Automatyczny przełącznik zasilania: przejście z on-grid na off-grid jako zabezpieczenie pracy pomp ciepła

Rosnąca liczba instalacji fotowoltaicznych, magazynów energii oraz pomp ciepła sprawia, że ciągłość zasilania elektrycznego staje się jednym z kluczowych elementów bezpieczeństwa energetycznego budynków. W szczególności dotyczy to systemów grzewczych opartych na pompach ciepła, które – mimo wykorzystania energii odnawialnej – pozostają w pełni zależne od energii elektrycznej.

Ostatnie fale mrozów w Europie Środkowej pokazały, że krótkotrwałe przerwy w dostawie prądu mogą prowadzić do poważnych problemów technicznych w instalacjach grzewczych, zwłaszcza w systemach z pompami ciepła typu monoblok. W wielu przypadkach brak zasilania powodował zatrzymanie pracy sprężarki, pomp obiegowych i automatyki sterującej, co prowadziło do wychłodzenia układu hydraulicznego i ryzyka zamarznięcia wody w instalacji.

Właśnie w takich sytuacjach kluczową rolę odgrywa automatyczny przełącznik zasilania (ATS – Automatic Transfer Switch) oraz instalacje hybrydowe zdolne do pracy zarówno w trybie on-grid, jak i off-grid.

Dlaczego pompa ciepła jest szczególnie wrażliwa na brak zasilania?

Ostatnie fale mrozów w Polsce stały się bezlitosnym testerem dla tysięcy instalacji grzewczych opartych na pompach ciepła. Dla sektora B2B, gdzie ciągłość procesów i ochrona infrastruktury są krytyczne, przerwy w dostawie energii (blackouty) przestały być teoretycznym zagrożeniem, a stały się realnym kosztem.

 

Pompa ciepła jest urządzeniem, którego podstawowe elementy wymagają stałego zasilania elektrycznego. Do komponentów zależnych od energii elektrycznej należą m.in.:

• sprężarka zwiększająca ciśnienie czynnika roboczego,

• pompy obiegowe instalacji grzewczej,

• wentylatory jednostki zewnętrznej,

• zawory elektroniczne,

• układ sterowania i elektronika.

Brak zasilania oznacza więc natychmiastowe zatrzymanie pracy całego systemu grzewczego.

 

W przypadku pomp ciepła typu monoblok problem jest szczególnie poważny. Cały układ hydrauliczny znajduje się w jednostce zewnętrznej, a woda krążąca w instalacji może bardzo szybko osiągnąć temperaturę zamarzania podczas silnych mrozów.

Jeśli woda zamarznie w wymienniku lub przewodach, może dojść do:

• pęknięcia rur lub lutów,

• rozszczelnienia wymiennika ciepła,

• uszkodzenia pompy obiegowej,

• konieczności całkowitego opróżnienia i ponownego napełnienia instalacji.

Koszty takich awarii mogą sięgać nawet kilkunastu tysięcy złotych.

 

Problemy z pompami ciepła podczas silnych mrozów

Podczas intensywnych spadków temperatury system grzewczy pracuje w trybie maksymalnego obciążenia. Sprężarka pompy ciepła uruchamia się częściej, a instalacja hydrauliczna musi utrzymywać odpowiedni przepływ wody.

W sytuacji nagłego zaniku zasilania:

1. sprężarka zatrzymuje się natychmiast,

2. pompa obiegowa przestaje wymuszać przepływ wody,

3. woda pozostaje nieruchoma w przewodach instalacji.

Przy temperaturach zewnętrznych poniżej –10°C woda w jednostce zewnętrznej może zacząć zamarzać już po kilku godzinach, szczególnie gdy układ nie posiada glikolu lub aktywnego systemu antyzamarzaniowego. Ponowne uruchomienie systemu po powrocie zasilania nie jest automatyczne. Wymaga uzupełnienia zładu, odpowietrzenia układu i – co najtrudniejsze – wstępnego podgrzania wody, aby pompa mogła bezpiecznie wystartować.

W wielu systemach monoblok stosuje się zawory antyzamrożeniowe, które w przypadku awarii prądu automatycznie spuszczają wodę z instalacji, aby zapobiec jej zamarznięciu.

Jednak rozwiązanie to ma istotną wadę: po powrocie zasilania konieczne jest ponowne napełnienie instalacji, odpowietrzenie układu, podgrzanie wody w obiegu, uruchomienie pompy ciepła w trybie serwisowym. W praktyce oznacza to, że system grzewczy może pozostawać wyłączony przez wiele godzin.

Automatyczny przełącznik zasilania (ATS) – kluczowy element bezpieczeństwa

Automatyczny przełącznik zasilania, czyli ATS (Automatic Transfer Switch), jest urządzeniem monitorującym napięcie w sieci elektroenergetycznej.

Jego zadaniem jest wykrycie zaniku napięcia w sieci, natychmiastowe odłączenie instalacji od sieci oraz automatyczne przełączenie zasilania na źródło rezerwowe.
 

