Een residentiële batterij wordt meestal gepresenteerd met één groot getal: 10 kWh, 13.5 kWh, 16 kWh. Dat getal is belangrijk, maar vertelt niet of het systeem goed werkt tijdens een stroomstoring. Een bruikbaar back-upontwerp moet twee verschillende vragen beantwoorden. Kunnen de batterij en omvormer het hoogste vermogen leveren dat de woning op één moment nodig kan hebben? En is er genoeg opgeslagen energie om de gekozen belastingen gedurende het gewenste aantal uren te laten draaien? Eenvoudig gezegd: kW vertelt of het systeem de belasting kan dragen, terwijl kWh vertelt hoe lang het dat kan volhouden.
De makkelijkste plek om te beginnen is niet de batterijcatalogus. Het is het back-updoel. Bepaal wat aan moet blijven wanneer het net uitvalt en hoe lang die belastingen beschikbaar moeten blijven. Een huishouden dat alleen koeling, verlichting, internet en een paar stopcontacten wil behouden, heeft een heel andere behoefte dan een huishouden dat airconditioning, kookapparatuur of het grootste deel van de woning normaal wil laten draaien. De Battery Storage for Resilience richtlijn van NREL noemt kritische belasting en verwachte storingsduur als kernfactoren bij het selecteren en dimensioneren van back-uptechnologieën. (NREL)
Vermogen en energie beantwoorden verschillende vragen
Stel dat een groep essentiële belastingen gemiddeld 0.8 kW vraagt tijdens een nachtelijke storing van tien uur. Over die tien uur hebben de belastingen ongeveer 8 kWh energie nodig. Maar stel dat de koelkastcompressor, verlichting en een ander apparaat kort tegelijk werken en de vraag naar 2.6 kW duwen. Het batterijsysteem moet dat moment van 2.6 kW nog steeds kunnen leveren, ook al is de gemiddelde vraag veel lager.
Daarom is gemiddeld huishoudelijk verbruik niet genoeg voor dimensionering. Maandelijks elektriciteitsverbruik kan helpen beschrijven hoeveel energie een woning in totaal gebruikt, maar het laat niet zien welke belastingen tijdens een storing tegelijk werken. Een bruikbare back-upinschatting richt zich op de circuits die gevoed blijven en vraagt hoeveel vermogen ze tegelijk nodig kunnen hebben en hoeveel energie ze over de gewenste periode gebruiken.
Verschillende belastingen kunnen die twee eisen in verschillende richtingen duwen. Een apparaat met hoog vermogen dat maar enkele minuten wordt gebruikt, kan een groot effect hebben op de vereiste kW maar relatief weinig toevoegen aan de totale kWh. Een kleinere belasting die vele uren draait, kan de piek nauwelijks veranderen maar wel een aanzienlijk deel van de opgeslagen energie verbruiken. Het verwijderen van één niet-essentiële belasting met hoog vermogen kan een back-upsysteem daarom veel eenvoudiger te ontwerpen maken, zelfs als het totale dagelijkse elektriciteitsverbruik maar weinig verandert.
DOE maakt hetzelfde basisonderscheid bij de beschrijving van batterijopslag: vermogenscapaciteit is de hoeveelheid vermogen die een systeem op een bepaald moment kan leveren, terwijl energiecapaciteit de hoeveelheid energie is die het kan opslaan. (DOE) Een grote kWh-batterij met onvoldoende uitgangsvermogen kan nog steeds moeite hebben met een zware gelijktijdige belasting, terwijl een hoogvermogenssysteem met te weinig energie de belasting makkelijk kan dragen maar eerder leeg raakt dan verwacht.
De belastingseis is niet hetzelfde als het batterijlabel
Als de geselecteerde belastingen 8 kWh nodig hebben tijdens de geplande storing, betekent dat niet automatisch dat een batterij van 8 kWh genoeg is. Batterijspecificaties kunnen onderscheid maken tussen nominale en bruikbare energie. (NREL) Er gaat ook energie verloren wanneer opgeslagen DC-energie wordt omgezet naar AC-stroom voor huishoudelijke belastingen; opslag is niet 100% efficiënt omdat energie verloren gaat tijdens conversie en teruglevering. (DOE) De hoeveelheid die beschikbaar is aan het begin van een storing hangt ook af van de laadstatus van de batterij.
Een eenvoudig voorbeeld laat zien waarom het label ertoe doet. Als 90% van de nominale batterij-energie beschikbaar is voor back-up en het relevante ontlaadpad 92% efficiënt is, dan is voor het leveren van 8 kWh aan de belastingen ongeveer 9.7 kWh nominale opgeslagen energie nodig: 8 ÷ (0.90 × 0.92). Die percentages zijn alleen een illustratie, geen universele regel. Een echt product kan al een bruikbare-energiecijfer publiceren, en de efficiëntiedefinitie kan een andere meetgrens gebruiken. Het belangrijkste is dat dezelfde verliespost niet dubbel wordt geteld en dat een belastingseis niet rechtstreeks wordt vergeleken met een batterijgetal dat iets anders vertegenwoordigt.
De start-laadstatus is om dezelfde reden belangrijk. Een batterij die bijna vol is wanneer een storing begint, heeft meer back-upenergie beschikbaar dan dezelfde batterij die op 50% start. NREL-resilience analyses hebben laten zien dat hoe vol een batterij is bij het begin van een storing materieel kan beïnvloeden hoe lang een systeem zijn beschermde belastingen kan blijven voeden. (NREL) Als veerkracht een belangrijk doel is, moet de bedrijfsstrategie genoeg energie beschikbaar houden voor het storingsscenario dat voor de bewoner echt telt.
In een back-upgeschikt systeem dat is ontworpen om PV tijdens een storing te laten werken, kan zonne-energie de back-up verlengen, maar het is geen gegarandeerde dagelijkse energie. Residentiële zonne-energie heeft een correct geconfigureerde omvormer en opslagsysteem nodig om onafhankelijk van het net vermogen te leveren. (DOE) Zonne-output verandert ook met tijdstip, weer en seizoen. Tijdens een zonnige storing overdag kan PV een deel van de huishoudelijke belasting voeden en de batterij opladen. ’s Nachts of bij bewolking kan de bijdrage zeer klein zijn. Zonneproductie varieert met deze omstandigheden, terwijl opslag zonne-energie kan verschuiven naar perioden waarin opwekking laag of niet beschikbaar is. (DOE)
Een bruikbare residentiële batterijgrootte is daarom het resultaat van een specifiek back-updoel. Bepaal welke belastingen belangrijk zijn, schat het hoogste vermogen dat ze samen nodig kunnen hebben en schat de energie die ze gedurende de gewenste back-upduur zullen gebruiken. Houd daarna rekening met bruikbare batterij-energie, start-laadstatus, conversieverliezen en een realistische bijdrage van zonne-energie. Laat ten slotte een redelijke marge voor onzekerheid in werkelijke belasting en storingsduur, in plaats van exact op de schatting te dimensioneren.
Het eindantwoord moet eruitzien als een paar eisen in plaats van één headline-capaciteit: genoeg kW om de piek van de kritische belasting te dragen en genoeg bruikbare kWh om die belastingen gedurende de beoogde periode te laten draaien. Zodra die twee getallen duidelijk zijn, wordt het vergelijken van residentiële batterijen veel eenvoudiger en veel betekenisvoller dan simpelweg het product kiezen met het grootste kWh-getal.
