Bateria mieszkaniowa jest zwykle reklamowana jedną dużą liczbą: 10 kWh, 13.5 kWh, 16 kWh. Ta liczba ma znaczenie, ale nie mówi, czy system będzie dobrze działał podczas awarii. Użyteczny projekt backupu musi odpowiedzieć na dwa różne pytania. Czy bateria i falownik mogą dostarczyć najwyższą moc, jakiej dom może potrzebować w danym momencie? I czy jest wystarczająco dużo zmagazynowanej energii, aby utrzymać wybrane odbiory przez liczbę godzin, która ma znaczenie? Mówiąc prosto, kW mówi, czy system może udźwignąć obciążenie, a kWh mówi, jak długo może to robić.
Najłatwiej zacząć nie od katalogu baterii, lecz od celu backupu. Zdecyduj, co ma pozostać włączone po zaniku sieci i jak długo te odbiory mają być dostępne. Gospodarstwo domowe, które chce zasilać tylko chłodzenie żywności, oświetlenie, internet i kilka gniazd, ma zupełnie inne wymagania niż dom oczekujący utrzymania klimatyzacji, sprzętu kuchennego lub większości budynku w normalnej pracy. Wytyczne NREL Battery Storage for Resilience wskazują obciążenie krytyczne i przewidywany czas trwania awarii jako kluczowe kwestie przy wyborze i wymiarowaniu technologii backupu. (NREL)
Moc i energia odpowiadają na różne pytania
Załóżmy, że grupa podstawowych odbiorów ma średnie obciążenie 0.8 kW podczas dziesięciogodzinnej nocnej awarii. W ciągu tych dziesięciu godzin odbiory potrzebują około 8 kWh energii. Wyobraźmy sobie jednak, że sprężarka lodówki, oświetlenie i inne urządzenie na krótko nakładają się na siebie i podnoszą zapotrzebowanie do 2.6 kW. System bateryjny nadal musi być w stanie dostarczyć te 2.6 kW w danym momencie, mimo że średnie zapotrzebowanie jest znacznie niższe.
Dlatego średnie zużycie energii w domu nie wystarcza do wymiarowania. Miesięczne zużycie może pomóc opisać, ile energii dom zużywa ogółem, ale nie pokazuje, które odbiory będą działały razem podczas awarii. Użyteczna ocena backupu koncentruje się na obwodach, które pozostaną zasilane, i pyta, jakiej mocy mogą potrzebować jednocześnie oraz ile energii zużyją w zakładanym okresie.
Różne odbiory mogą przesuwać te dwa wymagania w różnych kierunkach. Urządzenie o dużej mocy używane tylko przez kilka minut może mocno wpłynąć na wymagane kW, ale dodać stosunkowo niewiele do całkowitego kWh. Mniejsze obciążenie pracujące przez wiele godzin może prawie nie zmienić szczytu, a jednocześnie zużyć znaczącą część zmagazynowanej energii. Usunięcie jednego niekrytycznego obciążenia o dużej mocy może więc znacznie ułatwić projekt backupu, nawet jeśli całkowite dzienne zużycie energii zmieni się tylko trochę.
DOE pokazuje to samo podstawowe rozróżnienie, opisując magazynowanie bateryjne: moc znamionowa to ilość mocy, jaką system może dostarczyć w danym momencie, natomiast pojemność energetyczna to ilość energii, jaką może przechować. (DOE) Duża bateria kWh z niewystarczającą mocą wyjściową może nadal mieć problem z ciężkim obciążeniem jednoczesnym, podczas gdy system o dużej mocy i zbyt małej ilości energii może łatwo udźwignąć obciążenie, ale wyczerpać się wcześniej, niż oczekiwano.
Wymaganie obciążenia to nie to samo co etykieta baterii
Jeśli wybrane odbiory potrzebują 8 kWh podczas planowanej awarii, nie oznacza to automatycznie, że bateria 8 kWh wystarczy. Specyfikacje baterii mogą rozróżniać energię nominalną i użytkową. (NREL) Część energii traci się także, gdy zmagazynowana energia DC jest konwertowana na moc AC dla odbiorów domowych; magazynowanie nie ma sprawności 100%, ponieważ energia jest tracona podczas konwersji i odzysku. (DOE) Ilość dostępna na początku awarii zależy także od stanu naładowania baterii.
Prosty przykład pokazuje, dlaczego etykieta ma znaczenie. Jeśli 90% nominalnej energii baterii jest dostępne na backup, a właściwa ścieżka rozładowania ma sprawność 92%, dostarczenie 8 kWh do odbiorów wymagałoby około 9.7 kWh nominalnej zmagazynowanej energii: 8 ÷ (0.90 × 0.92). Te procenty są tylko ilustracją, a nie uniwersalną regułą. Rzeczywisty produkt może już publikować wartość energii użytkowej, a jego definicja sprawności może używać innej granicy pomiaru. Najważniejsze jest, aby nie liczyć tej samej straty dwa razy ani nie porównywać wymagania po stronie odbiorów bezpośrednio z liczbą baterii oznaczającą coś innego.
Stan naładowania na początku ma znaczenie z tego samego powodu. Bateria prawie pełna w chwili rozpoczęcia awarii ma więcej energii rezerwowej niż ta sama bateria startująca z 50%. Analizy odporności NREL wykazały, że poziom naładowania baterii na początku awarii może istotnie wpływać na to, jak długo system będzie zasilał chronione odbiory. (NREL) Jeśli odporność jest ważnym celem, strategia pracy musi zostawić wystarczającą ilość energii dla scenariusza awarii, który naprawdę interesuje właściciela domu.
W systemie zdolnym do backupu, zaprojektowanym tak, aby utrzymać pracę PV podczas awarii, energia słoneczna może wydłużyć czas podtrzymania, ale nie jest gwarantowaną energią każdego dnia. Fotowoltaika mieszkaniowa potrzebuje odpowiednio skonfigurowanego falownika i systemu magazynowania, aby wytwarzać energię niezależnie od sieci. (DOE) Uzysk słoneczny zmienia się także wraz z porą dnia, pogodą i sezonem. Podczas słonecznej dziennej awarii PV może zasilać część obciążenia domu i ładować baterię. W nocy lub podczas pochmurnego okresu może wnosić bardzo niewiele. Produkcja słoneczna zmienia się z tymi warunkami, a magazynowanie może przesuwać energię słoneczną do okresów, gdy generacja jest niska lub niedostępna. (DOE)
Użyteczny rozmiar baterii mieszkaniowej wynika więc z konkretnego celu backupu. Zdecyduj, które odbiory są ważne, oszacuj najwyższą moc, jakiej mogą potrzebować razem, oraz energię, którą zużyją w oczekiwanym czasie podtrzymania. Następnie uwzględnij energię użytkową baterii, początkowy stan naładowania, straty konwersji i realistyczny wkład energii słonecznej. Na koniec zostaw rozsądny margines na niepewność rzeczywistego obciążenia i czasu trwania awarii, zamiast wymiarować dokładnie do szacunku.
Ostateczna odpowiedź powinna wyglądać jak para wymagań, a nie jedna nagłówkowa pojemność: wystarczająco dużo kW, aby udźwignąć szczyt obciążenia krytycznego, i wystarczająco dużo użytkowych kWh, aby utrzymać te odbiory przez zakładany czas. Gdy te dwie liczby są jasne, porównywanie baterii mieszkaniowych staje się znacznie łatwiejsze i dużo bardziej sensowne niż wybieranie produktu wyłącznie z największą wartością kWh.
