Dua rumah dapat memiliki panel surya dan baterai yang serupa, tetapi berperilaku sangat berbeda ketika utilitas gagal. Satu rumah padam. Rumah lain tetap menjalankan beberapa sirkuit penting. Di properti terpencil tanpa koneksi utilitas, peristiwa yang sama tidak relevan karena lokasi tersebut sudah beroperasi dengan jaringan listriknya sendiri.
Perbedaannya bukan sekadar ukuran baterai. On-grid, off-grid, dan hybrid menggambarkan hubungan yang berbeda dengan jaringan utilitas. Untuk memahaminya, ajukan tiga pertanyaan: apakah jaringan hadir selama operasi normal? Apa yang membentuk tegangan dan frekuensi ketika jaringan tidak ada? Sumber energi mana yang dapat menjaga beban tetap tersuplai?
Penyimpanan on-grid bekerja bersama utilitas
Sistem on-grid, atau grid-connected, beroperasi paralel dengan jaringan listrik publik. Jaringan menyediakan tegangan dan frekuensi AC yang sudah terbentuk untuk diikuti peralatan grid-following. Jaringan juga menutup selisih antara pasokan dan permintaan lokal: suatu lokasi dapat mengimpor listrik ketika output surya dan baterai tidak cukup, dan dapat mengekspor energi surplus jika aturan lokal mengizinkan.
Baterai on-grid dapat menyimpan surplus surya, menggeser konsumsi ke waktu lain, atau merespons jadwal operasi. Karena itu, "on-grid" bukan berarti "surya tanpa baterai". Artinya, sistem penyimpanan energi dirancang untuk berinteraksi dengan jaringan utilitas yang tersedia selama operasi normal.
Koneksi itu tidak otomatis menyediakan backup. U.S. Department of Energy menjelaskan bahwa inverter grid-following tradisional menggunakan jaringan sebagai acuan waveform dan terputus ketika gangguan bergerak cukup jauh di luar rentang yang diizinkan. Panduan aplikasi UL untuk sistem inverter juga membedakan peralatan utility-interactive dari peralatan stand-alone dan multimode, serta menjelaskan proteksi anti-islanding yang mencegah ekspor berlanjut setelah outage utilitas.
Akibatnya, baterai yang terisi mungkin hadir secara fisik sementara bangunan tetap kehilangan daya. Melanjutkan pasokan ke beban lokal membutuhkan sistem yang dirancang untuk memisahkan diri dari jaringan yang gagal dan beroperasi sebagai island yang disengaja. Kapasitas baterai menjawab berapa banyak energi tersedia; itu tidak membuktikan bahwa instalasi dapat menggunakan energi tersebut selama outage.
Operasi off-grid membutuhkan acuan listrik lokal
Sistem off-grid tidak memiliki jaringan publik untuk ditopang. Ketika lokasi memasok beban AC, peralatan di dalam sistem harus membentuk tegangan dan frekuensi lokal sambil menjaga pembangkitan, penyimpanan, dan permintaan tetap seimbang dari waktu ke waktu. Dalam sistem berbasis inverter, peran itu biasanya dilakukan oleh peralatan grid-forming atau yang mampu stand-alone, bukan inverter grid-following konvensional.
Baterai dan inverter bersama-sama membantu mengelola ketidakseimbangan jangka pendek dan panjang. Keduanya dapat merespons ketika motor mulai berjalan atau awan mengurangi output PV, lalu membawa beban setelah matahari terbenam. Namun keduanya tetap hanya bagian dari sistem pasokan. Surya, angin, hidro, atau generator berbahan bakar dapat menyumbang energi, dan sistem kontrol harus mengoordinasikan pengisian, discharge, pembangkitan, level cadangan, dan, jika desain mengizinkan, pelepasan beban non-esensial.
Inilah mengapa desain off-grid lebih menuntut daripada sekadar menambah baterai besar. Desain harus mencakup permintaan simultan tertinggi dari beban yang ingin dilayani dan membawa beban tersebut melewati jeda pembangkitan energi terbarukan yang diperkirakan, menggunakan energi tersimpan dan sumber lokal dispatchable apa pun. Pembangkitan musiman, variabilitas cuaca, pertumbuhan beban, rugi peralatan, dan margin cadangan semuanya memengaruhi hasilnya.
Generator eksternal tidak membuat sistem menjadi "on-grid". Sistem tetap off-grid selama tidak terhubung ke utilitas publik. IEA Photovoltaic Power Systems Programme mendokumentasikan sistem off-grid yang menggabungkan PV, baterai, dan generator set, sementara dokumentasi sistem stand-alone SMA memberi contoh konkret inverter baterai yang membentuk jaringan lokal dan mengoordinasikan baterai, generator, dan beban. Dalam konteks ini, generator adalah sumber energi lokal lain, sering dipertahankan untuk periode ketika pembangkitan energi terbarukan dan energi tersimpan tidak mencukupi.
"Hybrid" menggambarkan kemampuan, bukan hasil yang dijamin
Untuk perbandingan ini, hybrid berarti sistem penyimpanan energi yang terhubung jaringan dan dimaksudkan untuk mendukung lebih dari satu mode operasi. Ketika utilitas tersedia, sistem dapat mengimpor, mengekspor, mengisi, dan discharge sesuai tujuan lokasi dan aturan lokal. Ketika outage terdeteksi, konfigurasi yang mampu backup dapat mengisolasi sirkuit terlindungi dan membentuk pasokan lokal. Panduan ketahanan DOE menggambarkan sistem solar-plus-storage yang beralih ke mode islanded setelah kehilangan daya jaringan dan terhubung kembali ketika layanan kembali.
Namun kata "hybrid" digunakan secara longgar. Laporan IEA PVPS, misalnya, juga menggunakan "PV hybrid system" untuk kombinasi off-grid PV, baterai, dan pembangkitan diesel. Dalam praktiknya, label tersebut meninggalkan beberapa pertanyaan tanpa jawaban: sirkuit mana yang tetap menyala, seberapa cepat transfer terjadi, dan apakah inverter dapat memulai serta mendukung island tanpa utilitas.
Fungsi-fungsi tersebut harus diverifikasi pada level sistem. Instalasi backup yang bekerja membutuhkan kemampuan konversi daya yang sesuai, peralatan isolasi atau transfer, baterai dan kontrol yang kompatibel, serta batas beban backup yang didefinisikan. Sebagian sistem hanya mendukung output beban esensial khusus; yang lain dapat dirancang untuk bagian bangunan yang lebih besar. Energi baterai yang tersedia memengaruhi runtime, sementara daya inverter dan desain sirkuit yang dicadangkan menentukan beban mana yang dapat berjalan bersama.
Dilihat dengan cara ini, tiga kategori tersebut menggambarkan susunan operasi, bukan tingkatan produk. Sistem grid-connected mungkin cukup ketika layanan utilitas andal dan pasokan saat outage tidak diperlukan. Lokasi tanpa utilitas membutuhkan jaringan daya mandiri. Lokasi yang diharapkan menggunakan jaringan secara normal sekaligus menjaga beban terpilih tetap berjalan selama outage membutuhkan konfigurasi multimode yang terverifikasi. Kemampuan islanding, transfer, dukungan beban, dan kontrolnya lebih informatif daripada kategori yang dicetak pada inverter.
