Uma bateria doméstica pode estar totalmente carregada quando a rede pública falha e, ainda assim, não estar pronta para alimentar imediatamente os circuitos com backup. A energia armazenada é apenas uma parte do problema. Antes de esses circuitos poderem ser alimentados em segurança, o sistema tem de reconhecer que as condições da rede já não são aceitáveis, separar a parte protegida da casa da rede pública, estabelecer uma fonte elétrica local e depois energizar as cargas que estão efetivamente dentro do sistema de backup. Um comutador de transferência, ou equipamento que desempenhe a mesma função de transferência, ajuda a controlar essa fronteira entre a operação normal ligada à rede e o backup intencional.A parte da casa com backup tem de se tornar uma ilha intencional
Sistemas solares e de armazenamento ligados à rede operam normalmente em conjunto com a rede pública. Quando a alimentação da rede desaparece, não podem simplesmente continuar a energizar a mesma rede elétrica sem alterações. A parte da instalação que permanecerá alimentada tem de ser deliberadamente separada da rede pública primeiro. A documentação de backup com bateria da SMA fornece um exemplo concreto: durante uma falha da rede, um dispositivo automático de comutação de transferência desliga o sistema de backup da rede pública antes de o inversor estabelecer uma rede local de backup. O princípio de segurança por trás dessa separação é o anti-ilhamento. A geração interativa com a rede não deve manter involuntariamente energizada uma secção externa da rede depois de a alimentação pública se perder. (UL) (SMA)
Isto cria uma distinção importante entre ilhamento indesejado e backup intencional. O anti-ilhamento procura impedir que a geração local continue a energizar o lado da rede pública após uma falha. A operação de backup faz o oposto no lado protegido de um ponto de separação verificado: uma vez isolado, um inversor compatível com backup pode estabelecer a tensão e a frequência necessárias às cargas locais. O U.S. Department of Energy descreve sistemas solares com armazenamento que detetam a perda de energia da rede e mudam para modo ilhado durante falhas. A ilha, nesse caso, é o sistema do lado do cliente deliberadamente separado, não uma extensão acidental da rede falhada. (U.S. Department of Energy)
A sequência exata de comutação depende do equipamento, pelo que é útil separar a função geral da implementação de um fabricante. No desenho documentado pela SMA, o inversor deteta uma falha da rede, o interruptor de ligação desliga o sistema de backup da rede pública e a monitorização de feedback confirma o estado de comutação antes de as cargas de backup ligadas serem alimentadas. Outros sistemas podem agrupar essas funções de forma diferente, mas o requisito subjacente é semelhante: a fonte de backup não deve energizar os circuitos protegidos como uma ilha intencional até que a separação necessária da rede pública tenha sido estabelecida. (SMA)
A função de transferência nem sempre aparece como uma caixa convencional independente identificada como “ATS”. A Tesla, por exemplo, utiliza dispositivos como Backup Gateway, Backup Switch e Gateway 3 para detetar falhas e permitir backup por bateria em diferentes configurações de sistemas Powerwall. A disposição do hardware pode, portanto, variar mesmo quando a função elétrica continua reconhecível: detetar condições anormais da rede, manter o ponto de separação necessário e apoiar a transição para alimentação local. (Tesla)
Esta transição também explica por que um sistema de backup por bateria não deve ser tratado automaticamente como uma UPS. Pode haver uma interrupção real enquanto o sistema deteta a falha, muda o seu estado de comutação e estabelece energia de backup. A SMA afirma que uma das suas configurações residenciais de backup deixa as cargas sem alimentação durante cerca de cinco a sete segundos na transferência e diz explicitamente que essa configuração não cumpre requisitos de UPS; cargas que não toleram essa interrupção precisam de proteção UPS separada. O valor de cinco a sete segundos pertence a esse sistema documentado, não a sistemas de backup em geral, mas mostra por que “tem bateria” e “tem energia ininterrupta” são afirmações diferentes. (SMA)
A fronteira de backup decide o que pode ser alimentado
Assim que a secção protegida é separada da rede pública, a localização física da fronteira de backup torna-se visível de forma prática. Uma configuração para toda a casa pode colocar o quadro principal de distribuição no lado com backup. Um desenho parcial pode usar, em vez disso, um Backup Panel dedicado com apenas circuitos selecionados. A Tesla publica ambos os tipos de configuração Powerwall. Numa configuração parcial, circuitos fora do Backup Panel não se tornam subitamente elegíveis para alimentação por bateria só porque ainda há energia na bateria. (Tesla)
É por isso que duas casas com a mesma bateria podem comportar-se de forma diferente na mesma falha. Uma instalação pode ter a maioria dos circuitos domésticos atrás do dispositivo de backup, enquanto outra pode proteger apenas refrigeração, iluminação, comunicações ou outras cargas selecionadas. A arquitetura de transferência determina quais circuitos estão eletricamente ligados ao sistema local de backup. Se a bateria e o inversor conseguem realmente suportar todas essas cargas ao mesmo tempo, e por quanto tempo, é uma questão separada de potência e energia.
A nível funcional, a transição durante uma falha pode, portanto, ser compreendida sem assumir que todos os produtos usam a mesma máquina interna de estados. As condições da rede tornam-se inaceitáveis, a parte protegida da instalação é separada da rede pública, uma fonte local é estabelecida e os circuitos atrás dessa fronteira podem então ser alimentados. O que importa não é que todos os sistemas executem ações de relé idênticas em milissegundos idênticos, mas que o backup intencional depende de uma fronteira elétrica verificada, não apenas de a bateria começar a descarregar.
O regresso da energia da rede pública também tem de ser controlado. Um sistema de backup não deve religar a secção protegida apenas porque aparece tensão aceitável por um instante. A SMA documenta um período de monitorização da rede após o regresso da alimentação pública; quando essa monitorização é concluída com sucesso, a operação de backup termina e o sistema volta a ligar-se à rede pública. O tempo de espera necessário depende das definições e requisitos nacionais aplicáveis. (SMA)
A situação inicial agora parece diferente. Uma bateria cheia não torna, por si só, uma casa pronta para backup no instante em que a rede desaparece. Primeiro, o sistema tem de criar uma fronteira elétrica segura, estabelecer a alimentação local e servir apenas os circuitos que pertencem a essa fronteira. Um comutador de transferência importa porque ajuda a tornar deliberada essa mudança de estado elétrico. A bateria fornece a energia armazenada; a arquitetura de transferência determina quando e onde essa energia pode ser utilizada durante uma falha.
