Két otthon rendelkezhet hasonló napelemekkel és akkumulátorokkal, mégis nagyon eltérően viselkedhet, amikor a közüzemi hálózat kiesik. Az egyik elsötétül. A másik néhány alapvető áramkört tovább működtet. Egy távoli, közüzemi csatlakozás nélküli ingatlannál ugyanez az esemény lényegtelen, mert a helyszín eleve saját elektromos hálózatán működik.
A különbség nem egyszerűen az akkumulátor mérete. Az on-grid, off-grid és hibrid kifejezések a közüzemi hálózathoz fűződő különböző kapcsolatokat írják le. Megértésükhöz három kérdést érdemes feltenni: jelen van-e a hálózat normál üzem közben? Mi hozza létre a feszültséget és frekvenciát, amikor nincs jelen? Mely energiaforrások képesek ellátni a terheléseket?
Az on-grid energiatárolás a közüzemi hálózattal együtt működik
Egy on-grid, vagyis hálózatra csatlakoztatott rendszer párhuzamosan működik a közcélú villamosenergia-hálózattal. A hálózat meghatározott AC-feszültséget és frekvenciát biztosít, amelyhez a grid-following berendezések igazodnak. A helyi kínálat és kereslet közötti különbséget is lefedi: a helyszín importálhat villamos energiát, amikor a napenergia- és akkumulátoros kimenet nem elegendő, és többletenergiát exportálhat, ahol ezt a helyi szabályok megengedik.
Egy on-grid akkumulátor tárolhat napelemes többletet, más időpontra helyezheti a fogyasztást, vagy üzemeltetési ütemezésre reagálhat. Az „on-grid” ezért nem azt jelenti, hogy „napelem akkumulátor nélkül”. Azt jelenti, hogy az energiatároló rendszert úgy tervezték, hogy normál üzem közben elérhető közüzemi hálózattal működjön együtt.
Ez a kapcsolat nem biztosít automatikusan tartalékellátást. Az U.S. Department of Energy elmagyarázza, hogy a hagyományos grid-following inverterek a hálózatot használják hullámforma-referenciaként, és lekapcsolnak, amikor a zavarok eléggé kívül esnek megengedett tartományukon. Az UL inverterrendszerekre vonatkozó alkalmazási útmutatója szintén megkülönbözteti a hálózattal együttműködő berendezéseket az önálló és multimódusú berendezésektől, és ismerteti az anti-islanding védelmet, amely megakadályozza a további exportot közüzemi kimaradás után.
Ennek eredményeként egy feltöltött akkumulátor fizikailag jelen lehet, miközben az épület mégis elveszíti az áramellátást. A helyi terhelések további ellátásához olyan rendszerre van szükség, amelyet úgy terveztek, hogy leváljon a kiesett hálózatról és szándékos szigetüzemként működjön. Az akkumulátorkapacitás azt mutatja meg, mennyi energia áll rendelkezésre; nem bizonyítja, hogy a telepítés áramszünet alatt fel is tudja használni ezt az energiát.
Az off-grid működés helyi elektromos referenciát igényel
Egy off-grid rendszernek nincs közcélú hálózata, amelyre támaszkodhatna. Ahol a helyszín AC-terheléseket lát el, a rendszeren belüli berendezéseknek kell létrehozniuk a helyi feszültséget és frekvenciát, miközben a termelésnek, tárolásnak és keresletnek pillanatról pillanatra egyensúlyban kell maradnia. Inverteralapú rendszerben ezt a szerepet általában grid-forming vagy önálló üzemre képes berendezés tölti be, nem pedig hagyományos grid-following inverter.
Az akkumulátor és az inverter együtt segít kezelni a rövid és hosszú egyensúlytalanságokat. Reagálhatnak, amikor egy motor indul vagy egy felhő csökkenti a PV-kimenetet, majd napnyugta után tovább elláthatják a terheléseket. Ettől még csak a teljes ellátórendszer részei. Napenergia, szélenergia, vízenergia vagy üzemanyaggal működő generátor is hozzájárulhat energiával, a vezérlőrendszernek pedig össze kell hangolnia a töltést, kisütést, termelést, tartalékszinteket és, ahol a kialakítás megengedi, a nem létfontosságú terhelések lekapcsolását.
