Magazyn energii z backupem tylko na jednej fazie – co zasili?

Magazyn energii z jednofazowym wyjściem backup może podczas awarii zasilać lodówkę, zamrażarkę, router, alarm, wybrane oświetlenie, sterownik kotła, pompę obiegową i inne odbiorniki 230 V. Nie oznacza to jednak, że automatycznie podtrzyma wszystkie urządzenia podłączone w domu do jednej z trzech faz.

Podczas zaniku sieci działają wyłącznie obwody elektrycznie podłączone do wyjścia EPS lub wydzielonej rozdzielnicy rezerwowej. O możliwościach systemu decydują jednocześnie moc falownika w trybie awaryjnym, maksymalna moc rozładowania baterii, dostępna energia, chwilowa przeciążalność oraz prąd rozruchowy silników i sprężarek. Dlatego najpierw trzeba wybrać odbiory krytyczne, a dopiero później ocenić, czy jednofazowy backup jest wystarczający.

Co zasili magazyn energii z backupem tylko na jednej fazie?

Jednofazowe wyjście awaryjne może podtrzymać różne odbiorniki 230 V, o ile ich obwody zostaną prawidłowo wydzielone i podłączone do sekcji rezerwowej. Najczęściej wybiera się urządzenia odpowiadające za bezpieczeństwo, ogrzewanie, łączność i ochronę żywności.

Do typowego zestawu odbiorów krytycznych mogą należeć:

• lodówka i zamrażarka,
• router, modem, alarm, monitoring i automatyka domowa,
• wybrane punkty oświetlenia LED,
• gniazda przeznaczone do ładowania telefonów i laptopów,
• sterownik kotła oraz pompa obiegowa centralnego ogrzewania,
• domofon i napęd bramy,
• mała pompa studzienna albo hydrofor, ale dopiero po sprawdzeniu parametrów rozruchowych.

Nie ma decydującego znaczenia, czy przed modernizacją dany obwód znajdował się na L1, L2 czy L3. Elektryk może zebrać wybrane obwody jednofazowe z różnych dotychczasowych faz i przenieść je do osobnej rozdzielnicy zasilanej z wyjścia EPS. O tym, co działa podczas awarii, decyduje końcowy schemat połączeń, a nie dawne oznaczenie fazy.

Czego nie zasili jednofazowe wyjście backup?

Z typowego jednofazowego wyjścia awaryjnego nie będzie działało urządzenie wymagające zasilania trójfazowego. Dotyczy to między innymi trójfazowych pomp ciepła, silników 400 V, ładowarek samochodowych 11 lub 22 kW oraz trójfazowych przepływowych podgrzewaczy wody.

Osobnej analizy wymagają płyty indukcyjne. Część z nich korzysta z kilku torów 230 V, ale opis „400 V” lub możliwość podłączenia wielofazowego nie oznacza, że płytę wolno zasilić z jednego wyjścia EPS. Trzeba sprawdzić schemat producenta urządzenia, dopuszczalną konfigurację zacisków i moc dostępną w trybie awaryjnym. Nawet jeśli ograniczona praca jest technicznie możliwa, płyta może wykorzystać znaczną część mocy całego backupu.

Problematyczne bywają także odbiorniki jednofazowe o dużej mocy. Czajnik, piekarnik, ekspres z grzałką, przenośny grzejnik lub bojler mogą pojedynczo obciążyć znaczną część dostępnego limitu. Nie są zakazane tylko dlatego, że pracują na 230 V, ale zwykle nie powinny należeć do podstawowej sekcji krytycznej.

Nie wolno rozwiązywać problemu przez zwarcie L1, L2 i L3, aby rozprowadzić napięcie z jednego wyjścia po całym domu. Taka ingerencja może spowodować niebezpieczne połączenia, błędne zasilanie urządzeń wielofazowych i nieprawidłowe działanie zabezpieczeń. Obwody trzeba wydzielić albo przełączać za pomocą układu przewidzianego w projekcie i dokumentacji konkretnego falownika.

