يُسوَّق عادةً للبطارية السكنية برقم كبير واحد: 10 kWh أو 13.5 kWh أو 16 kWh. هذا الرقم مهم، لكنه لا يخبرك إن كان النظام سيعمل جيدًا أثناء انقطاع الكهرباء. يجب أن يجيب تصميم احتياطي مفيد عن سؤالين مختلفين: هل تستطيع البطارية والعاكس توفير أعلى قدرة قد يحتاجها المنزل في لحظة واحدة؟ وهل توجد طاقة مخزنة كافية لإبقاء الأحمال المختارة قيد التشغيل لعدد الساعات المهم؟ ببساطة، يخبرك kW ما إذا كان النظام يستطيع حمل الحمل، بينما يخبرك kWh بمدة قدرته على الاستمرار في ذلك.
أسهل نقطة للبدء ليست كتالوج البطاريات، بل هدف الطاقة الاحتياطية. حدّد ما الذي ينبغي أن يبقى قيد التشغيل عند انقطاع الشبكة، والمدة التي تريد أن تظل فيها تلك الأحمال متاحة. فالأسرة التي لا تريد سوى التبريد والإضاءة والإنترنت وبعض المقابس لها متطلبات مختلفة جدًا عن أسرة تتوقع الإبقاء على تكييف الهواء أو معدات الطهي أو معظم المنزل يعمل بصورة عادية. ويحدد دليل NREL لتخزين البطاريات من أجل المرونة الحمل الحرج ومدة الانقطاع المتوقعة باعتبارهما من الاعتبارات الأساسية عند اختيار تقنيات الطاقة الاحتياطية وتحديد حجمها. (NREL)
تجيب القدرة والطاقة عن سؤالين مختلفين
افترض أن مجموعة من الأحمال الأساسية يبلغ متوسطها 0.8 kW خلال انقطاع ليلي مدته عشر ساعات. على مدى تلك الساعات العشر، تحتاج الأحمال إلى نحو 8 kWh من الطاقة. لكن تخيّل أن ضاغط الثلاجة والإضاءة وجهازًا آخر تتداخل لفترة وجيزة وترفع الطلب إلى 2.6 kW. يظل نظام البطارية بحاجة إلى القدرة على توفير تلك اللحظة عند 2.6 kW، حتى وإن كان متوسط الطلب أقل بكثير.
لهذا لا يكفي متوسط استهلاك الأسرة لتحديد الحجم. يمكن أن يساعد استخدام الكهرباء الشهري في وصف مقدار الطاقة التي يستهلكها المنزل إجمالًا، لكنه لا يوضح أي الأحمال ستعمل معًا أثناء انقطاع الكهرباء. ويركز تقدير احتياطي مفيد على الدوائر التي ستظل مزودة بالطاقة، ويسأل عن مقدار القدرة التي قد تحتاجها في وقت واحد ومقدار الطاقة التي تستخدمها خلال الفترة المطلوبة.
يمكن للأحمال المختلفة أن تدفع هذين المتطلبين في اتجاهين مختلفين. فجهاز عالي القدرة يُستخدم لبضع دقائق فقط قد يكون له أثر كبير في kW المطلوبة، مع إضافة قليلة نسبيًا إلى إجمالي kWh. أما الحمل الأصغر الذي يعمل لساعات كثيرة فقد لا يغير الذروة إلا قليلًا، لكنه يستهلك حصة ذات شأن من الطاقة المخزنة. لذا فإن إزالة حمل واحد غير أساسي وعالي القدرة قد تجعل تصميم نظام احتياطي أسهل بكثير حتى إن تغير إجمالي استخدام الكهرباء اليومي تغيرًا طفيفًا فقط.
يرسم DOE التمييز الأساسي نفسه عند وصف تخزين البطاريات: فسعة القدرة هي مقدار القدرة الذي يستطيع النظام تقديمه في لحظة معينة، بينما سعة الطاقة هي مقدار الطاقة الذي يستطيع تخزينه. (DOE) قد تواجه بطارية كبيرة السعة بـ kWh ولكن بقدرة خرج غير كافية صعوبةً في التعامل مع حمل ثقيل متزامن، بينما قد يحمل نظام عالي القدرة ذي طاقة قليلة الحمل بسهولة لكنه ينفد في وقت أبكر من المتوقع.
