Gdy dwa domy instalują tę samą baterię 10 kWh, łatwo oczekiwać takiego samego rezultatu. Jednak pierwszy system może zacząć się rozładowywać, gdy tylko produkcja energii słonecznej spadnie poniżej zapotrzebowania gospodarstwa domowego, podczas gdy drugi zachowuje część energii na późniejszy okres wyższych cen. Jeśli system jest zaprojektowany i skonfigurowany do zasilania awaryjnego, może również utrzymywać rezerwę na wypadek przerwy w dostawie energii.
Wczesnym wieczorem jedna bateria może być już blisko poziomu rezerwy, podczas gdy druga nadal ma dostępną energię. Ich fizyczna pojemność się nie różni. Po prostu wykonały inne instrukcje.
Pojemność to nie harmonogram pracy
Pojemność, mierzona w kilowatogodzinach, opisuje, ile energii bateria może przechować. Moc, mierzona w kilowatach, opisuje, jak szybko może tę energię oddać. Departament Energii USA traktuje te parametry jako oddzielne specyfikacje, ponieważ odpowiadają na różne pytania. Bateria może mieć wystarczająco dużo energii, aby zasilać kilka urządzeń przez pewien czas, ale nadal nie być w stanie obsłużyć ich wszystkich jednocześnie, jeśli ich łączne zapotrzebowanie przekracza jej moc znamionową.
Znaczenie ma również to, która wartość pojemności jest podawana. Pojemność nominalna, pojemność użytkowa i energia dostarczona po konwersji nie opisują dokładnie tej samej granicy. Australijskie wytyczne dotyczące baterii wskazują, że pojemność użytkowa jest niższa niż całkowita, a część energii jest tracona podczas ładowania i rozładowania. Parametry baterii trzeba więc sprowadzić do tej samej podstawy, zanim zostaną porównane.
Gdy te wartości są jasne, pozostaje pytanie operacyjne: co system powinien zrobić z energią, którą posiada?
Dlaczego czas działania zmienia rezultat
Jednym z podstawowych zadań domowej baterii jest udostępnienie energii elektrycznej w innym czasie. System fotowoltaiczny może produkować więcej energii, niż dom potrzebuje w południe, a po zachodzie słońca produkować niewiele albo nic. Bateria przenosi część tej dziennej nadwyżki na wieczór.
Podstawowy tryb autokonsumpcji zwykle podąża za bieżącą sytuacją. Gdy produkcja solarna przewyższa zapotrzebowanie domu, bateria się ładuje. Gdy zapotrzebowanie rośnie ponad produkcję solarną, bateria się rozładowuje. Może to ograniczyć pobór energii z sieci, ale może też zużyć energię zmagazynowaną zanim rozpocznie się droższy okres taryfowy.
Strategia oparta na czasie może zachować baterię na późniejsze godziny. Nie oznacza to, że każda kilowatogodzina staje się bardziej wartościowa na każdym rynku; wynik zależy od taryfy i profilu zużycia gospodarstwa domowego. Zmienia się harmonogram, aby zmagazynowana energia była dostępna do innego celu.
Zasilanie awaryjne tworzy kolejny kompromis. W systemie zdolnym do pracy awaryjnej podczas przerwy w dostawie energii wyższa rezerwa zostawia więcej energii na wypadek awarii sieci. Ta sama rezerwa pozostawia mniej pojemności do codziennej autokonsumpcji lub zarządzania taryfą. Australijskie wytyczne pokazują tę granicę jasno: nie każdy system bateryjny może zapewniać backup, a te, które mogą, muszą być do tego skonfigurowane.
Takie wybory często określa się jako dispatch baterii, czyli sterowanie jej pracą. Nie są one oderwane od pojemności, ponieważ każda decyzja korzysta z tego samego ograniczonego zasobu energii. Energia zużyta po południu nie może nadal czekać w baterii wieczorem.
Co „inteligentne” sterowanie oznacza w praktyce
„Inteligentne sterowanie” nie musi oznaczać sztucznej inteligencji. Sterownik może stosować zestaw reguł do informacji takich jak produkcja solarna, zapotrzebowanie domu, stan naładowania baterii, ustawienia rezerwy i ceny energii, a następnie decydować, czy ładować, rozładowywać, czy czekać.