Jak działa rozdzielnica odbiorów krytycznych?

Najbezpieczniejszym i najbardziej przewidywalnym rozwiązaniem jest osobna rozdzielnica odbiorów krytycznych. Trafiają do niej tylko obwody, które mają działać podczas zaniku sieci. Duże odbiorniki, takie jak płyta, piekarnik, grzałki, ładowarka samochodu czy część klimatyzacji, pozostają w sekcji bez zasilania awaryjnego.

Taki podział chroni system przed przypadkowym przeciążeniem. Domownicy nie muszą podczas każdej awarii pamiętać o wyłączeniu wszystkich urządzeń o dużej mocy, ponieważ nie są one wtedy podłączone do wyjścia backup. Nadal trzeba jednak rozsądnie korzystać z dostępnych gniazd. Jeżeli na obwodzie awaryjnym znajduje się zwykłe gniazdo kuchenne, podłączenie do niego czajnika może wyczerpać większość rezerwy mocy.

Układ musi skutecznie oddzielać instalację wyspową od sieci publicznej. Zależnie od rozwiązania odpowiada za to wyjście EPS, dedykowany moduł przełączający, zestaw styczników albo inne urządzenie wskazane przez producenta. Niedopuszczalne jest podawanie energii z falownika lub baterii do wyłączonej sieci zewnętrznej.

Projekt obejmuje również sposób prowadzenia lub przełączania przewodu neutralnego, układ uziemienia, ochronę przeciwporażeniową, wyłączniki różnicowoprądowe, zabezpieczenia nadprądowe i ochronę przepięciową. Rozwiązania tych elementów zależą od falownika, układu sieciowego budynku i instrukcji producenta. Schemat poprawny dla jednego modelu nie musi być odpowiedni dla innego.

Sam magazyn energii nie gwarantuje zasilania podczas blackoutu. Potrzebne są kompatybilna bateria, falownik obsługujący pracę wyspową, wyjście awaryjne lub układ przełączający oraz właściwie wykonana instalacja. Zwykły falownik on-grid po zaniku napięcia sieciowego wyłącza się ze względu na ochronę antywyspową.

Moc w kW i energia w kWh odpowiadają na różne pytania

Moc wyrażona w kilowatach określa, ile urządzeń można zasilać w tym samym czasie. Energia wyrażona w kilowatogodzinach mówi, jak długo mogą one pracować. Duża pojemność baterii nie zastępuje odpowiednio mocnego wyjścia EPS.

Magazyn może mieć 10 kWh energii, a współpracujący z nim backup tylko 3 kW mocy. W takim układzie długo będzie zasilał niewielkie odbiorniki, ale nie uruchomi obciążenia wymagającego 5 kW. Ilość energii pozostałej w baterii nie podnosi chwilowego limitu falownika.

Przy napięciu 230 V:

• 16 A odpowiada w przybliżeniu 3,68 kW,
• 25 A odpowiada w przybliżeniu 5,75 kW.

To wyniki obliczenia napięcia i prądu, a nie gwarantowana moc backupu. Rzeczywisty limit może być niższy ze względu na moc falownika, dopuszczalny prąd wyjścia EPS, maksymalną moc rozładowania baterii, przekrój przewodów, zabezpieczenia lub ustawienia systemowe.

Trzeba również uwzględnić przeciążalność chwilową. Sprężarki, pompy i inne silniki przy uruchomieniu mogą potrzebować wyraźnie większego prądu niż podczas ustalonej pracy. Falownik może więc zasilać działającą pompę, ale wyłączyć się przy próbie jej rozruchu razem z innymi odbiornikami.

Parametru chwilowego przeciążenia nie należy traktować jak mocy dostępnej stale. Jeżeli producent dopuszcza wyższe obciążenie przez krótki czas, ma ono umożliwić między innymi rozruch, a nie ciągłe zasilanie nadmiernej liczby urządzeń.