Ezért az off-grid tervezés igényesebb annál, mint hogy nagy akkumulátort adjunk a rendszerhez. A tervnek le kell fednie a kiszolgálni kívánt terhelések legnagyobb egyidejű igényét, és át kell vinnie ezeket a terheléseket a megújuló termelés várható kiesésein, tárolt energia és bármely diszpécselhető helyi forrás felhasználásával. A szezonális termelés, az időjárási változékonyság, a terhelésnövekedés, a berendezésveszteségek és a tartalékmargók mind befolyásolják az eredményt.
Egy külső generátor nem tesz egy rendszert „on-grid” rendszerré. Addig off-grid marad, amíg nincs csatlakoztatva a közcélú hálózathoz. Az IEA Photovoltaic Power Systems Programme olyan off-grid rendszereket dokumentál, amelyek PV-t, akkumulátorokat és generátoregységeket kombinálnak, míg az SMA önálló rendszerekre vonatkozó dokumentációja konkrét példát ad arra, hogyan alakít ki egy akkumulátorinverter helyi hálózatot, és hogyan koordinálja az akkumulátorokat, generátorokat és terheléseket. Ebben az összefüggésben a generátor egy másik helyi energiaforrás, amelyet gyakran olyan időszakokra tartanak fenn, amikor a megújuló termelés és a tárolt energia nem elegendő.
A „hibrid” képességet ír le, nem garantált eredményt
Ebben az összehasonlításban a hibrid olyan hálózatra csatlakoztatott energiatároló rendszert jelent, amelyet egynél több üzemmód támogatására szántak. Amikor a közüzemi hálózat rendelkezésre áll, a rendszer a helyszíni célok és a helyi szabályok szerint importálhat, exportálhat, tölthet és kisüthet. Áramszünet észlelésekor egy tartalékellátásra képes konfiguráció leválaszthatja a védett áramköröket és helyi ellátást hozhat létre. A DOE reziliencia-útmutatója leírja, hogy a solar-plus-storage rendszerek hálózati áramvesztés után szigetüzembe kapcsolnak, majd a szolgáltatás visszatérésekor újracsatlakoznak.
A „hibrid” szót azonban lazán használják. Az IEA PVPS jelentése például „PV hybrid system” kifejezést használ olyan off-grid kombinációkra is, amelyek PV-t, akkumulátorokat és dízelgenerálást kapcsolnak össze. A gyakorlatban a címke több kérdést nyitva hagy: mely áramkörök maradnak áram alatt, milyen gyorsan történik az átkapcsolás, és képes-e az inverter közüzemi hálózat nélkül szigetüzemet indítani és fenntartani.
Ezeket a funkciókat rendszerszinten kell ellenőrizni. Egy működő tartalékellátási telepítéshez megfelelő teljesítményátalakító képesség, leválasztó vagy átkapcsoló berendezés, kompatibilis akkumulátorok és vezérlések, valamint meghatározott tartalékterhelési határ szükséges. Egyes rendszerek csak dedikált alapvetőterhelés-kimenetet támogatnak; mások az épület nagyobb részére is tervezhetők. A rendelkezésre álló akkumulátorenergia a működési időt befolyásolja, míg az inverter teljesítménye és a tartalékolt áramkörök kialakítása határozza meg, mely terhelések működhetnek együtt.
Így nézve a három kategória üzemeltetési elrendezéseket ír le, nem termékminőségi fokozatokat. Egy hálózatra csatlakoztatott rendszer elegendő lehet ott, ahol a közüzemi szolgáltatás megbízható és nincs szükség áramszüneti ellátásra. Egy közüzemi hálózat nélküli helyszínnek önálló villamosenergia-hálózatra van szüksége. Egy olyan helyszínnek, amely normál esetben a hálózatot használja, de áramszünet idején kiválasztott terheléseket is működésben akar tartani, ellenőrzött multimódusú konfigurációra van szüksége. Szigetüzemi, átkapcsolási, terheléstámogatási és vezérlési képességei többet mondanak, mint az inverterre nyomtatott kategória.
