يمكن أن تكون بطارية منزلية مشحونة بالكامل عند انقطاع خدمة المرفق، ومع ذلك لا تكون جاهزة لتغذية الدوائر المدعومة فوراً. الطاقة المخزنة ليست سوى جزء من المسألة. قبل أن تُغذّى تلك الدوائر بأمان، يجب أن يتعرف النظام إلى أن ظروف الشبكة لم تعد مقبولة، ويفصل الجزء المحمي من المنزل عن المرفق، وينشئ مصدراً كهربائياً محلياً، ثم يمد الأحمال الواقعة فعلياً ضمن نظام النسخ الاحتياطي بالطاقة. يساعد مفتاح التحويل — أو المعدة التي تؤدي وظيفة التحويل نفسها — على التحكم في هذا الحد الفاصل بين التشغيل العادي المتصل بالشبكة والتشغيل الاحتياطي المقصود.يجب أن يصبح الجزء المدعوم من المنزل جزيرة مقصودة
تعمل الطاقة الشمسية والتخزين المتصلان بالشبكة عادةً بالتوازي مع المرفق. وعندما تنقطع طاقة المرفق، لا يمكنهما ببساطة الاستمرار في تغذية الشبكة الكهربائية نفسها دون تغيير. يجب أولاً فصل الجزء من التركيب الذي سيبقى مزوداً بالطاقة عمداً عن المرفق. وتوفر وثائق النسخ الاحتياطي للبطارية من SMA مثالاً ملموساً: أثناء فشل الشبكة، يفصل جهاز تحويل تلقائي نظام النسخ الاحتياطي عن المرفق قبل أن ينشئ العاكس شبكة احتياطية محلية. ومبدأ السلامة وراء هذا الفصل هو منع التشغيل الجزري غير المقصود. يجب ألا يستمر التوليد المتفاعل مع المرفق في تغذية جزء خارجي من الشبكة بالطاقة دون قصد بعد فقدان طاقة المرفق. (UL) (SMA)
ينشئ ذلك تمييزاً مهماً بين التشغيل الجزري غير المرغوب فيه والنسخ الاحتياطي المقصود. يهتم منع التشغيل الجزري بمنع التوليد المحلي من الاستمرار في تغذية جانب المرفق بالطاقة بعد الانقطاع. ويعمل النسخ الاحتياطي بالعكس على الجانب المحمي من نقطة فصل تم التحقق منها: فبمجرد عزله، يستطيع عاكس قادر على النسخ الاحتياطي إنشاء الجهد والتردد اللذين تحتاجهما الأحمال المحلية. وتصف وزارة الطاقة الأمريكية أنظمة تجمع بين الطاقة الشمسية والتخزين تكتشف فقدان طاقة الشبكة وتتحول إلى وضع الجزيرة أثناء الانقطاعات. والجزيرة في هذه الحالة هي نظام جانب العميل المفصول عمداً، وليست امتداداً عرضياً للشبكة المعطلة. (وزارة الطاقة الأمريكية)
يعتمد تسلسل التحويل الدقيق على المعدة، لذا من المفيد التمييز بين الوظيفة العامة وتطبيق جهة مصنّعة بعينها. في تصميم SMA الموثّق، يكتشف العاكس فشل الشبكة، ويفصل مفتاح الربط نظام النسخ الاحتياطي عن المرفق، وتؤكد مراقبة التغذية الراجعة حالة التحويل قبل تغذية أحمال النسخ الاحتياطي المتصلة. قد تجمع أنظمة أخرى هذه الوظائف بطريقة مختلفة، لكن المطلب الأساسي متشابه: لا ينبغي لمصدر النسخ الاحتياطي أن يغذي الدوائر المحمية كجزيرة مقصودة حتى يتحقق الفصل المطلوب عن المرفق. (SMA)
لا تظهر وظيفة التحويل دائماً في صندوق مستقل تقليدي يحمل تسمية «ATS». تستخدم Tesla، على سبيل المثال، أجهزة مثل Backup Gateway وBackup Switch وGateway 3 لاكتشاف الانقطاعات وتمكين النسخ الاحتياطي بالبطارية في تكوينات مختلفة لنظام Powerwall. لذلك قد يختلف ترتيب العتاد حتى عندما تبقى المهمة الكهربائية واضحة: اكتشاف ظروف الشبكة غير الطبيعية، والحفاظ على نقطة الفصل المطلوبة، ودعم الانتقال إلى الإمداد المحلي. (Tesla)