Bilans urządzeń: co nadaje się do sekcji awaryjnej?

Poniższa tabela pomaga wstępnie uporządkować odbiorniki. Wartości mocy są orientacyjne. Przed wykonaniem instalacji trzeba korzystać z tabliczek znamionowych, instrukcji i danych konkretnego sprzętu.

Podstawowy zestaw obejmujący lodówkę, zamrażarkę, router, alarm, kilka punktów LED, sterownik ogrzewania, pompę obiegową i laptop może przez znaczną część czasu pobierać około 300-800 W. Chwilowe zapotrzebowanie będzie wyższe, gdy w tym samym momencie uruchomią się sprężarki lub pompa.

Nie wystarczy więc zsumować średnich wartości. Trzeba przeanalizować jednoczesną pracę urządzeń oraz możliwy rozruch kilku odbiorników. Bezpieczny projekt nie powinien stale wykorzystywać pełnego limitu wyjścia awaryjnego.

Jak wybrać obwody krytyczne krok po kroku?

1. Określ funkcje, które muszą działać. Najpierw uwzględnij ogrzewanie, alarm, łączność, podstawowe oświetlenie, chłodzenie żywności i dostęp do wody. Telewizor, ekspres czy dodatkowe gniazda są drugim priorytetem.
2. Sprawdź typ zasilania każdego urządzenia. Ustal, czy odbiornik jest jednofazowy, czy wymaga trzech faz. Nie opieraj się wyłącznie na rodzaju wtyczki lub potocznym opisie urządzenia.
3. Odczytaj moc i prąd z tabliczki znamionowej. Dla pomp, sprężarek, napędów i silników poszukaj także informacji o prądzie rozruchowym lub wymaganiach dotyczących zabezpieczeń.
4. Przypisz urządzenia do istniejących obwodów. Jedno zabezpieczenie może obsługiwać kilka pomieszczeń. Przeniesienie całego obwodu gniazd do sekcji awaryjnej może udostępnić również grzejnik, odkurzacz albo czajnik.
5. Ustal realny scenariusz jednoczesnej pracy. Policz odbiorniki, które mogą działać równocześnie, zamiast sumować całą instalację domu. Uwzględnij niekorzystny moment, w którym włączone jest oświetlenie, działa pompa CO i uruchamiają się sprężarki urządzeń chłodniczych.
6. Porównaj bilans z mocą ciągłą EPS. Sprawdź jednocześnie limit wyjścia, możliwości falownika i maksymalną moc rozładowania baterii. Przyjmij rezerwę na rozruch.
7. Oblicz oczekiwany czas pracy. Posługuj się faktycznie dostępną energią, a nie tylko pojemnością nominalną magazynu.
8. Wybierz obwody do osobnej sekcji. W razie potrzeby rozdziel wspólny obwód, aby przypadkowe włączenie dużego urządzenia nie wyłączyło całego backupu.
9. Zleć przygotowanie schematu elektrykowi. Schemat musi obejmować separację od sieci, tor neutralny, zabezpieczenia, RCD, ochronę przepięciową i wymagania falownika.
10. Wykonaj kontrolowaną próbę zaniku zasilania. Po uruchomieniu instalator powinien sprawdzić przejście do pracy wyspowej, rozruch największego dopuszczonego odbiornika, zachowanie zabezpieczeń i powrót zasilania sieciowego.

Jak obliczyć czas pracy jednofazowego backupu?

Modelowy czas działania można oszacować ze wzoru:

czas pracy = dostępna energia w kWh × sprawność toru awaryjnego ÷ średnia moc odbiorników w kW

Jeżeli magazyn ma 8 kWh faktycznie dostępnej energii, a przyjęta sprawność toru awaryjnego wynosi 90%, do odbiorników trafi modelowo 7,2 kWh. Daje to następujące wyniki:

Są to obliczenia modelowe, a nie gwarantowane czasy. Rzeczywisty wynik zależy od ustawionej rezerwy energii, temperatury, stanu baterii, poboru własnego falownika oraz zmiennego profilu pracy urządzeń. Jeżeli część energii ma pozostać jako stała rezerwa, nie można liczyć czasu z całej pojemności nominalnej.

