Egy lakossági akkumulátort általában egyetlen nagy számmal hirdetnek: 10 kWh, 13.5 kWh, 16 kWh. Ez a szám fontos, de nem mondja meg, hogy a rendszer jól működik-e áramszünet alatt. Egy hasznos tartalékellátási tervnek két különböző kérdésre kell válaszolnia. Képes-e az akkumulátor és az inverter ellátni azt a legnagyobb teljesítményt, amelyre az otthonnak egy adott pillanatban szüksége lehet? És van-e elegendő tárolt energia ahhoz, hogy a kiválasztott terhelések a szükséges óraszámon át működjenek? Egyszerűen fogalmazva: a kW azt mutatja meg, elbírja-e a rendszer a terhelést, míg a kWh azt, meddig képes ezt fenntartani.
A legegyszerűbb kiindulópont nem az akkumulátorkatalógus. Hanem a tartalékellátási cél. El kell dönteni, minek kell működésben maradnia, amikor a hálózat kiesik, és mennyi ideig szeretné, hogy ezek a terhelések rendelkezésre álljanak. Egy háztartás, amely csak hűtést, világítást, internetet és néhány aljzatot szeretne fenntartani, egészen más igénnyel rendelkezik, mint az, amely légkondicionálást, főzőberendezéseket vagy az otthon nagy részének normál működését várja el. Az NREL Battery Storage for Resilience útmutatója a kritikus terhelést és a várható áramszüneti időtartamot alapvető szempontként azonosítja a tartalékellátási technológiák kiválasztásánál és méretezésénél. (NREL)
A teljesítmény és az energia eltérő kérdésekre válaszol
Tegyük fel, hogy egy alapvető terheléscsoport átlagosan 0.8 kW-ot igényel egy tízórás éjszakai áramszünet alatt. Ez alatt a tíz óra alatt a terheléseknek körülbelül 8 kWh energiára van szükségük. De képzeljük el, hogy a hűtőkompresszor, a világítás és egy másik készülék rövid ideig egyszerre működik, és a keresletet 2.6 kW-ra emeli. Az akkumulátoros rendszernek akkor is képesnek kell lennie ezt a 2.6 kW-os pillanatot ellátni, ha az átlagos igény jóval alacsonyabb.
Ezért nem elég az átlagos háztartási fogyasztás a méretezéshez. A havi villamosenergia-felhasználás segíthet leírni, mennyi energiát fogyaszt összességében egy otthon, de nem mutatja meg, mely terhelések fognak együtt működni áramszünet alatt. Egy hasznos tartalékellátási becslés azokra az áramkörökre összpontosít, amelyek továbbra is áram alatt maradnak, és azt kérdezi, mekkora teljesítményre lehet egyszerre szükségük, valamint mennyi energiát használnak fel a kívánt időszak alatt.
A különböző terhelések eltérő irányba mozdíthatják ezt a két követelményt. Egy nagy teljesítményű, csak néhány percig használt készülék jelentősen növelheti a szükséges kW-ot, de viszonylag keveset adhat a teljes kWh-igényhez. Egy kisebb, sok órán át működő terhelés alig változtathatja meg a csúcsot, mégis érdemi részét fogyaszthatja el a tárolt energiának. Egy nem létfontosságú, nagy teljesítményű terhelés eltávolítása ezért sokkal könnyebbé teheti a tartalékellátási rendszer tervezését akkor is, ha a teljes napi villamosenergia-felhasználás csak kismértékben változik.
A DOE ugyanezt az alapvető különbséget teszi az akkumulátoros energiatárolás leírásakor: a teljesítménykapacitás az a teljesítménymennyiség, amelyet egy rendszer egy adott pillanatban le tud adni, míg az energiakapacitás az az energiamennyiség, amelyet tárolni tud. (DOE) Egy nagy kWh-kapacitású akkumulátor elégtelen kimenő teljesítménnyel továbbra is nehezen birkózhat meg egy nagy egyidejű terheléssel, míg egy nagy teljesítményű, de túl kevés energiával rendelkező rendszer könnyen elbírhatja a terhelést, de a vártnál hamarabb kifuthat az energiából.