Źródłem rezerwowym mogą być magazyny energii, instalacja fotowoltaiczna w trybie wyspowym, agregat prądotwórczy, czy system UPS dużej mocy. Czas przełączenia w nowoczesnych systemach wynosi zwykle od kilku milisekund do kilku sekund, dzięki czemu urządzenia elektryczne nie odczuwają przerwy w zasilaniu.

Dlaczego standardowa instalacja fotowoltaiczna nie działa podczas blackoutu?

Wiele firm i właścicieli budynków zakłada, że instalacja fotowoltaiczna zapewni zasilanie w przypadku awarii sieci. W praktyce jednak większość instalacji on-grid automatycznie się wyłącza.

Jest to wymaganie bezpieczeństwa – falowniki muszą przestać wprowadzać energię do sieci, aby nie stanowić zagrożenia dla ekip naprawiających linie energetyczne.

Dlatego w klasycznych instalacjach brak prądu w sieci oznacza również brak prądu z instalacji PV. Aby instalacja mogła pracować podczas awarii sieci, konieczne jest zastosowanie falownika hybrydowego, magazynu energii, systemu ATS lub trybu EPS (Emergency Power Supply).

Automatyczne przejście z on-grid do off-grid - na czym to polega?

Nowoczesne instalacje energetyczne w budynkach mogą pracować w dwóch trybach: on-grid oraz off-grid. Kluczem do ochrony inwestycji jest system on-grid/off-grid działający w czasie rzeczywistym. Sercem tego rozwiązania jest inteligentny inwerter hybrydowy wyposażony w moduł ATS (Automatic Transfer Switch).

Jak działa przejście z sieci na baterie?

W momencie wykrycia spadku napięcia w sieci publicznej (LOM - Loss of Mains), inwerter w czasie poniżej 10–20 milisekund (praktycznie niezauważalnie dla urządzeń) odcina instalację od sieci zewnętrznej i przechodzi w tryb wyspowy (Off-Grid). 

Automatyczny przełącznik ATS umożliwia płynne przejście pomiędzy tymi trybami. Schemat działania wygląda następująco:

1. sieć działa normalnie – instalacja pracuje w trybie on-grid,

2. następuje zanik napięcia,

3. ATS odłącza instalację od sieci,

4. falownik hybrydowy przechodzi w tryb wyspowy,

5. zasilanie przejmują baterie i PV.

Dzięki temu system grzewczy – w tym pompa ciepła – może nadal funkcjonować.

 

Kluczowe funkcjonalności dla B2B

• Priorytetyzacja odbiorników (Load Shedding): AI zarządza energią tak, aby w pierwszej kolejności zasilić urządzenia krytyczne – pompy ciepła, serwerownie czy systemy bezpieczeństwa – odcinając mniej istotne działy.

• Podtrzymanie pompy ciepła: Dzięki zmagazynowanej energii w bateriach, pompy obiegowe pracują nieprzerwanie. Wymiennik w monobloku pozostaje bezpieczny, a temperatura wewnątrz budynku stabilna.

• Czarne starty (Black Start): Zaawansowane inwertery potrafią wznowić pracę instalacji PV rano, nawet jeśli sieć publiczna nadal nie działa, wykorzystując energię ze słońca do doładowania magazynów.

Magazyn energii jako element systemu bezpieczeństwa zimą

Najbardziej efektywnym rozwiązaniem jest połączenie trzech technologii: instalacji fotowoltaicznej, magazynu energii oraz falownika hybrydowego z funkcją pracy wyspowej. Magazyn energii pełni w takim systemie rolę bufora energetycznego.

Przykładowy scenariusz, przy zastosowaniu dwóch czynników:

• magazynu energii: 10 kWh,

• pompy ciepła: pobór 3 kW.

Takie rozwiązanie oznacza możliwość pracy systemu przez około 3 godziny bez wsparcia PV. Jeśli instalacja PV produkuje energię w ciągu dnia, czas autonomii może być znacznie dłuższy.

 

Ostatnie lata pokazują wyraźny trend: systemy energetyczne w budynkach muszą być projektowane z uwzględnieniem scenariuszy awaryjnych.

Rosnąca liczba pomp ciepła, elektromobilność oraz decentralizacja energetyki sprawiają, że:

• krótkie przerwy w dostawie prądu mogą mieć poważne konsekwencje,

• instalacje grzewcze wymagają zabezpieczenia energetycznego,

• magazyny energii stają się standardowym elementem infrastruktury.

Automatyczny przełącznik zasilania, system pracy wyspowej oraz magazyn energii nie są już tylko dodatkiem do instalacji fotowoltaicznej. W wielu przypadkach stają się kluczowym elementem bezpieczeństwa energetycznego budynku.

Dla firm i inwestorów oznacza to zmianę podejścia do projektowania instalacji OZE – z systemów produkujących energię na zintegrowane systemy zarządzania energią i ciągłością zasilania.