Produkcja z instalacji fotowoltaicznej może wydłużyć pracę tylko wtedy, gdy cały system został zaprojektowany i skonfigurowany do działania wyspowego. Obecność paneli na dachu nie oznacza, że podczas awarii zwykły falownik sieciowy będzie nadal zasilał dom.

Słońce nie zwiększa też mocy wyjścia ponad limit falownika. Jeśli wyjście EPS może dostarczyć 3 kW, bieżąca produkcja PV nie zmieni go automatycznie w źródło 5 kW. Fotowoltaika może uzupełniać energię, ale wszystkie ograniczenia mocy nadal obowiązują.

Jedna faza czy backup trójfazowy? Sekcja decyzyjna

Jednofazowy backup zwykle wystarczy, gdy:

• najważniejsze odbiorniki pracują na 230 V,
• celem jest podtrzymanie lodówki, łączności, alarmu, światła i automatyki ogrzewania,
• typowe obciążenie podstawowego zestawu wynosi około 300-800 W,
• obwody można wydzielić do osobnej rozdzielnicy,
• pompy i napędy mieszczą się w możliwościach rozruchowych falownika,
• nie jest wymagane awaryjne zasilanie całego domu.

Backup trójfazowy trzeba rozważyć, gdy:

• podczas awarii musi działać trójfazowa pompa ciepła, silnik lub pompa 400 V,
• dostęp do wody zależy od trójfazowego hydroforu,
• niezbędne odbiorniki są trójfazowe i nie da się ich zastąpić urządzeniami jednofazowymi,
• budynek ma warsztat, system techniczny lub instalację bezpieczeństwa wymagającą trzech faz,
• wymagana moc ciągła przekracza możliwości jednofazowego wyjścia EPS.

Trójfazowe przyłącze domu samo w sobie nie oznacza, że potrzebny jest pełny backup trójfazowy. W wielu budynkach rozsądniejsze jest podtrzymanie kilku dobrze wybranych obwodów jednofazowych. Takie rozwiązanie łatwiej kontrolować i rzadziej prowadzi do przypadkowego przeciążenia systemu.

Z kolei backup trójfazowy nie powinien być wybierany tylko po to, aby podczas awarii nie zmieniać codziennych przyzwyczajeń. Zasilanie dużych odbiorników zwiększa wymagania dotyczące falownika, baterii i instalacji. Może też bardzo szybko zużyć dostępną energię, nawet jeśli system chwilowo poradzi sobie z mocą.

Jak sprawdzić parametry falownika i baterii?

W karcie urządzenia należy znaleźć co najmniej moc ciągłą wyjścia backup, dopuszczalny prąd na fazę, czas i poziom chwilowego przeciążenia, wymagania dotyczące baterii oraz maksymalną moc jej rozładowania. Ważne są również sposób przełączania, możliwość pracy z niezbilansowanym obciążeniem i wymagany osprzęt zewnętrzny.

Nie należy automatycznie stosować zasady, że trójfazowy falownik 10 kW zawsze zapewnia po 3,33 kW na fazę. Poszczególne konstrukcje mogą mieć różne ograniczenia. Niektóre wymagają bardziej równomiernego obciążenia, inne dopuszczają asymetrię, a wybrane modele pozwalają na podwyższone obciążenie jednej fazy. Wiążące są dane konkretnego modelu, generacji i wersji sprzętowej.

Przykładowo wybrane modele GoodWe ET G2 deklarują możliwość pracy z podwyższonym obciążeniem niesymetrycznym, natomiast seria Sungrow SH5.0RT-SH10RT obsługuje niezbilansowane obciążenia w trybie backup. Nie oznacza to jednak, że wszystkie urządzenia tych marek mają identyczne parametry.