متطلبات الحمل ليست هي نفسها المكتوبة على ملصق البطارية
إذا احتاجت الأحمال المختارة إلى 8 kWh خلال الانقطاع المخطط له، فهذا لا يعني تلقائيًا أن بطارية 8 kWh كافية. فقد تميّز مواصفات البطارية بين الطاقة الاسمية والطاقة القابلة للاستخدام. (NREL) كما تُفقد بعض الطاقة عند تحويل طاقة DC المخزنة إلى قدرة AC لأحمال المنزل؛ فالتخزين ليس بكفاءة 100% لأن الطاقة تُفقد أثناء التحويل والاسترجاع. (DOE) تعتمد الكمية المتاحة عند بداية الانقطاع أيضًا على حالة شحن البطارية.
يوضح مثال بسيط سبب أهمية الملصق. فإذا كان 90% من الطاقة الاسمية للبطارية متاحًا للطاقة الاحتياطية، وكانت كفاءة مسار التفريغ ذي الصلة 92%، فإن توصيل 8 kWh إلى الأحمال يتطلب نحو 9.7 kWh من الطاقة الاسمية المخزنة: 8 ÷ (0.90 × 0.92). هذه النسب المئوية للتوضيح فقط وليست قاعدة عامة. فقد ينشر المنتج الفعلي بالفعل رقمًا للطاقة القابلة للاستخدام، وقد يستخدم تعريف كفاءته حدود قياس مختلفة. والنقطة المهمة هي تجنب احتساب الخسارة نفسها مرتين أو مقارنة متطلب من جانب الحمل مباشرة برقم بطارية يمثل شيئًا آخر.
تُعد حالة الشحن الابتدائية مهمة للسبب نفسه. فالبطارية التي تكون ممتلئة تقريبًا عند بدء الانقطاع يتوافر لها طاقة احتياطية أكبر من البطارية نفسها التي تبدأ عند 50%. وأظهر تحليل NREL للمرونة أن مقدار امتلاء البطارية عند بدء الانقطاع يمكن أن يؤثر تأثيرًا جوهريًا في مدة استمرار النظام في خدمة أحماله المحمية. (NREL) إذا كانت المرونة هدفًا مهمًا، فيجب أن تترك استراتيجية التشغيل طاقة كافية متاحة لسيناريو الانقطاع الذي يهم مالك المنزل بالفعل.
في نظام قادر على توفير طاقة احتياطية ومصمم للإبقاء على PV قيد التشغيل أثناء انقطاع الكهرباء، يمكن للطاقة الشمسية أن تمدد فترة الطاقة الاحتياطية، لكنها ليست طاقة يومية مضمونة. تحتاج الطاقة الشمسية السكنية إلى عاكس ونظام تخزين مهيأين على النحو الصحيح لإنتاج القدرة بصورة مستقلة عن الشبكة. (DOE) يتغير إنتاج الطاقة الشمسية أيضًا مع وقت اليوم والطقس والفصل. أثناء انقطاع نهاري مشمس، قد توفر PV جزءًا من حمل المنزل وتعيد شحن البطارية. أما ليلًا أو خلال فترة غائمة، فقد تسهم بقدر ضئيل جدًا. يتغير الإنتاج الشمسي وفقًا لهذه الظروف، بينما يمكن للتخزين نقل الطاقة الشمسية إلى الفترات التي يكون فيها التوليد منخفضًا أو غير متاح. (DOE)
لذلك ينتج الحجم المفيد للبطارية السكنية عن هدف احتياطي محدد. حدّد الأحمال المهمة، وقدّر أعلى قدرة قد تحتاجها معًا، وقدّر الطاقة التي ستستخدمها خلال مدة الطاقة الاحتياطية المطلوبة. ثم ضع في الحسبان طاقة البطارية القابلة للاستخدام، وحالة الشحن الابتدائية، وخسائر التحويل، وأي مساهمة واقعية للطاقة الشمسية. وأخيرًا، اترك هامشًا معقولًا لعدم اليقين في الحمل الفعلي ومدة الانقطاع، بدلًا من تحديد الحجم بدقة وفق التقدير.
ينبغي أن تبدو الإجابة النهائية كزوج من المتطلبات بدلًا من سعة واحدة بارزة: عدد kW كافٍ لحمل ذروة الأحمال الحرجة، وعدد kWh قابل للاستخدام كافٍ لإبقاء تلك الأحمال قيد التشغيل للمدة المقصودة. وما إن يتضح هذان الرقمان، تصبح مقارنة البطاريات السكنية أسهل بكثير وأكثر فائدة من مجرد اختيار المنتج ذي أكبر رقم kWh.
