عندما يركب منزلان بطارية 10 kWh نفسها، فمن المغري توقع النتيجة نفسها. ومع ذلك، قد يبدأ النظام الأول بالتفريغ بمجرد أن ينخفض الإنتاج الشمسي عن الطلب المنزلي، بينما يحتفظ الثاني ببعض الطاقة لفترة ذات سعر أعلى لاحقًا خلال اليوم. وإذا صُمم وضُبط للنسخ الاحتياطي، فقد يحتفظ أيضًا باحتياطي لانقطاع التيار.
بحلول أوائل المساء، قد تكون إحدى البطاريتين قريبة من مستوى احتياطها بينما تظل الأخرى لديها طاقة متاحة. لا يختلف شيء في سعتهما المادية. إنما اتبعتا تعليمات مختلفة.
السعة ليست جدولًا زمنيًا
تصف السعة، المقاسة بالكيلوواط-ساعة، مقدار الطاقة التي يمكن للبطارية تخزينها. وتصف القدرة، المقاسة بالكيلوواط، مدى سرعة قدرتها على توصيل تلك الطاقة. و وزارة الطاقة الأمريكية يتعامل معهما كمواصفتين منفصلتين لأنهما تجيبان عن سؤالين مختلفين. فقد تحتوي البطارية على طاقة كافية لتشغيل عدة أجهزة مع مرور الوقت، لكنها قد تظل غير قادرة على دعمها جميعًا في آن واحد إذا تجاوز طلبها المجمع تصنيف قدرتها.
ومن المهم أيضًا تحديد رقم السعة الذي يُشار إليه. فالسعة الاسمية والسعة القابلة للاستخدام والطاقة المسلّمة بعد التحويل لا تصف الحدود نفسها تمامًا. و إرشادات الحكومة الأسترالية بشأن البطاريات تشير إلى أن السعة القابلة للاستخدام أقل من السعة الإجمالية وأن بعض الطاقة تُفقد أثناء الشحن والتفريغ. ويجب وضع أرقام البطاريات على الأساس نفسه قبل مقارنتها.
بمجرد اتضاح تلك الأرقام، يصبح السؤال المتبقي تشغيليًا: ماذا ينبغي للنظام أن يفعل بالطاقة المتاحة لديه؟
لماذا يغير التوقيت النتيجة
تتمثل إحدى المهام الأساسية لبطارية المنزل في إتاحة الكهرباء في وقت مختلف. فقد ينتج النظام الشمسي طاقة أكثر مما يحتاجه المنزل عند منتصف النهار، ثم ينتج القليل أو لا ينتج شيئًا بعد غروب الشمس. وتحمل البطارية جزءًا من فائض النهار إلى المساء.
يتبع وضع الاستهلاك الذاتي الأساسي عادةً ما يحدث في الوقت الحالي. فعندما يتجاوز الإنتاج الشمسي الطلب المنزلي، تُشحن البطارية. وعندما يرتفع الطلب فوق الإنتاج الشمسي، تُفرّغ. ويمكن أن يقلل ذلك من السحب من الشبكة، لكنه قد يستهلك الطاقة المخزنة قبل بدء فترة تعرفة أعلى تكلفة.
قد تحتفظ الاستراتيجية القائمة على الوقت بالبطارية لتلك الساعات اللاحقة. ولا يجعل ذلك كل كيلوواط-ساعة أكثر قيمة في كل سوق؛ فالنتيجة تعتمد على التعرفة ونمط حمل المنزل. لكنه يغير الجدول الزمني بحيث تتاح الطاقة المخزنة لغرض مختلف.
يخلق النسخ الاحتياطي مفاضلة أخرى. ففي نظام قادر على النسخ الاحتياطي ومضبوط للعمل أثناء الانقطاع، يترك الاحتياطي الأعلى طاقة أكثر متاحة إذا تعطلت الشبكة. لكن الاحتياطي نفسه يترك سعة أقل للاستهلاك الذاتي اليومي أو إدارة التعرفة. و إرشادات الحكومة الأسترالية تجعل هذا الحد واضحًا: فليست كل أنظمة البطاريات قادرة على توفير النسخ الاحتياطي، وتلك التي تستطيع ذلك يجب ضبطها له.
غالبًا ما توصف هذه الخيارات بأنها توجيه تشغيل البطارية. وهي ليست منفصلة عن السعة، لأن كل قرار يسحب من المخزون المحدود نفسه من الطاقة. فالطاقة المستخدمة في فترة بعد الظهر لا يمكن أن تظل في انتظارها في البطارية في ذلك المساء.