Fronius Symo GEN24 Plus również może współpracować z rozwiązaniami zasilania rezerwowego, ale wymaga odpowiedniego magazynu, konfiguracji i okablowania. Producent opisuje między innymi podział na obwody rezerwowe i nierezerwowe w oficjalnej dokumentacji zasilania rezerwowego Fronius.

Nawet bardzo krótki czas przełączenia na tryb awaryjny nie oznacza automatycznie, że backup jest równoważny klasycznemu zasilaczowi UPS. Router, komputer lub sterownik mogą różnie reagować na chwilowy zanik napięcia. Sprzęt medyczny, serwer i inne urządzenia wymagające gwarantowanej ciągłości trzeba kwalifikować według dokumentacji odbiornika. W razie potrzeby stosuje się dodatkowy, właściwie dobrany UPS.

Co można zrobić samemu, a co trzeba zlecić specjaliście?

Co może przygotować użytkownik?

Właściciel domu może sporządzić listę potrzebnych urządzeń, odczytać dane z tabliczek znamionowych, opisać czas ich pracy i ustalić priorytety. Może też sprawdzić, które gniazda oraz punkty oświetleniowe są przypisane do poszczególnych zabezpieczeń, o ile nie wymaga to otwierania rozdzielnicy ani pracy przy przewodach.

Przydatne jest przygotowanie prostego arkusza zawierającego nazwę urządzenia, liczbę faz, moc znamionową, informację o silniku lub sprężarce, przewidywany czas pracy oraz priorytet. Taki materiał ułatwi instalatorowi ocenę systemu.

Kiedy konieczny jest elektryk lub instalator?

Specjalista jest potrzebny zawsze, gdy prace obejmują ingerencję w rozdzielnicę, zmianę połączeń lub konfigurację układu rezerwowego. Dotyczy to w szczególności:

• przenoszenia obwodów między fazami,
• wykonania rozdzielnicy odbiorów krytycznych,
• doboru układu przełączającego, styczników lub dedykowanego modułu backup,
• zmiany sposobu prowadzenia lub przełączania przewodu neutralnego,
• doboru wyłączników różnicowoprądowych, zabezpieczeń nadprądowych i ochronników przepięć,
• podłączania pompy, sprężarki, hydroforu albo napędu o istotnym prądzie rozruchowym,
• integracji backupu z agregatem, starszą instalacją PV lub drugim falownikiem,
• zapewnienia zasilania urządzenia medycznego albo systemu bezpieczeństwa.

Po wykonaniu instalacji potrzebne są pomiary ochronne oraz test pracy wyspowej. Próba powinna obejmować kontrolowany zanik sieci, działanie wszystkich wydzielonych obwodów, uruchomienie największego dopuszczonego odbiornika i powrót zasilania sieciowego. Nie należy samodzielnie symulować awarii przez przypadkowe rozłączanie przewodów lub obchodzenie zabezpieczeń.

Najważniejsze wnioski

Jednofazowy backup może skutecznie utrzymać najważniejsze funkcje domu, ale tylko po świadomym wydzieleniu obwodów. Nie zasila automatycznie jednej fazy ani jednej trzeciej budynku. Może natomiast obsługiwać odpowiednio dobrane odbiorniki 230 V, nawet jeśli wcześniej znajdowały się na różnych fazach.

Przed podjęciem decyzji trzeba oddzielić moc od energii, sprawdzić rozruch pomp i sprężarek oraz ocenić rzeczywisty limit wyjścia EPS. Jeżeli podstawowe odbiory mieszczą się w możliwościach systemu i nie wymagają 400 V, jednofazowa rozdzielnica krytyczna będzie zwykle praktyczniejsza niż próba podtrzymania całego domu. Jeżeli niezbędne urządzenie jest trójfazowe, potrzebna jest analiza backupu trójfazowego lub innego rozwiązania awaryjnego.