يوضح هذا الانتقال أيضاً سبب عدم التعامل تلقائياً مع نظام النسخ الاحتياطي بالبطارية على أنه UPS. فقد يحدث انقطاع فعلي بينما يكتشف النظام الانقطاع، ويغير حالة التحويل، وينشئ قدرة احتياطية. وتذكر SMA أن أحد ترتيبات النسخ الاحتياطي السكنية لديها يترك الأحمال بلا تغذية لنحو خمس إلى سبع ثوانٍ أثناء التحويل، وتصرح صراحةً بأن هذا الترتيب لا يفي بمتطلبات UPS؛ أما الأحمال التي لا تتحمل هذا الانقطاع فتحتاج إلى حماية UPS منفصلة. ويخص الرقم من خمس إلى سبع ثوانٍ ذلك النظام الموثق، وليس أنظمة النسخ الاحتياطي عموماً، لكنه يبين لماذا يُعدّ «وجود بطارية» و«وجود طاقة غير منقطعة» ادعاءين مختلفين. (SMA)
يحدد حد النسخ الاحتياطي ما يمكن تغذيته
بمجرد فصل القسم المحمي عن المرفق، يصبح الموقع المادي لحد النسخ الاحتياطي واضحاً بصورة عملية. قد يضع ترتيب للمنزل بأكمله لوحة التوزيع الرئيسية على الجانب المدعوم. أما تصميم المنزل الجزئي فقد يستخدم بدلاً من ذلك لوحة احتياطية مخصصة لا تضم إلا دوائر مختارة. وتنشر Tesla كلا نوعي تكوينات Powerwall. في ترتيب المنزل الجزئي، لا تصبح الدوائر خارج لوحة النسخ الاحتياطي مؤهلة فجأة للتغذية بالبطارية لمجرد بقاء طاقة في البطارية. (Tesla)
لهذا السبب قد يتصرف منزلان لهما البطارية نفسها بشكل مختلف أثناء الانقطاع نفسه. قد يضع أحد التركيبين معظم دوائر المنزل خلف جهاز النسخ الاحتياطي، بينما يحمي تركيب آخر التبريد أو الإضاءة أو الاتصالات أو أحمالاً مختارة أخرى فقط. تحدد بنية التحويل أي الدوائر المتصلة كهربائياً بنظام النسخ الاحتياطي المحلي. أما ما إذا كانت البطارية والعاكس قادرين فعلياً على دعم جميع تلك الأحمال في وقت واحد، ومدة ذلك، فهو مسألة منفصلة تتعلق بالقدرة والطاقة.
لذلك يمكن فهم انتقال الانقطاع على المستوى الوظيفي من دون افتراض أن كل منتج يستخدم آلة حالات داخلية متطابقة. تصبح ظروف الشبكة غير مقبولة، ويُفصل الجزء المحمي من التركيب عن المرفق، ويُنشأ مصدر محلي، ثم يمكن تغذية الدوائر الواقعة خلف ذلك الحد. لا يهم أن يؤدي كل نظام إجراءات مرحل متطابقة في ميلي ثانية متطابقة، بل أن النسخ الاحتياطي المقصود يعتمد على حد كهربائي تم التحقق منه بدلاً من أن تبدأ البطارية بالتفريغ فحسب.
يجب أيضاً التحكم في عودة طاقة المرفق. فلا ينبغي لنظام النسخ الاحتياطي أن يعيد توصيل القسم المحمي لمجرد ظهور جهد مقبول للحظة. توثق SMA فترة لمراقبة الشبكة بعد عودة طاقة المرفق؛ وعند اكتمال المراقبة بنجاح، ينتهي تشغيل النسخ الاحتياطي ويعيد النظام الاتصال بالمرفق. وتعتمد مدة الانتظار المطلوبة على إعدادات ومتطلبات البلد السارية. (SMA)
تبدو الحالة الافتتاحية الآن مختلفة. فالبطارية الممتلئة لا تجعل المنزل بمفردها جاهزاً للنسخ الاحتياطي لحظة اختفاء الشبكة. يجب على النظام أولاً إنشاء حد كهربائي آمن، وتأسيس الإمداد المحلي، وخدمة الدوائر الواقعة ضمن ذلك الحد فقط. ويهم مفتاح التحويل لأنه يساعد على جعل هذا التغير في الحالة الكهربائية مقصوداً. توفر البطارية الطاقة المخزنة؛ وتحدد بنية التحويل متى وأين يمكن استخدام تلك الطاقة أثناء الانقطاع.