Niektóre sterowniki korzystają również z prognoz. Jeśli następnego dnia oczekiwana jest wysoka produkcja solarna, system może pozwolić na większe zużycie energii w nocy, ponieważ prawdopodobne jest kolejne doładowanie. Przy słabej prognozie taka decyzja może zostawić baterię bardziej rozładowaną, niż zakładano.
Badanie Mirletza i Guitteta przetestowało metodę dispatch reagującą na ceny, wykorzystującą prognozy produkcji solarnej i obciążenia, dane o degradacji baterii oraz taryfy operatora. Różne taryfy, rozmiary systemów, profile generacji i zużycia wymagały różnych strategii pracy. Harmonogram zaprojektowany dla jednej taryfy lub jednego domu nie może być po prostu uznany za właściwy dla innego.
W bardziej zintegrowanym domowym systemie energetycznym system zarządzania energią, czyli EMS, może koordynować decyzje między generacją solarną, obciążeniami domowymi, baterią, falownikiem i połączeniem z siecią. Badanie mieszkaniowe Merringtona, Khezriego i Mahmoudiego pokazuje jeden przykład: domowy system zarządzania energią wykorzystywał ceny energii, ograniczenia sieciowe, obciążenie domu i dane pogodowe do kierowania pracą. Rzeczywiste systemy używają różnych kombinacji informacji, ale cel jest podobny: przekształcić wiele danych wejściowych w jeden plan pracy.
EMS nie przejmuje funkcji ochronnych baterii. BMS monitoruje warunki pracy baterii i dostarcza lub egzekwuje limity operacyjne na poziomie baterii, podczas gdy falownik lub PCS wykonuje konwersję elektryczną wymaganą do ładowania i rozładowania. Żądanie EMS może zostać wykonane tylko wtedy, gdy bateria i urządzenia konwersji mocy mogą je obsłużyć.
Na poziomie sprzętowym wysokonapięciowa jednostka zarządzania baterią NXP zapewnia monitorowanie interlock i sterowanie stycznikami, a także interfejsy komunikacji z EMS. To dobry przykład, dlaczego koordynacja na poziomie instalacji nie zastępuje ochrony baterii: warstwa baterii nadal musi ograniczać lub przerywać pracę, gdy wymagają tego warunki. Bardziej szczegółowe wyjaśnienie znajduje się w artykule Co naprawdę robi BMS?.
Gdzie inteligentne sterowanie przestaje pomagać
Jeśli bateria jest zbyt mała do zamierzonego zadania, zmiana harmonogramu nie usunie niedoboru energii. To samo dotyczy mocy: oprogramowanie sterujące nie sprawi, że urządzenie dostarczy więcej niż jego moc znamionowa.
Bardziej złożone sterowanie nie jest automatycznie lepsze. Przegląd systematyczny Azuatalama i współautorów wykazał, że zwiększenie zaawansowania strategii zarządzania energią niekoniecznie poprawiało wyniki techniczne lub opłacalność systemów PV-bateria. Założenia modelowe, niepewne dane wejściowe i sposób uwzględniania degradacji baterii mogły zmieniać rezultat.
Podobne ograniczenia pojawiają się w codziennej pracy. Nieaktualny harmonogram taryf może przenieść ładowanie na niewłaściwe godziny. Zbyt wysoka rezerwa może pozostawiać część użytecznej pojemności niewykorzystaną każdego dnia, a zbyt niska może nie odpowiadać priorytetom właściciela dotyczącym backupu. Prognozy i rytm życia domowników również mogą się zmieniać, dlatego ustawienia, które kiedyś miały sens, mogą wymagać przeglądu.
Gdy nadchodzi wieczór, użyteczna bateria to ta, która nadal ma wystarczająco dużo energii do zadania wybranego przez gospodarstwo domowe. Osiągnięcie tego zależy od odpowiedniego sprzętu, rozsądnych ustawień i strategii pracy odzwierciedlającej faktyczny sposób korzystania z energii w domu.