A terhelési igény nem azonos az akkumulátor címkéjével
Ha a kiválasztott terheléseknek a tervezett áramszünet alatt 8 kWh-ra van szükségük, ez nem jelenti automatikusan azt, hogy egy 8 kWh-s akkumulátor elegendő. Az akkumulátorspecifikációk különbséget tehetnek névleges és hasznos energia között. (NREL) Valamennyi energia akkor is elveszik, amikor a tárolt DC-energia AC-vé alakul át a háztartási terhelések számára; a tárolás nem 100%-os hatásfokú, mert az átalakítás és visszanyerés során veszteség keletkezik. (DOE) Az áramszünet kezdetén rendelkezésre álló mennyiség az akkumulátor töltöttségi állapotától is függ.
Egy egyszerű példa megmutatja, miért számít a címke jelentése. Ha egy akkumulátor névleges energiájának 90%-a áll rendelkezésre tartalékellátásra, és az adott kisütési út hatásfoka 92%, akkor 8 kWh terhelésoldali energia leszállításához körülbelül 9.7 kWh névleges tárolt energiára lenne szükség: 8 ÷ (0,90 × 0,92). Ezek a százalékok csak illusztrációk, nem univerzális szabályok. Egy valós termék már közölhet hasznosenergia-értéket, és hatásfok-definíciója más mérési határt használhat. A lényeg az, hogy ne számoljuk kétszer ugyanazt a veszteséget, és ne hasonlítsunk közvetlenül egy terhelésoldali igényt egy olyan akkumulátorszámhoz, amely valami mást jelent.
A kiinduló töltöttségi állapot ugyanezért számít. Egy áramszünet kezdetén majdnem teljesen feltöltött akkumulátor több tartalékenergiával rendelkezik, mint ugyanaz az akkumulátor 50%-os induló töltöttséggel. Az NREL rezilienciaelemzése kimutatta, hogy az akkumulátor töltöttsége az áramszünet kezdetén érdemben befolyásolhatja, meddig képes egy rendszer ellátni védett terheléseit. (NREL) Ha a reziliencia fontos cél, az üzemeltetési stratégiának elegendő energiát kell tartalékolnia ahhoz az áramszüneti forgatókönyvhöz, amely a háztulajdonost ténylegesen érdekli.
Egy olyan tartalékellátásra képes rendszerben, amelyet úgy terveztek, hogy áramszünet alatt is működésben tartsa a PV-t, a napenergia meghosszabbíthatja a tartalékellátást, de nem garantált napi energiaforrás. A lakossági napelemes rendszernek megfelelően konfigurált inverterre és tárolórendszerre van szüksége ahhoz, hogy a hálózattól függetlenül termeljen áramot. (DOE) A napelemes termelés a napszaktól, időjárástól és évszaktól is függ. Egy napsütéses nappali áramszünet alatt a PV elláthatja a háztartási terhelés egy részét és újratöltheti az akkumulátort. Éjszaka vagy felhős időszakban viszont nagyon keveset tehet hozzá. A napenergia-termelés ezekkel a feltételekkel változik, míg a tárolás a napenergiát olyan időszakokra helyezheti át, amikor a termelés alacsony vagy nem elérhető. (DOE)
Egy hasznos lakossági akkumulátorméret ezért konkrét tartalékellátási cél eredménye. Döntse el, mely terhelések számítanak, becsülje meg, mekkora legnagyobb teljesítményre lehet együtt szükségük, és becsülje meg, mennyi energiát használnak fel a kívánt tartalékellátási idő alatt. Ezután vegye figyelembe a hasznos akkumulátorenergiát, a kiinduló töltöttségi állapotot, az átalakítási veszteségeket és a reálisan elérhető napelemes hozzájárulást. Végül hagyjon ésszerű tartalékot a tényleges terhelés és az áramszünet időtartamának bizonytalanságára, ahelyett hogy pontosan a becslésre méretezne.
A végső válasznak inkább követelménypárnak kell kinéznie, nem egyetlen címsorszerű kapacitásnak: elegendő kW a kritikus terhelési csúcs ellátásához, és elegendő hasznos kWh ahhoz, hogy ezek a terhelések a tervezett időszakban működjenek. Ha ez a két szám világos, a lakossági akkumulátorok összehasonlítása sokkal könnyebbé és sokkal értelmesebbé válik, mint egyszerűen a legnagyobb kWh-értékű termék kiválasztása.
