Dobierając domowy magazyn energii, trzeba uwzględnić dwa wymagania: moc w kilowatach wystarczającą do zasilenia największego jednoczesnego obciążenia krytycznych odbiorów oraz energię użytkową w kilowatogodzinach wystarczającą do podtrzymania tych odbiorów przez zamierzony czas.
Domowe baterie są zwykle reklamowane jedną dużą liczbą: 10 kWh, 13,5 kWh lub 16 kWh. To ważny parametr, ale sam nie mówi, czy system sprawdzi się podczas przerwy w zasilaniu. Projekt zasilania rezerwowego musi odpowiedzieć na dwa pytania. Czy bateria i falownik mogą pokryć największą moc potrzebną domowi w danej chwili? Czy zapas energii wystarczy, aby wybrane odbiory pracowały przez wymagany czas? Mówiąc prościej: kW określa, czy system udźwignie obciążenie, a kWh — jak długo będzie mógł je zasilać.
Najlepiej zacząć od celu zasilania rezerwowego, a nie od katalogu baterii. Ustal, co ma działać po zaniku zasilania z sieci i przez jak długi czas. Dom, w którym wystarczy podtrzymać lodówkę, oświetlenie, internet i kilka gniazd, ma inne potrzeby niż dom, w którym mają nadal działać klimatyzacja, urządzenia kuchenne lub większość instalacji. Wytyczne NREL dotyczące magazynowania energii na potrzeby odporności wskazują obciążenie krytyczne i przewidywany czas przerwy jako podstawowe kryteria wyboru i doboru zasilania rezerwowego. (NREL)
Moc i energia odpowiadają na różne pytania
Załóżmy, że kluczowe odbiory pobierają średnio 0,8 kW podczas dziesięciogodzinnej nocnej przerwy w zasilaniu. W tym czasie zużyją około 8 kWh energii. Jeśli jednak sprężarka lodówki, oświetlenie i inne urządzenie przez chwilę pracują jednocześnie, zapotrzebowanie może wzrosnąć do 2,6 kW. System musi umieć dostarczyć te 2,6 kW, choć średni pobór jest dużo niższy.
Dlatego samo średnie zużycie energii w domu nie wystarcza do doboru magazynu. Miesięczny rachunek pokazuje ogólne zużycie, lecz nie wskazuje, które odbiory będą działać równocześnie podczas awarii. Oszacowanie potrzeb zasilania rezerwowego powinno dotyczyć obwodów, które pozostaną zasilane: ich chwilowej łącznej mocy oraz energii zużytej w wymaganym czasie.
Różne odbiory inaczej wpływają na te dwa wymagania. Urządzenie o dużej mocy pracujące przez kilka minut może znacząco podnieść wymaganą moc w kW, lecz niewiele zmienić zapotrzebowanie na energię w kWh. Odbiór o małej mocy pracujący przez wiele godzin może prawie nie wpływać na szczyt, a zużyć istotną część zapasu energii. Wyłączenie jednego niekoniecznego urządzenia o dużej mocy może więc znacznie uprościć projekt zasilania rezerwowego, nawet jeśli całodzienne zużycie energii spadnie tylko nieznacznie.
DOE rozróżnia te pojęcia podobnie: zdolność oddawania mocy określa, ile mocy system może dostarczyć w danej chwili, a pojemność energetyczna — ile energii może zmagazynować. (DOE) Bateria o dużej pojemności w kWh, ale za małej mocy wyjściowej może nie pokryć dużego obciążenia chwilowego. Z kolei system o dużej mocy, lecz zbyt małym zapasie energii, zasili odbiory bez trudu, ale rozładuje się szybciej, niż oczekiwano.
Zapotrzebowanie odbiorów to nie to samo co wartość na etykiecie baterii
Jeśli wybrane odbiory potrzebują 8 kWh podczas planowanej przerwy, nie oznacza to automatycznie, że wystarczy bateria oznaczona jako 8 kWh. Specyfikacja może rozróżniać energię nominalną i użytkową. (NREL) Część energii jest też tracona przy przekształcaniu zmagazynowanej energii DC w prąd AC dla domowych odbiorów; magazynowanie nie jest w 100% sprawne z powodu strat podczas przekształcania i pobierania energii. (DOE) Dostępna energia zależy również od stanu naładowania w chwili rozpoczęcia awarii.
Prosty przykład pokazuje, dlaczego trzeba sprawdzić definicję podanej pojemności. Jeśli na zasilanie rezerwowe można wykorzystać 90% nominalnej energii baterii, a sprawność toru rozładowania wynosi 92%, dostarczenie odbiorom 8 kWh wymaga około 9,7 kWh nominalnej energii: 8 ÷ (0,90 × 0,92). Te wartości są wyłącznie przykładowe, a nie uniwersalne. Rzeczywisty produkt może podawać już energię użytkową, a sprawność może być mierzona w innych granicach systemu. Nie wolno dwukrotnie uwzględniać tej samej straty ani bezpośrednio porównywać zapotrzebowania odbiorów z wartością pojemności zdefiniowaną inaczej.
Z tego samego powodu ważny jest początkowy stan naładowania. Bateria niemal pełna w chwili zaniku zasilania zapewni więcej energii rezerwowej niż ta sama bateria naładowana do 50%. Analizy odporności prowadzone przez NREL pokazują, że stan naładowania na początku awarii może istotnie wpływać na czas zasilania chronionych odbiorów. (NREL) Jeśli odporność na przerwy jest ważnym celem, strategia pracy musi zachowywać odpowiedni zapas energii na scenariusz istotny dla właściciela domu.
W systemie zasilania rezerwowego zaprojektowanym tak, aby instalacja PV działała również podczas awarii sieci, energia słoneczna może wydłużyć czas podtrzymania, ale nie gwarantuje określonej produkcji każdego dnia. Domowa fotowoltaika wymaga odpowiednio skonfigurowanego falownika i magazynu, aby pracować niezależnie od sieci. (DOE) Produkcja zależy też od pory dnia, pogody i sezonu. Podczas słonecznego dnia PV może zasilać część odbiorów i ładować baterię; nocą lub przy dużym zachmurzeniu jej wkład może być znikomy. Magazyn pozwala wykorzystać energię słoneczną wtedy, gdy produkcja jest niska lub zerowa. (DOE)
Właściwa wielkość domowego magazynu wynika więc z konkretnego celu zasilania rezerwowego. Ustal, które odbiory są ważne, oszacuj ich największą łączną moc oraz energię potrzebną przez wymagany czas. Następnie uwzględnij energię użytkową baterii, początkowy stan naładowania, straty przekształcania i realistyczny wkład fotowoltaiki. Dodaj rozsądny margines na niepewność rzeczywistego obciążenia i czasu awarii, zamiast dobierać system dokładnie do wyliczonego minimum.
Wynikiem powinny być dwa wymagania, a nie jedna liczba pojemności: moc w kW wystarczająca do pokrycia szczytowego obciążenia krytycznych odbiorów i energia użytkowa w kWh wystarczająca do zasilania ich przez założony czas. Dopiero znajomość obu wartości pozwala sensownie porównywać domowe magazyny energii — zamiast wybierać po prostu produkt z największą liczbą kWh.
