub aluminiowa albo zabezpieczenia już wyłączają się podczas gotowania i ogrzewania. Konsultacja jest również potrzebna przed montażem wallboxa 11 lub 22 kW.

Fachowiec powinien zweryfikować WLZ, rozdzielnicę, obciążalność przewodów, obciążenie faz, ochronę przeciwporażeniową i wymagane zabezpieczenia. Po wykonaniu obwodu konieczne są odpowiednie pomiary. Samodzielne zwiększanie wartości zabezpieczeń bez sprawdzenia przewodów stwarza ryzyko przegrzania instalacji i pożaru.

Jeżeli potrzebna jest większa moc przyłączeniowa, może być konieczne przejście procedury u operatora. Sama wymiana zabezpieczenia nie wystarczy. Operator może określić nowe warunki, a po stronie budynku może być potrzebna wymiana WLZ, przebudowa rozdzielnicy lub dostosowanie innych elementów instalacji. Prace przy instalacji i podłączenie wallboxa należy powierzyć osobie z odpowiednimi kwalifikacjami.