ما الذي يعنيه التحكم «الذكي» عمليًا؟
لا يعني «التحكم الذكي» بالضرورة الذكاء الاصطناعي. إذ يمكن لوحدة التحكم تطبيق مجموعة من القواعد على معلومات مثل الإنتاج الشمسي والطلب المنزلي وحالة شحن البطارية وإعدادات الاحتياطي وأسعار الكهرباء، ثم تقرر الشحن أو التفريغ أو الانتظار.
تستخدم بعض وحدات التحكم أيضًا التوقعات. فإذا كان من المتوقع إنتاج شمسي قوي في اليوم التالي، فقد يسمح النظام باستخدام طاقة أكبر خلال الليل لأن إعادة الشحن مرجحة. ومع توقعات ضعيفة، قد يترك ذلك القرار البطارية أقل شحنًا مما هو مقصود.
بحث أجراه ميرليتز وغيتّيه اختبر أسلوبًا لتوجيه التشغيل يستجيب للأسعار باستخدام توقعات الطاقة الشمسية والأحمال وبيانات تدهور البطارية وتعريفات المرافق. وتطلبت التعريفات وأحجام الأنظمة وملفات التوليد والأحمال المختلفة استراتيجيات توجيه تشغيل مختلفة. ولا يمكن افتراض ملاءمة جدول مصمم لتعرفة أو منزل معين لمنزل آخر ببساطة.
في نظام طاقة منزلي أكثر تكاملًا، قد ينسق نظام لإدارة الطاقة، أو EMS، القرارات عبر التوليد الشمسي وأحمال المنزل والبطارية والعاكس والاتصال بالشبكة. وتقدم دراسة سكنية أجراها ميرينغتون وخضري ومحمودي مثالًا: فقد استخدم نظام إدارة الطاقة المنزلي فيها أسعار الكهرباء وقيود الشبكة وحمل المنزل وبيانات الطقس لتوجيه التشغيل. وتستخدم الأنظمة الفعلية مجموعات مختلفة من المعلومات، لكن الغرض متشابه: تحويل عدة مدخلات إلى خطة تشغيل واحدة.
لا يتولى EMS وظائف الحماية الخاصة بالبطارية. إذ يراقب BMS ظروف البطارية ويوفر أو يفرض حدود التشغيل على مستوى البطارية، بينما ينفذ العاكس أو PCS التحويل الكهربائي المطلوب للشحن والتفريغ. ولا يمكن تنفيذ طلب EMS إلا عندما تستطيع البطارية ومعدات تحويل القدرة دعمه.
على مستوى الأجهزة، وحدة إدارة البطارية عالية الجهد من NXP توفر مراقبة للتعشيق والتحكم في الموصلات، إلى جانب واجهات للاتصال مع EMS. وهي توضيح مفيد لسبب عدم استبدال التنسيق على مستوى الموقع لحماية البطارية: فما زالت طبقة البطارية بحاجة إلى تقييد التشغيل أو إيقافه عند الحاجة. ويتوفر شرح أكثر تفصيلًا في ما الذي يفعله BMS فعليًا؟.
متى يتوقف التحكم الذكي عن المساعدة
إذا كانت البطارية صغيرة جدًا للمهمة المقصودة، فلن يزيل تغيير جدولها عجز الطاقة. وينطبق الأمر نفسه على القدرة: إذ لا يمكن لبرامج التحكم أن تجعل المعدات توصل أكثر من خرجها المقنن.
لا يكون التحكم الأكثر تعقيدًا أفضل تلقائيًا. فقد مراجعة منهجية أجراها أزواتالام وزملاؤه وجدت أن زيادة تعقيد استراتيجية إدارة الطاقة لم تحسن بالضرورة أداء بطارية PV أو جدواها الاقتصادية. إذ يمكن لافتراضات النمذجة وبيانات الإدخال غير المؤكدة وطريقة التعامل مع تدهور البطارية أن تغير النتيجة.
تظهر قيود مماثلة في التشغيل اليومي. فقد ينقل جدول تعرفة قديم الشحن إلى الساعات غير المناسبة. وقد يترك الاحتياطي المضبوط على مستوى مرتفع جدًا سعة مفيدة دون استخدام كل يوم، بينما قد لا يعكس الاحتياطي المضبوط على مستوى منخفض جدًا أولويات المالك للنسخ الاحتياطي. ويمكن أن تتغير التوقعات والروتين المنزلي أيضًا، لذلك قد تحتاج الإعدادات التي كانت منطقية في السابق إلى مراجعة.
عندما يحل المساء، تكون البطارية المفيدة هي التي لا تزال تملك طاقة كافية للمهمة التي اختارها المنزل. ويعتمد الوصول إلى ذلك على أجهزة كافية وإعدادات سليمة واستراتيجية تشغيل تعكس كيفية استخدام المنزل للكهرباء فعليًا.
